TDCS/CTC系統網絡優化改造探索

王曉橋，陳延春

網絡是TDCS/CTC系統的重要組成部分,網絡傳輸通道的穩定是系統可靠運行的重要保障。隨著鐵路信號裝備的不斷發展,第一代TDCS系統逐步改造成TDCS 3.0或CTC系統,原有的單通道網絡同步改造為雙通道網絡,雖然提高了系統的可靠性和穩定性,但更加復雜的網絡結構,也給日常維護和故障處理增加了難度。如何能在消除網絡結構中存在安全隱患的同時,也便于日常維護和應急處置,是當前需要迫切解決的問題。

TDCS/CTC系統主要由調度中心子系統、車站子系統和網絡子系統組成［1］。車站內部設備包括自律機、車務終端、信號員終端、維護終端、打印機等,設備之間通過網線與交換機組成內部局域網。車站與車站、車站與中心間通過路由器和通信通道相互連接組成廣域網,并通過TCP/IP協議進行數據傳輸。路由器與交換機間設置防火墻,并采用入侵檢測、防病毒、身份鑒別、安全接入等安全措施組成統一的網絡安全防御體系［2］。下面通過幾個實例介紹網絡通道的優化方案。

1 廣域網結構優化

如圖1所示,其上部為原有TDCS網絡。隨著加入TDCS網絡的車站數量逐漸增多,新增的車站設備直接就近接入既有網絡節點,并未充分考慮網絡干擾等因素的潛在影響。這就造成TDCS網絡結構更加雜亂,極易造成環網交叉、路由迂回干擾等網絡故障［3］。

圖1 TDCS網絡優化前后對比圖

2018年泗杭線18個站實施改造,所有車站TDCS設備均更新成TDCS 3.0系統。為減少對既有TDCS網絡造成的干擾,同時也為后續TDCS 3.0雙網改造創造有利條件,首先將滬昆線、泗杭線既有的TDCS網絡結構進行優化,拆除3個衛星站,增加1個中繼站,將原有的38個車站優化為36個站,按線別以5～7個站單獨成環的方式分成6個環網,并增加回TDCS調度中心的通道。

這種優化方式減少了網絡間路由迂回干擾的可能性；同時,簡化后的網絡結構也更便于日常維護管理和故障應急排查。

2 局域網結構優化

2019年,杭州電務段發生多起網絡通道故障,造成調度中心和車站TDCS/CTC界面顯示出現閃斷、“灰屏”等現象?，F場應急處理時,將防火墻旁路后恢復了正常,但更換下來的防火墻返廠檢測,并未發現問題。

深入分析后發現：既有車站網絡結構中,路由器與防火墻為交叉互連［4］,交換機與防火墻之間為2根網線冗余連接［5］。為避免冗余網線之間產生網絡風暴,交換機與防火墻之間通過生成樹協議協商,選擇其中一根網線為主用線路,另一根為備用線路。當主用線路故障時,自動切換到備用線路。

如圖2所示的連接方式雖然從物理層面實現了冗余,但只有在主用線路完全中斷的情況下,才能切換到備用通道,實際上同一時刻僅有單通道在用［6］。而且,如果防火墻與交換機之間出現生成樹協議協商異常,則會出現2根網線“搶主”的情況,導致網絡工作不穩定。

圖2 拆除冗余網線前后對比

為避免類似故障再次發生,現場將交換機與防火墻之間的冗余網線拆除,成功消除了上述故障隱患,為TDCS/CTC系統穩定運行以及鐵路行車安全提供了有力保障。

3 路由EIGRP區域優化

2020年,杭州電務段管內TDCS調度中心蕭甬臺控制的4個車站,發生TDCS信息“灰屏”故障,持續1 min后陸續自動恢復正常。

后經回放分析發現：各站路由器和TDCS分機均未發現中斷和異常情況,且通信部門也未發現網絡通道異常報警信息。

進一步查看調度中心蕭甬臺的核心交換機,發現EIGRP 100區域鄰居中斷的多次記錄。其中某個IP地址的設備（位于某客技站的路由器）出現“卡在活躍狀態”的報警,導致核心交換機大量發送查詢請求。在此情況下,如果EIGRP 100區域內某個車站的路由器沒有回復此項請求,則會發生該車站路由器的EIGRP 100區域鄰居中斷現象,進而影響TDCS/CTC系統部分功能。

由此確定引起此次故障的原因是：同屬于EIGRP 100區域內的某客技站路由器通道出現頻繁閃斷。而此站路由器的聯網方式類似于圖1中的衛星站,僅有的單方向通道出現問題后,無環路迂回路徑,進而出現端口反復重連現象；同時,由于蕭甬臺控制的這4個車站都在一個環網內,因此上述車站都受影響。后續,此客技站的路由器通道恢復穩定后,調度中心蕭甬臺信息恢復正常。

而普速既有TDCS/CTC網絡的大部分車站,均采用EIGRP 100區域方式進行連接,如果其中某個網絡設備不穩定,將可能影響該EIGRP區域內所有其他車站的網絡狀態［7］。故而該EIGRP區域分配方式,以及廣泛存在的衛星車站,均潛藏較大的安全隱患和較大范圍的影響,這將嚴重危及鐵路行車安全。

為此,首先拆除TDCS/CTC系統環網內衛星站的連接,改為單獨成網或加到環網中,以增加網絡通道迂回路徑［8］；其次,對EIGRP區域按調度中心調度臺重新進行優化分配,減少同一EIGRP區域內車站的數量,以縮小故障影響范圍。此外,對新建線路的車站規劃新的EIGRP區域,以防止網絡設備不穩定造成相互間的干擾。

4 網絡通道進一步優化建議

1）將信號機房至通信機房間既有的同軸電纜改成光纜傳輸。這樣能有效解決信號機房與通信機房不共地引起的電位差［9］,減少通信通道傳輸中的誤碼、中斷等影響,可以極大地改善網絡傳輸質量。

2）雙通道網絡改為雙路同時傳輸。這樣能保證雙網同時向中心及車站傳輸業務數據,其中一個環網故障,不會影響另一個環網設備的穩定運行［10］。同時雙環網絡各自獨立,網絡構造更加簡單,也更便于日常的維護及故障處置。

5 結束語

TDCS/CTC系統的網絡故障不僅會直接影響調度指揮和調度集中系統的實時性和可靠性,還會對運輸安全和運輸效率產生影響。因此,要求電務維護人員應深入學習專業知識,熟練掌握技術標準,及時深入分析設備運行中的各類問題,防微杜漸,從源頭上消除網絡故障的各類隱患,為鐵路行車安全提供可靠保障。