中國列車運行控制系統(tǒng)（CTCS）是在我國鐵路高速線路和客運專線上,，保證列車行車安全，提高列車運行效率的重要技術裝備之一,。C3列控系統(tǒng)基于GSM-R無線通信技術,，兼容C2列控系統(tǒng)，符合C3級標準要求,，滿足最高運營速度350km/h,、列車正向運行追蹤時間間隔3分鐘的要求。

    C3列控系統(tǒng)包括車載設備和地面設備兩大部分,。車載設備負責接收地面命令,，生成速度模式曲線，監(jiān)控列車運行,，保證列車行車安全,。地面設備主要根據(jù)聯(lián)鎖辦理的進路，給車載設備發(fā)出行車許可,、緊急行車等命令,。其中，車載安全計算機和RBC是C3列控系統(tǒng)的關鍵設備,，負責處理大部分C3業(yè)務,，二個硬件平臺的功能直接影響系統(tǒng)運行的性能。

    目前,，國內(nèi)廠商大都采取和國外廠商合作的方式共同開發(fā)C3列控系統(tǒng),，尤其是關鍵設備。與此同時,，華為憑借多年的科研積累及成熟的軟硬件平臺,，在深入理解ETCS及CTCS標準的基礎上，自主研發(fā)了包括安全計算機和RBC在內(nèi)的C3列控系統(tǒng)。

地面核心設備：RBC

    RBC即無線閉塞中心,，是高速鐵路列控系統(tǒng)的核心設備之一。RBC根據(jù)從聯(lián)鎖系統(tǒng)接收的信號授權及列車發(fā)送的位置報告,，為其管轄范圍內(nèi)的每輛列車生成運行授權,，并發(fā)送給列車，以控制列車安全地運行,。由于RBC同時管轄多輛列車,，并且控制列車運行，因此對設備的安全性和可靠性要求極高,。

    一套完整的RBC設備包含：組成表決冗余結(jié)構(gòu)的4臺主機（核心服務器）,、2臺互為冗余的通信機、司法記錄儀,、操作維護設備及可外置的ISDN接入服務器等,。

    國際上先進的RBC核心服務器，有的采用通用的高可靠性計算機,，有的沿用聯(lián)鎖等傳統(tǒng)信號設備的硬件平臺,。而華為則根據(jù)RBC的各項需求，綜合分析,，硬件采用了基于ATCA架構(gòu)的OSTA 2.0開放標準計算平臺,，系統(tǒng)軟件采用了華為DOPRA 1.6分布式可編程實時架構(gòu)。

    ATCA架構(gòu)已經(jīng)廣泛,、成熟應用于電信領域,。ATCA架構(gòu)中各模塊支持熱插拔，發(fā)生故障后備機可以熱替換主機工作,，原主機降為備機,。由于主、備兩系統(tǒng)的電源相互隔離,，熱替換單板也不會使系統(tǒng)宕機,。跟通用計算機相比，ATCA架構(gòu)功耗低,、組網(wǎng)簡單,、冗余實現(xiàn)容易。此外,，ATCA架構(gòu)外部電源線,、網(wǎng)線等很少，維護方便,。

    在這個成熟的軟硬件平臺上,，華為RBC重點針對列控的安全性需求，以及閉塞業(yè)務需求設計，滿足列控系統(tǒng)在安全性,、可靠性,、功能、容量,、接口,、業(yè)務等方面的要求。

• 高安全性
  華為RBC產(chǎn)品的開發(fā)采用CMMI+SAFE研發(fā)流程,，應用表決,、異構(gòu)、安全編程等技術,，遵循“故障－安全”理念,，符合SIL4安全完整性等級的要求。
  華為RBC主機為2乘2取2架構(gòu),，即兩套系統(tǒng)互為主備,，一套系統(tǒng)內(nèi)兩個主機之間進行關鍵數(shù)據(jù)的比較，比較不通過則不向車載設備發(fā)送運行授權,。兩個主機的單板采用不同的硬件,、不同的操作系統(tǒng)、不同的應用軟件,，以避免共模故障帶來的安全風險,。
  華為RBC系統(tǒng)還采用表決冗余架構(gòu)，以及多重軟硬件檢測,、校驗技術,，充分保障列車運行的安全性。通過軟件多版本,、硬件多批次檢測,，華為RBC的故障檢測率達到99.999%，處于業(yè)界先進水平,。
   
• 高可靠性
  華為RBC的可靠性保障措施有：采用分布式供電,，電源輸入模塊冗余配置，4路輸入可實現(xiàn)2＋2備份,；風扇也采取冗余配置,，部分風扇的故障不影響系統(tǒng)的正常運行；設備管理,、冗余備份,、表決比較、業(yè)務軟件采用相互隔離的通信平面,，每個通信平面內(nèi)部冗余,，點對點互連，并且交換板集成在RBC機框內(nèi)部。
  另一方面,，ATCA架構(gòu)在通信設備上的累計故障統(tǒng)計結(jié)果顯示,，硬件平均無故障時間長達1.35×106小時，約153年,。因此,，ATCA架構(gòu)本身具有的高可靠性、高可用性和靈活冗余組態(tài)方式,，完全可以降低RBC的危險失效概率，提高安全性,。
  另外,，基于“故障－安全”的設計，華為RBC在系統(tǒng)故障時,，將產(chǎn)生導向安全行為的措施,，使危險失效水平再提高兩個數(shù)量級。
   
• 高速的處理能力
  眾所周知,，列車運行的高速度,、高密度，要求通信信號系統(tǒng)具有很高的實時性,。而且,，RBC作為列控系統(tǒng)的地面核心設備，需要同時與多輛列車,、多套聯(lián)鎖系統(tǒng)交互,，因此必須具備高速的處理能力。
  華為RBC中各個單板（業(yè)務處理板,、通信處理板等）,，可配置單顆或多顆低功耗、高性能處理器,，單板內(nèi)存最大可達16GB,，支持10/100/1000M對外通信接口，內(nèi)部業(yè)務數(shù)據(jù)通道最大可支持10Gbps帶寬,。這些電信級的配置極大提高了RBC的處理能力,，使華為列控系統(tǒng)的整體性能處在行業(yè)前列。
   
• 強大的接口能力
  華為RBC主機各個后插板為接口板,，可根據(jù)需要靈活配置,，支持GE、COM等接口,，并可輕松實現(xiàn)對CAN,、PROFIBUS等工業(yè)現(xiàn)場總線的擴展。
  華為RBC通過ISDN接入服務器連接到GSM-R網(wǎng)絡。單臺ISDN接入服務器滿配最大可支持480路數(shù)據(jù)通道,。因此,，ISDN接入服務器與RBC主機之間可靈活組網(wǎng)，通過多對多連接的方式進一步提高通信可靠性,。

車載核心設備：安全計算機

    C3車載設備的主要功能是采集列車速度傳感器數(shù)據(jù),，接收應答器報文、地面軌道電路信息,、地面RBC無線通信報文（移動授權等）,、列車接口狀態(tài)，根據(jù)列車的固有特性,，采取特定算法來防止列車超速,，控制列車追蹤間隔，以保證列車行車安全,。

    車載系統(tǒng)故障容易導致災難性后果,，環(huán)境大面積破壞或危及人民生命安全，所以華為列控車載設備設計為“故障－安全”系統(tǒng)：當系統(tǒng)故障時,，實現(xiàn)自動導向安全狀態(tài),，保護生命，并將破壞和損失降到最低,；在此前提下,，提高設備和系統(tǒng)的可用性。其核心安全計算機采用多套設備同時運行,，一套設備的故障不影響列車正常運行,。另外，安全性與可用性由元器件的高可靠性,、容錯,、冗余、反饋檢測等結(jié)構(gòu)實現(xiàn),。華為列控車載平臺的元器件采用鐵路行業(yè)專用的高可靠性器件,，或符合鐵路規(guī)范的工業(yè)級器件。

    華為C3車載安全計算機提供多種工業(yè)標準接口,、強大的處理能力和安全輸出保障,；系統(tǒng)硬件完成“二取二”功能，確保兩套完全相同的處理器系統(tǒng),，其輸入,、輸出和關鍵過程數(shù)據(jù)相同；單個處理器性能達300MIPS,；雙通道總線互連架構(gòu),，功耗低,，無需主動散熱。

    具體來講,，華為C3車載安全計算機具有以下特點,。

    “二取二”的可靠性核心技術

    “二取二”技術是華為安全計算機的可靠性核心技術，對數(shù)據(jù)輸入,、中間運算結(jié)果,、結(jié)果輸出實現(xiàn)二取二同步、二取二比較,。在實現(xiàn)同步時,，設置時間窗，超時則指示同步失??；實現(xiàn)比較時，結(jié)構(gòu)相同則比較成功,，否則比較失敗，失敗后封鎖自己的輸出,。

    獨立的數(shù)據(jù)輸入通道

    華為安全計算機建立多個獨立的數(shù)據(jù)輸入通道,，確保系統(tǒng)的可靠性。例如,，獨立的電源供應,，可防止電源故障導致的IO錯誤無法檢出；獨立的防護電路,，可提高接口電路的抗ESD,、抗浪涌能力，降低器件失效率,，增加器件失效的檢測率,；分離的傳輸通路，使信號傳輸干擾不同時存在,，可減少系統(tǒng)誤動作次數(shù),。

    緊急制動輸出

    華為安全計算機具有兩個獨立的IO總線接口，可實現(xiàn)硬件數(shù)據(jù)校驗和數(shù)據(jù)比較,?？拷┒说挠布饭δ埽箖商紫到y(tǒng)的CPU即使同時死機,，或者同時發(fā)生總線故障,，也可自動隔離本系統(tǒng)的輸出，導向安全側(cè),；元器件失效可檢測,，并立即隔離本系統(tǒng)輸出,；脈沖驅(qū)動繼電器的輸出引腳失效，將立即導致剎車,。另外,，兩個系統(tǒng)的安全計算機雙主機，若同時故障隔離,，能夠立即緊急制動,。

    適應嚴酷的工作環(huán)境

    華為具備高可靠性的產(chǎn)品設計經(jīng)驗，以及高低溫和振動環(huán)境試驗室,、EMC試驗室,、安規(guī)試驗室，技術先進的PCB加工,、調(diào)測和裝配生產(chǎn)線,。因此，華為安全計算機經(jīng)過嚴格的測試試驗,，其沖擊試驗,、功能性隨機振動試驗的規(guī)格要求，均高于鐵路行業(yè)的標準,。

    華為安全計算機采用45nm制程工藝,，大大提高系統(tǒng)性能、降低功耗,。華為經(jīng)過多年平臺研究,，掌握了單板模塊強化技術、板內(nèi)器件散熱平面轉(zhuǎn)移技術,、自然散熱空間流量管理技術,，解決了有限空間內(nèi)高熱密度板級器件散熱需求?；诖?，華為安全計算機的PCB板采用專門的熱設計、高導熱率材質(zhì)和特殊的導熱墊片,，保證芯片和散熱器可靠接觸,，且熱阻低。

    為滿足高速大功率情況下能正常工作,，華為安全計算機進行了專業(yè)的EMC設計,，確保在強干擾的環(huán)境下工作穩(wěn)定。

    節(jié)能與環(huán)保

    華為安全計算機的設計還考慮了節(jié)能減排,、綠色設計,。華為安全計算機的CPU采用AMD的低功耗版本，每個處理器功率僅35W,，大大低于普通服務器處理器的95W功耗,；CPU智能調(diào)頻功能根據(jù)任務繁忙程度,，自動調(diào)節(jié)工作頻率，動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功耗,。華為安全計算機的EMC設計,，完全符合TB3034鐵路標準，其中電磁輻射余量僅6dB,。

    在產(chǎn)品設計和加工過程中,，華為安全計算機的所有元件器件和加工輔料，都滿足世界各國電子產(chǎn)品環(huán)保要求,，有毒有害物質(zhì)成分含量控制在極低的水平,。華為安全計算機還選用超靜音調(diào)速風扇輔助散熱，來延長器件壽命,，減少噪聲污染,。

    除了安全計算機和RBC，車載和地面設備的通信載體包括GSM-R網(wǎng)絡通信系統(tǒng)和應答器傳輸系統(tǒng),。其中,，華為的GSM-R系統(tǒng)已經(jīng)在大秦線、京九線等重要線路得到成功應用,；為RBC提供通話路由的ISDN服務器,，采用華為SoftCo 9500系統(tǒng)，容量大,、處理能力強，采用冗余設計,，溫備運行,，支持熱插拔；在應答器方面,，借助長久積累的射頻,、硬件設計經(jīng)驗，華為已經(jīng)研制出包括應答器,、應答器接收天線,、BTM在內(nèi)的應答器傳輸系統(tǒng)。

    華為在努力攻克列控關鍵技術的同時,，也注重集成業(yè)界成熟產(chǎn)品,，實現(xiàn)整體解決方案的快速交付。像DMI,、雷達,、測速發(fā)電機、機車電臺以及其它非核心設備,，都采取集成業(yè)界成熟硬件平臺,，進行業(yè)務軟件二次開發(fā)的方式實現(xiàn),。

    高鐵的迅猛發(fā)展，充滿了機遇與挑戰(zhàn),，華為公司將依托多年積累的軟硬件研發(fā)能力及快速的市場反應能力,，走自主創(chuàng)新之路，推出適合中國鐵路的信號系統(tǒng)解決方案,，助力中國高鐵實現(xiàn)跨越式發(fā)展,。