铁路区段光纤通讯网络管理

alonatefohasi

摘要： 分析铁路区段光纤综合通信系统的特点，设计它的网络管理系统，包括网管中心和网管单元两部分，着重论述网管中心和网管单元的软硬件设计，能对铁路区段光纤综合通信系统进行实时有效地网络管理。
关健词： 铁路区段；光纤通信系统；网络管理；网管中心；网管单元
中图分类号：TD655 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1110045－01
0 绪论
引入通信、计算机和网络技术，实现通信、信号综合化、一体化和智能化，已成为铁路通信信号发展的共识，也是提高行车速度，增加铁路运能需要的唯一选择。
1 铁路区段光纤综合通信系统网络管理系统设计原则
本通信系统是整个铁路通信网的一部分，它的网络管理系统是铁路TMN的组成部分，它将来要纳入到统一的铁路TMN中去。因此，我们在设计本网络管理系统时是依据ITU-T关于TMN的相关建议来进行的。本通信系统是专为铁路区段通信设计的，承载了列车调度、行车安全、铁路状况等重要信息，同时，网络管理的技术和范围还在不断发展变化之中，在系统设计是遵循了以下原则：1）高可靠性；2）高性能；3）可扩展性和可升级性；4）易操作和易维护。
2 铁路区段光纤综合通信系统网管中心设计
2.1 网管中心的设计原则
根据网管中心实现的功能以及网管中心的应用目的，网管中心的设计本着以下原则：1）做好网管中心整体规划工作，确保网管系统的先进性，能满足当前铁路区段通信的需求和适应未来铁路区段通信发展的需要。2）遵守相关的通信网络标准，基于开放性的应用平台。3）采用先进、成熟、可靠的网络通信技术。4）网管中心应注重实用性、方便性和扩展性。
2.2 网管中心的硬件环境
网络管理中心的硬件组成有三部分：通信接口、计算机系统、人机界面系统。
1）通信接口。通信接口服务于实时收集现场各个网络单元工作性能和状态、业务流；网络管理中心间数据库数据互访和分散并行处理；网络管理和协调。它有完善的通信协议和接口规程。本网管中心采用的是异步串行通信接口，符合RS一422接口规程。2）计算机系统。实时监测通信网络和网络单元的数据，数据滤波除去虚假和偶发干扰，采用各种算法对数据进行统计分析，定时或事件驱动激活有关网络管理和维护活动，对网络管理和维护活动提供运筹、决策与规划支持，并进行网络管理过程的日志和日常营运操作。它有较强的数据处理、分析、管理和维护功能，数据量大、处理速度要快。一般要分前后台工作，前台提供网络时实情况，后台偏重性能评估和运筹管理决策。
2.3 网络单元的设计
1）硬件结构。本网络单元的硬件实现采用了许多大规模、甚至超大规模的集成电路芯片，整个硬件的尺寸比较小，实现所有功能的电路都集成在一块印刷电路板上。整个监控电路由三部分组成：① 监控通信接口电路；② 监控信息处理电路；③ 监测采集和控制分发电路。2）监控通信接口电路。监控通信接口电路功能是保证网管中心与网元通过通信线路交换监控数据。本电路是采用的异步串行接口，用MAX489、MAX3100专用芯片完成的。① MAX489。MAX489是用于RS-485/RS-422通信的低功耗的异步串行收发器。它能显著减小电磁干扰和由不匹配的电缆引起的回波反射，允许最高的无差错传输速率达250kbPs。② MAXIM3100。MAX3100是特别适合基于微处理器系统的通用异步收发器。它用一个SPI接口与微处理器通信。MAX3100自带有一个晶体振荡器和一个可编程的波特率发生器。波特率可在300baud到230kband之间变化。3）监控信息处理电路。监控信息处理电路是整个网元监控电路的核心，它的性能如何直接影响网络管理的性能。本电路采用A们班EL公司的Atinegal03微处理器来实现。传统的基于累加器的结构需要大量的程序代码，以实现在累加器和存储器之间的数据传送。在AVR单片机中，用32个通用工作寄存器代替累加器，从而可以避免传统的累加器和存储器之间的数据传送。在AVR单片机中，在前一条指令执行的时候，就取出现行的指令，然后以一个周期执行指令。在其它的CISC以及类似的IUSC结构中，外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部执行周期，这种分频最大达12倍。4）控制分发和监测采集电路。控制分发是将监控信息处理模块输出的指令转换成所要求的实际操作；监测采集是将所监测的一些参数，如通信接口性能参数、温度、湿度等环境变量转换成监控信息处理模块能处理的信号。电路是由一些传感器和控制电路组成的。
2.4 软件设计
网元的监控软件分为4个功能部分来实现，即运行环境初始化、通信接口控制、协议控制处理、控制分发和监测采集。
1）运行环境初始化。本功能模块是对硬件的初始化操作，包括MAX3100和ATMEGA103，这是软件能正常运行的基本条件，一般都在程序的开始部分。MAX3100的初始化主要有：收发数据的波特率、数据位、接收数据FIFO。ATMEGA103的初始化主要有：CPU的主频、各个状态寄存器和状态标志位、自带的存储区、网元的地址等等。2）通信接口控制。通信接口控制包括帧接收和帧发送。帧接收是接收网络管理站的信息，如查询、控制命令等。采用中断的方式接收数据，以保证命令响应的实时性。中断由中断源产生，数据接收中断源在接收到数据时向CPU提出中断申请，CPU一旦检测到中断请求就自动转入数据接收的中断服务程序执行。ATMEGA103提供23种不同的中断源。这些中断和与之分开的复位向量均在程序存储器中各自带有分开的程序向量。所有中断均分配给单独的使能位，这些使能为须与状态寄存器中的I位一起被设位1，以便能执行中断。这些寄存器为：EIMSK，EIFR，EICR，TIMSK，TIFR。帧发送是把经过处理须发送的信息通过通信接口输出到线路上。3）协议控制处理。协议控制处理模块是通过软件实现数据通信协议，包括通信双方如何进行对话，网络通信中传输的信息/报文格式与控制方式，差错控制与线路合理利用，以及数据帧中信息字段的映射。协议控制处理模块是整个网元监控软件的核心。4）控制分发和监测采集。控制奋发的功能是把来自上级的命令转换成实际的操作信号控制与微处理器ATMEGA103相连的控制电路。监测采集是处理与来自与微处理器相连的采集电路的数据，把它整理、转换和分类。
3 结论
本文设计的网络系统采用先进的区间光纤用户环路技术，充分发挥光纤网络的优势及综合能力，能够提供一个大容量的能传送多种铁路信号安全信息的光基础网络，为铁路区段沿线的信号设备之间、信号设备和信号控制中心之间的安全、可靠、实时传输提供了足够的通道和通路。
参考文献：
[1]王惠生、戴未央等，《高速铁路光纤/无线环路信息传输系统的研究》，铁道部科学研究院研究报告.
[2]宋建国，《AVR单片机原理及应用》，北京航空航天大学出版社.