关于互联互通CBTC系统列车折返流程的探讨

李 磊

(通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070)

1 概述

在互联互通CBTC 系统中，列车共享车辆段、多线共轨运行，提高了线路和设备利用率，实现资源共享和调配，因此各信号设备厂商基于统一接口规范进行开发和设计。不同厂商的CBTC 系统进行互联互通以后会引入新的危险源，因此需要确保系统的可靠性。而列车折返在CBTC 系统中起着重要的作用，因此本文对互联互通CBTC 系统的列车折返流程进行探讨和分析。列车折返指的是列车运行到终端站后，在折返轨上进行首尾换端，换端过程中地面信号设备区域控制器（ZC）对列车进行连续控制以保证列车不降级。由于列车折返过程中对外通信时暴露的IP 地址数目不同，因此将列车折返制式分为2IP 列车折返和4IP 列车折返，通过对其折返流程进行对比，并比较其优缺点，为进一步深化互联互通提供重要的参考价值。

2 列车折返制式

每一列安装CBTC 车载设备的列车，根据对外通信时在红蓝网上暴露的IP 地址数量不同，可以将列车分为2IP 列车和4IP 列车。2IP 列车指的是列车首尾两端车载控制器（简称VOBC）的唯一标识符（简称VID）相同，对外通信时在红蓝网上统一暴露各1 个IP 地址。4IP 列车指的是列车首尾两端VOBC 的VID 不同，各自分别在红蓝网上暴露1 个IP 地址。

红蓝网是指两条独立的物理链路，车载设备与ZC 在每条物理链路上建立TCP 连接，进行数据冗余传输，传输数据时使用相同传输序列号。通信冗余管理是通过RSSP-II 安全通信协议栈以及适配层共同实现，其中，适配层协议不负责数据安全性，数据安全性由RSSP-II 协议消息鉴定安全层和安全应用中间子层保证。

由于VOBC 类型存在差异，因此列车折返流程也会不同。根据列车对外通信暴露IP 地址的数目不同，将列车折返制式分为2IP 列车折返和4IP 列车折返。

3 2IP列车折返流程

对于2IP 列车，VOBC 与ZC 通信时，通过红蓝双网分别建立安全连接，双方传输消息时，将应用消息复制后，在红蓝网上分别传输，在应用消息包头前面添加IP 地址、端口号，标识不同的冗余通道，首尾两端VOBC 共同使用该组安全连接，共用一个VID，ZC 对列车进行控制时不区分首尾VOBC。

现将VOBC1 定义为换端前的车头VOBC，VOBC2 定义为换端前的车尾VOBC。对2IP 列车折返流程进行描述。

折 返 开 始 前，VOBC1 与ZC 正 常 通 信，VOBC1 向ZC 发送列车位置信息报文，ZC 向VOBC1 发送列车控制信息报文。

折返开始后，VOBC1 停止向ZC 发送列车位置信息报文，VOBC2 开始向ZC 发送列车位置信息报文。

ZC 根据收到VOBC2 的列车位置信息报文，判断列车方向发生改变且列车位于折返轨内，则认为列车折返，开始向VOBC2 发送列车控制信息报文。

VOBC2 收到列车控制信息后，开始据此控制列车，若移动授权终点超过换端后的列车前方一定距离，则列车能够保持CBTC 等级。折返流程结束。

在上述2IP 列车折返流程中，ZC 对列车进行连续控制，且折返前后列车VID、安全通信连接信息以及IP 地址等都未发生变化。2IP 列车折返示意如图1 所示。

图1 VOBC2IP-ZC2IPFig.1 VOBC2IP-ZC2IP

4 4IP列车折返流程

对于4IP 列车，车载首尾端VOBC 使用不同的VID，首端VOBC 与ZC 通信时通过红蓝双网分别建立安全连接，折返过程中，尾端VOBC 通过另外两个红蓝网与ZC 建立安全连接，并向ZC 进行注册。首尾端VOBC 与ZC 通信时不共用安全连接。双方传输消息时，将应用消息复制后，在冗余网络上分别传输，在应用消息包头前面添加IP 地址、端口号，标识不同的冗余通道。折返完成后，首端VOBC 注销与ZC 的连接，仅保留尾端VOBC 的连接。与折返前相比，与ZC 通信的车载设备的红蓝网IP 地址发生切换。首尾VOBC 采用不同的VID，ZC 通过不同的VID 对列车进行连续控制。

4IP 列车折返流程如下所述。

折返开始前，VOBC1 与ZC 正常通信，向ZC发送本端列车位置信息报文，ZC 向该端发送列车控制信息报文。

折返开始后，VOBC2与ZC 建立新的安全连接，并发起注册请求。列车注册成功后，VOBC2 判断列车停稳后向ZC 发送本端列车位置信息报文，并指明处于折返状态。

Z C 与 V O B C 1、VOBC2 同时保持通信，若两端均为非激活端，则向两端同时发送无效的列车控制信息报文；若两端有且仅有一端为激活端，则向该端发送列车控制信息报文，向另一端发送无效的列车控制信息报文；若两端均为激活端，则判断折返状态；若有且仅有一端为折返状态，则向该端发送列车控制信息报文，向另一端发送无效的列车控制信息报文；若两端均为折返状态或非折返状态，则向两端同时发送无效的列车控制信息报文。

VOBC2 收到VOBC2 方向的列车控制信息报文后，开始据此控制列车，若移动授权终点超过列车前方一定距离，则VOBC2 应能够保持CBTC 等级。

折返完成后，VOBC1 向ZC 发送注销请求，断开与ZC 的连接。

4IP 列车折返示意如图2 ～4 所示。

图2 4IP列车折返前Fig.2 Before 4IP train turn-back

图3 4IP列车折返中Fig.3 During 4IP train turn-back

图4 4IP列车折返后Fig.4 After 4IP train turn-back

如图2 所示，列车折返前，首端VOBC 与ZC 通过红蓝双网建立安全连接。VOBC 通过冗余网络将信息发送给ZC 主系。

如图3 所示，列车折返过程中，首尾端VOBC 同时与ZC 建立安全连接，通信数据量比折返前增加了一倍，ZC 通过识别首尾端不同VID对列车进行控制。

如图4 所示，列车折返完成后，VOBC1 与ZC 注销，ZC 对VOBC2 进行控制。与折返前相比，ZC 与列车通信的IP 地址、VID 均发生切换。

5 不同折返制式分析

通过对上述不同折返制式流程进行分析，4IP列车折返流程较为复杂，存在首尾两端同时与ZC建立通信的过程，消耗系统资源，降低折返效率。ZC 需要判断两个VID 是否对应同一辆列车，在识别列车折返计算中增加逻辑处理，使系统变得复杂。且由于列车折返时，首尾端VOBC 同时与ZC 通信，增加了安全硬件平台处理器的负担。2IP 列车折返流程则比较简单，ZC 仅通过判断列车运行方向的变化以及所处位置即可识别出列车折返，在内部逻辑处理中，只需要维护一个列车VID 即可，结构更加清晰。

6 结论

针对互联互通CBTC 系统的发展趋势，各信号厂商开始基于统一接口规范进行开发与设计。由于车载VOBC 设备类型的差异，给系统引入了新的危险源。因此本文以列车折返为例，对2IP 列车和4IP 列车折返流程以及数据冗余传输进行介绍与分析，并总结其优缺点，为进一步深化互联互通提供重要的参考价值。