周梦晗设备组成 第一节-轨道交通信号监测分析
周梦晗设备组成 第一节-轨道交通信号监测分析
周梦晗
第一节 设备组成
Airlink pulz8无线子系统从逻辑上分为以下部分：
中央设备 － 位于鸿福路站
轨旁设备 － 位于轨道沿线以及鸿福路站之外的各站中
车载设备 － 位于列车车头
图1 Airlink无线系统与头尾配置中的Trainguard MT概览
一、中央设备
2号线信号系统无线子系统的中央设备位于HFL站信号设备房内，主要包括：网络监控与管理计算机、中央系统路由器1、中央系统路由器2、网络管理系统、核心交换机1、核心交换机2、电缆配线盘、KVM以及电源等。
图2 无线机柜设备分布图
1、网络监控和管理计算机
东莞2号线信号系统无线系统网络监控和管理计算机可监控Airlink pulz8 无线骨干网的网络部件。
图3 网络监控和管理计算机实物图
2、中央系统路由器（CSR）
中央系统路由器是轨旁通信控制器到Airlink pulz8无线子系统的中央接口。TGMT通过WCC传递系统中的数据流。中央系统路由器处理所有到列车的通信链接，把信息从轨旁“传递”到列车，反之亦然，包括所有必要的路由。鸿福路站的两台中央系统路由器（CSR）是相互冗余的。
主要作用如下：
? 维护系统的安全性和完整性；
? 处理软件更新，分配系统中各单元的配置文件；
? 提供网络管理系统（NMS）接收系统状况信息的接口；
无线通信网络与Trainguard MT轨旁通信网络之间的连接，用于 WCU 和 OBCU 间数据通信的中央路由器，数据通信的加密。
硬件要求：中央系统路由器使用惠普DL 380 G8 系列服务器, 4 核CPU, Intel? Xeon? 处理器，6GB 内存，2个千兆以太网口。
图4 中央系统路由器实物图
3、网络管理系统
网络管理系统计算机包含Airlink pulz8部件所用的所有网络配置数据和系统软件，包括线路上所有需要从轨旁提供数据的列车。它有一个用于系统管理的网络接口。Airlink pulz8所有部件的软件更新和配置变更都通过这台计算机完成。轨旁通信控制器将同步NMS上进行的软件更新和配置变更，提供给Airlink pulz8的其他部件, 软件更新和配置变更将不影响工作中的部件，更新的软件和配置将在部件重启后生效。
网络管理系统主要用于配置DCS部件的人机交互界面，软件和硬件配置的数据库，DCS 部件的调试、诊断和监视。
图5 网络管理系统计算机实物图
4、核心交换机
核心交换机将骨干网连接到中央系统路由器中，中央系统路由器通过核心交换机向环网交换机发送数据包。对于Trainguard MT 数据，所有的环网都是冗余的。
硬件要求：赫斯曼MACH102-24TP千兆以太网总线的交换机，支持环状拓扑结构（HIPER 环）。
图6 核心交换机实物图
表1 核心交换机技术规格
2 个千兆以太网口
24 个快速以太网口
冗余的电源提供
5、环网接入交换机
每个环网交换机通过环网同轨旁的多个接入点(AP)连接。网络的环状拓朴结构同星形拓扑结构相比，在提供相同的可用性的情况下，前者的网络管理更简单，所需光缆更少。
硬件要求：赫斯曼 RS20 二层网络交换机，具有2个百兆以太网（100Mbit/s）接口，两个光纤接口，支持环状拓扑结构（HIPER 环）。
图7 环网交换机实物图
二、轨旁设备
1、无线骨干网
无线骨干网的专用网络将WCC与接入点连接起来。冗余无线骨干结构基于光纤环路。每个接入点包含一个网络交换机，向接入点提供相关数据包，并在环路内传输数据包。对于东莞2号线设置2X6个物理环，6个环连接到车站1至8的接入点，剩下6个环路连接到车站8至15，环路架构的主要监控组件位于鸿福路站的信号设备房内。
无线骨干网的布局为环状冗余拓扑结构，冗余无线骨干网结构基于光纤环路。从DCS设备中心站向整条线路两端引出多路光纤环路，每个光纤环路将DCS设备中心站和该方向所有无线接入点连接起来。光缆中的纤芯被分为几组，每组用于不同的环形子网。光纤环路所接入的无线接入点依次纳入不同的环形子网中，如下图所示：
图8 无线骨干网结构
2、接入点
接入点负责处理与车载列车单元的无线通信，在车载设备和轨旁设备之间提供无线双向通信。一个接入点包含一个与轨旁天线相连的轨旁无线电收发两用机，用于轨道和列车之间的双向无线数据传输。
接入点沿线路分布，每个接入点根据线路的具体情况通常相距250m-350m。通过使用定向高增益天线，实际沿线路的覆盖面可以达到至少两个接入点的距离，实现了无线频率范围内冗余的“双重覆盖”。
图9 AP机箱实物图
表2 AP机箱部件
编号
部件
编号
部件
1
光纤熔纤盒
6
电源单元
2
TGMT RS20 交换机
7
二次电源输入熔断器
3
TGMT CPU 板
8
CPU 板继电器
4
过压保护
9
防雷保护
5
220V 一次电源输入熔断器
（1）AP主板（CPU板）
图10 CPU板实物图
表3 AP主板典型规格
CPU: 500 MHz AMD Geode LX800
DRAM: 256 MB SDDRAM
存储：CompactFlash 套接字
供电：DC jack 电源插座或无源POE，最低+7V 至最高+20V
三个前板LED，按钮
扩展：2 个miniPCI 插槽，LPC 总线
连接：2 个以太网通道(Via VT6105M 10/100)
两个USB 2.0 端口
输入/输出：DB9 系列端口
主板大小： 6 x 6" (152.4 x 152.4 mm) 与WRAP.1E 相同
固件：tinyBIOS
设计用于FreeBSD, NetBSD, OpenBSD 和 Linux
（2）无线模块（IEEE 802.11b/g 无线收发器模块）
图11无线模块实物图
表4 无线模块技术数据
项目
数据
无线局域网标准
符合IEEE 802.11a/b/g 标准+ Atheros 双频多模无线模块
频率范围
4.92~5.825 GHz、2.412~2.472GHz
调制解调方式
直接序列扩频DSSS/正交频分复用OFDM
工作电压
3.3V+/-10%
最大电流
490mA
信道支持
802.11b/g FCC: 11 (1~11) Europe(ETSI): 13 (1~13) Japan: 13 (1~13)
设备尺寸
59.75 （长） x 44.6 （宽） X 3.4 （高） mm
重量
13g
（3）AP电源
图12 AP电源实物图
表5 AP电源规格
数据概况
输出电压 DC 12V
调整范围 12-15V
输出电流 12V 时5A 连续的 12V 时22.5A 典型地4 秒
输出功率 12V 时180W 连续的 12V 时270W 典型地4 秒
输出纹波 <50mVpp 20Hz~20MHz
输入电压 AC 100-240V ±15%
电源频率 50-60Hz ±6%
AC 输入电流 120/230Vac 时1.65/0.93A
功率因数 120/230Vac 时0.98/0.92
AC 突入电流 120/230Vac 时典型峰值4/7A
DC 输入电压 DC 110-300V -20％/+25％
DC 输入电流 110/300Vac 1.78/0.65A
效率 91.5/91.8% 120/230Vac
损耗 16.7/16.1W 120/230Vac
温度范围 -25℃到+70℃工作温度
降额 +60℃到+70℃时5W/℃
保持时间 120/230Vac 时典型地32/32ms
尺寸 60x124x117mm（宽x 高x 深）
3、无线AP天线
目前，2号线根据线路具体情况，每个接入点使用二根或四根定向天线，面对相反方向，在一个特定距离（覆盖区域）内提供无线服务。
图13 无线AP天线实物图
表6 AP天线规格
型号
Sencity SPOT-M 天线
频率
2400-2484 MHz
增益
14 dBi
长度（不包括天线架）
420mm
直径
80mm
工作温度
-40°C - +70°C
接头
600 mm 链路电缆上的内螺N 型接头
链路电缆型号
CFD200-E
天线间的水平距离
最短720 mm
固定装置
4 孔M6（12mm 深螺纹）
（1）AP天线电缆
天线和接入点将使用两端带N 型公头的同轴电缆进行连接。
图14 无线AP电缆实物图
三、车载设备
1、车载无线单元
车载系统结构包括一个位于列车前端的无线列车单元（TU）和一个位于列车后端的无
线列车单元。每个TU 均包含一台计算机（CPU）以及总计2 个WLAN 无线模块（收发器）。无线模块分别连接到位于列车头端和尾端的天线。
图15 车载无线单元
（1）车载TU主板
图16 车载TU主板
表7 车载TU主板技术数据
项目
数据
处理器
3U CompactPCI?Express 赛扬? 1GHz 处理器
内存
最高支持2GB 内存
存储
CompactFlash 插座
BIOS
4Mb 闪存
功耗
额定值 30W, 峰值45W
USB
两个USB 2.0 端口
连接
3 个以太网通道 (1 个DB-9 接口，2 个Lemo 公头)
LED
2 个Lemo 接口以太网通道带有LED，显示以太网活动信息
其他
一个VGA 端口，一个串口
2、车载无线模块
每个TU（列车单元）包括两个冗余的车载无线模块（收发器），提供独立的列车控制数据传输通道。此无线模块与轨旁无线模块型号相同，其固件基于WLAN 标准，提供足够的快速漫游以满足东莞2号线最大列车速度。
图17 车载无线模块
表8 无线模块技术数据
项目
数据
无线局域网标准
符合IEEE 802.11a/b/g 标准+ Atheros 双频多模无线模块
频率范围
4.92~5.825 GHz、2.412~2.472GHz
调制解调方式
直接序列扩频DSSS/正交频分复用OFDM
工作电压
3.3V+/-10%
最大电流
490mA
信道支持
802.11b/g FCC: 11 (1~11) Europe(ETSI): 13 (1~13) Japan: 13 (1~13)
设备尺寸
59.75 （长） x 44.6 （宽） X 3.4 （高） mm
重量
13g
3、车载天线
车载天线为COTS（商用现货）的加固设备，安装在驾驶室上方。每个驾驶室有两个天线以提供天线的多样性。
图18 车载天线
表9 车载天线规格
项目
数据
型号
Sencity 天线
频率
2400-2485 MHz
增益
8.5 dBi
无支架的长度
36 mm
重量（不含支架）
110 g
工作温度
-40°C - +80°C
连接器
N 型母头,底部
天线间的水平距离
最小1000 mm
到中心线的水平斜视角
0..10 度（通常6 度）
固定件
2 孔M4.5（螺纹深度12mm）
每个列车单元的无线模块与一个车载天线相连。列车每端的两个天线为定向Sencity类型的加固设备，安装在驾驶室上方，最好位于车辆驾驶室的复合材料面板或遮光板后面，朝向车辆较近的车头方向。每个驾驶室上方的车载天线都须保证与列车中心线之间有一定的角度，称为斜角。此角度应该在0 到10 度内可调，典型值为6度。
图19 车载天线安装位置
天线前面必须是无金属区，此无金属区的最小范围为天线前方75 度圆锥面以内（水平的和垂直的）。
图20 车载天线无金属区
4、列车单元之间的车载通信连接
Airlink pulz8 无线通信系统的每个TU（列车单元）通过相应设备机架或机柜内的一根短的以太网缆线连接到两个冗余的TRAINGUARD?MT 车载控制单元 (OBCU) 其中之一，使用标准UDP/IP 协议，见下图从TU1 和TU2 到相应的OBCU 接口部件（OBCU_ITF）的红色或蓝色连线。
由于电缆长度超过100 米（列车长度为122 米），需要在列车中部设置以太网交换机。以太网交换机需使用110 VDC 电源以及标准的M12 连接器。使用标准M12 连接器将列车单元与交换机连接起来。
图21 列车单元之间的车载通信连接
图22 中继器（非网管型以太网交换机）
表10 以太网交换机技术数据
项目
数据
类型
符合EN 50155 铁路标准，如X RS2 – MIPIOS? 非网管型以太网交换机
尺寸
225.74mm x 130mm x 84.75mm
含附加安装空间的最小必要尺寸
250mm x 160mm x 200mm
重量（包括安装架）
1.9 kg
工作温度
-40°C-+70°C
电源输入
2 路冗余电源输入，M12 公头（A 码）。供电电缆需要1 个M12 A 码母头连接器。仅使用主电源输入。
以太网接口
8 个10/100Base-T 端口，M12 D 码（母头）连接器。DCS电缆通过一个M12 D 码公头连接器连接
安装板
不使用安装板，交换机直接安装在列车壁上。
5、以太网交换机供电电缆
图23 以太网交换机供电电缆
表11 以太网交换机供电电缆技术数据
项目
数据
型号
比如RADOX TENUIS-TW/S EMC 多芯屏蔽电缆( 4 x 0.50 mm2 )，或同等电缆。
连接器
M12 母头A 码插头
6、网络电缆
带Lemo 公插头的网络电缆（列车单元侧）
图24 网络电缆
表12 Lemo 连接器的引脚布置
带M12 公插头（D 码）的网络电缆（以太网交换机侧）
图25 带M12 公插头（D 码）的网络电缆
下图表示了引脚的布置：
表13 以太网4 引脚M12 连接器的引脚分配
表14 连接两个驾驶室列车单元的以太网电缆：
项目
数据
型号
LAN 电缆，例如Radox?RailCat – Databus 超五类电缆100 欧姆4 x 22AWG / RadoxCom / GKW S
连接器
列车单元侧：Lemo 公插头（FGG.1B.308.CYCD76）
以太网交换机侧：M12 “D 码”公连接器
7、天线电缆
车载天线电缆应符合ISM 频段[2.4GHz, 2.483GHz]的50Ohms 典型阻抗要求。连接列车单元的电缆和天线的衰减不允许超过3dB。电缆长度限制在10米以内。电缆两端均采用N 型公头。天线电缆（下图中的红色电缆）将天线和适配电缆连接起来。适配电缆（下图中的黑色电缆）将无线列车单元的无线模块与天线电缆连接起来。
图26 从无线天线到无线机架的电缆连接概览
图27 带N 型公头连接器－N型公头连接器的天线电缆
表5-1-15 天线电缆规格
项目
数据
型号
同轴电缆，如Ecoflex 10 HEATEX
连接器
两端N 型公头连接器
最大长度
10m
图28 带N 型母头连接器－公头SMA的适配电缆
表16 天线适配电缆规格
项目
数据
型号
同轴电缆
连接器
N 型母头连接器－公头SMA
长度
1m
8、车载无线设备电源要求
无线通信设备由列车电池供电，依照\IEC 60571\标准规定的电器参数，列车电源电压参数应如下：
表17 电源电压参数
额定直流电压
下限
上限
110V
77V
137.5V
表18 绝对功率
功率
1个TU
车载无线设备总计
最大功耗
51W
102W
图29电源模块
表19电源型号参数
项目
数据
型号
3U 12HP 19 英寸系统电源
输入电压
110 V DC
输入电压范围
66~ 154V
输出电压
5.1 V /75W
工作温度
-40 到 +85 摄氏度
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