谈轨道交通通信与信号技术发展及其整合趋势
赵克河
摘要：结合轨道交通的现状及信息系统的前沿技术，阐述轨道交通通信信号系统的演进及其整合趋势，并对TCP/IP网络及无线网络系统等关键技术的发展要点进行详细说明。
关键词：轨道交通 通信信号 演进
随着国内信息技术的迅猛发展，在保证安全运营的前提下，轨道交通信号与通信技术相结合的信息技术，也逐步向IP化宽带化的系统进行演进，这种IP化演进的趋势将使未来的轨道交通应用系统能够更加有效地进行数据集中、数据整合及挖掘，从而使未来不同系统间的数据共享及数据调用，甚至于使实现企业资源规划（ERP）及决策支持变得很容易，有助于增强轨道交通企业的运营能力。
1轨道交通中信号与通信系统现状
1.1系统结构分布
目前中国国内轨道交通的信号与通信系统两者通常比较独立，它们分别独立地采用各自的物理承载平台，甚至包括光电缆等基础缆线。概括来说，轨道交通信号与通信主要系统结构分布及相互关系如图 1所示：
图 1 轨道交通信号与通信系统结构现状图
1.2轨道交通的信号及通号系统技术特点：
（1）信号系统与通信系统基本完全独立。
信号系统依据“故障-安全”及自律分散的原则进行本系统的设计，虽然信号系统内部各模块间的集成紧密程度较高，但是整个信号系统数据单独存储和管理，并独立设计其内部传输通道，信号系统仅仅通过外部接口与其它系统进行数据交互。
通信系统中所有应用系统均基于传输网络平台，各个应用系统功能相对更加独立，相关系统通过一些简单的接口实现必要的联动。
目前在一些新建线路中，尤其在城市轨道交通信号（ATC）系统,大量采用现代通信技术手段（无线局域网、数字集群、扩频通信、感应回线附以应答器等）用以实现多信息的“地-车”信息交换，最终达到列车自动控制的系统功能，体现了通信信号相融合的技术发展趋势。
（2）宽窄带应用并存
在信号系统中，通常采用低速窄带或宽带通信手段，车站联锁与控制中心之间的连接采用Ethernet宽带网络。而通信系统中，由于一些窄带应用系统仍然存在，如远程电话业务（POTS）、广播及时钟系统等，这些窄带应用导致目前轨道交通行业通信网络中接入网或脉冲编码调制（PCM）等低速接入设备等仍大量应用。
（3）传输控制技术TCP/IP及非TCP/IP应用并存
目前一些新建信号系统主要以Ethernet、控制器局域网（CAN）、Modbus等通信网络为基础进行系统架构设计，整个网络IP化的程度较高。而通信系统尽管在运营商网络中IP化程度高并大量成功运用，但在轨道交通中通信信号仍主要采用成熟稳定的电路交换及同步数字传送网（SDH）传输技术为主，这导致IP与非IP应用在整个通信与信号系统中并存。
2轨道交通通信信号系统的总体演进趋势
2.1轨道交通企业的IT架构原则
速度更快、成本更低、运营更安全的现代轨道交通对通信、信号专业也提出了新的发展要求，推动通信和信号系统在IT架构总体模型（如图 2所示）的原则下稳步发展，而演进过程中最关键最繁杂的前期工作是基础设施的更新换代。
图 2 轨道交通企业IT架构总体规划模型
2.2通信与信号系统的必然发展趋势
（1）系统应用IP化
未来的系统将逐步地实施IP化，随着多业务传输平台（MSTP）、多协议标签交换/虚拟专用局域网业务（MPLS/ VPLS）等技术的成熟应用，IP服务质量（QoS）逐步得到了保障，这将使轨道交通运营的关键系统实现IP化也成为可能，未来的运营关键系统技术将会逐步被基于MSTP的IP承载网络所替代。IP化带来的最大好处可以使运营的管理及布署更加的方便灵活，系统间的接口更加简便，最大限度地降低运营的成本。
（2）通信、信号一体化
与传统的信号及通信系统相对独立不同，近些年来，现代轨道交通列车自动控制系统（ATC）的进路安全防护和列车防护功能的实现，需要经过多次数字交换和计算机数据处理过程，时刻离不开先进通信技术的融入和相互整合。实践证明，迅速发展的通信网络技术和信息技术为信号系统开辟了信道升级空间。未来的通信信号应用系统将最大程度地实现基础设施的共享，这种共享包含基础线路（含无线链路）、传输网络设备、数据存储设备等。同时，随着IP化程度的提高，系统间的接口与联络将更加紧密，独立应用的系统将基本不再存在。在未来的中国列控系统（CTCS） 4级或欧洲列控系统（ETCS） Level 3系统中，将真正实现通信与信号一体化。
(3)传输通道宽带化
传统的窄带应用，如RS232、RS432/485接口、64kbit/s的低速数据端口、音频语音接口等在现代轨道交通中应用越来越少，随着PIDS、CCTV等宽带应用需求的日益增长，基于Ethernet等技术的宽带系统日益推广，传统的语音、广播、时钟等系统也在全部向基于IP的宽带网络承载平台过渡。
3 TCP/IP网络技术及无线技术的发展要点
TCP/IP网络技术及无线技术在未来的轨道交通通信信号系统的演进过程中将担负重要的作用，尤其未来先进的信号系统将基于TCP/IP网络及无线系统来实现，两项技术在系统规划及设计中出现纰漏，将给轨道交通的安全和正常运营产生重大影响。
3.1 TCP/IP网络在系统设计及配置过程中的技术要点
某一条轨道交通线路的IP网络架构（见图3），可以物理或逻辑地按照图3所示网络架构进行各个业务应用进行系统设计及配置。
图 3 IP网络的架构建议图
（1）网络安全保证
TCP/IP网络由于协议的开放性，非常有利于系统间的接口及数据共享，但在系统设计及配置过程中，其数据及网络的安全性必须重点考虑。首先应按照专网进行轨道交通网络规划，做到一条线路的所有数据网络是一个专网，不同线路网络间可以作为企业外部网（extranet）方式进行互连，各网络连接应通过防火墙进行隔离（图3）。防火墙应配置严格的安全策略，均只限于开放特定地址、特定端口的相关应用。所有线路网络中与Internet及企业内部网（Intranet）网络互连的应用服务器
