铁路信号集中监测系统中心网络

张素阳 窦道飞 苏欢乐

*北京市华铁信息技术开发总公司 助理工程师，100081 北京

＊＊中国铁道科学研究院通信信号研究所 助理研究员，100081北京

＊＊＊呼和浩特铁路局呼准东乌铁路建设项目筹备组 助理工程师，010050 呼和浩特

在铁路技术标准中，明确提出重要设备要采用硬件冗余、负载均衡、防火墙等技术。为此，对于信号集中监测系统，需提升电务段中心机房的综合性能与管理能力，提出了标准化的网络设计方案。

1 系统体系结构介绍

信号集中监测系统体系结构，包括系统配置的层次结构和数据通信的网络结构，符合电务部门监测、维护和管理工作的实际需要，以及客运专线属地化维护管理要求。该系统分为三级四层，三级为铁道部、铁路局、电务段 (综合维修基地)，四层为铁道部电务监测子系统、铁路局电务监测子系统、电务段 (综合维修基地)监测子系统和车站监测网，系统全网体系结构如图1所示。

图1 集中监测系统全网体系结构图

根据三级四层的总体规划，广域网传输使用2 Mb/s及以上同轴电缆，适用范围包括:铁道部与各个铁路局之间互联通道连接;铁路局与下辖各电务段之间互联通道连接;电务段下辖的车站(或车间)，每隔5～12个车站，要向电务段中心机房上联一个不低于2 Mb/s传输线缆，作为网络链路冗余。车站本地局域网采用百兆以太网，信号工区的设备根据就近原则，接入到最近的车站设备。

2 电务段中心机房网络拓扑介绍

根据铁道部的要求和铁路系统现场实际情况，新的信号集中监测系统将主要设备布置在电务段中心，检测站机与下位机分布式布置在沿线各车站，这种设计便于重要系统集中管理，减少故障风险。系统在提供更多服务的同时，也对计算机网络的稳定性提出了更高的要求，因此将网络关键设备设为双份冗余，大大提高网络系统的可靠性与负载能力。信号集中监测系统中心拓扑图如图2所示。

信号集中监测系统采用模块化设计，扩展性更好。电务部门中心站采用全千兆以太网，增强了信号集中监测中心的数据传输能力。由于信号集中监测系统的主要数据汇聚点是在中心，所以冗余技术主要运用到中心设备上，路由器、交换机、以太网适配器及网络线均采用双套冗余配置，使中心具备突发事件应急响应、核心信息系统安全保障等支撑能力。

3 动态路由协议性能比较

目前铁路通信传输网采用2 Mb/s电缆比较普遍，信号集中监测系统广域网传输带宽限制在2Mb/s以下，因此要尽量优化传输数据。根据铁路标准，可供信号集中监测系统选择的内部网关协议主要有OSPF和 EIGRP 2种。

OSPF协议是一种链路状态协议，网络中所有节点都保持一个相同的链路状态数据库，根据数据库中的信息，每个路由器计算到网络每个目的地的路径，创建以它为根的路由拓扑结构树，其中包含有形成路由表基础的最短路径优先树。如果网络拓扑结构有变化，则信息立刻通过网络广播出去，此时网络中所有的路由器都要参与SPF算法，计算最短路径优先树所需的时间取决于网络规模。OSPF协议仅支持等价路径的负载均衡，单区域内路由器数量过大，会对OSPF的收敛性能产生影响，一般单域中路由器数量不超过50台。但是信号集中监测系统广域网互联链路带宽只有2 Mb/s，还需要传输数据，因此建议信号集中监测系统非0区域单域最大不超过30台路由器。

EIGRP协议是CISCO公司私有协议，它综合了距离向量协议和链路状态协议的优点，使用散播更新算法来实现快速收敛。该算法发送的更新信息是非周期的、部分的和有界的。这些特性决定了EIGRP所要求的带宽资源非常少，它支持等价和不等价路径的负载均衡。EIGRP协议支持多路径，使路由器可以按照不同的路径进行负载分担，并且支持在不等开销路径之间进行负载平衡。

图2 信号集中监测系统中心拓扑示意图

EIGRP路由协议作为一种成熟的高级距离矢量路由协议，在目前铁路系统现场环境中，简单的网络拓扑结构，简便的实施配置与维护，完善的负载均衡方式，以及协议的低带宽消耗，故障时快速收敛路由条目等特点，使得其相对于其他IGP路由协议，在性能上有一定的优势。由于EIGRP协议具有单一区域的特点，因此大大降低了网络逻辑拓扑的复杂性，并且在理论上对单域中最大路由器数量没有限制。数量的多少受限于路由器自身性能与通信链路带宽，因此现场实施比较灵活简便，对运行维护人员的综合要求较低。所以从各项指标综合来看，EIGRP协议更加适合应用在铁路系统环境中。

4 网络安全加固

随着计算机技术的迅速发展，在系统处理能力提高的同时，系统的连接能力也在不断的提高。同时基于网络连接的安全问题也日益突出。整体的网络安全主要表现在:网络的物理安全、网络拓扑结构安全、网络系统安全、应用系统安全和网络管理的安全等。

根据现场需求，在电务段中心机房架构中配置硬件防火墙、入侵检测设备、漏洞扫描设备、防病毒服务器、WSUS补丁升级服务器、网管服务器等，可加强整个系统的网络安全。硬件防火墙控制外网的IP地址访问授权;入侵检测设备实时监控网络中的流量，甄别出有风险的攻击行为;漏洞扫描系统定期对服务器主动扫描，针对安全弱点提供检测报告和建议;防病毒服务器对各个终端和站机上的客户端软件实时更新病毒库，保障工控机和服务器的防病毒安全;WSUS补丁升级服务器精确控制Windows各版本升级补丁的下发，由其作为代理服务器下载存储 Windows升级补丁，并审核控制下发给内网的其他服务器，降低了整个系统的安全风险;网管服务器实时监测每台可管理网络设备的运行状态，并且详细监视整个网络中的流量状态，极大地保证了整套系统的稳定运营，并对突发故障能够快速响应，快速定位故障范围，对及时排查故障起到重要作用。

在下属车站节点中，可以在路由器上启用访问控制列表，只放行系统所需端口，将其他端口屏蔽，可以极大地增强网络安全能力。同时也可以选择使用访问控制列表对IP地址进行控制，达到控制访问权限的目的。

标准化、层次化的网络设计，对系统硬件及应用系统功能的扩展非常灵活，满足现有技术条件的要求。电务部门的中心机房通过增添相应设备与系统，扩展与基层互连通道的带宽，使信号集中监测系统具有非常强的可扩展能力，功能更完善，符合未来铁路发展需要。

［1］ 祝玉奎，许伟，秦燕燕．浅谈信息化建设中的容灾问题［J］．铁道通信信号，2009(2):41．

［2］ 张英．铁路信号控制系统安全评估简介［J］．铁道通信信号，2009(增刊):47．

［3］ 黄银霞，孙超，呼爱蝉，崔勇．信号系统评估体系架构［J］．铁道通信信号，2008(11):33．