6.2系统结构 System Architecture 6.2.1硬件架构 Hardware Architecture
通信系统由分布在轨旁和车载的部件组成。
图6-4通信系统的车载和轨旁部件
在集庆门大街站设置一套冗余通信服务器，在那里提供应用的通信接入。与 TGMT的接口是冗余的以提高系统可用性，与 PIS接口为单套。这些应用通过标准以太网互联协议 IP连接到通信服务器。
服务器与主干网络的连接包括交换机和光纤。 TGMT的网络是冗余的，以满足严格的可用性要求。该网络同时提供给所有的应用使用，出于安全原因本网络是独立于其它网络。网络的设计将参照现场条件和线路结构。
由于 ATC的安全性功能，要求对两个互为冗余的 ATS网络进行连接；而 PIS系统可以直接在集庆门大街站同通信平台的 PIS无线服务器接口。接口通过 PIS无线服务器侧的标准 RJ45连接器以标准的以太网 TCP/IP协议实现。
在列车上，PIS系统可以和通信平台的前方驾驶室的本地车载单元或车尾部驾驶室内的远程车载单元接口。同样，接口通过相应车载单元侧的标准 RJ45连接器以标准的以太网TCP/IP协议实现。 设备的数量，包括网络环线的数量和具体的网络拓扑结构是取决于多个参数的，特别是现场的具体条件、，业主的需求。因此，具体的网络设计将在设计联络会期间共同确定。
主干网络连接了一定数量的分布于沿线为列车提供无线通信的接入点（AP）。每个 AP采用了四个高增益的天线，以天线分集覆盖隧道内两个方向上的一定区域，从而提高了通信的健壮性。每个 AP还包括多个无线单元，根据带宽要求和传输可靠性要求，实际数量取决于系统的配置。对 ATC应用而言， AP的布置须使得无线射频覆盖是冗余的。每对 AP中的单个设备故障不会导致系统问题。
在列车上，两个列车单元 (TU)分别安装在车头和车尾，通过一个宽带连接从而互为冗余。每个列车单元也装备多个无线板卡，实际数量取决于系统配置。列车单元连接两个天线（分集设计），通过 IP协议分别对应于 ATC和 PIS应用。
6.2.2硬件部件 Hardware Components
所有的硬件部件都经过核准，其设计具有鲁棒性和易于维护性。
6.2.2.1网络部件 Network Components
除了上述的西门子的铁路专用的无线组件，通讯系统包括多个标准的 IT（信息技术）组件。
为了获得系统所需的可用性，将提供具有所需 MTBF（平均故障间隔时间）的高品质的主流组件。同样，整个网络结构也是高度冗余的，而且配备了综合网络管理软件。下面列出了一些首选的组件，如果在中国市场上可以找到可行的替代品，将使用本地化的同类产品。
6.2.2.2中心通信服务器
工业级服务器，至少64 比特Intel? Xeon?处理器(或相当)，800MHz 前端总线，1MB of L2cache 内存，1 GB 400MHz DDR2 内存，嵌入式双口PCI-X 1000T Gigabit 网络适配器。
6.2.2.3网络交换机
模块化千兆网络交换机，支持环网拓扑（ HIPER环）至少 50个节点和重构时间小于 0.5秒。
6.2.2.4环网接入交换机
模块化管理工业两层以太网交换机并有千兆口 (1000 Mbit/s)，支持环网拓扑结构至少 50个节点和重构时间小于 0.3秒。
通信服务器和网络交换机放在同一个机柜中。
6.2.3软件架构 Software Architecture
通信平台是构筑在严格的分层结构之上，以利于适应于不同的应用、标准、技术和部件。 这个结构同时也简化了系统投入使用后的维护和升级工作。其另一个优点是直接降低了技术复杂度，从而实现了产品的高质量和运行可靠性。
图6-5分层结构
分层结构尽可能地利用了国际标准或工业标准。这样，很多符合标准部件和软件都可以用于替换和升级。
例如，将来的 TGMT功能修改不会影响到通信系统和 PIS系统。同样，另外的应用加入需要更高的通信速率，也不会影响到 TGMT或 PIS的功能。甚至另外的通信通道（如 GPRS）作为后备通道加入进来，实际上也不会影响到已有的功能。
系统的核心是移动层，实际上是一个强大的中间层。其他层是可以互换或者单独升级的。移动层以无缝的方式管理着从轨旁设备到众多快速移动列车之间的数据流（及相反方向）。这样核心层相当于管理着所有参与的网络设备，特别是接入点和列车单元。
6.2.4通信的鲁棒性 Communication Robustness
该系统所运用的 WLAN技术已经广泛应用于工业自动化领域。不过，RailCom TC在其移动层提供了先进的功能和补充的硬件冗余。
WLAN通过在空气中的射频频率传输来实现数据的发送和接收。本质上，所有可以运行在传统以太网上的应用程序也可以运行在无线WLAN上。
对于列车控制系统，通信平台将按照IEEE 802.11b的WLAN标准来配备无线功能，以便获得列车控制系统在隧道以快速运行模式工作时所需的传输的健壮性。
IEEE 802.11标准系列运用扩展频谱无线技术。通过扩展频谱技术，基带信号的带宽通过扩展码人为增加信号的带宽而被有意识地扩展到一个较大的频谱上。由此，将传输该信号的能量分布在一个更宽的带宽上，使其对于其他系统看起来甚至更像是噪音信号。扩展基带的强度和原始信号的强度之间的比率（以 dB来衡量）被称为扩展增益。
扩展是通过在传输链中天线前的某个位置将专用的扩频码注入到信号中实现的。其效果就是将信息扩散到一个更大的带宽上。与此相对应的是，扩展频谱码可以在接收器端被拿掉（解扩操作）。解扩的结果是将信息重新回复到其原有的形态。明显地，在通道两端，发送和接收两侧必须事先获知该相同的扩频码。
DSSS是一种用于扩频传输的传输技术，该技术在发送站将数据信号和具有较高数据率的位序或码片结合起来，将用户数据按照扩展率划分。码片是一种冗余的位组合，对于每一需要传输的比特，显著增强了传输信号的抗干扰性能。若位组合中的一个或多个比特在传输过程中受损，则原始的传输数据可以根据其固有的传输冗余特性而获得恢复。
图6-6 DSSS原理
DSSS是目前在 WLAN实际应用中使用最多的调制方式。要传输的原始数据在 22MHz的宽带上展开，并在接受端使用同样的码来对之进行解扩。对于其他的接收器，该信号则看起来像是“白噪声”。该调制方式允许在同一区域内同时有多个发送器工作在相同的频率而相互之间不存在干扰。
6.3特点 Features
综上所述，通信平台的基本特点有： ? 支持多应用； ? 多无线单元；
? 分层的软件架构（包括移动层）； ? 智能漫游、路由和数据流算法； ? 无缝性，包括零漫游时间； ? 优先级管理和带宽预留； ? 冗余的无线射频RF覆盖 ? IT设施冗余管理
通信平台结合了一组独特的软件特点，这些软件特点已经被专门实施到其移动层，特别是向隧道环境快速运行的列车提供无缝通信。
6.3.1漫游 Roaming
漫游意指当列车沿轨道运行时，从一个无线蜂窝（由一个单个的接入点覆盖的区域）向下一个蜂窝的交接程序。
WLAN的漫游包括4个不同的步骤： ? 分离 ? 搜寻 ? 重新联系 ? 验证
在轨道区的无线漫游的概念涉及列车对轨旁的一系列联系、断开和重新联系。
在漫游过程中，只有列车单元（ TU）负责启动与一个AP的联系。和传统的WLAN系统不同，TU具有轨旁数据库的访问权，该数据库由RailCom TC的通信服务器进行存储并维护。
这允许列车根据其在轨道上的实际位置来优化漫游的顺序。
一个断开发生在当一个现有的联系以以下两种方式之一终止时：一个漫游分离或由于无线电信号（信号）的失去而断开；断开可能由TU 或 AP启动。当TU与一个新的AP或之前联系过的 AP建立联系时，就发生了重新联系。