中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）是在我國(guó)鐵路高速線路和客運(yùn)專線上，保證列車行車安全，提高列車運(yùn)行效率的重要技術(shù)裝備之一。C3列控系統(tǒng)基于GSM-R無線通信技術(shù)，兼容C2列控系統(tǒng)，符合C3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足最高運(yùn)營(yíng)速度350km/h、列車正向運(yùn)行追蹤時(shí)間間隔3分鐘的要求。
C3列控系統(tǒng)包括車載設(shè)備和地面設(shè)備兩大部分。車載設(shè)備負(fù)責(zé)接收地面命令，生成速度模式曲線，監(jiān)控列車運(yùn)行，保證列車行車安全。地面設(shè)備主要根據(jù)聯(lián)鎖辦理的進(jìn)路，給車載設(shè)備發(fā)出行車許可、緊急行車等命令。其中，車載安全計(jì)算機(jī)和RBC是C3列控系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)處理大部分C3業(yè)務(wù)，二個(gè)硬件平臺(tái)的功能直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的性能。
目前，國(guó)內(nèi)廠商大都采取和國(guó)外廠商合作的方式共同開發(fā)C3列控系統(tǒng)，尤其是關(guān)鍵設(shè)備。與此同時(shí)，華為憑借多年的科研積累及成熟的軟硬件平臺(tái)，在深入理解ETCS及CTCS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了包括安全計(jì)算機(jī)和RBC在內(nèi)的C3列控系統(tǒng)。
地面核心設(shè)備：RBC
RBC即無線閉塞中心，是高速鐵路列控系統(tǒng)的核心設(shè)備之一。RBC根據(jù)從聯(lián)鎖系統(tǒng)接收的信號(hào)授權(quán)及列車發(fā)送的位置報(bào)告，為其管轄范圍內(nèi)的每輛列車生成運(yùn)行授權(quán)，并發(fā)送給列車，以控制列車安全地運(yùn)行。由于RBC同時(shí)管轄多輛列車，并且控制列車運(yùn)行，因此對(duì)設(shè)備的安全性和可靠性要求極高。
一套完整的RBC設(shè)備包含：組成表決冗余結(jié)構(gòu)的4臺(tái)主機(jī)（核心服務(wù)器）、2臺(tái)互為冗余的通信機(jī)、司法記錄儀、操作維護(hù)設(shè)備及可外置的ISDN接入服務(wù)器等。
國(guó)際上先進(jìn)的RBC核心服務(wù)器，有的采用通用的高可靠性計(jì)算機(jī)，有的沿用聯(lián)鎖等傳統(tǒng)信號(hào)設(shè)備的硬件平臺(tái)。而華為則根據(jù)RBC的各項(xiàng)需求，綜合分析，硬件采用了基于ATCA架構(gòu)的OSTA 2.0開放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算平臺(tái)，系統(tǒng)軟件采用了華為DOPRA 1.6分布式可編程實(shí)時(shí)架構(gòu)。
ATCA架構(gòu)已經(jīng)廣泛、成熟應(yīng)用于電信領(lǐng)域。ATCA架構(gòu)中各模塊支持熱插拔，發(fā)生故障后備機(jī)可以熱替換主機(jī)工作，原主機(jī)降為備機(jī)。由于主、備兩系統(tǒng)的電源相互隔離，熱替換單板也不會(huì)使系統(tǒng)宕機(jī)。跟通用計(jì)算機(jī)相比，ATCA架構(gòu)功耗低、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、冗余實(shí)現(xiàn)容易。此外，ATCA架構(gòu)外部電源線、網(wǎng)線等很少，維護(hù)方便。
在這個(gè)成熟的軟硬件平臺(tái)上，華為RBC重點(diǎn)針對(duì)列控的安全性需求，以及閉塞業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)，滿足列控系統(tǒng)在安全性、可靠性、功能、容量、接口、業(yè)務(wù)等方面的要求。
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高安全性
華為RBC產(chǎn)品的開發(fā)采用CMMI+SAFE研發(fā)流程，應(yīng)用表決、異構(gòu)、安全編程等技術(shù)，遵循“故障－安全”理念，符合SIL4安全完整性等級(jí)的要求。
華為RBC主機(jī)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(gè)主機(jī)之間進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)的比較，比較不通過則不向車載設(shè)備發(fā)送運(yùn)行授權(quán)。兩個(gè)主機(jī)的單板采用不同的硬件、不同的操作系統(tǒng)、不同的應(yīng)用軟件，以避免共模故障帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。
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(cè)、校驗(yàn)技術(shù)，充分保障列車運(yùn)行的安全性。通過軟件多版本、硬件多批次檢測(cè)，華為RBC的故障檢測(cè)率達(dá)到99.999%，處于業(yè)界先進(jìn)水平。
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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(shí)現(xiàn)2＋2備份；風(fēng)扇也采取冗余配置，部分風(fēng)扇的故障不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；設(shè)備管理、冗余備份、表決比較、業(yè)務(wù)軟件采用相互隔離的通信平面，每個(gè)通信平面內(nèi)部冗余，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連，并且交換板集成在RBC機(jī)框內(nèi)部。
另一方面，ATCA架構(gòu)在通信設(shè)備上的累計(jì)故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，硬件平均無故障時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1.35×106小時(shí)，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(xiǎn)失效概率，提高安全性。
另外，基于“故障－安全”的設(shè)計(jì)，華為RBC在系統(tǒng)故障時(shí)，將產(chǎn)生導(dǎo)向安全行為的措施，使危險(xiǎn)失效水平再提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
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高速的處理能力
眾所周知，列車運(yùn)行的高速度、高密度，要求通信信號(hào)系統(tǒng)具有很高的實(shí)時(shí)性。而且，RBC作為列控系統(tǒng)的地面核心設(shè)備，需要同時(shí)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(gè)單板（業(yè)務(wù)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(dá)16GB，支持10/100/1000M對(duì)外通信接口，內(nèi)部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通道最大可支持10Gbps帶寬。這些電信級(jí)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。
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強(qiáng)大的接口能力
華為RBC主機(jī)各個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)CAN、PROFIBUS等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的擴(kuò)展。
華為RBC通過ISDN接入服務(wù)器連接到GSM-R網(wǎng)絡(luò)。單臺(tái)ISDN接入服務(wù)器滿配最大可支持480路數(shù)據(jù)通道。因此，ISDN接入服務(wù)器與RBC主機(jī)之間可靈活組網(wǎng)，通過多對(duì)多連接的方式進(jìn)一步提高通信可靠性。
車載核心設(shè)備：安全計(jì)算機(jī)
C3車載設(shè)備的主要功能是采集列車速度傳感器數(shù)據(jù)，接收應(yīng)答器報(bào)文、地面軌道電路信息、地面RBC無線通信報(bào)文（移動(dòng)授權(quán)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(dǎo)致災(zāi)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(shè)備設(shè)計(jì)為“故障－安全”系統(tǒng)：當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)向安全狀態(tài)，保護(hù)生命，并將破壞和損失降到最低；在此前提下，提高設(shè)備和系統(tǒng)的可用性。其核心安全計(jì)算機(jī)采用多套設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，一套設(shè)備的故障不影響列車正常運(yùn)行。另外，安全性與可用性由元器件的高可靠性、容錯(cuò)、冗余、反饋檢測(cè)等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。華為列控車載平臺(tái)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(jí)器件。
華為C3車載安全計(jì)算機(jī)提供多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口、強(qiáng)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(guān)鍵過程數(shù)據(jù)相同；單個(gè)處理器性能達(dá)300MIPS；雙通道總線互連架構(gòu)，功耗低，無需主動(dòng)散熱。
具體來講，華為C3車載安全計(jì)算機(jī)具有以下特點(diǎn)。
“二取二”的可靠性核心技術(shù)
“二取二”技術(shù)是華為安全計(jì)算機(jī)的可靠性核心技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)輸入、中間運(yùn)算結(jié)果、結(jié)果輸出實(shí)現(xiàn)二取二同步、二取二比較。在實(shí)現(xiàn)同步時(shí)，設(shè)置時(shí)間窗，超時(shí)則指示同步失敗；實(shí)現(xiàn)比較時(shí)，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(dú)立的數(shù)據(jù)輸入通道
華為安全計(jì)算機(jī)建立多個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)輸入通道，確保系統(tǒng)的可靠性。例如，獨(dú)立的電源供應(yīng)，可防止電源故障導(dǎo)致的IO錯(cuò)誤無法檢出；獨(dú)立的防護(hù)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(cè)率；分離的傳輸通路，使信號(hào)傳輸干擾不同時(shí)存在，可減少系統(tǒng)誤動(dòng)作次數(shù)。
緊急制動(dòng)輸出
華為安全計(jì)算機(jī)具有兩個(gè)獨(dú)立的IO總線接口，可實(shí)現(xiàn)硬件數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)比較。靠近末端的硬件狗功能，使兩套系統(tǒng)的CPU即使同時(shí)死機(jī)，或者同時(shí)發(fā)生總線故障，也可自動(dòng)隔離本系統(tǒng)的輸出，導(dǎo)向安全側(cè)；元器件失效可檢測(cè)，并立即隔離本系統(tǒng)輸出；脈沖驅(qū)動(dòng)繼電器的輸出引腳失效，將立即導(dǎo)致剎車。另外，兩個(gè)系統(tǒng)的安全計(jì)算機(jī)雙主機(jī)，若同時(shí)故障隔離，能夠立即緊急制動(dòng)。
適應(yīng)嚴(yán)酷的工作環(huán)境
華為具備高可靠性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以及高低溫和振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)室、EMC試驗(yàn)室、安規(guī)試驗(yàn)室，技術(shù)先進(jìn)的PCB加工、調(diào)測(cè)和裝配生產(chǎn)線。因此，華為安全計(jì)算機(jī)經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試試驗(yàn)，其沖擊試驗(yàn)、功能性隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的規(guī)格要求，均高于鐵路行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。
華為安全計(jì)算機(jī)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(tái)研究，掌握了單板模塊強(qiáng)化技術(shù)、板內(nèi)器件散熱平面轉(zhuǎn)移技術(shù)、自然散熱空間流量管理技術(shù)，解決了有限空間內(nèi)高熱密度板級(jí)器件散熱需求。基于此，華為安全計(jì)算機(jī)的PCB板采用專門的熱設(shè)計(jì)、高導(dǎo)熱率材質(zhì)和特殊的導(dǎo)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(jì)算機(jī)進(jìn)行了專業(yè)的EMC設(shè)計(jì)，確保在強(qiáng)干擾的環(huán)境下工作穩(wěn)定。
節(jié)能與環(huán)保
華為安全計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)還考慮了節(jié)能減排、綠色設(shè)計(jì)。華為安全計(jì)算機(jī)的CPU采用AMD的低功耗版本，每個(gè)處理器功率僅35W，大大低于普通服務(wù)器處理器的95W功耗；CPU智能調(diào)頻功能根據(jù)任務(wù)繁忙程度，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作頻率，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功耗。華為安全計(jì)算機(jī)的EMC設(shè)計(jì)，完全符合TB3034鐵路標(biāo)準(zhǔn)，其中電磁輻射余量?jī)H6dB。
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工過程中，華為安全計(jì)算機(jī)的所有元件器件和加工輔料，都滿足世界各國(guó)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(jì)算機(jī)還選用超靜音調(diào)速風(fēng)扇輔助散熱，來延長(zhǎng)器件壽命，減少噪聲污染。
除了安全計(jì)算機(jī)和RBC，車載和地面設(shè)備的通信載體包括GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和應(yīng)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(yīng)用；為RBC提供通話路由的ISDN服務(wù)器，采用華為SoftCo 9500系統(tǒng)，容量大、處理能力強(qiáng)，采用冗余設(shè)計(jì)，溫備運(yùn)行，支持熱插拔；在應(yīng)答器方面，借助長(zhǎng)久積累的射頻、硬件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，華為已經(jīng)研制出包括應(yīng)答器、應(yīng)答器接收天線、BTM在內(nèi)的應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)。
華為在努力攻克列控關(guān)鍵技術(shù)的同時(shí)，也注重集成業(yè)界成熟產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)整體解決方案的快速交付。像DMI、雷達(dá)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、機(jī)車電臺(tái)以及其它非核心設(shè)備，都采取集成業(yè)界成熟硬件平臺(tái)，進(jìn)行業(yè)務(wù)軟件二次開發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)。
高鐵的迅猛發(fā)展，充滿了機(jī)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(chǎng)反應(yīng)能力，走自主創(chuàng)新之路，推出適合中國(guó)鐵路的信號(hào)系統(tǒng)解決方案，助力中國(guó)高鐵實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。