關(guān)于互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)列車折返流程的探討

李 磊

(通號城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 概述

在互聯(lián)互通CBTC 系統(tǒng)中，列車共享車輛段、多線共軌運(yùn)行，提高了線路和設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)資源共享和調(diào)配，因此各信號設(shè)備廠商基于統(tǒng)一接口規(guī)范進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)。不同廠商的CBTC 系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互通以后會引入新的危險源，因此需要確保系統(tǒng)的可靠性。而列車折返在CBTC 系統(tǒng)中起著重要的作用，因此本文對互聯(lián)互通CBTC 系統(tǒng)的列車折返流程進(jìn)行探討和分析。列車折返指的是列車運(yùn)行到終端站后，在折返軌上進(jìn)行首尾換端，換端過程中地面信號設(shè)備區(qū)域控制器（ZC）對列車進(jìn)行連續(xù)控制以保證列車不降級。由于列車折返過程中對外通信時暴露的IP 地址數(shù)目不同，因此將列車折返制式分為2IP 列車折返和4IP 列車折返，通過對其折返流程進(jìn)行對比，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)，為進(jìn)一步深化互聯(lián)互通提供重要的參考價值。

2 列車折返制式

每一列安裝CBTC 車載設(shè)備的列車，根據(jù)對外通信時在紅藍(lán)網(wǎng)上暴露的IP 地址數(shù)量不同，可以將列車分為2IP 列車和4IP 列車。2IP 列車指的是列車首尾兩端車載控制器（簡稱VOBC）的唯一標(biāo)識符（簡稱VID）相同，對外通信時在紅藍(lán)網(wǎng)上統(tǒng)一暴露各1 個IP 地址。4IP 列車指的是列車首尾兩端VOBC 的VID 不同，各自分別在紅藍(lán)網(wǎng)上暴露1 個IP 地址。

紅藍(lán)網(wǎng)是指兩條獨(dú)立的物理鏈路，車載設(shè)備與ZC 在每條物理鏈路上建立TCP 連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)冗余傳輸，傳輸數(shù)據(jù)時使用相同傳輸序列號。通信冗余管理是通過RSSP-II 安全通信協(xié)議棧以及適配層共同實(shí)現(xiàn)，其中，適配層協(xié)議不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)安全性，數(shù)據(jù)安全性由RSSP-II 協(xié)議消息鑒定安全層和安全應(yīng)用中間子層保證。

由于VOBC 類型存在差異，因此列車折返流程也會不同。根據(jù)列車對外通信暴露IP 地址的數(shù)目不同，將列車折返制式分為2IP 列車折返和4IP 列車折返。

3 2IP列車折返流程

對于2IP 列車，VOBC 與ZC 通信時，通過紅藍(lán)雙網(wǎng)分別建立安全連接，雙方傳輸消息時，將應(yīng)用消息復(fù)制后，在紅藍(lán)網(wǎng)上分別傳輸，在應(yīng)用消息包頭前面添加IP 地址、端口號，標(biāo)識不同的冗余通道，首尾兩端VOBC 共同使用該組安全連接，共用一個VID，ZC 對列車進(jìn)行控制時不區(qū)分首尾VOBC。

現(xiàn)將VOBC1 定義為換端前的車頭VOBC，VOBC2 定義為換端前的車尾VOBC。對2IP 列車折返流程進(jìn)行描述。

折 返 開 始 前，VOBC1 與ZC 正 常 通 信，VOBC1 向ZC 發(fā)送列車位置信息報文，ZC 向VOBC1 發(fā)送列車控制信息報文。

折返開始后，VOBC1 停止向ZC 發(fā)送列車位置信息報文，VOBC2 開始向ZC 發(fā)送列車位置信息報文。

ZC 根據(jù)收到VOBC2 的列車位置信息報文，判斷列車方向發(fā)生改變且列車位于折返軌內(nèi)，則認(rèn)為列車折返，開始向VOBC2 發(fā)送列車控制信息報文。

VOBC2 收到列車控制信息后，開始據(jù)此控制列車，若移動授權(quán)終點(diǎn)超過換端后的列車前方一定距離，則列車能夠保持CBTC 等級。折返流程結(jié)束。

在上述2IP 列車折返流程中，ZC 對列車進(jìn)行連續(xù)控制，且折返前后列車VID、安全通信連接信息以及IP 地址等都未發(fā)生變化。2IP 列車折返示意如圖1 所示。

圖1 VOBC2IP-ZC2IPFig.1 VOBC2IP-ZC2IP

4 4IP列車折返流程

對于4IP 列車，車載首尾端VOBC 使用不同的VID，首端VOBC 與ZC 通信時通過紅藍(lán)雙網(wǎng)分別建立安全連接，折返過程中，尾端VOBC 通過另外兩個紅藍(lán)網(wǎng)與ZC 建立安全連接，并向ZC 進(jìn)行注冊。首尾端VOBC 與ZC 通信時不共用安全連接。雙方傳輸消息時，將應(yīng)用消息復(fù)制后，在冗余網(wǎng)絡(luò)上分別傳輸，在應(yīng)用消息包頭前面添加IP 地址、端口號，標(biāo)識不同的冗余通道。折返完成后，首端VOBC 注銷與ZC 的連接，僅保留尾端VOBC 的連接。與折返前相比，與ZC 通信的車載設(shè)備的紅藍(lán)網(wǎng)IP 地址發(fā)生切換。首尾VOBC 采用不同的VID，ZC 通過不同的VID 對列車進(jìn)行連續(xù)控制。

4IP 列車折返流程如下所述。

折返開始前，VOBC1 與ZC 正常通信，向ZC發(fā)送本端列車位置信息報文，ZC 向該端發(fā)送列車控制信息報文。

折返開始后，VOBC2與ZC 建立新的安全連接，并發(fā)起注冊請求。列車注冊成功后，VOBC2 判斷列車停穩(wěn)后向ZC 發(fā)送本端列車位置信息報文，并指明處于折返狀態(tài)。

Z C 與 V O B C 1、VOBC2 同時保持通信，若兩端均為非激活端，則向兩端同時發(fā)送無效的列車控制信息報文；若兩端有且僅有一端為激活端，則向該端發(fā)送列車控制信息報文，向另一端發(fā)送無效的列車控制信息報文；若兩端均為激活端，則判斷折返狀態(tài)；若有且僅有一端為折返狀態(tài)，則向該端發(fā)送列車控制信息報文，向另一端發(fā)送無效的列車控制信息報文；若兩端均為折返狀態(tài)或非折返狀態(tài)，則向兩端同時發(fā)送無效的列車控制信息報文。

VOBC2 收到VOBC2 方向的列車控制信息報文后，開始據(jù)此控制列車，若移動授權(quán)終點(diǎn)超過列車前方一定距離，則VOBC2 應(yīng)能夠保持CBTC 等級。

折返完成后，VOBC1 向ZC 發(fā)送注銷請求，斷開與ZC 的連接。

4IP 列車折返示意如圖2 ～4 所示。

圖2 4IP列車折返前Fig.2 Before 4IP train turn-back

圖3 4IP列車折返中Fig.3 During 4IP train turn-back

圖4 4IP列車折返后Fig.4 After 4IP train turn-back

如圖2 所示，列車折返前，首端VOBC 與ZC 通過紅藍(lán)雙網(wǎng)建立安全連接。VOBC 通過冗余網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送給ZC 主系。

如圖3 所示，列車折返過程中，首尾端VOBC 同時與ZC 建立安全連接，通信數(shù)據(jù)量比折返前增加了一倍，ZC 通過識別首尾端不同VID對列車進(jìn)行控制。

如圖4 所示，列車折返完成后，VOBC1 與ZC 注銷，ZC 對VOBC2 進(jìn)行控制。與折返前相比，ZC 與列車通信的IP 地址、VID 均發(fā)生切換。

5 不同折返制式分析

通過對上述不同折返制式流程進(jìn)行分析，4IP列車折返流程較為復(fù)雜，存在首尾兩端同時與ZC建立通信的過程，消耗系統(tǒng)資源，降低折返效率。ZC 需要判斷兩個VID 是否對應(yīng)同一輛列車，在識別列車折返計(jì)算中增加邏輯處理，使系統(tǒng)變得復(fù)雜。且由于列車折返時，首尾端VOBC 同時與ZC 通信，增加了安全硬件平臺處理器的負(fù)擔(dān)。2IP 列車折返流程則比較簡單，ZC 僅通過判斷列車運(yùn)行方向的變化以及所處位置即可識別出列車折返，在內(nèi)部邏輯處理中，只需要維護(hù)一個列車VID 即可，結(jié)構(gòu)更加清晰。

6 結(jié)論

針對互聯(lián)互通CBTC 系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，各信號廠商開始基于統(tǒng)一接口規(guī)范進(jìn)行開發(fā)與設(shè)計(jì)。由于車載VOBC 設(shè)備類型的差異，給系統(tǒng)引入了新的危險源。因此本文以列車折返為例，對2IP 列車和4IP 列車折返流程以及數(shù)據(jù)冗余傳輸進(jìn)行介紹與分析，并總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，為進(jìn)一步深化互聯(lián)互通提供重要的參考價值。