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2有线传输技术——OTN技术
2.1采用有线传输——OTN技术的必要性
铁路通信网作为铁路运行的技术支撑，需要对铁路的运营状况，实时数据进行传送，目前我国铁路通信网主要依靠无线传输技术和有线传输技术来完成数据的传送。然而，无线传输技术由于受到平台限制，具有一定的弊端，不能很好地完成传输任务。此外，传统的铁路通信网也存在很多问题。例如，在铁路部门采购通信网络设备时，是通过招投标但是形式进行的。在这一过程中容易出现通信设备不配套的问题。各厂商的产品都有自己的一套网管系统，而这些网管系统在开发之前没有定义统一的信息交换和信息管理协议与格式，而是采用各自的管理协议、互不兼容。这就导致了信息不能共享局面的出现，每个网络系统只能对本网络系统的资源进行传输，极大地影响了铁路通信的效率；另一方面，传统的铁路通信网无法实现跨系统的调度，当然也就不能保证信息传输业务的完成。而有线传输技术能够恰到好处的完成这一任务。通过有线传输技术能够时时监测与管理铁路运营所反馈回来的信息，促进了铁路网络系统的优化。以上这些原因都是采用有线传输——ONT技术的必要性。
2.2ONT技术的概念及发展
ONT技术是一种结合了数字传送和模拟传送技术的新概念，它最大的优势就是能够提供巨大的传送容量，并且给予一定级别的保护，能够传送宽带大颗粒业务。正因为其具有如此大的优势，在现代通信领域才会被广泛应用。除此之外，ONT还在SDH的基础上加以继承，其内容包括了光层与电层。客户通过使用OTN技术能够提高信息的传输效率，同时一开OTN技术的监测，为跨运营商传输提供了合适的管理手段。OTN技术虽说是一项较为先进的有线传输技术，但是其发展的历史却并不短暂。早在上个世纪九十年代，国际电信联盟就提出了OTN这一概念，当时这一概念的提出在业界引起来巨大的反响。在随后几年的发展中OTN技术可以看作是传送网络向全光网演化过程中的一个过渡应用。随着人们对通信技术要求越来越高，OTN技术也在不断发展之中。更多的电信产品制造商开始亲赖于OTN技术，这也使得这一技术在本世纪初得到了长足的发展。同时，系统制造商们也推出具有更多OTN功能的产品来支持下一代传送网络的构建。
2.3ONT技术下的铁路通信网组成部分
OTN技术下的铁路通信网主要由传输子系统，通信子系统，闭路电视监视子系统，数字专用电话调度子系统，广播子系统和程控电话子系统组成。其中传输子系统主要是起到为其他系统提供信息传输通道的作用。而通信子系统则为车站、列车、维修以及安保等部门提供通信联系，以完成整个铁路运行。闭路电视监视子系统主要是为列车调度员，司机，站台人员提供图像信息的，以便于铁路工作人员处置突发状况。数字专用电话子系统则是为了列车的正常运行调度而设立的，主要分为数字调度主系统、分系统、前台及分机组成。广播子系统则是为了实现列车广播，以及车站广播的目的。以上这些子系统共同构成了OTN技术下的铁路通信网，实现了铁路通信跨时代的转变。
物理层釆用自适应调制编码技术，根据业务类型分类，制定M种调制方式和编码方式。首先，接收端通过信道测量技术，估计出信道质量信息，并通过反馈信道，将信道质量信息反馈给发送端；然后，发送端根据接收到的信道质量，选择下次传输要使用的调制编码阶数。MAC层采用同步并行停等协议即HARQ协议。首先对各数据帧分别进行CRC编码，级联构成数据帧进入物理层。物理层使用FEC编码对整个数据帧进行编码，然后存入缓存用以进行重传。接收端经过译码、CRC校验后，回送确认帧。确认帧包含了帧确认号和重传比特向量。
帧确认号表示链路层上一个按序接收的帧的序号，重传比特向量比接收窗口长度（W）小1的比特向量，即长度为W－1。比特向量表示当前接收窗口的所有帧接收情况，如“1”表示需要重传，“0”表示接收成功。由于重传比特向量是接收窗口的历史移位记录，即使当前的确认帧因信道变化而丢失，确认帧也不应重发，因为后续的确认帧包含历史的接收记录。确认帧格式如图2所示。收发双方的链路层都缓存W个数据帧。发方维护发送缓存和重传列表，发送缓存中保存着当前发送窗口中未确认的帧，重传列表中保存了待重传的帧序号。收方的接收缓存保存当前接收窗口中乱序的数据帧，当接收到的帧有序后，链路层向。
2AMC－HARQ跨层自适应传输性能分析
根据CAN通信的连接方式，通信盘A和通信盘B均应向CANA、CANB发送数据，CANA或CANB仅一路通信中断不影响系统的正常使用。而且，根据《客专列控中心与轨道电路接口规范（报批稿）》4.6.1中规定“若不能从某一通道接收到有效数据时，应自动采用冗余通道接收的数据”。通信板A的CAND和通信板B的CANE连接主发送器和单数接收器，且两路CAN通道互为备用；通信板A的CANE和通信板B的CAND连接备发送器和双数接收器，且两路CAN通道互为备用。通信接口板与移频接口柜的通信连接情况，由于发送器“1+1”备用，接收器互为并机，因此两路CAND和两路CANE有一路可用即可正常CAN通信。综上所述，列控中心与轨道接口盘主用CANA通道，若CANA通信故障，则可通过CANB发送、接收数据。同时，轨道接口盘与轨道电路移频柜间四条CAN通道（两条CAND，两条CANE），只要有一条通道通信正常，则数据可正常传输，不会导致轨道红光带。
2CAN通信“假冗余”问题分析
京广高铁联调联试期间，通过列控功能试验和联锁试验发现：通信盘A与轨道移频柜通道中断，即主通道中断时，列控显示该移频柜轨道电路全部“红光带”。但是，若通信盘B与轨道移频柜通道中断，则设备通信正常不会发生轨道电路“红光带”的故障。于是，立即组织对现场CAN通信连接方式及相关配线、板卡进行检查和分析，发现CAN通信连接方式正确，检查各部板卡也未发现问题。由此得出结论，京广高铁CAN通信系统硬件配置及连接方式符合可靠性设计要求，但是其内部软件的逻辑处理方式却未考虑冗余设置，导致主通道中断就会发生轨道区段“红光带”故障。换而言之，即CAN通信冗余设置“表里不一”，可称之为“假冗余”。通过软件逻辑分析，当轨道电路通信盘与移频柜主通道中断时，即轨道电路通信盘A与轨道电路移频柜通信故障，按照目前轨道电路的处理方式，通信盘通过CANA、CANB发送至列控中心的信息包仍都为有效信息包，只是CANA中区段状态为通信故障。根据《客运专线列控中心列控与轨道电路接口规范（报批稿）》第4.5.2节，列控中心需将区段故障处理成占用状态。但该接口规范中并未规定在轨道电路上传的CANA、CANB数据不一致的情况下，列控中心该如何处理。京广高铁列控中心与通信盘A、B均为通信正常且数据校验正确的情况下，列控中心使用CANA数据进行逻辑判断，在综合GJ状态后，判断区段是“空闲”还是“占用”状态。同时，发现目前的通信盘配置为“通信盘A仅向CANA发送数据，通信盘B仅向CANB发送数据。因此，当断开通信盘A盘与移频柜的连接时，由于通信盘A收不到轨道电路状态数据，会向CANA发送轨道电路通信故障状态。列控中心收到CANA中的通信故障数据后处理为“占用”状态，确认为有效数据，并不使用CANB的正常数据，且此时采集GJ状态为“空闲”状态，则造成列控中心认为“驱动采集不一致”故障，导致轨道“红光带”发生。
二改造方案及建议解决
京广高铁“假冗余”问题，仅需要修改“状态数据帧输出逻辑关系”即可，而不用修改任何硬件配置，即正常情况下CANA为主用通道，列控中心以CANA通信数据为准，当CANA通信故障时，则以CANB通信数据为准。由于《客运专线列控中心列控与轨道电路接口规范》中没有明确：“轨道电路上传的CANA、CANB数据不一致的情况下，列控中心该如何处理。”造成列控中心生产厂家处理方式不一，从而片面的提高其系统的安全性，只要主通道故障就判断为系统故障，大大降低了系统的可靠性。因此，为了杜绝类似问题重复发生，建议明确CANA/B总线冗余处理逻辑，修订《客运专线列控中心列控与轨道电路接口规范》，修改列控中心通信数据处理方式，并增加关于对CANA、B数据进行冗余处理的原则说明。
随着我国铁路列车的速度不断提高，其对通信要求也越来越高，以往的铁路通信网基本采用的都是有线接入，这已经无法满足列车不断提速对通信网络的要求。为此，无线接入网必然会成为铁路通信工程的首选。但车站以及一些固定设施还会以有线接入网为主。同时，也可以考虑采用双纤单向环的接入方式，这种接入方式不仅高速、安全，而且价格合理、传输质量也能得到可靠保障。在组网的过程中，应当充分考虑经济型和实用性，并且还要考虑铁路未来的发展需要，这样才能达到一劳永逸的效果。目前，接入网在铁路通信工程中占有较大的比重，既有无线接入网，也有有线接入网，它们的应用为铁路通信带来了极大的便利。
铁路客运专线的通信网络基础平台中的通信网能够为实现汇聚层的高效连接，不会对接入、宽带共享进行限制，应用环形拓扑设计原理，使铁路两旁光纤形成环形，进一步增强网络的安全性；而数据网又可以划分为接入层、汇聚层及骨干层三个部分，接入层及汇聚层的路由器分别设置在铁路通信站、车站站房或枢纽位置，具有接入远端用户数据业务的及汇聚数据等功能[2]。
这些功能都以业务接入网的汇聚及专线透传性能为基础；域名、局域网、广域网及IP地址设计是计算机网络设计的关键要素，其中在铁路工作站通过综合布线方式构建的局域网，可以共享通信链路及网络，广域网可以实现客运专线调度所同铁路客运沿线基层站链路的连接。
二、铁路客运专线通信网络基础平台的通道要求与接口设计
在铁路客运专线中应用通信技术，在构建的通信网络平台基础上，可以将广域连接交换变为现实，使得低速数据传输的稳定性大大增强，同时还可以进行相应的视频监控和管理，加强多种业务之间的联系，使信息交换平台、网络互联更加高效化和安全化[4]。
针对网络系统中的可变宽业务、固定带宽业务，前者可以在基于SDH的多业务传送平台中借助传输通道完成，而后者需要将MSTP设备在原有基础上进一步增强调度及承载性能，GSM-R移动通信平台承载多种铁路业务应用系统，为运输调度指挥、设备维护及安全管理提供移动语音通信、短消息、电路域及分组域数据传输业务[5]。铁路客运专线通信网络基础平台的通道要求详见表1。
中国移动、中国电信、中国联通三大运营商IP数据骨干网，基本覆盖了所有省会节点和大部分地市节点，采用核心、汇聚和接入3层结构。它们基本都采用BGPMPLSVPN承载业务，建立了服务质量保证（QoS）体系，在全网部署了IGP／LDP快速收敛功能，并部署了MPLSTEFRR链路保护功能，域内路由协议采用IS－IS，并通过MP－iBGP传播MPLSVPN路由信息。
1．2铁路既有IP数据网
铁路数据通信网由建设于不同时期的客运专线数据网、铁通公司划转的专用数据网及铁路综合计算机网（TMIS数据网）3个相对独立的网络构成。客运专线数据网目前已经覆盖了铁路总公司，各铁路局的调度中心，京沪、京石武、武广、甬台温、温福、郑西、沪宁、沪杭等已建成的客运专线沿线站段、动车所等业务节点。铁路局区域网络由核心节点、汇聚节点、接入节点构成。骨干网络暂采用北京、武汉、西安、上海局区域网络的核心节点路由器作为临时域间数据转发节点，满足各铁路局对总公司区域网络间，以及各铁路局区域网络间数据路由转发需求。客运专线数据网采用MPLSVPN实现对业务的承载。既有普速线数据网大部分为铁通公司划转铁路之前的铁通建设，目前各铁路局网进行基础通信网改造工程，在改造完成后基本实现了对既有普速线所有车站的覆盖，并实现了与客运专线数据网的整合。铁路综合计算机网为2层网络结构，覆盖铁路总公司、铁路局及部分车站。随着网络安全工程的实施，铁路总公司、铁路局机关局域网实行三网分离，即局域网被分割成内部服务网、安全生产网、外部服务网3个逻辑子网，分属于不同的安全域。TMIS网络以路局为分界点，路局以上是骨干网，路局以下是基层网，总公司至各路局为星形组网。目前TMIS数据网与客运专线数据网（即铁路数据通信网）未实现整合。
2铁路数据通信网网络建设
铁路数据通信网建设的目标为以既有数据网为基础，整合成一张综合的IP数据网，实现对不涉及行车安全及资金往来的铁路信息系统和通信数据业务的承载，采用适合铁路需求的技术策略，提高数据网络运行效率。
2．1骨干网建设方案
骨干网络由汇接节点、转发节点和接入节点组成。骨干网汇接节点设置在铁路总公司；转发节点设置在北京、西安、武汉、上海、成都；接入节点设置在各铁路局。每个节点设置2台路由器。骨干网为一个独立自治域。北京、武汉、西安转发节点间构成半网状连接方式，相邻骨干网转发节点间互联，每个转发节点与总公司节点间直联，实现全网流量在骨干网层面转发；骨干网接入节点同时与2个大区转发节点互联。骨干网节点间采用10GEWAN接口互联。
2．2区域网络建设方案
每个铁路局区域网络均作为一个独立的自治域，区域网络间的互访通过骨干网络实现。铁路局区域网络由铁路局所在地的核心节点、业务相对集中的汇聚节点和接入节点组成。接入节点到汇聚节点间、汇聚节点到核心节点间的连接，在城市范围内或有需求的节点，采用星形或环形方式接入上层节点，在铁路沿线范围，接入节点采用链型双归方式接入汇聚节点。对于接入节点，采用分层PE技术，在大型车站部署SPE节点，小型站段或工区部署UPE节点。
2．3既有数据网整合方案
由于TMIS数据网承载着货票、确报、调度、车号自动识别、行车安全监控（5T）、铁路办公自动化、统计、工务、财务核算等多个应用系统，因此，铁路数据网与TMIS网络的整合要分步骤实施。第一步：TMIS数据网业务之间存在大量互通需求，因此没有对承载业务做严格的访问隔离，而铁路数据通信网采用VPN方式实现业务接入，为避免对TDMS广域网承载业务造成影响，第一步将承载的全部业务以一个统一VPN接入铁路数据网。第二步：新的信息业务直接接入铁路数据网，TMIS既有业务逐步向铁路数据网割接，业务割接后TMIS网络设备根据性能及配置情况，融入铁路数据网各类节点中，实现一张统一的数据网，实现信息资源共享。
2．4技术策略
铁路数据通信网采用骨干网络及区域网络二级构建，在区域网络接入节点，采用分层PE构建。铁路数据通信网骨干网络链路由OTN承载，采用10GE接口；铁路局区域网络核心、汇聚节点间的链路及接入节点到汇聚节点间的链路，主要由OTN承载，采用GE接口；接入节点间的链路主要由光纤承载，采用GE接口。为保证数据网对业务承载的可靠性，数据网要求OTN承载网启用保护机制，并利用传输网络保护机制、数据网故障检测恢复机制及两者的协调配合，来共同保证数据网的可靠性。数据网通过lay－er3MPLSVPN实现对业务的承载，保证不同业务组的安全隔离，采用OptionB方式实现VPN跨域互通；将layer2MPLSVPN作为补充，提供基于MartiniVLL业务。采用区分业务（DiffServ）同时结合CBQ以及CAR等多种技术方式，来保证各类业务的QoS。骨干网络依靠高带宽的设计提供网络的轻载来保证SLA，采用IPDSCP、IPTOS和MPLSEXP字段标识QoS等级；在PE路由器实现QoS的等级化标记，根据初始业务类型提供6类服务等级对应6种队列；部分关键业务，如GSM－R／GPGS、会议电视、软交换等，考虑直接在区域网核心节点下设置独立的PE接入设备，基于物理端口进行分类和标识。在全网部署路由快速收敛功能，启用BFD完成快速链路故障探测，先期在骨干网络转发节点间对重要业务（如GSM－R／GPRS业务）进行MPLS－TEFRR的部署。域内路由协议采用IS－IS，并通过MP－iBGP传播MPLSVPN路由信息，域间协议采用E－BGP。骨干网络及各区域网络均为独立AS。在骨干网接入路由器部署流量采集设备，在铁路总公司节点设置流量分析与统计服务器，对各铁路局引入骨干网流量进行统计分析，并对异常流量进行告警。数据网为铁路专网综合IP网，与公众互联网采用物理隔离；全网通过实施MPLSVPN，完成各业务系统的隔离；网络支持分域、分权管理；对于网络设备的服务配置，遵循最小化服务原则，关闭网络设备不需要的物理端口及服务；对网络设备实行交互式访问安全措施；支持对接入业务限速处理；在IS－IS、BGP等协议中启用校验和认证功能；网管区域的防火墙具有入侵检测功能；在网络互联端口开启I－SISHello的MD5认证；在区域网出口限制BGP对等体（peer）以外IP地址对179端口的访问。在MPLS环境下向IPv6演进，在所有IPv6业务不需隔离时，可采用6PE技术实现；在IPv6业务需隔离的情况下，可采用6VPE技术实现。
铁路移动通信系统介绍
GSM-R(GSMforRailway)为铁路专用数字移动通信系统，和GSM网络标准相似，是从欧洲引进的铁路通信专用系统。GSM-R是基于GSM技术平台，针对铁路无线通信的特点，专门为铁路设计的数字移动通信系统，提供特色的附能的高效综合无线通信系统，并增加铁路移动通信所需业务（组呼、群呼、强插、强拆、优先级别等功能），构成整体的解决方案。GSM-R同时还具备数字集群的功能，满足列车高速运行时的无线通信要求，可以提供应急通信、无线列调等语音通信功能，安全可靠。GSM-R还是一个信息化的平台，使得用户可以在这个信息平台上轻松开发各种各样的铁路应用。GSM-R通信系统主要由基站系统（BSS）、网络系统（NSS）、管理系统（OSS）三大部分和移动终端设备组成。其中网络系统包括移动交换系统、移动智能网系统、和分组交换无线业务系统，是GSM-R系统的核心组成部分，实现了与其他网络的有机结合。GSM-R系统网络结构图4GSM－R技术的应用GSM－R系统不仅可以提供语音业务，还可以提供数据业务、智能业务。针对铁路通信需求，GSM－R系统还提供了组呼叫、寻址、广播呼叫、紧急呼叫等特殊方面的要求。
目前，铁路常用的数字无线电台主要有450MHz、400MHz数字无线电台。450MHz数字无线电台主要用于普速铁路列车无线调度通信、调度命令和无线车次号校核信息传送，400MHz数字无线电台主要用于站场常规无线通信。国家规定给铁路的450MHz、400MHz频点有限，需要各铁路局申请额外频点才能满足站场无线对讲业务需求。铁路总公司铁运函[2014]31号要求，货车列尾装置可采用GSM-R/400MHz双模列尾装置，在非GSM-R铁路区段，列尾无线通信使用400MHz频率；站场无线调车继续使用铁路专用的400MHz频段频率。在编组站，规划分配的400MHz专用频率资源不足，无法满足运用需求时，由各铁路局无线电主管部门负责向属地省级无线电管理部门申请400MHz额外的频率。对于当前使用450～470MHz频段频率用于铁路养护维修、生产组织、监控监测、公安保卫、应急保障等各类区域性普通无线电对讲通信业务，应结合更新改造退出450～470MHz频率。需要继续使用的业务，由铁路局统一向属地省级无线管理部门申请400MHz、150MHz、160MHz的频率。铁路总公司规定，对涉及车地人员之间相互通信的业务，为简化终端设备的配置，宜优先规划申请400MHz频率，以便与总公司规划的跨局通信业务频率工作在同一频段。站场所有业务采用无线电台通信，则会造成无线设备设置分散、数量多、无法集中维护和管理。而且，无线电台通信不适应高速率、高带宽的车地数据信息业务传送，不能满足未来站场的自动化、智能化、高带宽业务发展需求。
1.2数字集群无线通信技术应用
集群通信，即无线专用调度通信系统，早期，集群通信从“一对一”的对讲机形式、同频单工组网形式、异频双工组网形式以及进一步带选呼的系统，发展到多信道用户共享的调度系统，并在政府部门、警务、铁路、地铁、电力、民航等各行各业的指挥调度中发挥了重要作用。国际上数字集群调度系统主要有TETRA、iDEN和FHMA3种较为先进的技术体制，由于这3种技术体制构成的无线通信系统互通性不太理想，主要用于地铁、航空、公安等专网应用，未在铁路领域获得推广应用。近年来，随着数字移动无线电标准（DMR）制定，我国无线设备供货商根据数字移动无线电标准（DMR）为各企业用户提供DMR数字集群系统设备。DMR标准是完全公开的标准，国内拥有众多供应商支持，国内设备厂家生产的400MHz的DMR数字集群系统已在部分铁路站场获得应用。铁路使用的400MHz的DMR数字集群系统主要采用403～470MHz频段的专用频点，通过数字通道实现基站与IP控制服务器间的连接，控制台、运用服务器与IP控制服务器连接，构成站场无线通信平台，可提供同频单工或异频双工方式，根据站场业务特性要求进行业务与频点绑定，也可以各业务采用公共频点通信。400MHz的DMR数字集群无线通信系统主要功能是实现移动人员间点对点对讲功能，以及移动终端与固定终端或移动终端与移动终端间的点对点低速率数据信息传送。站场所有业务采用400MHz集群无线通信，其无线设备可以集中设置、减少设备数量、并能集中维护和管理，最适用于解决站场平面调车业务和无线对讲业务，以及综合自动化SAM系统车地信息传送。但是，不适应高速率、高带宽的车地数据信息业务传送，频点也受限于国家规定给铁路的400MHz频点，系统能提供的业务容量有限。
1.3GSM-R移动通信技术应用
GSM-R数字移动通信技术作为中国铁路列车无线通信主要采用的技术，铁路总公司已建立了一整套相关标准和规定。在中国高速铁路、客运专线、重载铁路、城际铁路或部分普速铁路均选择GSM-R数字移动通信技术构建铁路无线通信系统，主要用于列车无线调度语音通信，以及调度命令、车次号校核、列控信息、机车同步操控等数据信息传送。GSM-R系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网子系统（IN）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、无线子系统（BSS）、无线终端、运营与支撑子系统（OSS）等部分。其中，移动智能网子系统（IN）由铁路总公司统一设置2套，互为冗余，作为全路GSM-R系统共用。在铁路总公司各铁路局设置移动交换子系统（SSS）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、运营与支撑子系统（OSS）各1套设备，根据用户需求在铁路沿线、车站、枢纽设置无线子系统（BSS），配置相应的无线终端设备。虽然，GSM-R数字移动通信系统可以实现铁路沿线和车站统一的综合无线通信系统平台，提供列车无线调度通信、站场常规无线通信语音和低速数据信息传送，设备能集中维护和管理。但是，由于GSM-R数字移动通信系统的频点有限，站场所有业务采用GSM-R的系统实现会造成信道占用很大，现有的频点不够使用，当站场靠近正线铁路或通过正线列车时，会对列车调度指挥系统产生影响。因此，GSM-R数字移动通信系统未被全面应用于站场常规无线通信业务。目前，只能适用于解决站场部分语音业务，以及低速率、时延要求不高的数据信息传送。
1.4WLAN无线局域网技术应用
WLAN无线局域网是指利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，属于计算机网络与无线通信技术相结合的产物。WLAN无线局域网技术使用户摆脱各种线路的束缚，可以随时随地接入网络。WLAN（Wi-Fi）无线通信可采用2.4GHz或者5.8GHz通信频段。在铁路领域，WLAN无线局域网技术主要应用在编组站综合自动化车地数据信息无线传送。采用2.4GHz频段和IEEE802.11g、IEEE802.11n标准的设备进行组网，实现综合自动化CIPS调机业务等信息传送需求。综合自动化WLAN无线局域网系统主要由WLAN终端设备、接入点设备（AP）、接入控制点设备（AC）、PORTAL服务器、RADIUS认证服务器、用户认证信息数据库、业务运营支撑系统等组成。由于WLAN无线局域网频点是公众频点，将会受到外界终端设备的干扰，列车遮挡物影响，以及缺乏站场无线对讲业务、无线调车等业务的终端设备支持。因此，WLAN无线局域网不适用于涉及行车安全的铁路调车业务，不适应未来站场业务发展需求。
1.5LTE移动通信技术应用
LTE移动通信技术是铁路下一代宽带无线通信技术发展方向，比较适用于宽带数据信息无线传输。LTE有TD-LTE与FD-LTE两种不同的制式，虽然总体上都满足大带宽的数据通信需求，但也存在很多不同。FD-LTE是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，依靠频率来区分上下行链路。TD-LTE是用时间来分离接收和发送信道，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，可以根据上下行的数据大小动态进行分配，对于频率信道的利用率更好。未来铁路移动通信采用TD-LTE的概率较大。目前，在朔黄铁路已引入TD-LTE集群技术应用于列车同步操控、列车无线调度通信系统构成；在部分铁路局站引入TD-LTE集群技术应用于站场货检、车号等无线对讲和作业信息传送；在郑州地铁引入TD-LTE集群技术用于车地间PIS信息和视频监控图像传送。工信部根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及我国频谱使用情况，确定使用1447～1467MHz频段建设时分双工（TDD）工作方式的宽带数字集群专网系统。而1785～1805MHz频段，则主要用于本地公众网接入，对确有需要的本地专网也可用于无线接入，具体频率指配和无线电台站管理工作，由各省、自治区、直辖市无线电管理机构负责。在同一地区给一具有无线接入业务经营权的公众网运营商或专网单位指配的频率宽带一般不超过5MHz。未来，在铁路领域，可以考虑申请使用1785～1805MHz频段的5MHz带宽用于站场无线通信业务。TD-LTE支持1.8G/1.4G/400M专用频段，覆盖增强算法、高增益定向天线、高终端发射功率，多方式天线组网。TD-LTE移动通信系统移动性好，支持350km/h，具有完善的QoS业务保障，可二次开发定制终端、调度台、无线通信模块等；可提供调度通信语音业务、低速率或高速率数据信息传送业务，是一个比较完善的综合无线通信系统解决方案。LTE移动通信技术在铁路调度通信业务中的应用正在研究开发阶段，在站场或编组站中的无线调车、无线对讲、综合自动化信息无线传送系统中尚未被应用开发。
2未来站场综合无线通信系统技术选择
站场或编组站作业范围比较独立，技术作业业务较多，综合上述几种无线通信技术应用介绍，以及应用于站场多种业务情况下的可适用性进行分析，结合无线通信技术发展，选择TD-LTE移动通信技术作为未来站场综合无线通信技术。TD-LTE移动通信技术已在铁路和地铁领域获得应用，具有技术实用性和先进性，系统安全可靠，具备集中监测和维护管理，能满足站场各类业务综合承载能力和未来各业务信息化、智能化发展需求。铁路局可以申请使用1785～1805MHz频段的5MHz带宽合法频点用于站场无线通信业务。站场无线通信使用TD-LTE数字集群系统，可将公网MME、HSS、S-GW以及P-GW等多个网元合并为一个网元eCN，使其小型化，降低核心网成本，可以有效的节约近期工程投资，为将来铁路正线引入LTE移动通信系统应用预留互联互通条件。TD-LTE数字集群通信系统主要由核心网节点、无线子系统和无线终端组成。其中，核心网节点设置TD-LTE核心网设备，核心网设备通过交换机等设备与各种业务应用服务器相连；无线子系统根据站场覆盖和业务需求在铁路站场内设置，无线子系统设备包括LTE基站设备BBU（BasebandUnit）和RRU（RadioRemoteUnit）设备；根据需要配置相应的无线终端。
随着铁路建设的高速发展，作为铁路运输生产基础之一的铁路信号设备也发生了很大变化，主要体现在设备组成部件及器材产品中的科技含量逐年增加，表现为技术条件复杂、标准要求高、试验项目多、测试技术指标精确的特点。铁路经过6次大提速之后，对既有线铁路信号设备的维修和施工质量要求越来越严格，对信号设备更新、改造和大修及新旧设备更替时间的要求也越来越短。信号设备更新、改造与运输需求之间的矛盾越来越突出，因此优化施工组织，缩短信停时间已成为铁路信号工程中的当务之急。
1信停期间的铁路信号工程施工组织
信号工程的核心工作就是信、联、闭、停、用期间的施工组织，是一个系统工程，直接关系到信号工程安全、质量和工程指标的实现。
1.1制定严密的施工方案
项目经理组织有关工程技术人员进行现场调查，征求车务、电务、工务及上级主管部门意见，了解既有设备的使用情况，确认好信停影响范围，明确信停前及信停中施工内容，确认具体的工作项目、工程数量、相互关系和工作顺序，使每项工作都围绕关键项目来进行。
同时，要对每个作业项目提出具体的作业时间和安全措施、质量标准及所用材料和工具等，并以作业单形式进行细化分解，提前两天发到作业小组，使每个人都明确自己所负责的工作。主管工程的技术人员要通过新、旧图纸核对，了解施工中的每一细节及新设电路与已有电路的不同。落实好需要电务、车务、工务、房产、铁通和供电等部门配合的项目，综合各方面因素，编制出详细、准确、具有可操作性，与实际工作相符的施工方案。
项目指挥长、项目经理、主管项目安全的负责人及项目总工程师中的每一个人必须明确信停期间的作业项目和主要工程数量及影响范围，掌握关键路线，运用好网络计划技术，组织好流水作业和平行作业。
信停期间参加施工的所有管理干部必须实行分工负责和逐级负责制，分片包干，明确自己的责任、任务，完成项目的时间和应达到的标准。这样才能确保信停施工安全稳定、质量达标、施工进度有序可控，使工程能够按期或提前完成，因此，编制切实可行的施工方案是实现工程施工的前提。
l.2信停期间的配合工作
信号设备停用期间的施工配合工作是缩短信停时间的重要条件。在此期间的施工是以工程单位为主体，电务、车务、工务、机务、通信和供电部门密切配合，互相支持，团结协作。
1)首先，铁路局所属的施工所在地或车站在信停前根据施工等级不同，由专人负责主持召开施工协调会，对工程与运输、通信、工务、电务、供电之间的相互配合提出明确要求，对关键问题抓好检查落实工作，防治不必要的推诱，为施工顺利进行提供可靠的保证。
2)其次，信停期间的运输组织必须为施工部门创造条件，落实施工单位的合理要求。运输部门必须正确认识施工与运输的关系，只有为施工中的测试、试验项目创造条件，施工部门才能按期或提前开通，缩短无联锁状态时间，从而确保行车安全。
3)电务段在施工过程中的全面参与及密切配合也发挥着重要作用。电务段从施工开始到工程竣工要给予全方位的配合，如电缆敷设、箱盒配线、设备安装、电气特性测试、更换转辙设备等应派专人参加，这样可以做到有问题及时协调、协商解决，主动参与工程质量监督和验收，将问题解决在信停之前，使出现问题的概率降到最小。信停前请电务段进行初验，尽量减少信停期间可能出现的问题，为信号工程的开通创造良好的条件。
4)信停期间的工务、通信、机务、供电部门的配合也是重要的组成部分。信停前施工单位必须及时把涉及到上述单位的配合工作以书面形式写明，进行沟通，听取意见，配合单位也要指定专人落实好配合工作，确保行车设备正常投人运营。
2铁路信号电路导通施工
铁路信号导通质量的好坏关系到联锁关系是否正确及信号设备的正常使用。铁路信号的导通丁一作可分为3个部分进行，即:导通前的准备工作、导通中的故障处理及模拟联锁试验。结合工程实践，本文重点阐述铁路信号在电路导通中的故障处理。
2.1导通前的准备工作
导通前准备工作主要包括:①核对配线，此项工作分室内、室外两个部分同时进行，也可以根据施工的规模情况分别进行;②对电源屏做空载试验，电源屏空载试验是电路导通前必不可少的一项试验工作，要符合标准和《铁路信号施工规范》要求;③检查组合架的架间零层电源环线、侧面电源环线、控制台电源环线等相互间有无短路及混线等错接现象，各条配线对地绝缘及线间绝缘电阻是否达到《铁路信号施工规范》要求，确定无误后方可与电源屏连接;④通电检查电源屏及组合是否有熔断器熔断;⑤在完成上述任务后，就可插装继电器，最好是在带电状态下进行，这样可以同时观察到各部分熔断器是否保持完好;⑥最后对室外设备做检查;⑦在做好前6项工作的同时，还要按轨道电路的站场布局，做好轨道电路模拟盘，大站可做信号机模拟及道岔模拟操纵盘。
2.2导通中的故障处理
在完成前期准备工作后，此时进路还不能排列，还不能进行联锁试验。要使所有单元电路恢复到定位状态后，才能进行联锁试验。
1)使各个单元电路恢复到定位状态。此项工作要使室外信号机的定位灯光都能点亮，室内相应的灯丝继电器(DJ>吸起:电动转辙机能正常转动并有定、反位显示，且与室内相应的道岔组合中的1DQJ,2DQJ,DBJ,F13,相对应，所有轨道继电器(GJ)能可靠吸起，这些单元电路都比较简单，可分组同时进行。处理故障时应本着先内后外、先近后远、先易后难的原则，即先处理室内故障、再处理室外故障;先处理距信号楼近的故障，再处理距信号楼远的故障;先进行简单容易处理的故障、再处理复杂的故障。对于较复杂的电路故障，要尽可能缩小故障范围。
2)当上述工作完成后，即可对控制台盘面上的按钮、表示灯进行对照。要使盘面上的表示灯与此时的电路相一致、显示正确、光带熄灭，按钮按下后，对应的按钮继电器有所反应。
3)排列进路。依照联锁表中给出的进路类型，按先短后长、先易后难的次序进行排列进路，先办理短调车进路，逐个办理，逐个核对，做到操作、电路动作及表示完全符合联锁图表的要求，不放过任何一个细小的故障及隐患。短调车进路全部排出后才可进行长调列车进路的排列，再进行调车进路的正常解锁、故障解锁、中途返回解锁等联锁试验内容，最后进行列车进路，列车进路的办理程序与调车进路的办理程序相同。
4)接口电路的导通，接口电路往往不定型，因此，对接口电路一定要试验彻底。如64D继电半自动闭塞电路、区间自闭结合电路、场间联系电路、与机务段联系电路等。
5)轨道电路送电端要接在箱盒引接线上，受电端反送电，使室内轨道继电器吸起。
2.3模拟连锁试验
由于我国铁路建设起步较晚，导致铁路计算机网络管理系统也只是在近些年初步成型。相比于发达国家，我国在铁路计算机通信网络管理运行中缺乏经验。完善的计算机网络管理可以大大提高铁路运行效率，保障列车安全。但是在实际运行中，由于计算机网络建设不够完善、尖端技术人员缺失、硬件软件达不到规范要求等诸多问题，是影响铁路管理正常运行的重要因素。
1.1缺乏上层的整体策略
主要体现在管理力度不够，政策的执行和监督力度不够，部分规定过分强调部门的自身特点，而忽略了在铁路运输的大环境下自身的特色。部分规定没有准确地区分技术、管理和法制之间的关系，以管代法，用行政管理技术的做法仍较为普遍，造成制度的可操作性较差。
1.2评估标准体系有待完善
主要表现在信息安全的需求难以确定，要保护的对象和边界难以确定。缺乏系统的全面的信息安全风险评估和评价体系，以及全面完善的信息安全保障体系。
1.3信息安全意识缺乏
普遍存在重产品、轻服务，重技术、轻管理的思想。
1.4安全措施建设滞后
主要体现在网络安全措施建设不够健全。随着网络技术的快速进步，网络安全也在不断地遇到新的挑战，原来的安全措施已经不能满足现代网络安全技术的需要。
1.5安全人才建设滞后
当前铁路系统信息技术人员较多，已经初步形成了一支铁路信息系统开发建设、运行维护的专业技术队伍。但从事信息安全技术方面的人才还非常缺乏，特别是既懂技术又懂管理的复合型人才。
2加强信息安全的重要性和必要性
2.1信息安全的重要性
近年来，信息技术的不断推广与应用推动了信息系统的基础性、全局性以及全员性的不断增强。铁路运输组织、客货服务、经营管理、建设管理和安全保障等对其依赖程度越来越高，特别是随着铁路生产与管理向着智能化和管控一体化方向的进一步发展，对网络和信息安全提出了更高的要求。由信息安全引入的风险也越来越大。网络和信息系统一旦发生问题，将给铁路生产、服务和经营带来重大威胁和损失，给铁路形象造成不良影响。信息安全已成为铁路安全的重要组成部分。铁路信息系统不仅包括管理信息系统、信息服务系统，而且还包括生产自动化系统等。因此，信息安全保护的内容不仅是数据和系统本身的安全，更重要的是运行于网络之上的业务安全，即保证业务应用系统的实时性、可靠性和操作的不可抵赖性。结合实际应用，就是要确保运行于网络之上的行车调度指挥、列车运行控制、编组站综合自动化等控制系统，以及生产实时管理、客票预订和发售、货运电子商务、12306客户服务等业务系统安全运行。
2.2信息安全的必要性
随着信息系统在铁路应用范围的不断扩大，功能的不断强大，网络覆盖的不断延伸，开放性与互联性的不断增强，以及技术复杂性的不断提升，由于信息网络和信息系统自身的缺陷、脆弱性以及来自内外部的安全威胁等所带来的信息安全风险日益凸现，而且日趋多样化和复杂化。传统的安全管理方式已不适应信息安全保障要求，必须采取先进的管理理念和科学的管理方法。信息安全管理的实质是风险管理。开展铁路信息安全风险管理，就是运用科学的理论、方法和工具，从风险评估分析入手，识别潜在风险，制定有效管控和处置措施，加强安全风险过程控制，强化应急处置，努力消除安全风险或使风险可能造成的后果降低到可以接受的程度。加强信息安全风险管理是铁路信息系统安全稳定运行的内在需要，是保障铁路运输安全和正常秩序的必然要求，符合信息安全管理工作特点，是做好信息安全工作的科学方法和有效手段。
3加强信息安全管理对策
为应对日益严峻的信息安全形势所带来的挑战，铁路系统必须采取一系列的措施来提高信息管理水平。主要体现在以下几个方面：
3.1端正信息安全认识
如何看待铁路系统的信息安全问题，实质上是如何看待铁路系统的信息资产的问题，信息化建设中的铁路系统管理者应该认识到，与铁路系统的有形资产相比，信息资产的生存和发展有着更加重要的地位。而铁路系统的信息安全防护，虽然不能直接参加铁路系统价值的创造，但能间接地影响铁路系统的管理水平，管理能力，影响铁路系统的竞争能力。在某些特殊条件下，甚至会影响铁路系统的生存和发展。因此，铁路系统的管理者必须充分认识到信息安全的重要性和严峻性，从铁路系统生存发展的战略高度来看待信息安全问题，国内有关研究机构和企业提出了“信息安全治理”的概念，即将信息安全策略提升到和企业发展策略相同的地位，作为企业策略层的1项重要任务来实施，这个观点在国外已经得到广泛实践，值得铁路系统借鉴。
3.2建立完善信息安全管理体制
在信息安全学界，人们经常会提到，对于信息安全防护，应该“三分技术，七分管理”，这充分说明了管理在铁路系统信息安全防护中的重要性，明确自己的信息安全目标，建立完善、可操作性强的安全管理体制，并严格执行，这也是铁路系统真正实现信息安全的重要环节。
3.3加大投入与提高人员素质
安全技术是铁路系统信息安全的基础，高素质的人员是实现铁路系统信息安全的保证，对于铁路系统的信息安全问题，必须加大人员、资金和技术投入力度，科学配置资源，达到投入和收益的最佳结合。围绕铁路系统的信息安全目标和策略，系统、科学地进行软硬件系统的采购和建设，要重点加强信息安全人员资源素质的培养和提高，在信息安全防护体系的建设和实践中，不仅要利用传统的补动防护技术，同时也要引入主动防护技术。此外根据实际的业务，可以引入PKI技术、VPN技术等，再结合专业素质过硬的人员以及科学的信息安全管理，从而达到最优的信息安全防护能力。定期组织专业的网络与信息安全培训，进一步提高人员素质。
3.4制定突发事件的应急预案
必须针对不同的系统故障或灾难制定应急计划，编写紧急故障恢复操作指南，并对每个岗位的工作人员按照所担任角色和负有的责任进行培训和演练。
3.5加强数据完整性与有效性控制
数据完整性与有效性控制要保证数据不被更改或破坏，需要规划和评估的内容包括：系统的备份与恢复措施，计算机病毒的防范与检测制度，是否有实时监控系统日志文件，记录与系统可用性相关的问题，如对系统的主动攻击、处理速度下降和异常停机等。
