應答器報文實時組幀技術的研究

孟令韜 張新明 管偉軍 于健潔

孟令韜:中國鐵道科學研究院通信信號研究所 副研究員 100081 北京

張新明:中國鐵道科學研究院通信信號研究所 副研究員 100081 北京

管偉軍:中國鐵道科學研究院通信信號研究所 助理研究員 100081 北京

于健潔:中國鐵道科學研究院通信信號研究所 助理研究員 100081 北京

CTCS-2級列車運行控制系統是基于點式應答器、軌道電路傳輸列車運行控制信息的點-連式ATP系統。列控中心是構成CTCS-2級系統的重要組成部分，控制車站和區間軌道電路發碼并通過軌旁電子單元(LEU)控制有源應答器，實現列車控制信息的連續傳輸。

列控中心給LEU發送的信息必須采用報文的形式，這些報文是用符合一定規范的初始用戶數據，經過信道編碼算法產生的。對用戶數據進行信道編碼的目的，是提高應答器與車載設備間無線信道傳輸的安全性。

1 應答器報文預先存儲方式的限制

在既有線提速及早期的客專方案中，列控中心發送給有源應答器的報文采用預先存儲的方式。列控中心從車站計算機聯鎖系統，獲取車站接發車進路信息，從CTC車站分機系統獲取臨時限速命令，根據臨時限速區段位置、限速等級，選擇預先存儲在列控中心中的應答器報文，通過通信接口傳送給控制該應答器的軌旁電子單元(LEU)，為列車提供運行前方的進路信息及限速信息。但采用應答器報文預先存儲的方式有如下缺陷:

1．受列控中心存儲容量的限制，一個應答器管轄范圍內只允許設置一處臨時限速。在實際運用中不能滿足運營維護的需求。

2．受列控中心存儲容量的限制，不能實現限速起點、限速終點、限速值的任意設置。

3．為了挑選出有效報文，列控中心在計算臨時限速起點和長度時，必須按照一定的規則進行調整，這樣就把實際的限速區域進行了擴大，影響了列車的運營效率。

為了滿足運營維護的需求和提高列車運營效率，用于CTCS-2級和CTCS-3級列控中心的應答器報文實時組幀技術已經能夠實現。

2 應答器報文實時組幀總體方案

用于CTCS-2級和CTCS-3級列控中心的應答器報文實時組幀技術，引入了獨立的編碼運算單元。首先，CPU單元根據計算機聯鎖系統的進路信息選擇預先存儲的830位報文模板，再根據CTC/TSRS系統下達的臨時限速命令生成830位數據包，通過安全數據交換區，發送給編碼單元;編碼單元經過FFFIS編碼運算，生成最終的應答器報文。另外，編碼單元生成應答器報文后，還需對應答器報文進行解碼運算，還原出830位用戶數據包，最后經安全數據交換區，把應答器報文和用戶數據包同時發送給CPU單元，由CPU單元把接收到的830位數據包與發送給編碼單元的830位數據包進行比較，形成應答器報文實時組幀的閉環控制。

采用應答器報文實時組幀技術后，解決了一個應答器管轄范圍設置多處限速的需求;實現了臨時限速起點、臨時限速終點和限速值的任意設置，為運營維護和提高運營效率起到了很好的技術支撐。

3 應答器報文實時組幀實現方法

3.1 應答器報文用戶數據的生成

用戶數據的生成，采用預先存儲830位報文模板的方法。830位報文模板的生成依據為應答器用戶數據表，其內容包括:幀標志、鏈接包ETCS-5、坡度包ETCS-21、線路速度包ETCS-27、軌道區段包CTCS-1、臨時限速包CTCS-2和絕對停車包CTCS-5等。其中，幀標志、鏈接包、坡度包、線路速度包、軌道區段包和絕對停車包與具體進路對應，報文模板生成后固定不變。CPU選擇報文模板時，必須驗證報文模板中附帶的校驗字，只有校驗字有效，才認為是合法的報文模板。

每個CPU單元根據來自于聯鎖系統的進路信息，選擇對應的830位進路報文模板，根據來自于CTC系統或臨時限速服務器的臨時限速信息，更改報文模板中臨時限速包中的限速有效長度、限速區起點、限速區長度、限速級別和限速數目，生成830位用戶數據。

為了防止系統的同模和異模干擾破壞報文模板，每個CPU分別在不同的物理地址上存儲2份數據相異的830位報文模板數據，并在每個軟件的處理周期對這2份數據進行診斷檢查，監測到不一致時，系統做導向安全側處理。

3.2 列控中心CPU與編碼單元的數據交換

CPU單元與編碼單元之間通過雙口RAM進行雙向安全數據通信。CPU單元把根據報文模板生成的用戶數據傳送給編碼單元。編碼單元按照FFFIS編碼規則進行編碼運算，生成對應的1023位應答器報文，編碼完成后再按照FFFIS規則進行解碼，還原成830位數據包，編碼單元把1023位應答器報文和還原后的830位數據包，同時返回給CPU單元。CPU單元將收到的還原后的830位數據包，與發送給編碼單元的830位數據包進行比對，比較不一致認為報文非法，在下一個周期再重新進行編碼計算。CPU單元與編碼單元間數據流如圖1所示。

圖1 CPU單元與編碼單元數據流圖

圖2 應答器報文編碼功能算法流程

3.3 應答器報文編碼單元的技術實現

編碼單元根據FFFIS規則對接收到的用戶數據進行實時組幀。根據歐標Subset-036，理論上存在某些用戶數據不能被成功編碼轉換成報文的可能，雖然這種可能性非常低(對于隨機數據小于10－100);此外某些數據轉換成報文的運算時間較長也會影響實時性。為了防止以上2種情況，在應答器報文實時組幀過程中引入計時器，并在編碼過程的主循環開始時進行時間登記，在新循環開始前，對當前編碼過程的運行時間進行判斷，如果超過預定義時限，則終止編碼程序并向CPU單元返回超時標志，CPU系統重新調整用戶數據。圖2是應答器報文編碼功能的算法流程。

4 總結

應答器報文實時組幀技術中采用預存830報文模板的方法，減少了CPU單元的運算負擔，提高了CPU單元的效率;列控中心單系2個編碼板進行獨立編碼運算，編碼與解碼相結合，通過CPU單元對830位用戶數據的比較，實現了應答器報文實時組幀的閉環控制。單系的2個CPU報文比較一致后，再按照標準的列控中心與LEU的安全通信協議，把應答器報文發送給相應的LEU，保證了應答器報文的正確。

應答器報文采用應答器報文實時組幀后，解決了列控中心報文存儲容量的限制，實現了臨時限速的任意下達，解決了調度運營管理中存在的瓶頸，提高了鐵路運輸的效率。

［1］中華人民共和國鐵道部．應答器報文定義及編碼規則［S］．2005．

［2］中華人民共和國鐵道部．CTCS-2級技術條件［S］．2004．