中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西省西安 710000
摘要：现今，随着智能地铁的不断完善，对于信号系统网关设备的优化部署也给予了高度的重视，因为该系统网关设备部署的合理与否能够直接影响到智能地铁的运行效率及运行可靠性等，进而给行车管理工作带来很大阻碍。因此，为了充分发挥智能地铁的实效作用，很重要的任务就是要对信号系统网关设备的合理布置进行全面优化。本文也会通过实际案例分析，对信号系统网关设备的工作原理以及存在的问题进行着重分析，并提出相应的部署优化策略，以便有关人士参考。
关键词：信号系统；网关设备；优化设计；研究探讨
引言：
某城市地铁线路信号系统是一种具有移动闭塞特征，以无线通信技术为依托的自动控制系统，采用基于全国产化联锁子系统信号控制模式，ATP、ATO、ATS及无线传输子系统都是以国产先进设备为主，因为项目需要，这些子系统的生产来源不尽相同，使得各系统间的通信需要通过物理网关进行数据隔离，因此，就要考虑对ATS与集成网关设备的部署优化问题进行充分考虑。
1.信号系统网关设备工作原理分析
该地铁线路ATS子系统与其它信号子系统的连接主要是通过网关设备来实现，而网关设备主要布置在一级设备集中站（区域控制器）中。而网关配置是由A／B冗余热备所组成，通过双机信息对比来保证信号的同步传递。以ATS子系统为例，各网关设备中包含两个通道，其中，一个通道主要负责轨旁ATP子系统和ATS子系统的通信需求，确保双方可以将设备状态、操作指令以及位置、速度要求等安全信息可以进行相互共享；而另一个通道主要负责联锁轨旁子系统和ATS子系统通信需求，确保双方可以将列车任务、运行状态、维护诊断等非安全信息进行相互共享。此外，网关内部还设有可供ATS子系统与信号其它子系统进行数据协议转换和数据组包转发的接口程序，由于子系统间采用多种形式接口，通过共享动态链接库的插件程序就可实现对内存数据的读写操作。
具体工作原理可以从以下两个方面去体现：第一，由APDS向PDS发送请求本联锁区内设备状态信息的全局包，并将所接收的PDS信息直接发送给ATS子系统，以便通过其内部协议转换模块的有效处理后，实现对网关双机接收信息的序列号进行对比分析，这样才能确保相关信息的准确性，使其可以成为网关设备的执行操控指令。另外，当APDS获得PDS全局包的结束帧后，还会自动对整个站场信息进行更新，但若是在这一过程中APDS未接收到全局包的结束帧，则证明全局包信息发送超时，因此，为了避免这种情况的发生，可重新发送APDS请求PDS全局包的反馈信息。第二，当PDS接收到APDS请求后，会自动判断自身通道连接状态，并通过特殊序号连续向APDS发送可充分体现整个站场状态的全局包[1]。
2.信号系统网关设备部署问题分析
由于该地铁线路信号系统只设置了1条ATS网络，并且中央和车站ATS设备均与该网络相连接，而轨旁与ATS的通信需求也会通过网关来实现，所以网关就会成为数据流的核心部分，若部署设计不合理，就会导致信号系统存在以下问题：
首先，由于车站ATS局域网未进行冗余配置，所以其网关计算机一旦发生故障，就会导致中央及车站ATS系统功能大大降低；其次，若APDS频繁向PDS发送请求全局包的更新信息，并且网关内通道中缺少相应的防护机制，不仅会导致全局包发送超时，使得通道中因无效或缓存数据清除不及时而出现一定的阻塞现象。而且还会给整个站场信息的更新造成很大阻碍；最后，由于各网关接口规则都是由相关厂家自行设定，所以若规定中不包含其他命令和状态、数据结构时，就会使得轨旁子系统故障不能及时在ATS上体现出来。例如，某日某联锁区中央及车站ATS信息显示不及时，进而使得后续列车的正常进路也受到很大阻碍。
究其原因，主要是因为网关B通道的PDS和APDS之间的通道出现堵塞情况所致，从而使得APDS仅收到PDS全局包起始帧，并未收到其全局包结束帧，重新发送PDS全局包请求后又出现发送超时情况，进而导致网关A通道接收的计数器信息与B通道计数器信息存在较大差异，并且信息序列号对比也是无法达到同步。
3.信号系统网关设备部署优化对策分析
3.1软件优化对策
3.1.1首次网关软件优化对策
由于APDS与PDS之间的通信请求是由前者所发出，所以就要在APDS原有算法基础上对PDS反馈全局包超时情况进行相应的解决，具体可通过在APDS通道中增设阻滞的判断机制来实现。另外，若APDS在一定时间内未收到PDS全局包反馈报文尾帧时，APDS将自动进行重启，并将PDS内部缓存的所有数据进行全面清除，重新与PDS相连接，以便恢复到初始状态，进而为后续PDS信息的正常使用创造良好的条件。但是APDS增加防护机制后，却给其与PDS通道进行故障报警造成一定的困扰，导致出现三次ATS短时灰显故障。究其原因，主要是网关通道中存在阻滞数据所致，即APDS请求全局包频繁调用SIPC.DLL插件中的接口函数，进而使得网关A、B两个通道同时发生APDS与PDS连接中断情况，因此，为了改善现状，还要对网关软件进行二次优化[2]。
3.1.2二次网关软件优化对策
首先，要将APDS中包含的所有非必要循环发送的PDS反馈全局包命令进行全面去除。同时，还要自动重启APDS，使其可以直接进行初始化设置；其次，要将APDS收到PDS发送的通道连接状态、更新计数器不连续数值以及定时检查通道的连接状态等命令取消；第三，若APDS在规定时间内未收到PDS提供的报文，且与PDS断开时，应及时清除APDS内部的缓存的计数器值，这样既可以确保后续PDS全局包信息的顺利获取，同时又能大大减少全局包请求频率，并降低APDS调用SIPC．DIL插件的频率，进而使得网关APDS与PDS通道间的报警功能能够重新恢复如初。
3.2硬件优化对策
首先，要重新更换网关计算机，尽量采用性能优良的工控机，以确保网关设备的安全稳定运行；其次，要在网关机柜内部增设一台离线热备机，以便在网关计算机出现故障时，可便于维护人员的操作，进而通过该热备机尽快恢复ATS功能；第三，要重新装设网关计算机硬盘，使其由原有的单硬盘改造成双硬盘，提高网关计算机的运行效率及可靠性；最后，要定期对网关计算机进行病毒查杀，以便可以及时发现和清除系统病毒垃圾，确保系统的持久稳定运行。
4.结论分析
针对该地铁信号系统网关设备的部署优化，除了要采取上述优化对策，还要充分考虑对双机热备冗余接口系统的优化设计，尽量采用科学合理的软件算法来进行，以免网关双机间因数据不同步或单系假死而出现系统失效的情况。另外，为了控制ATS子系统软件内部接收通道中产生一定的阻滞数据包，虽然启动了防护机制，但却对ATS子系统的应用性能造成了一定的影响。基于这种情况，就要采用序列号作为时序判断的程序算法，并考虑双方通信接口程序所需内存通道大小及通信效率，以免其中一方频繁发送全局包信息请求而导致通道中出现堵塞情况，进而影响整个信号系统的正常使用。此外，在选择信号系统设备时，应避免不同厂家的子系统进行集成，并完善相应的接口协议规则，保证系统基本功能需求，使其整体运行使用达到一定的可靠性和稳定性。
参考文献：
[1]李长乐，王瑞栋，赵瑞钢，等.用于智慧公路系统的网关设备优化部署方法[J].铁道通信信号，2020，（05）：119-120.
[2]宋维嘉.基于嵌入式Linux的铁路专用安全网关关键技术的研究与实现[J].北京交通大学，2018，（10）：66-67.