高速鐵路ATO系統車載無線通信技術

文/王志民

高速鐵路作為我國自主研發的一種交通運輸形式，在近幾年中得到了迅速的發展，不僅促進了社會運轉效率的提升，還進一步優化了人民的實際生活水平。為了進一步提升高速鐵路的智能化水平，相關人員研發并推出了高速鐵路自動駕駛系統（高速鐵路ATO 系統）。在該系統的支持下，不僅能夠實現高鐵列車的自動駕駛，還能夠與站臺門展開聯動。而對于該系統而言，需要車載端的協同完成，因此，探究高速鐵路ATO 系統車載無線通信有著較高的顯示價值。

1 高速鐵路ATO車地無線通信技術的分析

1.1 無線會話管理

其主要實現了對關鍵信息的交換，包含著通道管理與會話流程兩個環節。其中，對于通道管理來說，在GPRS 分組域電臺的支持下，能夠完成多個會話通道的建立；對于會話流程來說，主要實現了TSRS 與ATO 車載設備的信息交互。

1.2 無線通信協議

其主要為無線會話管理的實現提供高安全性、高可靠性的支持。同時，由于ATO 使用了GPRS 分組交換網絡，所以其也能夠應用于分組域的協議棧。

1.3 車載產品的適配性

為了確保車載產品能夠在系統中發揮出作用，必須要實現ATP 設備與GPRS 電臺的接口適配設計。

2 高速鐵路ATO系統車載無線通信單元的軟件設計

2.1 無線通信單元的總體設計

結合上述對高速鐵路ATO 車地無線通信技術的分析，完成高速鐵路ATO 系統車載無線通信單元的軟件設計。設計的ATO 無線傳輸單元系統中，主要包含著安全板、通信板、記錄板、電源板、ATP、GPRS 電臺等。其中，安全板、通信板、記錄板、電源板與背板連接，共同構成了ATO 無線傳輸單元；安全板與ATP 連接；通信板與GPRS 電臺連接。在這一系統中，車載無線傳輸功能的實現主要由通信板以及安全板發揮作用。

2.2 無線通信單元的詳細設計

2.2.1 通信板軟件

對于通信板來說，其主要通過與背板的連接完成與安全板的通信與數據傳輸。同時，在背板、前面板串口的支持下，實現了與GPRS電臺的通信與數據傳輸。對于通信板來說，其主要為系統提供了PPP、TCP、IP、ALE 各層協議的實現、控制電臺、配置參數、管理密鑰等功能。在通信板軟件中，主要包含著本地文件管理模塊、數據收集與分發模塊、協調功能模塊、RCS 通信協議模塊、電臺管理模塊、PPP 層、TCP 層、IP 層、ALE 層。

在通信板軟件中，與工程有關的可配置項有密鑰文件以及配置參數文件，這些文件均在通信板中包含的本地文件管理模塊中得以保存。其中，通信板中保存的密鑰文件包括密鑰Ktrans、基于ATO 的NID_ENGING、以及經過加密處理的KMAC[2]。通信板中保存的配置參數文件主要包括數據傳輸波特率、默認波特率、電臺串口號、TCP 連接端口號、會話密鑰有效期、AT 指令序列、安全特征值、密鑰文件測試周期等等，同時，這些參數均能夠依照工程的實際需求完成配置。

2.2.2 安全板軟件

對于該ATO 無線傳輸單元系統中的安全板來說，其主要利用了RS422 接口完成與ATP 的連接，實現了通信與信息傳輸。對于安全板來說，其主要為系統提供了無線會話管理、ATP 通信協議、安全層協議、安全算法、無線消息處理等功能。在安全板軟件中，主要包含著ATP 通信協議、會話管理模塊、安全層、消息接受與報文解析模塊、消息發送模塊、安全功能模塊接口、數據收集與分發、RCS 通信協議、安全算法接口模塊、安全算法庫模塊。

2.2.3 關鍵技術指標

為了進一步控制該ATO 無線傳輸單元系統的質量，筆者在試驗段展開了仿真運行試驗。得出的具體指標數值如下：對于發起連接到物理層建鏈延時指標來說，ATP 無線通信系統為10、ATO 無線通信系統為11；對于發起連接到鏈路層建鏈延時指標來說，ATP 無線通信系統為11、ATO 無線通信系統為12；對于發起連接到傳輸層建鏈延時指標來說，ATP 無線通信系統為12、ATO 無線通信系統為13；對于發起連接到安全層建鏈延時指標來說，ATP 無線通信系統為14、ATO 無線通信系統為16；對于發起斷開到物理層與鏈路層拆鏈延時指標來說，ATP 無線通信系統為1、ATO 無線通信系統為1；對于發起斷開到傳輸層拆鏈延時指標來說，ATP 無線通信系統為2、ATO 無線通信系統為2；對于發起斷開到安全層拆鏈延時指標來說，ATP 無線通信系統為4、ATO 無線通信系統為4。

得出結果顯示，ATO 無線傳輸單元系統的關鍵指標與CTCS-3 級車控系統的車地無線傳輸關鍵指標十分接近，且該系統的關鍵延時指標優于ATP 無線通信系統。

3 總結

綜上所述，探究高速鐵路ATO 系統車載無線通信有著較高的顯示價值。本文設計了一種包含安全板、通信板的ATO 無線傳輸單元系統，并展開了基于試驗段的仿真運行試驗，結果顯示，該系統的關鍵延時指標優于ATP無線通信系統，證實了該系統有著較高的應用價值。