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地铁CBTC系统信号系统分析与故障
地铁CBTC系统是一种基于无线通信和计算机网络技术的列车信号系统，用于实现地铁列车的精确控制和调度。
CBTC系统通过实时监测列车位置和速度，可以保证列车之间的安全距离，并优化列车运行效率。
CBTC系统在实际运行过程中也可能会遇到各种故障，下面对一些常见的故障进行分析。
CBTC系统可能会出现传输故障，如无线信号中断或传输延迟。
这会导致列车位置和速度信息不能及时更新，从而影响列车行驶的安全性和准确性。
为了解决这个问题，CBTC系统通常会采用冗余设计，如多通道无线传输或备份网络连接，以提高系统的可靠性。
CBTC系统还可能会受到恶劣天气条件的影响，如大雾或暴雨天气。
这些天气条件会降低信号的传输质量，从而影响CBTC系统的性能。
为了应对这个问题，CBTC系统通常会采用降低列车速度或增加安全距离等措施，以确保列车行驶的安全性。
CBTC系统还可能会受到人为破坏或恶意攻击的影响。
这可能包括非法入侵系统、篡改数据或破坏设备等行为。
为了防止这种情况的发生，CBTC系统通常会采用严格的安全措施和加密技术，以确保系统的安全性和稳定性。
地铁CBTC系统是一种复杂的信号系统，用于实现地铁列车的精确控制和调度。
CBTC 系统在实际运行过程中也可能会遇到各种故障，如传输故障、硬件故障、恶劣天气条件和人为破坏等。
为了确保CBTC系统的可靠性和稳定性，需要采取相应的措施来防止和解决这些故障。
北京地铁15号线CBTC信号系统北京地铁15号线CBTC信号系统蒋先进郑聪摘要：本⽂介绍北京地铁15号线采⽤的信号系统的特点，描述了ATP/ATO⼦系统的功能，分析了ATP/ATO⼦系统的结构，并解释了ATP/ATO⼦系统的⼯作原理。
关键词：北京地铁15号线；CBTC信号系统Abstract: The paper introduces the characteristic of the signaling system used on the capital international airport link project, describes the function of ATP/ATO subsystem, analyzes the configuration of the ATP/ATO subsystem, explains the work principle of CBTC system.Key words: mass transit of Beijing; capital international airport line; CBTC signal system1 概述北京地铁15号线⼀期⼯程规划线路整体呈东北——西南⾛向，西起⼋达岭⾼速东侧北沙滩，东⾄顺义区俸伯站。
北京地铁15号线⼀期线路全长38.3公⾥，其中地下线约24.6公⾥，⾼架线约13.7公⾥。
本⼯程共设18座车站，其中孙河站-后沙峪站4座车站为⾼架车站，其余为地下车站。
同时本⼯程设有⼀处车辆段（马泉营车辆段），⼀处停车场（俸伯停车场）。
北京地铁15号线全线采⽤双线分⽅向运营、右侧⾏车制，北沙滩站⾄俸伯站为上⾏⽅向，俸伯站⾄北沙滩站为下⾏⽅向，最⾼运⾏速度100km/h，平均旅⾏速度不⼩于55km/h，技术速度不低于65km/h。
北京地铁15号线低压供电采⽤三相五线制配电、TN-S接地系统；信号系统⽤电负荷为⼀级负荷，由两路独⽴的低压交流电源(380/220V±5％、50Hz±0.5%)供电。
运营商集团无线专线接入解决方案
北京恒光创新科技股份有限公司技术部
一、需求分析
移动公司针对于大集团用户推出一项增值服务：为集团用户提供
一路E1链路和一路IP数据链路，E1链路传输语音，IP链路提供集团用户宽带上网，将这两种数据封装成IP数据包经过无线IP网传输到集团用户。
移动免费为用户提供设备，只是为了向用户收取通话费用和宽带费用。
二、解决方案
根据用户需求，在移动机房需要将E1数据和IP数据封装成一个IP数据包，再经过IP数据传输网传输到集团用户机房，集团用户端需要将E1和IP数据包从一个数据包中解出来，E1链路接用户电话交换机，IP数据接用户路由器，完成该项目的关键设备就是传输接入设备采用CTC研发生产的IPM-1SE设备来实现该功能。
三、应用拓扑。
随着城市人口的不断增加，发展快速轨道交通是世界上很多国家一致的共识。
地铁/轻轨以其安全、舒适、方便、快捷等突出优点成为大城市改善交通结构、构筑立体交通运输网络、解决交通拥挤难题、改善城市环境的最佳方案。
作为世界级特大型城市，地铁在北京城市交通中占据举足轻重的地位，目前日客运量超过150万人次，北京市现有运行地铁线路包括：1号线、2号线、13号线和八通线，运营线路总里程114公里，共有70座运营车站。
北京地铁10号线、奥运支线及5号线三条线路，形成北京市南北地下交通走廊。
“确保万无一失的高可靠”，H3C为地铁交通指挥系统保驾护航地铁由于运行速度快，其行车安全性要求也非常高，作为地铁轨道交通指挥中心的TCC系统不能出现任何差错和中断，TCC的重要地位决定了TCC承载网络必须保证全天候提供服务，具有足够的强壮性，系统在设计时要求采用冗余、容错、自恢复等技术，并充分考虑系统性能的要求。
同时，TCC承载网的维护操作应该简单方便，容易使用，有良好的人机界面，减少在系统运营过程中，由于复杂程度高给培训和维护带来的不必要的麻烦，使得维护人员在出现某些意外的情况下，能快速定位，解决问题。
北京地铁TCC系统除了连接现有地铁线路以外，将来所有新增线路也将受TCC统一调度，同时，TCC承载网还将与北京市电子政务网、一卡通系统、ACC系统、商务信息报送系统等外部系统连接。
为保障系统可靠性，北京地铁TCC系统分别在西直门和小营设立了异地互备的主控中心，在网络上则采用双核心设计，在逻辑上形成了一种双平面结构，正常情况下，数据走主用平面，当主用平面设备出故障时，数据将走备用平面，两个平面之间可实时热切换：西直门和小营控制中心选用的核心设备S6506R均配备了冗余引擎、冗余电源等关键模块。
为保证TCC系统的网络安全，TCC网与政务网、一卡通等外部系统互联时，还配备了H3C的SecPath 1000F防火墙，SecPath以H3C专有Commware软件平台为核心，并采用专用IP转发硬件平台，支持外部攻击防范、内网安全、流量监控、邮件过滤、网页过滤、应用层过滤等多种功能，具有安全性高、可靠性高的特点。
轨道交通无线通信综合承载网解决方案研究
陈林宝
【期刊名称】《铁路通信信号工程技术》
【年(卷),期】2015(12)4
【摘要】通过对城市轨道交通行业无线通信业务需求总结,以及无线通信技术对比分析,提出适用于轨道交通行业的基于TD-LTE技术无线通信综合承载网解决方案,综合承载信号系统、乘客信息系统(PIS)、视频监控系统、紧急文本信息等业务.【总页数】5页(P59-63)
【作者】陈林宝
【作者单位】北京全路通信信号研究设计院有限公司,北京 100073
【正文语种】中文
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轨道交通无线通信综合承载网解决方案研究作者：孙贇来源：《中国新通信》 2017年第19期孙贇中国通号上海工程局集团有限公司【摘要】伴随着城市轨道交通的快速发展，乘客和轨道交通的车地无线通信需求也变得十分迫切，一方面要满足乘客庞大的无线多媒体信息需求，另一方面要保证城市轨道交通车地无线通信系统的安全性。
文章主要从宁高城际轨道禄高段工程的实际出发，提出了适用于轨道交通行业的基于 TD-LTE 无线通信综合承载网解决方案，可供参考。
【关键词】城市轨道交通无线通信 TD-LTE 技术实践证明，基于无线局域网的车地通信网络存在一定局限性，包括不能设置优先级、不适合车地通信的综合承载等，基于此，提出了长期演进（TD-LTE）技术一体化基站的城市轨道交通无线通信方案，其可在高速运动情况下同时承载CBTC、CCTV 和 PIS 等业务系统。
一、 TD-LTE 技术的概述LTE 是基于 OFDMA（正交频分复用多址接入）技术、由 3UPP（第三代合作伙伴计划）制定的全球通用技术标准。
在 20MHz 带宽组网情况下，上下行峰值速率分别可达100Mbit/s、50Mbit/s，并且采用扁平化架构以减少控制平面和用户平面时延。
LTE 采用了 OFDM（正交频分复用）、HARQ （混合反馈重发）、 MIMO （多输入多输出）等先进技术，这些技术能够大幅提升频谱效率、传输速率和抗干扰能力，同时能够支持综合业务承载（满足不同优先级合理分配调度和高移动速度特性），并采用安全机制和抗干扰的方法来保障无线数据传输的安全性、可靠性。
TD-LTE 是 TDD（时分复用）的 LTE 技术，是一种专门为移动高宽带应用而设计的无线通信标准，是第 4 代移动通信技术国际通信标技术标准。
二、TD-LTE 技术在城市轨道交通车地无线通信系统的应用2.1 轨道交通车地无线通信系统拓扑结构一个完整的轨道交通车地无线通信系统拓扑结构应是基于 IP 架构的，其系统应支持话音和数据的 VPN 服务，同时为满足轨道交通线路适度保持其相互独立，应由不同线路的网络管理终端管理各自的设备和用户，做到互不干扰。
• 208•ELECTRONICS WORLD ・技术交流地铁CBTC 信号系统WLAN 车地无线方案已在多条地铁线路应用，由于WLAN 方案采用2.4GHz 公共频段，不少地铁线路都出现过WLAN 系统受到外界无线干扰影响地铁正常运营的情况。
文中介绍了典型的无线干扰案例，并给出了应对无线干扰的建议方案。
1.引言2007年以来，国内新建的地铁线路信号系统基本上采用的是CBTC 信号系统。
地铁CBTC 信号系统中比较关键的一个组成部分是车地无线通信系统。
由于当时的技术条件限制，车地无线系统基本上采用的都是基于802.11协议（常用802.11g ）工作在2.4GHz 公共频段的WLAN 系统。
标准WLAN 并没有考虑列车高速移动的通信需求，因此在将WLAN 应用到CBTC 系统时通常针对WLAN 在高速移动情况下的场景作了切换功能优化。
直到2016年初LTE-M 标准发布后，新建地铁线路普遍开始采用基于专用频段的LTE 车地无线系统，信号车地通信性能有了明显提升。
目前基于WLAN 车地无线通信方案的CBTC 地铁线路数量众多，由于WLAN 方案选用2.4GHz 公共频段进行车地通信，并且WLAN 系统允许的EIRP 值比较低，地铁乘客、地铁线路沿线楼宇都有WLAN 的广泛应用，在地铁线路运营过程中容易受到这些外界无线系统的干扰；本文主要讨论WLAN 车地无线通信方案的干扰案例，并对车地无线通信干扰排查给出建议。
2.实际干扰案例针对WLAN 车地无线系统，常见的无线干扰可分为同频干扰、邻频干扰和阻塞干扰等几种情况。
同频干扰是指和信号车地无线系统相同频段的无线干扰，不限于采用802.11协议的无线设备；邻频干扰是指工作频段与DCS 车地无线频段临近的无线干扰；阻塞干扰是指阻塞干扰指无线接收机在接收无线信号时，受到接收信号频率两旁、高频回路带内一个强信号的冲击，导致无线接收机推向饱和而阻碍自身的正常通信，这种干扰可能直接导致WLAN modem 的接收机出现不可用的情况，在列车通过强干扰区域后车地通信将恢复正常。
B3-5 交换机3.5.1网络概述为提高北京市轨道交通网络的综合协调能力，合理有效利用资源，实现网络化和多运营主体运营管理，按照北京市政府有关规定，决定构建一个可以协调指挥北京轨道交通全网的指挥中心，即北京市轨道交通指挥中心（简称TCC）。
北京市轨道交通指挥系统分为通信系统和综合信息系统。
TCC综合信息系统的结构示意图如下：TCC综合信息系统是一个热备、冗余、开放、可靠、易扩展的计算机系统，作为该系统的承载平台——TCC承载网，必须是一个高可靠、冗余备份、高性能、高扩展性、开发的计算机网络系统。
我们认为，TCC承载网必须满足以下要求：1、高可靠性TCC的重要地位决定了TCC承载网络必须保证全天候提供服务，因此系统在设计上，应该足够强壮，运用冗余、容错、自恢复等技术充分保证系统的稳定运行，同时充分考虑系统性能的要求。
2、可用性TCC承载网络必须满足TCC系统具体的业务需求，满足业务功能。
3、先进性系统符合当前通信领域技术走向，同时，要考虑适应网络发展的方向，适应未来通信网络的需求。
4、开放性TCC承载网需要承载TCC系统的多种业务，为确保系统稳定运行，和外部系统在各个层面上的互联互通，TCC承载系统应保证各部分硬件接口，软件接口和通信协议的规范性，符合信息产业部颁发的各项软硬件接口及协议。
5、扩展性TCC中心的发展是渐进式的，TCC承载网必须具备良好的扩展能力，满足TCC系统不断发展的需求。
6、可维护性TCC承载网的维护操作应该简单方便，容易使用，有良好的人机界面，减少在系统运营过程中，由于复杂程度高给培训和维护带来的不必要的麻烦。
使得维护人员在出现某些意外的情况下，能快速定位，解决问题。
7、经济性TCC承载网的建设要在充分利用现有资源的基础上，以最小的投资，完成网络的提供能力。
同时保证原有系统和硬件资源的利用率，不重复，不摒弃。
在系统建设的初期，不仅要能够提供性价比高的系统以满足现有的需求，而且还要能够提供经济可靠的、可平滑升级扩展的整体解决方案，以满足长远发展的需求。
3.5.2TCC承载网总体结构设计TCC承载网由小营TCC局域网、西直门后备TCC局域网、西直门北京地铁运营公司办公楼局域网、四惠局域网和温榆河局域网组成。
这四个局域网通过TCC通信系统连接在一起。
TCC 承载网同时需要和北京市电子政务网、一卡通系统、ACC系统、商务信息报送系统等外部系统连接，整个TCC承载网的总体结构如下图所示：通信系统上进行恰当的链路分配，使整个TCC承载网在逻辑连接上采用如下图所示的拓扑结构：如上图所示，整个TCC承载网采用网状链路连接，从而保证在链路层的可靠性。
TCC承载网分成了小营主控中心和西直门备用中心，小营和西直门均采用了双核心的设计，在逻辑上形成了一种双平面的结构，两个平面之间互为备份：正常情况下，数据走主用平面，当主用平面设备出故障时，数据将走备用平面。
这种双平面的设计充分保障了整个TCC承载网的高可靠性。
3.5.3小营TCC中心网络结构小营TCC中心的拓扑结构如下图所示：小营TCC局域网核心交换机使用华为3Com公司的S6506R，为了保证TCC局域网的高可靠性，两台核心交换机均配置冗余引擎和冗余电源。
S6506R整机可以提供8个槽位，其中有6个槽位可以插业务板卡，支持48口百兆板和48口千兆板，另外还能支持万兆接口板，完全可以满足TCC核心对端口数量的要求。
S6506R可以提供系列化处理引擎，本次我们配置了Silence III 384G 引擎，可以提供384Gbps的交换容量，包转发率可达200Mpps。
S6506R还能支持Silence III 768G 引擎，交换容量可以平滑扩展到768Gbps。
小营TCC核心交换机通过千兆接口连接到通信系统的MSTP设备上，通过在MSTP设备上进行电路配置，实现和西直门备用TCC中心、西直门运营公司办公大楼、四惠控制中心、温榆河控制中心的冗余连接。
小营TCC核心交换机还需要和其他系统连接，比如，需要连接到北京市电子政务网、一卡通系统、ACC系统、商务信息报送系统等其他系统。
为保证TCC网络的安全性，在和其他系统连接时均需要配置防火墙。
本次，我们在小营TCC配置了3台外联防火墙，分别放在电子政务网出口、一卡通出口和门户网站出口。
外联防火墙使用华为3Com公司的Secpath100F，Secpath100F 机箱上可以提供3个WAN接口和4个LAN接口，Secpath100F的吞吐量为300M，并发连接50万，每秒新增连接1万。
小营TCC主干交换机主要用于连接办公区局域网以及相应的TCC设备。
我们建议TCC主干交换机采用华为3Com公司的S6506。
S6506整机可以提供7个槽位，其中有6个槽位可以插业务板卡。
为了保证主干交换机的可靠性，我们建议S6506配置冗余电源。
S6506上的板卡可以与核心交换机S6506R上的板卡通用。
在TCC主干交换机与TCC核心交换机之间我们配置了华为3Com公司的Secpath1000F千兆防火墙。
Secpath1000F机箱上可以提供2个千兆电接口或2个千兆光接口，另外，还能提供1个扩展槽位，整机可以提供6个10/100/1000M接口。
Secapath1000F的吞吐量可达1.7Gbps，并发连接150万，每秒新增连接3万。
办公区接入交换机建议使用华为3Com公司的S3928TP-SI。
S3928TP-SI机箱上可以提供24个百兆电接口和2个10/100/1000M接口，另外还能提供2个千兆光接口插槽，支持SFP的千兆光模块。
我们建议办公区的接入交换机采用堆叠的方式，使用双千兆链路连接到主干交换机上。
S3928TP-SI还具备一些三层功能，支持VLAN间路由、静态路由和RIP路由协议。
CCTV交换机使用华为3Com公司的S3928P-EI。
S3928P－EI机箱上可以提供24个百兆电接口，另外还能提供4个千兆光接口插槽，支持SFP的千兆光模块。
S3928P－EI可以支持4K个802.1Q VLAN，支持RIP、OSPF等动态路由协议。
3.5.4西直门TCC备用中心网络结构西直门TCC备用中心除了作为整个TCC系统的备用中心之外，还要完成13号线控制中心接入到TCC系统的任务。
西直门TCC备用中心的拓扑结构如下图所示：西直门TCC备用中心的核心交换机使用华为3Com公司的S6506R，配置双引擎和冗余电源。
TCC核心交换机使用千兆链路连接到TCC通信系统的MSTP设备上。
同时，TCC核心交换机还需要连接到西直门ACC系统和一卡通系统。
西直门TCC主干交换机建议使用华为3Com公司的S6506，TCC系统设备连接到TCC主干交换机上。
在TCC主干交换机和TCC核心交换机之间配置一台华为3Com公司的Secpath1000F 千兆防火墙。
在西直门一卡通出口可以配置一台华为3Com公司的Secpath100F百兆防火墙。
3.5.5TCC核心交换机按标书《技术卷附件3 接口要求》及《关于对招标文件的澄清、修改及补充通知》，小营的因此每台核心交换机需提供：2个1000M多模光纤接口，15个千兆电接口，41个100 RJ45接口。
同时提供个光电转换器。
西直门后备指挥中心系统核心交换机需接入：因此每台核心交换机需提供：2个1000M多模光纤接口，10个千兆RJ45接口，34个10/100M 接口。
同时提供4个光电转换器。
TCC核心交换机我们建议使用华为3Com公司的S6506R。
Quidway® S6500系列高端多业务交换机是华为3Com公司面向IP城域网、大型企业网及园区网用户的系列大容量、高密度、模块化的二、三层线速以太网交换机产品，主要作为企业的核心交换机或城域网汇聚层交换机。
该系列产品包括S6502（2槽），S6503（4槽），S6506（7槽），S6506R(8槽)。
Quidway® S6500能够为城域网、园区网、数据中心提供超高速链路，打造低成本、高性能、具有丰富业务支持能力的高性能网络。
Quidway® S6500提供大容量、高密度、模块化的二、三层线速转发性能，同时具有丰富的业务功能、强大的QoS保障、完善的安全管理机制和电信级的高可靠设计，完全满足行业客户和运营商用户对多业务、高可靠、大容量、模块化的需求。
产品特点Quidway® S6500系列高端多业务交换机的特点可以用一句话来概括：“多快好省、高而不贵”。
♦“多”：产品系列多、引擎规格多、接口板类型多。
有利于简化网络结构，降低建网成本。
产品系列多：S6500系列包括S6502（2槽），S6503（4槽），S6506（7槽），S6506R(8槽)。
产品设计采用开放式的体系结构、统一的硬件平台、完全兼容的引擎和接口板、相同的软件版本、以及系列化机箱。
引擎规格多：基于新一代ASIC技术的Salience™系列交换路由引擎将L2/3/4线速转发与丰富的QOS、ACL特性结合在一起，是组建高可靠、低时延的核心网络的重要保障。
S6500提供系列化的引擎，可以根据用户的需求在系列化机箱上进行灵活配置。
iSalience™ I（交换容量32Gbps）Salience™ I（交换容量64Gbps）Salience™ II（交换容量64Gbps）Salience™ III 96G（交换容量96Gbps）Salience™ III 384G（交换容量384Gbps）Salience™ III 768G（交换容量768Gbps）接口板类型多：提供百兆、千兆、万兆等各种类型的以太网接口；提供100m-100km可选择的传送距离；提供4口/单板-48口/单板的接口密度，全面满足客户需求。
♦快：采用先进体系结构设计，交换容量高达768G，支持新一代万兆线速接口，提供网络高性能。
先进的体系结构：S6500采用全分布式体系结构设计，采用功能强大的ASIC芯片进行高速路由查找，并通过Crossbar技术进行高速报文交换，从而大大提升了路由交换机的转发性能和扩充能力。
Crossbar交换网芯片内置于主控板，不再单独占用设备槽位，可提供高达768G的交换容量。
高密度二、三层全线速接口：S6500系列推出Salience III系列交换引擎，最大交换容量为768Gbps，在满配时S6500最大可提供288GE或288FE。
万兆接口支持：S6500提供的新一代万兆以太网克服了早期万兆以太网的诸多局限，在线速转发的基础上能够提供强大的QoS保障，并支持丰富的ACL、策略路由、安全等特性。
S6500支持高密度万兆设计，每块业务板可以提供1－4个万兆接口。
♦好：支持强大的QoS能力和精细化用户管理，高可靠、高安全设计，采用L3+业务板实现灵活的智能化业务能力。
