鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口設計

回麗維

摘 要：在國民經(jīng)濟發(fā)展的過程中鐵路運輸，發(fā)揮著非常重要的作用，為了保障鐵路運輸?shù)捻樌M行，必須使用鐵路專用通信，并且保障鐵路專用通信的質(zhì)量和效率，從而保障鐵路運輸?shù)陌踩退俣取Ｗ鳛殍F路區(qū)段通信的一個重要組成部分，鐵路區(qū)間數(shù)字調(diào)度通信的主要作用是對指揮區(qū)間內(nèi)，各車站值班員之間的列車調(diào)度業(yè)務進行調(diào)度。本文簡要探討了鐵路光纖通信系統(tǒng)及其組網(wǎng)方式，并對數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口進行了設計，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口；設計；鐵路光纖通信系統(tǒng)

中圖分類號： U285.16 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-187-2

0 引言

鐵路各相關(guān)業(yè)務的應用系統(tǒng)都需要通過通信系統(tǒng)來進行信息交換，因此通信系統(tǒng)是主要的承載平臺和通道。鐵路各業(yè)務系統(tǒng)的應用本身就具有一定的特殊性，各供應商提供的接口類型多樣，技術(shù)發(fā)展過程復雜，導致通信系統(tǒng)的各個接口都存在比較復雜的配合，數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口也是如此。為了維護和使用的便利性，必須對鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務結(jié)構(gòu)進行科學地設計。

1 鐵路光纖通信系統(tǒng)

從20世紀90年代末開始，我國鐵路系統(tǒng)開始將大規(guī)模集成電路芯片作為主要元器件，積極運用計算機通信技術(shù)和數(shù)字程控交換技術(shù)，當前我國的傳輸線路已經(jīng)基本實現(xiàn)了光纖通信。光纖通信的優(yōu)點在于具有較強的抗干擾能力、中繼距離長、重量輕、衰減小、通信容量大，而且具有良好的耐腐蝕性，原材料來源豐富，因此在鐵路專用通信中得到了廣泛的應用[1]。鐵路區(qū)間數(shù)字調(diào)度通信隸屬于鐵路區(qū)段通信，其主要任務是對指揮區(qū)間內(nèi)車站值班員的列車調(diào)度業(yè)務進行指揮，包括無線列車調(diào)度、列車牽引調(diào)度、貨運調(diào)度和行車調(diào)度等。鐵路區(qū)間光纖通信系統(tǒng)的組網(wǎng)采取單向環(huán)形形式，使用一對光纖來連接兩個站段，單光纖通信主要通過T型光纖鏈路連接。

2 鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口設計

2.1 數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口的整體方案

以協(xié)議分層結(jié)構(gòu)、ISDN用戶-網(wǎng)絡接口參考配置為依據(jù)，對ISDN用戶-網(wǎng)絡接口參考配置中的網(wǎng)絡終端部分進行設計，終端和網(wǎng)絡的分界點為U參考點，從而使ISDN U接口得到實現(xiàn)。如果使用終端設備對調(diào)度電話進行呼叫，那么通過485總線，MCU就會向數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口板發(fā)送控制信令，再由接口板向D通道發(fā)送控制信令。區(qū)間通話柱的終端設備數(shù)據(jù)主要由CPLD接收，并向接口板發(fā)送，組成B通路。兩組通路會通過接口板進行復用，從而組成2B+D數(shù)據(jù)，區(qū)間數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的交換設備會通過雙絞線來接收2B+D數(shù)據(jù)。以接口類型為依據(jù)，對數(shù)字調(diào)度業(yè)務的接口板基本功能進行劃分，可以將其分為U接口模塊、B通路語音信號收發(fā)模塊、D通路信息收發(fā)模塊3個部分[2]。

2.2 硬件設計

2.2.1 D通路信息收發(fā)模塊的硬件設計

D通路信息收發(fā)模塊主要包括外圍電路、HDLC協(xié)議控制器、單片機3個部分，單片機的作用在于產(chǎn)生和接收網(wǎng)絡層的消息，協(xié)議控制器的作用在于對消息進行打包和解包。

本設計中的程序量并不大，因此只需實現(xiàn)基本的呼叫控制程序，主要使用89S52單片機來實現(xiàn)，其具有對網(wǎng)絡層進行消息組裝的功能，并能夠控制其他芯片，具有較低的能耗和良好的性能。該芯片內(nèi)具有時鐘電路、片內(nèi)晶振、看門狗定時器、全雙工串口通信、數(shù)據(jù)指針、I/O線、定時器/計數(shù)器、中斷源、數(shù)據(jù)存儲器等。在選擇HDLC協(xié)議控制器時要對成本和芯片的專業(yè)性能進行考慮，因此本文選擇了HDLC協(xié)議控制器MT8952，其具有面向比特位的協(xié)議結(jié)構(gòu)，能夠?qū)?shù)據(jù)進行連續(xù)的發(fā)送和接收。能夠?qū)ψ哉{(diào)度業(yè)務接口板的第二層數(shù)據(jù)鏈路層功能進行實現(xiàn)[3]。

2.2.2 B通路語音信號收發(fā)模塊的硬件設計

兩路數(shù)據(jù)信息的接收和發(fā)送主要通過B通路語音信號發(fā)送接收模塊來實現(xiàn)，并在語音編解碼芯片中完成語音信號的編解碼。該模塊中主要包括語音編解碼芯片、CPLD與外圍芯片電路兩個主要部分。在本次設計中，語音編解碼芯片選擇的是MC145481，其能夠支持多種時鐘模式，本設計中選擇的是IDL操作模式。MC14548的優(yōu)點在于功率低、價格低廉，而且能夠滿足設計需求。通過語音編碼芯片，對于語音信號進行抽樣編碼，再向CPLD芯片發(fā)送，再由CPLD芯片向ST-BUS的指定時隙按位發(fā)送語音數(shù)據(jù)。

2.2.3 CPLD與外圍芯片電路設計

在本次設計中CPLD主要包括兩部分功能，第一部分功能是要在ST-BUS總線指定時隙中對兩路語音信號的插入和分離進行實現(xiàn)，第二部分功能是將同步信號FOi提供給MT8952，并且對U接口芯片MC145572的控制功能進行實現(xiàn)。因此本文選擇了EPM240T100C5N作為外圍芯片電路。

2.2.4 U接口模塊的硬件設計

該模塊包括外圍電路和U接口芯片，其主要作用是對U接口上的2B1Q編碼數(shù)據(jù)進行接收和譯碼解頓，并將其發(fā)送至ST-BUS。該模塊還要負責組裝串行總線上的2B+D數(shù)據(jù)，再將其轉(zhuǎn)換為U接口上的2B1Q碼，向ISDN交換機發(fā)送。本著實用和節(jié)約的原則，本文選擇的U接口模塊的主要芯片是MC145572，其具有熱啟動能力，能夠支持從屬和主控兩種時序模式，并對2B+D時隙插入的時隙分配器進行改變。

2.3 軟件設計

鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口板的軟件設計共有4個主要流程，首先要對各協(xié)議層的功能實現(xiàn)進行軟件設計，其次要設計TEI管理控制軟件，再次要設計電路交換呼叫控制協(xié)議軟件，最后對發(fā)送和接收B信道信息的功能進行設計。通過MCU的控制來實現(xiàn)電路呼叫控制協(xié)議和各協(xié)議層的功能，其與接收和發(fā)送B信道信息的功能相互獨立。

軟件設計中為了保障系統(tǒng)軟件的可維護性、可移植性和可靠性，在設計之初就應該對其功能進行合理的劃分，盡可能減小各模塊之間的關(guān)聯(lián)。同時盡量詳細地設置常量變量、子程序參數(shù)和各模塊的功能，提高軟件的可維護性。可以使用數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口對ISDN數(shù)字程控交換機進行模擬，而且準備好接口板改裝，提高軟件的可擴充性。

2.3.1 設計各協(xié)議層軟件

各協(xié)議層軟件的設計應該使物理層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層的功能得以實現(xiàn)。物理層的功能包括，傳輸功能、激活功能和去激活功能，其應該保障U接口的全雙工通信，并具有狀態(tài)指示和維護功能。物理層的軟件設計可以使用U接口芯片MC145572，并使用AT89S52對MC145572寄存器操作，主要有以下幾個程序：芯片初始化程序、激活和去激活操作程序、中斷程序。網(wǎng)絡層功能和數(shù)據(jù)鏈路層功能都是對D通路信息進行處理，因此二者的協(xié)議可以統(tǒng)稱為D通路協(xié)議。可以設置緩沖區(qū)來促進第三層網(wǎng)絡層和第二層數(shù)據(jù)鏈路層之間的信息交互，系統(tǒng)中沒有設計外接RAM，因此可以在MCU的ROM中存儲需要發(fā)送的信息。將部分必需的信息單元和公共部分信息，按照相應的格式組裝成為數(shù)據(jù)段，然后在ROM中進行存儲，發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層，再由數(shù)據(jù)鏈路層，將其打包并繼續(xù)發(fā)送。本系統(tǒng)中主要是在處理器MCU、HDLC協(xié)議控制器MT8952中實現(xiàn)，網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能。

2.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層TEI分配管理進程軟件設計

網(wǎng)絡終端和線路終端先要進行TEI分配管理進程，使用戶能夠獲得TEI值，當TEI沒有分配時，則不能對第三層信息進行傳送。智能網(wǎng)絡終端KMNT1+需要通過網(wǎng)絡來對TEI值進行分配，因此先要進行TEI分配管理進程才能進行呼叫。在本系統(tǒng)中使用智能網(wǎng)絡終端KMNT1+作為用戶側(cè)網(wǎng)絡終端，先激活U接口收發(fā)器，然后再對管理進程進行分配。

2.3.3 設計電路呼叫控制軟件

電路呼叫控制中不包括ISDN交換機，主要是通過線路終端來的交換機進行模擬。先由LT發(fā)起呼叫，發(fā)送SETUP消息請求呼叫，再由NT對信息進行接收并回復。

3 結(jié)語

本文從鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務接口的整體軟件開發(fā)入手，對其硬件和軟件設計進行了簡要地介紹，針對鐵路光纖通信系統(tǒng)和鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)，對二者之間的通信進行了實現(xiàn)。在硬件和軟件的選擇方面主要選擇符合本，設計實際需求、成本相對低廉的硬件產(chǎn)品，保障接口電路性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單。在軟件設計中立足于D通路和2B通路的區(qū)別，并進行了分別設計。

參 考 文 獻

[1] 陳家斌.當前鐵路通信如何適應高速發(fā)展鐵路的要求[J].科技資訊，2010（06）.

[2] 袁媛.鐵路通信系統(tǒng)移動通信應用模塊的優(yōu)化[J].科技創(chuàng)新與應用，2013（35）.

[3] 魏偉.接入網(wǎng)技術(shù)在鐵路通信中的應用探討[J].數(shù)字技術(shù)與應用，2013（02）.