試論列車通信網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)總線互聯(lián)互通技術(shù)

摘 要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，為滿足列車的需求，節(jié)省通信成本，提高效率，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)成為列車通信的未來發(fā)展趨勢，其中互聯(lián)互通技術(shù)是電信監(jiān)管的主要工作之一?；诖?，本文提出了網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)、GSM-R技術(shù)四種列車通信網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)總線互聯(lián)互通的主要技術(shù)，促進(jìn)列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)趨于智能化。

關(guān)鍵詞：列車通信；網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)；互聯(lián)互通技術(shù)

引言：目前，信息技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)之中，隨著軌道交通業(yè)的發(fā)展，數(shù)字化、智能化已經(jīng)成為列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢，其中網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)總線互聯(lián)互通技術(shù)尤為顯著，異構(gòu)總線互聯(lián)互通技術(shù)能夠聯(lián)通兩種以上的總線，從而達(dá)到不同總線、節(jié)點(diǎn)間能夠相互聯(lián)系的目的。

一、異構(gòu)總線互聯(lián)互通技術(shù)在列車通信網(wǎng)絡(luò)中的重要性

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，通信行業(yè)以及軌道交通業(yè)隨之發(fā)展，多樣化的通信系統(tǒng)，為列車通信網(wǎng)絡(luò)提供異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，例如有線或無線的個(gè)域網(wǎng)、局域網(wǎng)等，異構(gòu)總線互聯(lián)互通技術(shù)的主要作用是，連接多種不同的總線，然后不同總線或節(jié)點(diǎn)之間，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)技術(shù)具有兩層含義：第一，數(shù)據(jù)傳輸。能夠在不通網(wǎng)絡(luò)中傳輸多種數(shù)據(jù)。第二，應(yīng)用層面。具有把各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，整合至一個(gè)IP中，員工能在任意地點(diǎn)、時(shí)間進(jìn)行工作的作用。在網(wǎng)絡(luò)通信中主要有以下重要作用：第一，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)互聯(lián)互通技術(shù)具有降低列車通信網(wǎng)絡(luò)成本、提高工作效率的作用。網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)中的核心技術(shù)是將數(shù)據(jù)、視頻等應(yīng)用技術(shù)，統(tǒng)一從有線網(wǎng)絡(luò)到無線網(wǎng)絡(luò)平臺中，從而突破通信障礙，確保網(wǎng)絡(luò)管理簡單化，利于工作人員的操作。第二，能夠保證端到端的服務(wù)質(zhì)量，主要的技術(shù)有呼叫接入控制算法、垂直切換算法等幾種，具有較為寬泛的發(fā)展空間[1]。

二、列車通信網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)總線互聯(lián)互通的主要技術(shù)

（一）網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)的主要作用是，在不同總線協(xié)議間，能夠作為轉(zhuǎn)換器、互聯(lián)通信等設(shè)備，達(dá)到發(fā)送、接收不同總線上信號的目的，同時(shí)能夠?qū)Σ煌偩€數(shù)據(jù)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)換，確保在不同總線之間的信息能夠進(jìn)行交互。目前人們對于列車的安全性、經(jīng)濟(jì)性具有較高要求，并且列車中的各分系統(tǒng)之間的內(nèi)部傳輸所需的信息量較多，需要運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)互聯(lián)互通技術(shù)，將不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)匯集到一起，工作人員應(yīng)開發(fā)一個(gè)適合列車內(nèi)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間，信息交換的樞紐，即網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)的主要作用是，對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將兩種通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，具體應(yīng)該做到以下幾個(gè)方面：第一，工作人員根據(jù)ISO的參考模型將不同總線的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，定義成為不同的傳輸媒介與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。其中網(wǎng)關(guān)需要在應(yīng)用層進(jìn)行工作。網(wǎng)關(guān)解包、封裝不同協(xié)議的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到異構(gòu)總線的互聯(lián)互通的目的。除此之外，工作人員需要在物理層設(shè)置與數(shù)據(jù)相對應(yīng)的總線接口。第二，設(shè)置CAN總線和以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)裝置，CAN總線互聯(lián)裝置是一種嵌入式網(wǎng)關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)CAN與以太網(wǎng)之間的無縫連接。其中以太網(wǎng)需采用傳輸控制和網(wǎng)際協(xié)議，兩者能夠運(yùn)用在各種信道和底層協(xié)議中。嵌入式系統(tǒng)需要根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對于嵌入式網(wǎng)關(guān)的部分內(nèi)容進(jìn)行取舍[2]。

（二）系統(tǒng)技術(shù)

為了保證網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)互聯(lián)互通技術(shù)的可用性與靈活性，需要工作人員對主管平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：第一，工作人員應(yīng)建立一個(gè)統(tǒng)一的松耦合、高效率的集成平臺，并保證這個(gè)平臺的位置透明。第二，對已建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息管理等其他系統(tǒng)進(jìn)行有效的利用，確保其成為相互支撐的關(guān)系。第三，員工需保證運(yùn)用總線的方式，能夠連接任意新的系統(tǒng)與已有的系統(tǒng)。另外，工作人員需要注意保證接口規(guī)范，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)板塊之間的開放松耦合互聯(lián)。同時(shí)需要員工進(jìn)行性能測驗(yàn)。首先，測試發(fā)送、結(jié)束不同總線上的信號。工作人員應(yīng)通過互聯(lián)網(wǎng)關(guān)的接口接收CAN總線管理器所發(fā)送的系統(tǒng)時(shí)間，然后運(yùn)用MVB端口將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至MVB總線管理器，最后由CAN總線管理器接收。其次，測試不同總線數(shù)據(jù)幀格式的轉(zhuǎn)換功能。主要方式為運(yùn)用CAN和MVB總線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)解析函數(shù)，把與之相應(yīng)的協(xié)議報(bào)文賦值于數(shù)組，從而完成數(shù)據(jù)幀格式轉(zhuǎn)換。最后，對不同總線之間的信息交互進(jìn)行測試，主要運(yùn)用CANalyzcr監(jiān)事總線上的數(shù)據(jù)。

（三）互聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)

在列車通信網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)總線互聯(lián)互通中的軟件設(shè)計(jì)中包括嵌入式操作系統(tǒng)、MVB接口設(shè)備驅(qū)動等內(nèi)容，技術(shù)人員需要保證互聯(lián)網(wǎng)關(guān)軟件的設(shè)計(jì)具有可移植性強(qiáng)、操作系統(tǒng)可剪裁等特點(diǎn)。例如，2019年3月28日，以“萬有IN力，數(shù)立未來”為主題的“2019英特爾中國媒體紛享會”在北京舉行。英特爾中國研究院院長宋某發(fā)表演講，詳細(xì)闡述了推動英特爾持續(xù)創(chuàng)新的六大技術(shù)支柱，提出特爾有非常多類型的計(jì)算架構(gòu)，比如CPU/GPU/ASIC/FPGA等內(nèi)容，而面對以數(shù)據(jù)為中心的時(shí)代的到來，各種計(jì)算架構(gòu)將會出現(xiàn)越來越多的組合。而硬件的性能要很好的發(fā)揮出來，還需要軟件的配合。但是對于不同的計(jì)算架構(gòu)，開發(fā)的工具和方法以及對于開發(fā)人員能力的要求都是不一樣的。其中OpenVINO，是英特爾基于自身現(xiàn)有的硬件平臺開發(fā)的一種可以加快高性能計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)視覺應(yīng)用開發(fā)速度工具套件，可支持各種英特爾平臺的硬件加速器上進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并且允許直接異構(gòu)執(zhí)行。軟件開發(fā)者只需要學(xué)習(xí)一套開發(fā)接口，一套代碼，就可以很容易的使用不同計(jì)算平臺的加速功能和不同計(jì)算架構(gòu)的優(yōu)勢。工作人員可以將此種技術(shù)應(yīng)用在列車通信網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)總線互聯(lián)互通中。

（四）GSM-R技術(shù)

互聯(lián)互通技術(shù)的可操作性測試是一種較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要技術(shù)人員進(jìn)行較為周密的部署，并且對不同廠商之間的核心網(wǎng)、無線網(wǎng)等方面之間進(jìn)行互聯(lián)互通測試，從而達(dá)到列車對于通信的需求。在GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通中需要工作人員提前分別在實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)與現(xiàn)場動態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行測試，并對不同廠家的GSM-R設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，從而確保異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通技術(shù)的可靠性與安全性。例如，中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)公司呼和浩特通信段管內(nèi)唐呼張集段GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程改造項(xiàng)目順利完成評估驗(yàn)收，目前已正式開通并交付使用。GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程改造項(xiàng)目主要是針對以前隧道內(nèi)因波導(dǎo)效應(yīng)及電磁環(huán)境等原因素影響，導(dǎo)致機(jī)車進(jìn)入隧道后，無限移動信號衰減嚴(yán)重，造成通話質(zhì)量不佳，影響鐵路行車安全等現(xiàn)狀進(jìn)行整改。此次整改，在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，新增BSC基站控制設(shè)備1套，新增BBU基站設(shè)備17套，區(qū)間BRU設(shè)備21套，鋪設(shè)隧道漏纜3.7公里，隧道內(nèi)增設(shè)無線基站設(shè)備4套。全線采用分布式基站進(jìn)行覆蓋，在原有基礎(chǔ)上延伸覆蓋范圍，增加無限信號強(qiáng)度，使全線網(wǎng)絡(luò)無縫鏈接，達(dá)到了全線網(wǎng)絡(luò)無盲區(qū)、無死角的改造目標(biāo)。從而使GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)更有力地保障鐵路行車安全。

結(jié)語：異構(gòu)總線互聯(lián)互通技術(shù)在列車通信網(wǎng)絡(luò)中能夠發(fā)揮重要作用，具有促進(jìn)列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的功能，需要技術(shù)人員加以研究，突破其中協(xié)議轉(zhuǎn)換的重點(diǎn)與難點(diǎn)，提高異構(gòu)總線互聯(lián)互通技術(shù)在列車通信中的穩(wěn)定性與可行性，促進(jìn)多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議互聯(lián)互通技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹剛.歐盟鐵路信號系統(tǒng)互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范（TSI）認(rèn)證解析[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2017，14（04）：105-108.

[2]王軍.STP系統(tǒng)互聯(lián)互通技術(shù)研究與實(shí)踐[J].上海鐵道科技，2017（01）：61-63.

作者簡介：

巫釗（1988-），男，漢族，湖南株洲人（籍貫），碩士研究生（學(xué)歷），助理工程師，研究方向：智能化工具軟件平臺.