信号安全数据网简介信号安全数据网简介 北京全路通信信号研究设计院北京全路通信信号研究设计院 信号安全数据网 一、概述 二、信号安全数据网通信功能 三、信号安全数据网组网结构 四、以太网技术要点 五、系统设备接口 六、网络交换机 七、通信通道技术 八、测量及诊断 一、前言信号安全数据网应运而生 近年来铁路信号技术发展很快，信号设备信息化程度有了显著近年来铁路信号技术发展很快，信号设备信息化程度有了显著 提高，传统信号设备之间互联通常采用串行通信技术，带宽低，提高，传统信号设备之间互联通常采用串行通信技术，带宽低， 传输距离差等缺点，不适宜大规模联网。传输距离差等缺点，不适宜大规模联网。 随着高速铁路技术迅猛发展，随着高速铁路技术迅猛发展，CTCS系统中的信号设备采用智能系统中的信号设备采用智能 设备，信号间要实现点对多点，长距离，大容量通信，设备联网设备，信号间要实现点对多点，长距离，大容量通信，设备联网 需求非常迫切。需求非常迫切。 基于以太网的现场总线技术在国内外应用十分成熟，解决了网基于以太网的现场总线技术在国内外应用十分成熟，解决了网 络可靠性、实时性和安全性的问题。络可靠性、实时性和安全性的问题。 一、前言网络引入CTCS系统产生的问题 可靠性：组网设备、结构、通道部署和协议可靠性：组网设备、结构、通道部署和协议 实时性：交换机性能、通道带宽、和转发时间延迟实时性：交换机性能、通道带宽、和转发时间延迟 安全性：设备安全策略、安全协议安全性：设备安全策略、安全协议 二、信号安全数据网功能 信号数据传输网络 信号监测 数据通信以太网 调度集中 数据通信以太网 信号安全 数据网 信号安全数据网应用在CTCS-2级或CTCS-3级客运专线列控系统中，实现无 线闭塞中心（RBC）、临时限速服务器（TSRS）、联锁（CBI）和列控中 心（TCC）的安全信息传输。 二、信号安全数据网功能 车站列控中心 中继站列控中心线路所列控中心 Y 车站列控中心 TCC ZPW-2000A 轨道电路 CSM 集中监测 联锁IL 区间信号机、轨道电路 方向继电器、轨道继电 器、灾害防护继电器 S R T V U Q CTC站机 中继站列控中心 TCC ZPW-2000A 轨道电路 LEU地面 电子单元 CSM 集中监测 区间信号机、轨道电路 方向继电器、轨道继电 器、灾害防护继电器 S R T V U LEU地面 电子单元 无配线站列控中心 TCC ZPW-2000A 轨道电路 LEU地面 电子单元 CSM 集中监测 区间信号机、轨道电路 方向继电器、轨道继电 器、灾害防护继电器 S R T V U TSRS 临时限速服务器 应答器 C 应答器 C 应答器 C P 区域联试 Y TSRS 临时限速服务器 RBC 无线闭塞中心 RBC 无线闭塞中心 信号安全数据网 数据网业务数据网业务 CBI&CBI CBI&RBC TSRS&TSRS TCC&TSRSTSRS&RBC RBC&RBC TCC&CBI TCC&TCC 三、信号安全数据网的结构 基本结构基本结构 划分子网结构划分子网结构 支线结构支线结构 信号安全数据网信号安全数据网 的组网结构的组网结构 三、信号安全数据网的结构-基本结构 CBI 车站 TCC 中继站 TCC 中继站 TCC CBI 车站 TCC RBCTSRS 右侧光缆 左侧光缆 中继器 中继器中继器 中继器中继器 中继站 TCC 中继站 TCC CBI 车站 TCC CBI 车站 TCC 中继器中继器 二层交换机L 二层交换机R二层交换机R二层交换机R二层交换机R二层交换机R 二层交换机L二层交换机L二层交换机L二层交换机L 二层交换机R 二层交换机L 二层交换机R 二层交换机L 二层交换机R 二层交换机L 二层交换机R 二层交换机L 二层交换机R 二层交换机L 采用独立的网络设备和通道构成的冗余双环结构。采用独立的网络设备和通道构成的冗余双环结构。 组网特点：组网特点： 双网独立，独立设备、独立通道，环网采用两条不同物理路径的光缆。双网独立，独立设备、独立通道，环网采用两条不同物理路径的光缆。 双网中继器交叉。双网中继器交叉。 冗余度高，单网、单点故障不会影响应用设备通信。冗余度高，单网、单点故障不会影响应用设备通信。 三、信号安全数据网的结构-子网结构 接口三层交换机设置同一个车站 子网间采用三层交换机隔离广播域 子网间连接采用聚合链路 三、信号安全数据网的结构-子网结构 接口三层交换机交叉设置在不同车站，防止接口车站交换机断电导致跨 线业务中断 三、信号安全数据网的结构-支线结构 适用于以下情况： 线路特殊结构，如动车所； 不同品牌交换机，环网协议不兼容； 个别车站重要性不高，由于光缆质量等问题不适宜接入环网中，以免影 响环网。 CBI 车站 TCC 中继站 TCC 中继站 TCC CBI 车站 TCC 右侧光缆 左侧光缆 中继站 TCC CBI 车站 TCC 线路1 线路2 二层交换机L 中继器 二层交换机L二层交换机L二层交换机L 二层交换机L 中继器 二层交换机R二层交换机R二层交换机R二层交换机R 二层交换机R二层交换机R 中继器 二层交换机L 四、信号安全数据网的主要技术-OSI模型 定义了网络的基本架构模型，描述了数据和网络信息在定义了网络的基本架构模型，描述了数据和网络信息在 计算机上的通讯，用来不同种类计算机进行通讯计算机上的通讯，用来不同种类计算机进行通讯. . OSI参考模型并不物理存在，OSI 七层模型是一种框架 性的设计方法 ，建立七层模型的主要目的是为解决异种 网络互连时所遇到的兼容性问题，其最主要的功能就是帮 助不同类型的主机实现数据传输。 七层结构，共分成两组。 Top 3层定义了应用程序间的通讯，及终端用户接口。 Buttom 4层定义了端到端数据传输。 上层主要用于主机间应用程序通讯，下层用来进行 数据传输，包括分址、路由等等。 Application Physical Session Network Presentation Data Link Transport 13 四、信号安全数据网的主要技术-OSI模型 每一层为上层提供服务 每一层仅执行自己的的任务 执行完自己的任务之后，将数据传输到下一层 网络中同一层相互进行通信 只有对应网络节点的同一层才能解析发送的同一层的数据 四、信号安全数据网的主要技术-OSI模型 四、信号安全数据网的主要技术-VLAN VLAN（虚拟局域网）是一种将 局域网设备从逻辑上划分成一个 个网段，从而实现虚拟工作组的 数据交换技术。 在一个二层交换式网络中，网络 被认为是扁平的，无论是否需要， 广播包都将被看到，传统网络由 于广播的影响，运行大型网络系 统容易产生问题 非VLANs网络设计不够灵活，容易 受地域限制,伸缩性较差,对路由 器要求较高 广广 播播 域域 四、信号安全数据网的主要技术-VLAN VLAN是网络用户和资源 的逻辑分组 通过建立VLAN可以建立较 小的广播域，帧广播仅能 在同一个VLAN中进行 与位置无关 VLAN的建立不限制用户的 具体位置，VLAN可以按照 位置、功能、部门、甚至 应用协议来进行划分，而 不管资源和用户的具体位 置 同一个VLANs的两个设备 直接进行通讯，不同VLANs 的设备通过Router进行通 讯 广播域广播域广播域广播域 Port 1 : VLAN-1Port 2 : VLAN-2 四、信号安全数据网的主要技术-VLAN 相对与传统的LAN技术，VLAN具有如下优势： 隔离广播域，抑制广播报文. 减少移动和改变的代价 创建虚拟工作组，超越传统网络的工作方式 增强通讯的安全性 增强网络的健壮性 四、信号安全数据网的主要技术-环路避免 冗余链路带来一些问题 -广播风暴 (Broadcast storm) -设备容易收到同一个帧的多 个拷贝 -MAC地址表不稳定 -多重循环 解决问题：STP (Spanning- Tree Protocol),链路聚合 四、信号安全数据网的主要技术-环路避免 RSTP由IEEE802.1W定义，是国际标 准的技术。 功能 用来阻止网络循环发生，RSTP通过 在交换机之间传递一种特殊的协议 报文定时监控网络确保没有循环链 路存在，并且关闭冗余链路 优点 1.用来阻止网络循环发生。 2.提供链路的冗余性。 其他类似协议：hyperRing，Turbo Ring 私有协议，和标准不兼容。 FB 四、信号安全数据网的主要技术-环路避免 FB 所谓链路聚合就是将多条物理上的链路捆绑 成单条逻辑上的链路。 链路聚合的作用链路聚合的作用 物理链路冗余性 负载均衡 防止广播风暴 增加链路带宽 五、信号安全数据网的接口-应用设备接入 中继站中继站：只有列控中心接入 普通车站普通车站：列控中心和联锁接入 中心车站：中心车站：信号机房列控中心和联锁接入， RBC机 房RBC和TSRS的接入， 中继器中继器：没有任何设备的接入 IPU6 KYOSAN 24V 5V _ _ + + PW SW1 F486-4 KYOSAN D 7 D3 D 6 D2 D 5 D1 D 4 D0 WT B0 FLH FLL IC card BER MI DC MR IM II VM VI SW1 SW2 SW3 MON RES FSIO KYOSAN D3 D2 D1 D0 T R D7 D6 D5 D4 WT 1 T R 2 T R 3 CANIF KYOSAN WDT ASR BSR TR A B 7 1 SV IPU6 KYOSAN 24V 5V _ _ + + PW SW1 F486-4 KYOSAN D 7 D3 D 6 D2 D 5 D1 D 4 D0 WT B0 FLH FLL IC card BER MI DC MR IM II VM VI SW1 SW2 SW3 MON RES FSIO KYOSAN D3 D2 D1 D0 T R D7 D6 D5 D4 WT 1 T R 2 T R 3 CANIF KYOSAN WDT ASR BSR TR A B 7 1 SV KYOSAN Z2ETH D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 WT SW1 SW2 KYOSAN Z2ETH D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 SW1 SW2 交换机左网交换机右网 信号系统安全数据网ODF架 信号系统安全 数据网左网 信号系统安全 数据网右网 五、信号安全数据网的接口-TCC&CBI 五、信号安全数据网的接口-TCC&CBI CBI B机CBI A机 TCC A机 交换机L 34 交换机R 34 TCC B机 左环网右环网 1212 1212 五、信号安全数据网的接口-TSRS&RBC 虹桥站RBC机房 交换机L 12 交换机R 12 TSRS1 交换机L 12 交换机R 12 RBC 3RBC 2RBC 1 交换机R 12 RBC 5RBC 4RBC7RBC3 交换机L 以太网电缆 12 环网光纤 环网光纤 以太网电缆以太网电缆 以太网电缆 五、信号安全数据网的接口-网管系统 交换机R 交换机L 网管系统服务器 监测网络交换机 信号系统安全数据网管监测网络信号系统安全数据网管监测网络 电务监测中心 网管 监测分机 以太网接口 以太网接口 以太网接口 防火墙 右侧信号安全数据网 左侧信号安全数据网 监测网络交换机 网管服务器通过收集各个交换机信息，生成全网网络拓扑图， 对网络设备和通道状态进行实时监测和远程管理,网管终端相 当于复示终端。 五、信号安全数据网的接口-网管系统 六、信号安全数据网设备安装 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 2