现代铁路远程控制系统 第二章 远动系统技术基础 (2.1)

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2.1 远动系统的网络结构
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拓扑（Topology）结构
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选择拓扑结构应该考虑的因素
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铁路信号远动系统网络结构
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2.1 远动系统的网络结构
控制端设备、执行端设备、信道是构成远动系统的三个 组成部分。其中关系到远动系统结构的一个重要因素是远动 系统信道的网络联系形式，即系统的网络结构。 远动系统的网络结构与对象的数量和分布有关。在物理 上把分布的对象连接起来有若干形式，这些连接形式就叫做 拓扑结构或网络结构。 目前的远动系统中，无论是控制端还是执行端，它们所 用的设备均是计算机，因此，远动系统的网络结构实质上也 是计算机网络的拓扑结构。
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.1 通信系统的组成及性能指标
信 源 信道 译码 信源 译码
信源 编码
信道 编码
调 制
信道
解 调
信 宿
信源：也称信息源 ,其作用是把待传输的消息，如语音、 文字、图象、数据等，转换成原始电信号。 信源编码：一是进行A/D转换和数据压缩，即把信源送出 的信号变换为数字的编码信号；另一作用是为了提高数字信 号的有效性，解除信号之间的内在联系，对所传的数字信息 进行压缩。 信源译码：信源译码器的作用与信源编码器相反，它具有 解压缩、量化、译码和滤波功能。
交叉连接的 星型结构
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.3 铁路信号远动系统网络结构
控
执 执 执 执 执
控
执 执 执 执 执
图10.3 多站网络式系统结构
图2.3 多站网络式系统结构
•适用于控制对象沿线分布的远动系统。 •特点：控制端发送的控制命令，多个执行端能够同时接收， 即控制端与多个执行端共用同一个信道。因此这种结构系统 的一个突出的问题，就是如何确定控制端或某一个执行端对 信道的占用权（使用权）
信号与道岔都集中在某一个咽喉地区。
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.3 铁路信号远动系统网络结构
执
控
控
执
图2.2 多点星型网络结构示意图
图10.2 一对多星型网络结构示意图
多点星型网络结构适用于控制对象按辐射状分布的远 动系统（即多个执行端有独立信道的情况）。 这种结构适用于枢纽或分界口的遥控遥信系统。控制 端除完成正常的点对点功能外，还必须具有多路转换功能 ，能顺序地控制各执行端。
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.3 铁路信号远动系统网络结构
复联网络形式的系统结构适用于控制对象处于集中分 散式分布的远动系统。常见的有多点双星型网络的系统结 构和星型—多站型网络系统结构。
这种结构，相当于两级一对多星 形网的叠加，第二级控制点有双 重功能：其一，作为第一级的执 行端，其二，作为第二级的控制 端。这种系统结构在我国铁路分 界口遥信系统中已经采用
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.1 网络的拓扑（Topology）结构 1 2 4 8 5 9
树型
3 6
7 9
树根称为头端，树根下有多个分支，每个分支可以有子
分支，树叶是站点。当站点发送数据时，由根接收信号，然 后再重新广播发送到全网。
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公共信道（称为总线）上，任何一个站点发送的信号都沿着介质传播， 并能被总线上其他站点接收到。
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.1 网络的拓扑（Topology）结构 B A C
E
环型
D
由站点和连接站点的点—点链路组成的一个闭合环。其特点是： 链路大多数是单方向的，即数据在环上只沿着一个方向传输；任何 一个站发出数据，环上所有其他站都能接收到。
E
星型
D
由中央节点通过点—点链路接到中央节点下的各站点来组成。站点 间的通信必须通过执行集中式通信控制策略的中央节点进行。
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.1 网络的拓扑（Topology）结构
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总线型
用单一信道作为传输介质，所有站点通过专门的连接器连接到这个
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.2 信道及多路复用技术 空分复用（ SDM）是利用空间位置的不同，划分出多路 信道进行通信的复用方式，比如一根多芯电缆，其中每一对 芯线都可以作为独立的信道，它们是靠占据不同的空间而存 在的。卫星可以靠多个覆盖不同区域的天线，将空间分为多 个信道。 波分复用（WDM）是光通信中的复用技术，其原理和频 分复用相同。波分多路复用的本质是在一条光纤中用不同颜 色的光波来传输信号，而不同的色光在光纤中传输彼此互不 干扰。
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.3 铁路信号远动系统网络结构
C C C
E
E
E
E
交叉连接的星形网络结构是新一代分散自律 调度集中系统采用的方式。 该结构具有很高的可靠性，每个站点都可以 从两个不同的控制端获得控制命令，形成双 网络控制，在网络出现故障点时，不影响系 统的正常运行。
第二章 远动系统技术基础
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2 远动系统技术基础
2.1 远动系统的网络结构 2.2 远动系统的信息传输 2.3 差错控制与电码结构
2.4 通信网络的主要硬件设备
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2 远动系统技术基础
2.5 远动系统的网络体系结构 2.6 通信总线和现场总线 2.7 可靠性与避错、容错技术 2.8 网络安全和数据安全传输技术 2.9 GSM-R
多点双星型网络系统结构
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.3 铁路信号远动系统网络结构
星形—多站形网络系统结构 这种系统结构综合了多点星型与多站型网络的特点，设计时必须采用分层 设计的方法。
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2.2 远动系统的信息传输
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2.1 远动系统的网络结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2.1.3 铁路信号远动系统网络结构
控 控
执
执
图10.1 点对铁路信号远程控制系统结构图
图2.1 点对点铁路信号远程控制系统结构图
点对点网络式系统结构是铁路信号远程控制中最简单的形式。在对
象非常集中的情况下，才有可能使用，如大站遥控、小站遥控系统，
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.1 通信系统的组成及性能指标
信 源 信道 译码 信源 译码
信源 编码
信道 编码
调 制
信道
解 调
信 宿
信道：指信号在媒质中传输的通路。 调制器：把信道编码器输出的数字信号变为适合信道传 输的信号。 解调器：解调器的作用与调制器相反，它把接收到的波 形转换成数字码序列。
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.1 网络的拓扑（Topology）结构 B
A
C
E
网型
D
由站点和连接站点的点—点链路组成，每个站点都有一条或几 条链路同其他站点相连。通常用于广域网中。
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.2 选择拓扑结构应该考虑的因素 选 择 拓 扑 结 构 应 该 考 虑 的 因 素
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.1 网络的拓扑（Topology）结构 总线型 B
星型
A 网络 拓扑结构
C
环型
树型
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E
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D
网型
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.1 网络的拓扑（Topology）结构 B A C
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.2 信道及多路复用技术
频分多路复用示意图
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.2 信道及多路复用技术
时分多路复用示意图
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.1 通信系统的组成及性能指标
信 源 信道 译码 信源 译码
信源 编码
信道 编码
调 制
信道
解 调
信 宿
信道编码：主要作用是实现抗干扰编码。它把信源编码 器输出的数字信息按一定的规则加入多余码元，以便在接收 端发现错误或纠正错误，从而提高传输的可靠性。 信道译码：其与信道编码器相反，在译码过程中它可以 发现或纠正信号传输过程中产生的差错。 信宿：信息的接收者为信宿。
远动系统中对象的分布情况直接决定了信道的敷设路 径，系统的控制、监督以及测试的功能的详略直接影响了 系统结构的繁简程度。
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2.1 远动系统的网络结构
2.1.3 铁路信号远动系统网络结构 铁路信号远动系统的网络结构主要有以下几种：
点对点式结构
多点星型网络结构 交叉连接的星型结构 多站网络式结构 复联网络形式的系统结构
编 信 码 源 器
调 制 器
载 波 机
解 传 媒 输 介 载 调 波 器 机
狭义信道
译 码 器
受 信 者
广义信道(调制信道) 广义信道(编码信道)
数据传输系统中的信道
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.2 信道及多路复用技术 在同一个物理信道（如一个无线电频段、一对电缆、一条 光纤等）中利用特殊技术传输多路信号的技术称为多路复用技 术。在数据传输系统中，当传输距离较远时，为了节省费用常 常采用共用信道的方式，即多路信号共用一个物理信道进行传 输。为了使各路信号均能在通道中正确可靠地传输，共用信道 必须解决各信号间的相互干扰问题。 按多路复用技术，实现对物理信道的划分目前常用的方法 有，频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、码分 多路复用（ CDM）、空分多路复用（ SDM）、波分多路复用 （WDM）。
远程控制系统与一般的控制系统的区别在于存在信息 的远距离传输。因而它必须解决远距离通信过程中信息的 损耗、干扰以及传输的经济性、可靠性等问题。 目前，由于通信技术的成熟，信息传输通常采用数据 传输技术。借助于通信技术、计算机技术和自动控制技术 等实现对被控对象的远距离控制、监视和测量及信息处理 的系统就是远程控制系统，也即远动系统。 因此，要了解远程控制系统的信息传输问题，就必须 学习有关通信系统的组成及性能指标、信道及多路复用、 线路的通信制式及控制方式、同步原理等知识，下面将分 别予以介绍。
2.2 远动系统的信息传输
2.2.2 信道及多路复用技术 码分复用常称为码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)，是另一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间 使用同样的频带进行通信，由于各用户使用经过特殊挑选的 不同码型，因此不会造成干扰。 在码分复用中，发送端将发送的信号用互不相干、互相 正交的地址码去调制，接受端利用码型的正交性，通过相应 的地址码从混合的信号中选出相应的信号，由于收、发端的 地址码可以选多种，这样就可以实现多路信号的复用。
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.1 通信系统的组成及性能指标
可靠性 有效性 适应性 经济性 保密性 维护性 标准性
通 信 系 统 的 性 能 指 标
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.2 信道及多路复用技术
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可靠性
经济性
灵活性
响应时间
吞吐量
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2.1.3 铁路信号远动系统网络结构
铁路信号远动系统的主要任务是对系统所辖范围内各 个车站的信号、道岔及进路进行控制，同时还要记录下各 被控制对象的状态及参数的测试结果，进而为铁路行车指 挥自动化和运输指挥管理信息系统提供基础信息。
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