劉丹

摘 要 電子計算機技術(shù)正在廣泛的應(yīng)用于各個部門，鐵道部也不例外。電子計算機的應(yīng)用，能夠使鐵路運輸系統(tǒng)更加安全。由電子執(zhí)行單元與聯(lián)鎖主機共同構(gòu)成的電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)增強了對聯(lián)鎖主機與信息模塊之間的信息交換與分析，通過科學(xué)的設(shè)計通信協(xié)議，確保其運行的安全性。本文通過介紹電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理以及連鎖主機與控制模塊之間的信息傳輸，提出了電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)通信協(xié)議的設(shè)計，并分析了通信協(xié)議設(shè)計的安全性，為我國電子計算機聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通信協(xié)議的設(shè)計提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng) 通信協(xié)議設(shè)計 通信協(xié)議安全性

鐵道信號、信息是鐵路安全運輸安全性的基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，鐵道部門摒棄了傳統(tǒng)的重力式繼電器，改用全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)控制鐵道信號。這種控制方法可以有效縮減鐵道信號控制室的面積，增強維護能力，而且施工量也較小。由于其自身的優(yōu)越性，目前大多數(shù)鐵道部門正逐漸將其推廣。但是，電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在信息傳輸?shù)倪^程中具有一定的風(fēng)險，因此，必須設(shè)計相關(guān)的安全通信協(xié)議，保證鐵路信號可以得到有效的控制。

1 電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)

1.1 電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作原理

1.1.1 聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我國傳統(tǒng)的信號控制主要是通過6502電子集中聯(lián)鎖系統(tǒng)或者傳統(tǒng)電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)控制重力繼電器來完成信號控制，這種控制方法占地面積大，維修難度大，機械的壽命周期短等。隨著通信技術(shù)與計算機技術(shù)的快速發(fā)展，新的電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用全電子化控制，取消了重力繼電器，這將使信號控制以及數(shù)據(jù)傳輸更加科學(xué)與準(zhǔn)確。

全電子計算機作為新的控制系統(tǒng)，其主要利用電子開關(guān)技術(shù)、計算機技術(shù)，通信技術(shù)、自動監(jiān)測技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)對鐵路信號的控制。全電子計算機主要有上位機，聯(lián)鎖機和執(zhí)行單元構(gòu)成，其硬件采用了冗余結(jié)構(gòu)形式。電子執(zhí)行單元主要是由信號、岔道模塊以及其他不同的電子單元構(gòu)成。

1.1.2 聯(lián)鎖系統(tǒng)工作原理

全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)主要的工作原理是命令-執(zhí)行與信息反饋。電子計算機上位機發(fā)出命令，通過聯(lián)鎖機將命令信息發(fā)送給電子執(zhí)行單元。電子單元采集室外設(shè)備信息，將信息傳送到聯(lián)鎖機，聯(lián)鎖機將設(shè)備信息進行處理，發(fā)送到上位機與顯示存儲上，維修人員通過檢查顯示存儲內(nèi)容，就可以準(zhǔn)確的找到設(shè)備的機械故障，這樣可以減少工作人員的時間。

1.2 聯(lián)鎖主機與控制模塊之間的信息傳輸

控制模塊主要包括信號機模塊、轉(zhuǎn)轍機模塊以及軌道電路模塊，通過聯(lián)鎖主機下發(fā)命令控制模塊的運行，從而控制整個鐵路系統(tǒng)。以信號機模塊為例，信號機模塊向聯(lián)鎖機上傳17種狀態(tài)信息，連鎖主機向信號機模塊下達(dá)16種命令信息。列車信號機模塊有8個燈位，每個等位有三種狀態(tài)：滅燈，閃燈，穩(wěn)定燈。如圖1所示。

根據(jù)連鎖機下達(dá)的命令不同，信號機模塊通過命令信息控制不同的燈位，以此來達(dá)到信號的效應(yīng)，保證列車的安全運輸。

2 電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計以及安全性分析

2.1 電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計

鐵路系統(tǒng)要求電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)安全性高，安全等級必須達(dá)到SIL4級。這就要求電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)必須采用內(nèi)部封閉式的信息傳輸系統(tǒng)，避免信息在傳輸?shù)倪^程中受到截取或者破壞，因此系統(tǒng)通信協(xié)議的設(shè)計必須注意其安全性與實時性。

在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計中要關(guān)注重重復(fù)、插入、錯序、刪除、損壞、延時這六種隱患。因此，在設(shè)計中要充分考慮計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性與負(fù)載能力，保證聯(lián)鎖主機能夠準(zhǔn)確，及時的控制三個子系統(tǒng)，能夠保證從命令下達(dá)到信息執(zhí)行到信息反饋這一周期的時間不大于250毫秒，保證系統(tǒng)運行的及時性，才能確保運輸系統(tǒng)的安全性。在上位機與三個狀態(tài)模塊之間都要設(shè)計8bit的源地址和16bit的目標(biāo)地址。在上位機的指令幀上，指令序號設(shè)為8bit，每完成一個指令周期，記錄模塊就會自動記錄，指令幀序號就會自動加一。當(dāng)指令序號小于上一次的指令序號，模塊機就會將指令序號錯誤的信息發(fā)送于顯示記錄器，機組維修人員就可以及時維修指令機。如果指令序號和上一次序號一樣，就說明指令機在重發(fā)。根據(jù)聯(lián)鎖機傳遞給各個模塊的信息量以及幀的大小、長度不同，需要將狀態(tài)幀設(shè)為3bit。此外，為了確保系統(tǒng)的安全性與及時性，狀態(tài)幀和指令幀都應(yīng)用了復(fù)雜的驗證碼。如果一個模塊一小時連續(xù)接受一百幀以內(nèi)的錯誤驗證碼，這個連鎖系統(tǒng)依舊可以安全運行，如果一個模塊一小時內(nèi)連續(xù)接收到接收到1千幀的錯誤密碼，聯(lián)鎖系統(tǒng)就會直接輸出安全指令，避免由于錯誤驗證碼對整個系統(tǒng)造成的損壞。如果狀態(tài)幀接收到信息實踐超過了250毫秒，那么就表明出現(xiàn)了通信延遲現(xiàn)象，該數(shù)據(jù)直接被視為無效數(shù)據(jù)。

2.2 電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)通信協(xié)議安全性分析

如果在鐵路運輸過程中，電子計算機聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳遞發(fā)生誤傳、延時甚至信息傳遞錯誤等情況，這將直接導(dǎo)致鐵路運輸出現(xiàn)安全隱患，嚴(yán)重的情況下將會威脅人民的生命、財產(chǎn)安全。在系統(tǒng)信息傳輸?shù)倪^程中，主要導(dǎo)致信息傳輸錯誤的有三種情況：

（1）控制器硬件發(fā)生損壞，最常見的損壞部位是隔離光柵和接口芯片。硬件損壞會導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)備的參數(shù)的丟失，在沒有參數(shù)的基礎(chǔ)下，信息就無法辨認(rèn)對錯，這將導(dǎo)致錯誤信息的發(fā)送，影響整體的網(wǎng)絡(luò)的安全。

（2）外部電磁對電子計算機系統(tǒng)的影響，這要求技術(shù)人員要加強對電子計算機的保護，避免電磁對計算機準(zhǔn)確性形成不利影響。

（3）控制器局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，這就要求技術(shù)人員要積極地應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字信息技術(shù)，加強計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)性與安全性。

3 結(jié)束語

綜上所述，電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)通信協(xié)議的設(shè)計對于信息的傳送有著重要的作用，因此，要加強安全協(xié)議設(shè)的安全性與科學(xué)性。在設(shè)計的過程中，要保證實時性仿真，構(gòu)建科學(xué)的仿真場景以及準(zhǔn)確的分析仿真結(jié)果，從而來確保通信協(xié)議設(shè)計的科學(xué)性與安全性。

參考文獻

[1]許麗，蘇思琦，曠文珍.全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的通信協(xié)議設(shè)計及安全性分析[J].中國鐵道科學(xué)，2012（06）：83-87.

[2]欽斌.全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的通信協(xié)議設(shè)計及安全性分析[J].經(jīng)營管理者，2013（18）：268.

[3]王瑞峰，劉濤，李瀅.區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)站間安全通信協(xié)議的設(shè)計與分析[J].鐵道學(xué)報，2015（03）：59-63.

作者單位

黑龍江工業(yè)學(xué)院 黑龍江省雞西市 158100