通信技術在鐵路的應用2010.5課程說明授課班級：全路通信干部繼續教育培訓班授課對象：全路通信干部授課課時：8課時授課目的：通過這次學習，讓廣大干部職工對鐵路通信新技術在鐵路的應用有一定的了解，對與通信相關的鐵路業務有一個初步的認識，以便更好地適應鐵路新形勢、新格局的變革，更好地為鐵路服務。課程內容

一

鐵路通信應用

二數據通信基礎

三通信網絡協議一、鐵路通信應用

1、鐵路通信的重要性

（1）為鐵路運輸的重要組成部分，鐵路運輸的基礎，是鐵路實現集中統一指揮的重要手段，是保證行車安全、提高運輸效率和改進管理水平的重要基礎設施。提高整車重量、增加行車密度、提高行車速度和保證行車安全等方面做出重要貢獻。鐵路的中樞神經系統，在鐵路運輸中具有極為重要的地位。一、鐵路通信應用

2、鐵路通信的作用主要完成三方面的作用

（1）保證指揮列車運行的各種調度指揮命令信息的傳輸；（2）為旅客提供各種服務的通信；（3）為設備維修及運營管理提供通信條件。一、鐵路通信應用

3、在高速鐵路中，通信系統組成及技術應具有的特點：

（1）應具有高可靠性；（2）應保證運營管理的高效率；（3）通信信號一體化；（4）通信系統與計算機網相結合，形成一個現代化的運營、管理、服務系統；（5）通信應完成各種信息的傳輸，提供多種通信服務；

（6）多種通信方式結合形成統一的鐵路通信網。一、鐵路通信應用

4、通信在我國重載運輸中的應用

大秦線GSM-R網絡已實現的功能：（1）機車同步操縱控制功能；（2）調度通信；（3）調度命令、車次號、列車停穩信息的傳送；（4）區間移動公務電話；（5）列尾信息傳送。一、鐵路通信應用

5、鐵路通信在鐵路其他系統中的應用

（1）有關行車安全與提高效率的通信系統；（2）為旅客服務的通信系統；（3）設備維修及運營管理用的通信系統。一、鐵路通信應用

6、鐵路專用通信業務

（1）干、局線通信（2）區段通信（3）站場通信（4）無線專用通信（5）應急通信（6）列車通信一、鐵路通信應用7、鐵路專用通信的特點和要求

（2）站場通信

大型車站多個作業場兩類

小站站值班員與若干站內用戶間特點和要求與調度通信相同。不同點：組網方式不同。一、鐵路通信應用7、鐵路專用通信的特點和要求

（3）站間通信

特點：點對點通信。

要求：固定直達電路（回線），不允許搭掛其他任何電話分機。一、鐵路通信應用7、鐵路專用通信的特點和要求

（4）區間通信

特點：受模擬通信設備的限制，區間電話只能呼叫車站、調度及本地自動電話；上行站可呼叫區間，其他用戶無法呼入。

要求：在同一區間兩個點之間可以相互呼叫并通話；區間可呼叫上行站、下行站、列調、電調；上、下行車站可以呼叫區間電話；具有接入鐵路自動電話本地網的功能。一、鐵路通信應用

8、鐵路調度通信

（2）鐵路調度通信的業務鐵道部調度鐵路局調度

一、鐵路通信應用

8、鐵路調度通信

（2）鐵路調度通信的業務

①按機構分：干線通信鐵道部調度、局線通信鐵路局調度、區段調度、站調。

②按調度業務性質分：干線通信鐵道部調度、行調、客調、軍調、特調、車流、集裝箱、機車、車輛、電力、工務、電務等。③局線調度分為：局線通信鐵路局調度、總調主任、客調、軍特、車調、篷布、機車、車輛、工務、電務等。④區段調度分為：列調、貨調、電調、紅外線調，以局調度員為中心，按管轄范圍對所屬調度對象以共線方式組成調度網絡、區段通信、站場通信、站段調度。一、鐵路通信應用

8、鐵路調度通信

（2）鐵路調度通信的業務

⑤公務專用電話⑥干線調度組網⑦局線調度組網⑧區段調度組網⑨站調組網一、鐵路通信應用

10、鐵路數據通信業務

鐵通為鐵路TMIS、TDCS、客票發售及預訂系統、紅外檢測等信息系統提供了專用電路服務。（1）TMIS系統（2）TDCS系統（3）鐵路客票發售及預訂系統（4）鐵路旅客運輸收入清算及分析系統二、數據通信基礎（一）通信基礎知識（二）數據通信的基本概念（三）數據通信系統構成和分類（四）數據傳輸方式與應用（五）信道容量與數據傳輸速率（一）通信基礎知識

1、通信的概念

通信即信息的傳遞與交換，由一個地方向另一個地方傳輸消息。其目的就是傳輸信息。信息：（一）通信基礎知識3、通信系統的組成

通信系統：用電信號或光信號傳遞信息的系統?；窘M成：信源、變換器、信道、反變換器、信宿。

（一）通信基礎知識

4.通信系統分類：

模擬通信數字通信數據通信連續調制脈沖調制（一）通信基礎知識

5、通信系統的質量要求（1）有效性

指在給定信道內所傳送信息量的大小。

★在模擬信道內可用有效傳輸頻帶來衡量。

★在數字信道內采用信息傳輸速率Rb表示。

（2）可靠性

指在給定信道內接收到的信息的可靠程度。

★在模擬系統中用系統的輸出信噪比來表示。

★在數字系統中衡量可靠性的指標是誤碼率。（二）數據通信的基本概念包括兩方面的內容：數據傳輸和數據傳輸前后的處理。如：數據的集中、交換和控制等。數據傳輸是數據通信的基礎，而數據傳輸前后的處理使數據的遠距離交換得以實現。

（二）數據通信的基本概念相關技術通信技術:傳輸和交換數據；計算機技術:存儲和處理數據。（三）數據通信系統組成與分類

數據通信系統

通過數據電路將分布在遠地的數據終端設備與計算機系統連接起來，實現數據傳輸、交換、存儲、處理以及共享資源（包括通信線路、硬件、軟件等）的系統。組成:數據終端設備、數據電路、計算機系統三部分。數據通信系統組成圖數據通信系統中各設備的作用

數據終端設備（DTE）作為人機接口設備，用于發送和接收數據的設備。包括數據終端和計算機系統。

功能：向計算機中心輸出數據和從計算機中心接收數據。

組成：輸入設備、輸出設備及傳輸控制器。數據通信系統中各設備的作用計算機系統

作用：處理從數據終端設備來的數據信息，并將處理結果傳回給數據終端設備。

主要功能：1.通信線路和終端設備的狀態控制、終端的選擇、傳輸的開始和結束等控制；2.傳輸過程的差錯控制以及傳輸控制，包括與終端的連接、確認、傳輸任務及切斷等；

3.傳輸線路的串行碼與中央處理機所需要的并行碼之間的變換；4.傳輸速度和處理速度的變換。數據通信系統中各設備的作用

數據電路

作用：為數據通信提供數字傳輸通道。（在數據電路兩端收發的是二進制的數字信號，數據電路要能準確、迅速地連接兩端設備，并能傳輸數據。）傳輸信道：模擬/數字、專用/交換。數據電路終接設備（DCE）：*用來連接DTE與數據通信網絡,為用戶設備提供入網的連接點。*對DTE輸出的信號進行變換處理使其適于在信道上傳輸。數據電路和數據鏈路

數據電路物理鏈路：在線路或信道上加信號變換設備之后形成的二進制比特流通路，由傳輸信道及其兩端的數據電路終接設備（DCE）組成。

數據鏈路物理鏈路：數據電路。鏈路協議：實現鏈路協議的硬件和軟件在已建立的基礎上，通過發送方和接收方之間交換“握手”信號，使雙方確認后方可開始傳輸數據的兩個或兩個以上的終端裝置與互連線路的組合體。數據通信系統分類

根據處理形式的不同

1.聯機實時系統：從終端輸入的數據，在中央處理機上立即進行處理并將處理結果直接送回終端設備。適于傳送大量突發性數據。2.遠程批量處理系統：從遠程終端向中央計算機投入批量作業，獲得處理結果。3.分時處理系統：將中央處理機的時間分成若干時隙，遠程終端按時隙輪流使用中央計算機。（四）數據傳輸方式與應用

傳輸方式復用方式傳輸信道接口內容1.數據傳輸方式單工傳輸vs雙工傳輸

按信息傳送的方向與時間。并行傳輸vs串行傳輸

按信息傳輸使用的信道數量。同步傳輸vs異步傳輸

按照信息傳輸的收發配合。數據傳輸方式

單工vs雙工單工傳輸半雙工傳輸全雙工傳輸

單工傳輸

半雙工傳輸

全雙工傳輸

數據傳輸方式：并行vs串行

并行傳輸:以組的方式將數據在多條并行信道上同時傳送、收發，雙方無需另外措施即可保證碼組同步。需要信道多，設備復雜。數據在計算機內部或距離較近時傳輸用。

數據傳輸方式：并行vs串行

串行傳輸：在一條信道上傳送數據，收發雙方需采取同步措施保證碼組同步。占用信道少，設備簡單，使用較多。

數據傳輸方式：同步vs異步

同步傳輸把字符組合成數據幀形式發送。速度快，開銷小。數據傳輸方式：同步vs異步

異步傳輸：碼組起止標志。開銷比較多，用于鍵盤等低速設備。2.傳輸信道目前數據通信中所使用的多為有線信道。1.直接利用傳輸媒體的實線信道（如局域網中）。2.經調制解調器的頻分信道（如部分地區用戶線路中）。3.經調制解調器的時分信道。由于光纖通信技術的發展，現在絕大部分的數據傳輸在時分信道上，以同步數字體系SDH方式傳輸。3.復用方式多路復用提高信道的利用率。多個低速數據終端共同使用一條高速信道。頻分復用將物理信道上分成若干個子頻帶作為子信道，固定分配給不同用戶，各子信道間還保留一定的保護頻帶。適用于傳輸模擬信號：電話和有線電視（CATV）系統。與調制解調技術結合使用，且只在地區用戶線上用到。復用方式

時分復用將物理信道分成若干時隙，每個時隙由一個用戶占用。同步時分復用把時隙固定地分配給各個數據終端。DDN網統計（異步）時分復用當終端要傳送數據時，才會動態地分配到時隙。用戶數據傳輸速率可以高于平均傳輸速率，最高可以達到線路總的傳輸能力。X.25、ATM4.接口

不同的用戶終端和計算機之間的連接需要標準的接口，即在插接方式、引線分配、電氣特性及應答關系上均應符合統一的標準和規范。最通用的類型美國電子工業協會EIA的RSRS-232C接口：使用串行二進制方式進行交換的DTE和DCE間的接口標準，此標準共A、B、C、D四個版本，其中RSRS-232C標準使用很廣泛。ITUITU-T的V系列接口和X系列接口；國際標準化組織ISO的ISO211O、ISO1177（五）信道容量與數據傳輸速率

信道容量

模擬信道容量數字信道容量數據傳輸速率

傳碼率傳信率頻帶利用率

差錯率誤碼率信道容量信道容量：信道在單位時間內能傳送的最大信息量，單位b/s，即信道的最大傳信率。模擬信道的信道容量C=Blog2(1+S/N)。

B信道帶寬信噪比S/N：S信號功率，N噪聲功率之比，單位分貝

(S/N)dB=10lg(S/N)。例：若信道帶寬為3KHz，信道上僅存在加性白噪聲，其信噪比為20dB,求信道容量。解：(S/N)dB=20dB=10lg(S/N)，S/N=100。C=Blog2(1+S/N)=3000log(1+100)(≈19975b/s)信道容量信道容量：信道在單位時間內能傳送的最大信息量，單位b/s，即信道的最大傳信率。模擬信道的信道容量C=Blog2(1+S/N)數字信道的信道容量C=2Blog2M（M進制，碼元符號所能取值的個數）例：若信道帶寬為3KHz，采用四進制傳送數字信號,求信道容量。解：C=2Blog2M=2M=2×3000log24=12000b/s數據傳輸速率信息傳輸速率（Rb）:簡稱傳信率，又稱信息速率、比特率.表示單位時間內傳輸的信息比特數，單位:比特／秒，記為bit/s、b/s、bps.比特在信息論中作為信息量的度量單位.一般在數據通信中，如使用“1”和“0”的概率是相同的，則每個“1”和“0”就是一個比特的信息量。例：一個數據通信系統，每秒內傳輸9600bit，傳信率為多少？解：Rb＝9600bit/s數據傳輸速率

碼元傳輸速率（RB）:簡稱傳碼率，又稱符號速率、波特率、調制速率.單位時間內信道傳輸碼元個數，單位波特（Baud或記為B）。例：某系統每秒傳送9600個碼元，則該系統的傳碼率為9600B。碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關系Rb=RBlog2N，（N為碼元的進制數）例:RB=9600BN=2，Rb=9600b/sN=4，Rb=19.2kbit/sN=8，Rb=28.8kbit/s數據傳輸速率頻帶利用率η指單位頻帶內的傳輸速率，η=傳輸速率/占用頻帶，單位：比特／秒·赫（b／s·Hz）例如某數據通信系統傳信率為9600bit/s，占用頻帶為6kHz，則其頻帶利用率為η＝1.6bit/(s·Hz)。差錯率衡量數據通信系統可靠性的主要指標是差錯率。誤碼率又稱碼元差錯率，是指在傳輸的碼元總數中錯誤接收的碼元數所占的比例，用字母Pe來表示，即Pe﹦錯誤接收的碼元數/所傳輸的總碼元數數據傳輸誤碼率一般都低于10-10。差錯率衡量數據通信系統可靠性的主要指標是差錯率。誤碼率又稱碼元差錯率，是指在傳輸的碼元總數中錯誤接收的碼元數所占的比例，用字母Pe來表示，即Pe﹦錯誤接收的碼元數/所傳輸的總碼元數數據傳輸誤碼率一般都低于10-10。三、網絡通信協議

（一）協議的概念與層次結構

（二）開放系統互連參考模型

（三）TCP/IP體系結構

（一）協議的概念與層次結構

通信網

硬件設備：終端+信道+交換設備。協議：為保證通信正常進行，通信雙方必須認同一套用于信息交換的約定規則，并正確執行。電話網中的信令方式。數據通信中的傳輸控制協議。

協議（Protocol）是約定規則所使用的語言及表達的語義。1.協議的要素

語法規定通信雙方“如何講”；確定數據格式、數據碼型、信號電平等。

語義規定通信雙方“講什么”；確定協議元素的類型，如規定通信雙方要發出什么控制信息、執行什么動作和返回什么應答等。

定時關系規定事件執行的順序；確定鏈路通信過程中通信狀態的變化，如規定正確的應答關系等。2.協議棧協議棧

對所有通信的完整細節，設計人員不可能設計一個單一、巨大的協議，而是把通信問題劃分成多個相對獨立的問題，然后為每個問題設計一個單獨的協議（稱為協議子集）。

通信協議內容

數據信號傳輸、幀傳輸誤碼檢測和糾錯局域網通信協議路由選擇擁塞和流量控制通信保密傳輸控制

3.網絡體系結構

體系結構（層次結構）層次和協議的集合。提供足夠信息使軟件設計人員給每層編寫實現該層協議的有關程序，即通信軟件。國際標準組織ISO開放系統互連參考模型（簡稱OSIOSI-RMRM）。按照此標準設計和建成的計算機網絡系統可以互相通信。20世紀80年代，ISO與ITU等組織為參考模型的各個層次制定了一系列的協議標準，組成了一個龐大的OSI基本協議集。我國也于1989年在《國家經濟系統設計與應用標準化規范》中明確規定選定OSI標準作為我國網絡建設標準。（二）開放系統互連參考模型

1.分層通信整個網絡的通信功能分為7層；實通信：第N層的數據在垂直層次中自上而下地逐層傳遞直至物理層，在物理層的兩個端點進行物理通信；虛擬通信：對等層由于通信并不是直接進行。（二）ISO的開放系統互連參考模型(OSI-RM)

（二）ISO的開放系統互連參考模型2.各層功能：

物理層（PH）通信線路上比特流的傳輸問題,描述傳輸媒質的電氣、機械、功能和過程的特性。數據鏈路層（DL）數據鏈路上幀流的傳輸問題，以保障在相鄰節點間正確有序有節奏地傳輸數據幀。面向字符的傳輸控制協議，如基本型傳輸控制協議（BSC）。面向比特的傳輸控制協議，如高級數據鏈路控制協議（HDLC）。網絡層（N）處理分組在網絡中的傳輸，描述路由選擇，數據交換，網絡連接建立和終止。ITUITU-T的X.25建議的第三層標準。（二）ISO的開放系統互連參考模型運輸層運輸層地址變換為網絡層地址；運輸連接的建立和終止；連接復用；端-端的次序控制、信息流控制、錯誤檢測和恢復。OSI的三個底層可組成公共網絡，可被很多設備共享。為防止傳送錯誤，兩個計算機之間可實現端到端控制。（二）ISO的開放系統互連參考模型

用郵政通信來類比運輸層：用戶部門的收發室，負責本單位各辦公室信件的登記和收發工作，然后交郵局投送。網絡層以下3個底層：郵局，盡管郵局之間有一套規章制度來確保信件正確、安全地投送，但難免在個別情況下會出錯。收發用戶間可經常核對流水號，如發現信件丟失就向郵局查詢。（二）ISO的開放系統互連參考模型

會話層

用戶與用戶的連接，它通過在兩臺計算機間建立、管理和終止通信來完成對話。

表示層處理應用實體間交換數據的語法，解決格式和數據表示的差別，從而為應用層提供一個一致的數據格式，使字符、格式等有差異的設備之間相互通信。

應用層提供網絡服務相關，這些服務包括文件傳送、打印服務、數據庫服務、電子郵件等。應用層提供了一個應用網絡通信的接口。ISO的開放系統互連參考模型3.說明從七層的功能可見1-3主要是完成數據交換和數據傳輸，稱之為網絡低層，即通信子網；5-7層主要是完成信息處理服務的功能，稱之為網絡高層；低層與高層之間由第4層銜接。數據通信網只有物理層、數據鏈路層和網絡層。（三）TCP/IP體系結構

1.TCP/IP分層體系結構;

2.

TCP/IP分層協議模型;3.TCP/IP的主要特點1.TCP/IP分層體系結構（1）TCP/IP與OSI模型來源不同OSI模型來自于標準化組織。

TCP/IP產生于Internet研究和應用實踐。1.TCP/IP分層體系結構2.

TCP/IP分層協議模型

網絡接入層：Ethernet,Tokenring等;網絡層：IP協議;運輸層：傳輸控制協議TCP,用戶數據協議UDP;應用層:大量作為網絡服務協議，如Telnet、FTP等.3.TCP/IP的主要特點

(1)高可靠性TCP/IP采用重新確認的方法保證數據的可靠傳輸，并采用“窗口”流量控制機制得到進一步保證。(2)安全性為建立TCP連接，在連接的每一端都必須與該連接的安全性控制達成一致。IP協議在它的控制分組頭中有若干字段允許有選擇地對傳輸的信息實施保護。(3)靈活性TCP/IP要求下層支持該協議，而對上層應用協議不作特殊要求。因此，TCP/IP的使用不受傳輸媒體和網絡應用軟件的限制。4.TCP/IP模型各層功能

(1)應用層應用層為用戶提供訪問Internet的應用高層協議，即一組應用程序，如FTP、Telnet等。對數據進行格式化以便于傳輸與接收，完成應用要求的服務。4.TCP/IP模型各層功能

(2)運輸層

運輸層是銜接通信子網（低3層）和資源子網（高3層）的橋梁，起到承上啟下的作用。它對高層屏蔽，使高層用戶的同等實體在交互過程中不受下層數據通信技術的影響。

任務：可根據子網的特性最佳地利用網絡資