胡凌云
某部队
摘要：通数据通信子系统（Data Communications Subsystem，DCS）是系统中实现数据传输交换数据的主体，将系统中的ATP、MSS、ATS、ZC等子系统联系在一起，实现各个部分的信息传输。DCS子系统兼顾了信号传输的实时性、保密安全性和组网的冗余性，涵盖到了无线和有线通信，提供了全面可靠的数据通道。
关键词：DCS
在整个DCS系统中，组网、选型、安装和维护需要一个完善的方案，涉及到了庞大的组成部分，为了保证通信正常进行，搭建一个四通八达的信息传输的通道必不可少。为了实现DCS的各项性能，达到标准要求，在搭建DCS系统架构要在整体上考虑网络的冗余性、可扩展性、安全性和实时性等，考虑到这些要求，DCS架构搭建对于不同网络的规划和相互联系要求更高。
1.系统组网原理
数据通信DCS子系统，通过有线网络实现在各子系统设备之间的有线信息传输。采用工业级以太网交换机组网，按照系统的功能实现，整个网络逻辑上分为ATS网双网（传输地面间ATS设备通信数据）、有线安全网双网（传输地面间设备通信数据）、维护监测网单网；从物理分配角度分为5个物理上独立的网络，分别为ATS网双网、有线安全网双网及维护监测网单网。这5个独立网络通过交换机以及光纤构成环网，环网交换机兼容接入交换机的功能，当应用设备数量超出交换机端口容量，则采用级联交换机的方法。
有线网络使用成熟的基于IP以太网技术的交换机构成。为防止通信中断，接入交换机都是冗余配置，设备冗余以及交换机的冗余连接，很大程度上提高了系统的可靠性和可用性，确保信号系统的。
各功能子网通过电交换机连接ATS、联锁、ZC、维修监测设备，环网节点通过1000Mbps以太网接口连接；使用光交换机接入无线基站设备，提供100Mbps以太网光接口。有线网络通过环网技术提高系统的冗余性和可靠性，环网结构是以太网组网的最常见的网络结构，其原理如下：
整体网络可使用Turbo Ring作为环网的二层冗余协议。
Turbo Ring主要用于由多台交换机构成的环型网络。在配置过程中需要将其中一台交换机设置为冗余管理器（Ring Master 交换机RM），其余交换机为普通环网交换机（Slave 交换机Ring Switch），所有交换机均需要设置两个环网端口。冗余管理器会周期性的从两个环端口向外发送双向的LLC检测数据包，如果冗余管理器可以收到自己所发出的双向LLC检测包，则证明环网是完整的，没有断点，此时冗余管理器会自动阻塞自己的一个环网端口，以保证环网在逻辑上仍然是一个线型网络，避免由于逻辑成环造成广播风暴。
当环网中出现一处光纤断点的时候，冗余管理器将无法收到自己所发送的LLC检测包，同时，如果是链路中断故障，相邻的交换机会通过环端口中断立刻检测到故障，并立刻向冗余管理器发送Link_down的Trap报文。此时，冗余管理器认为环网中已经出现断点，会立刻打开备用端口，同时向所有交换机发送Flash FDB指令报文，通知其它交换机刷新MAC地址表。在所有环网交换机更新完MAC地址表后，网络自愈为新的线型结构，数据流则切换到新的路径上。
当链路故障恢复时，两端交换机的端口会重新恢复连接，交换机会临时阻塞该端口，仅允许环网的LLC检测报文通过。因此，冗余管理器将重新收到自己所发出的双向检测报文，其认为此时环网已经恢复正常，并立刻阻塞备用端口，接着向所有交换机发送Flash FDB指令报文，通知其它交换机刷新MAC地址表，环网重新切换回正常状态下的线型结构。
工业以太网交换机（不超过250台）在构成千兆环网时，其收敛时间小于50ms。
2.系统组网架构设计
DCS子系统全网采用双向自愈的环形拓扑结构，当单个设备故障时，不会导致与任何网络设备的通信丢失。模块采用冗余配置，单一模块故障不会影响冗余网络的正常通信。用于冗余网络的环网接入交换机采用冗余配置，以轨道交通的通信子系统网络为例，如图所示[2]。
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网络拓扑示意图
3.冗余及自愈设计
目前系统中具有多处链路冗余设计，当故障出现时, 网络具有自我修复功能，能够自动从故障中恢复（无需人工介入）。其原理是同时建立好二条物理链路，当主链路出现故障时，通过硬件机制进行发现，直接产生硬件中断执行相应的切换处理。这样实现的好处在于能够快速地切换下层链路，以达到毫秒级的切换速度，从而进一步保证下层故障时，上层业务没有任何影响，具体设计内容如下：
ATS网络：ATS网络采用双网A、B设计，正常数据流走A网，当A网故障或主网卡故障时，自动切至B网。对于环网上突发的故障，环网协议可以迅速响应，进行保护，保证业务在50ms内恢复；
安全网网络：ATC网络采用双网A、B设计，正常数据流走A网，当A网故障或主网卡故障时，自动切至B网。对于环网上突发的故障，环网协议可以迅速响应，进行保护，保证业务在50ms内恢复；
维护监测网:网络采用单网设计，当网络故障时，自动切至备用链路。对于环网上突发的故障，环网协议可以迅速响应，进行保护，保证业务在50ms内恢复；
交换机以太网端口数和光端口数预留不小于30%，作为后续扩展网络的条件。
4.网络扩容设计
（1）网络扩容前提前确定网络割接点，方便延伸线网络加入既有线路。
（2）工程实施前将规划好相应的IP地址及VLAN设置。
（3）扩容站点车站应与既有线路并行自称一套网络，即扩容站点和既有线分别并成两个大环。
（4）在各项功能机性能测试完成后与运营部门沟通提交施工作业申请，在实际施工前提前准备相应产品备件（建议系统中各设备各准备一套以供紧急情况），确定现场光纤资源以及设备运行条件完全满足割接需求。
5.总结
DCS系统是一张巨大的网络，它能让整个系统的“思想”指令上通下达，准确无误的传输信息，设计的网络的节点很多，规划整个网络提供具体的设计方案是其中的重要环节，主要从网络需要实现的不同功能入手，规划安全网、维护网和ATS网，使得网络使用双网冗余安全可靠。
参考文献
[1]魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术.北京:电子工业出版社,2004.
[2]谢凡. 城市轨道交通CBTC系统的数据传输子系统的研究[D].北京交通大学,2007.
[3]张国庆. 工业以太网交换机数据链路层安全分析与设计[D].上海交通大学,2014.
[4]邹航宇. 工业以太网冗余协议研究[D].上海交通大学,2013.