铁路光纤通信系统的数字调度业务接口设计

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摘 要：在国民经济发展的过程中铁路运输，发挥着非常重要的作用，为了保障铁路运输的顺利进行，必须使用铁路专用通信，并且保障铁路专用通信的质量和效率，从而保障铁路运输的安全和速度。作为铁路区段通信的一个重要组成部分，铁路区间数字调度通信的主要作用是对指挥区间内，各车站值班员之间的列车调度业务进行调度。本文简要探讨了铁路光纤通信系统及其组网方式，并对数字调度业务接口进行了设计，供相关人员参考。
关键词：数字调度业务接口；设计；铁路光纤通信系统
中图分类号： U285.16 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-187-2
0 引言
铁路各相关业务的应用系统都需要通过通信系统来进行信息交换，因此通信系统是主要的承载平台和通道。铁路各业务系统的应用本身就具有一定的特殊性，各供应商提供的接口类型多样，技术发展过程复杂，导致通信系统的各个接口都存在比较复杂的配合，数字调度业务接口也是如此。为了维护和使用的便利性，必须对铁路光纤通信系统的数字调度业务结构进行科学地设计。
1 铁路光纤通信系统
从20世纪90年代末开始，我国铁路系统开始将大规模集成电路芯片作为主要元器件，积极运用计算机通信技术和数字程控交换技术，当前我国的传输线路已经基本实现了光纤通信。光纤通信的优点在于具有较强的抗干扰能力、中继距离长、重量轻、衰减小、通信容量大，而且具有良好的耐腐蚀性，原材料来源丰富，因此在铁路专用通信中得到了广泛的应用[1]。铁路区间数字调度通信隶属于铁路区段通信，其主要任务是对指挥区间内车站值班员的列车调度业务进行指挥，包括无线列车调度、列车牵引调度、货运调度和行车调度等。铁路区间光纤通信系统的组网采取单向环形形式，使用一对光纤来连接两个站段，单光纤通信主要通过T型光纤链路连接。
2 铁路光纤通信系统的数字调度业务接口设计
2.1 数字调度业务接口的整体方案
以协议分层结构、ISDN用户-网络接口参考配置为依据，对ISDN用户-网络接口参考配置中的网络终端部分进行设计，终端和网络的分界点为U参考点，从而使ISDN U接口得到实现。如果使用终端设备对调度电话进行呼叫，那么通过485总线，MCU就会向数字调度业务接口板发送控制信令，再由接口板向D通道发送控制信令。区间通话柱的终端设备数据主要由CPLD接收，并向接口板发送，组成B通路。两组通路会通过接口板进行复用，从而组成2B+D数据，区间数字调度通信系统的交换设备会通过双绞线来接收2B+D数据。以接口类型为依据，对数字调度业务的接口板基本功能进行划分，可以将其分为U接口模块、B通路语音信号收发模块、D通路信息收发模块3个部分[2]。
2.2 硬件设计
2.2.1 D通路信息收发模块的硬件设计
D通路信息收发模块主要包括外围电路、HDLC协议控制器、单片机3个部分，单片机的作用在于产生和接收网络层的消息，协议控制器的作用在于对消息进行打包和解包。
本设计中的程序量并不大，因此只需实现基本的呼叫控制程序，主要使用89S52单片机来实现，其具有对网络层进行消息组装的功能，并能够控制其他芯片，具有较低的能耗和良好的性能。该芯片内具有时钟电路、片内晶振、看门狗定时器、全双工串口通信、数据指针、I/O线、定时器/计数器、中断源、数据存储器等。在选择HDLC协议控制器时要对成本和芯片的专业性能进行考虑，因此本文选择了HDLC协议控制器MT8952，其具有面向比特位的协议结构，能够对数据进行连续的发送和接收。能够对自调度业务接口板的第二层数据链路层功能进行实现[3]。
2.2.2 B通路语音信号收发模块的硬件设计
两路数据信息的接收和发送主要通过B通路语音信号发送接收模块来实现，并在语音编解码芯片中完成语音信号的编解码。该模块中主要包括语音编解码芯片、CPLD与外围芯片电路两个主要部分。在本次设计中，语音编解码芯片选择的是MC145481，其能够支持多种时钟模式，本设计中选择的是IDL操作模式。MC14548的优点在于功率低、价格低廉，而且能够满足设计需求。通过语音编码芯片，对于语音信号进行抽样编码，再向CPLD芯片发送，再由CPLD芯片向ST-BUS的指定时隙按位发送语音数据。
2.2.3 CPLD与外围芯片电路设计
在本次设计中CPLD主要包括两部分功能，第一部分功能是要在ST-BUS总线指定时隙中对两路语音信号的插入和分离进行实现，第二部分功能是将同步信号FOi提供给MT8952，并且对U接口芯片MC145572的控制功能进行实现。因此本文选择了EPM240T100C5N作为外围芯片电路。
2.2.4 U接口模块的硬件设计
该模块包括外围电路和U接口芯片，其主要作用是对U接口上的2B1Q编码数据进行接收和译码解顿，并将其发送至ST-BUS。该模块还要负责组装串行总线上的2B+D数据，再将其转换为U接口上的2B1Q码，向ISDN交换机发送。本着实用和节约的原则，本文选择的U接口模块的主要芯片是MC145572，其具有热启动能力，能够支持从属和主控两种时序模式，并对2B+D时隙插入的时隙分配器进行改变。
2.3 软件设计
铁路光纤通信系统的数字调度业务接口板的软件设计共有4个主要流程，首先要对各协议层的功能实现进行软件设计，其次要设计TEI管理控制软件，再次要设计电路交换呼叫控制协议软件，最后对发送和接收B信道信息的功能进行设计。通过MCU的控制来实现电路呼叫控制协议和各协议层的功能，其与接收和发送B信道信息的功能相互独立。
软件设计中为了保障系统软件的可维护性、可移植性和可靠性，在设计之初就应该对其功能进行合理的划分，尽可能减小各模块之间的关联。同时尽量详细地设置常量变量、子程序参数和各模块的功能，提高软件的可维护性。可以使用数字调度业务接口对ISDN数字程控交换机进行模拟，而且准备好接口板改装，提高软件的可扩充性。
2.3.1 设计各协议层软件
各协议层软件的设计应该使物理层、网络层、数据链路层的功能得以实现。物理层的功能包括，传输功能、激活功能和去激活功能，其应该保障U接口的全双工通信，并具有状态指示和维护功能。物理层的软件设计可以使用U接口芯片MC145572，并使用AT89S52对MC145572寄存器操作，主要有以下几个程序：芯片初始化程序、激活和去激活操作程序、中断程序。网络层功能和数据链路层功能都是对D通路信息进行处理，因此二者的协议可以统称为D通路协议。可以设置缓冲区来促进第三层网络层和第二层数据链路层之间的信息交互，系统中没有设计外接RAM，因此可以在MCU的ROM中存储需要发送的信息。将部分必需的信息单元和公共部分信息，按照相应的格式组装成为数据段，然后在ROM中进行存储，发送到数据链路层，再由数据链路层，将其打包并继续发送。本系统中主要是在处理器MCU、HDLC协议控制器MT8952中实现，网络层和数据链路层的基本功能。
2.3.2 数据链路层TEI分配管理进程软件设计
网络终端和线路终端先要进行TEI分配管理进程，使用户能够获得TEI值，当TEI没有分配时，则不能对第三层信息进行传送。智能网络终端KMNT1+需要通过网络来对TEI值进行分配，因此先要进行TEI分配管理进程才能进行呼叫。在本系统中使用智能网络终端KMNT1+作为用户侧网络终端，先激活U接口收发器，然后再对管理进程进行分配。
2.3.3 设计电路呼叫控制软件
电路呼叫控制中不包括ISDN交换机，主要是通过线路终端来的交换机进行模拟。先由LT发起呼叫，发送SETUP消息请求呼叫，再由NT对信息进行接收并回复。
3 结语
本文从铁路光纤通信系统的数字调度业务接口的整体软件开发入手，对其硬件和软件设计进行了简要地介绍，针对铁路光纤通信系统和铁路数字调度通信系统，对二者之间的通信进行了实现。在硬件和软件的选择方面主要选择符合本，设计实际需求、成本相对低廉的硬件产品，保障接口电路性能稳定、结构简单。在软件设计中立足于D通路和2B通路的区别，并进行了分别设计。
参 考 文 献
[1] 陈家斌.当前铁路通信如何适应高速发展铁路的要求[J].科技资讯，2010（06）.
[2] 袁媛.铁路通信系统移动通信应用模块的优化[J].科技创新与应用，2013（35）.
[3] 魏伟.接入网技术在铁路通信中的应用探讨[J].数字技术与应用，2013（02）.