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1.1 高铁运行环境与无线移动通信特征概述
上。如下表1所示,为国内外不同类型高铁列车的无线信号车体损耗情况表。
此外,在高速铁路无线移动通信中,移动通信信号与列车车厢入射面形成的夹角,对于无线信号的车体损耗值也具有一定的影响作用,通常情况下,高铁列车车体的入射角越小,那么造成的无线移动信号车体损耗值就越大,如下图1所示,为高铁列车入射角与信号车体损耗的关系图。根据下图所示变化情况可知,在高铁入射角低于10度时,无线信号的车体损耗呈现急剧增大变化,因此,在进行高铁无线移动网络规划建设中,应注意结合这种变化规律进行规划应用(见图1)。
1.2.3 越区切换对于无线移动通信的影响分析
除上述因素外,在高铁运行过程中,列车运行造成的无线移动通信越区切换,也对于高铁无线移动通信具有一定的影响作用。高速铁路列车运行过程中,对于较小的信号切换区域,列车可以快速的进行穿越,因此在小区域停留的时间就会比较短,并且列车运行速度越快,进行无线信号越区切换的时间就越短。当高铁列车的运行速度达到一定的速度值时,也就是信号越区切换的停留时间比无线移动通信网络系统的切换处理最小时延还小时,就会在无线移动通信过程中出现手机通话掉话现象。此外,高铁列车运行过程中,会经过各个不同的信号服务行政区域,不同行政区域之间的无线信号设备、传输等可能会存在不同,这对于无线移动通信也会产生一定的不利影响。
总之,根据上述高速铁路环境对于无线移动通信的影响分析可知,高速铁路无线移动通信中,最为关键的技术问题就是无线网络的无缝覆盖以及快速切换问题,针对这些技术问题,在进行高速铁路无线移动通信网络的构建设计中,应注意既要满足车厢信号接收质量,又要避免切换影响,因此,在进行高速铁路移动通信网络建设中,就需要建设适合高速铁路移动通信的专用网络系统,提高高铁移动通信网络服务质量与水平。
2、高铁无线移动通信网络的无缝覆盖技术
高速铁路的无线移动通信网络的分布,尤其是高速铁路沿线的移动通信网络分布多是呈现链状结构,只有在高铁路线交汇处才会呈现比较明显的网状结构分布,因此,在进行高速铁路无线移动通信网络的规划构建中,要实现高铁无线移动通信网络的无缝覆盖,就需要对于移动通信基站的设置以及通信设备配置进行认真的分析研究,也就是要在高速铁路无线移动网络规划构建中,制定合理的建网策略,并且注意选择合适的无线网络覆盖技术进行建设应用,选择最优的移动通信基站位置,以保证高铁无线移动网络的合理与无缝覆盖实现。
2.1 高铁移动通信网络的构建策略
在进行高速铁路无线移动通信网络的构建过程中,我国的三大移动通信网络运营商主要使用大网架构的组网方式,将高铁移动通信网络基站设置在大网架构范围内,利用原有的通信网络结构进行有效的优化补充,以实现新网络架构的构建形成。结合现有的建网实际,主要有高铁沿线无线网络覆盖补盲建网策略以及地面高铁专网构建方案策略、车地结合高铁专网构建策略等。
【中图分类号】 G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2014)01C-0037-02
列车运行自动控制是高职铁路院校铁道信号专业开设的一门专业课,是一门发展迅速、技术含量高,具有网络化、综合化、数字化、智能化的现代系统的技术课程。通过该课程的学习,学生将对列车自动控制技术有较深的认识,能对列控车载与地面设备进行常规任务的维护,具备相应的素质与技能,以及完成相应职业岗位工作任务所需的方法能力和社会能力。列车运行自动控制课程对于铁道通信信号专业学生了解列车控制车载设备与地面设备原理与维护十分重要。本文试结合教学与应用的实际,从培养目标、教学内容、教学方法和教学手段等方面对高职列车运行自动控制课程教学进行思考,以提高教学效果,优化教学质量。具体说来,高职列车运行自动课程教学应从以下方面展开:
一、明确培养目标与教学目的
列车运行自动控制课程主要讲授机车信号、LKJ监控记录装置车载设备与地面设备、车站电码化、CTCS-2级与CTCS-3级列控系统设备等内容。本课程的任务是使学生掌握现代化信号系统的基本知识和基本技能,提高广大信号工作人员的技术水平,以充分发挥现代化信号系统的作用。
要达到良好的教与学的双赢效果,对于铁路专职任课教师来说,首先要明确该专业与课程的培养目标及该课程的教学目的,同时,还要尊重课程的教学大纲要求,结合铁路通信信号的专业特点,选择适用于本专业特点的教材,有所取舍,合理分配,从而制订对应的教学计划。
二、结合铁路现场需要,优化教学内容
列车运行自动控制课程的特点是内容虽多但针对性强,都是对确保行车安全、提高运营效率的车载设备与地面设备进行学习。由于学生还没有针对性地对这些设备进行过认识和学习过,因此,完成教学任务的关键是如何结合铁路专业现场需要来优化教学内容。
铁路信号技术是随着百年铁路的发展以及继电器、半导体、电子信息技术的变化而不断演进的,列车运行自动控制系统是计算机技术、现代通信技术和自动控制技术等信息技术(简称3C技术)与信号技术的一个高水平集成与融合的产物,正在向信息化、网络化、智能化方向迈进。
对应于铁路现场的实际情况,大部分铁路职业院校铁道通信信号专业一直依照惯例对该课程进行介绍,内容没有太多更新,即使对新技术有所涉及也并不深入,学生并没有具体掌握相关知识。而专业教师大多也只是从网络上的研究报告、学术论文获取关于铁路信号新技术,没有机会真正全面、系统、透彻地掌握铁道信号新技术。还应看到,近年来我国高速铁路发展非常迅速,并持续处于建设当中,随着一条条高速铁路、客运专线的建成开通,铁路企业对相关技术人员的要求也将有所提高,铁路职业院校进行高铁技术人才培养刻不容缓。因此,专业教师自身要不断优化教学内容,对教学内容提前设计好,让学生能够全面而又详细地了解该课程的主要内容,增强学生的专业知识。
三、改进教学方法与教学手段
由于列车运行自动控制课程的内容基本上都是介绍设备的功能与组成,对于信号专业的理工科来说,比较枯燥且提不起兴趣,因此教学方法与教学手段的运用对教学效果影响将产生很大影响。
(一)借助多媒体教学,提高教学效果
多媒体具有图、文、声并茂且有视频播放的特点,对教学过程来说是特别宝贵的特性与功能。借助多媒体教学不但能够拓宽学生的专业面,增加教学信息量,而且可以提高学生的学习兴趣。对于列车运行自动控制课程,采用传统教学方法和教学手段已达不到教学要求。通过多媒体技术可以播放幻灯片、视频、FLASH动画等,使课堂教学提升活力,在很大程度上引起学生的注意,提高学习兴趣。也就是说,学生在这样的交互式学习环境中有了主动参与的可能,而不是一切都由教师安排好,学生只能被动接受。
对于多媒体交互式教学,教师应设计一些过程和内容,让学生进行讨论,合作解决,以提高多媒体教学的效率。比如,在讲解列车追踪运行时,可以制作相应用动画来体现列车安全追踪运行情况。也可制作列车追踪动画嵌入到多媒体课件中,更加形象地说明列车追踪原理,还可以增加暂停按扭,边演示边讲解,这样学生易于理解接受。同时,根据所学知识进行分组讨论。
此外,在讲解CTCS-3列控系统时,由于CTCS3级列控设备组成多、学生在较短的时间里要获得大量信息,仅靠教师在课堂讲解比较抽象,而学生又没有见过实物,这样学生理解起来就比较困难。教师在制作课件时,可以插入“CTCS-3级列控”视频,通过视频讲解,使学生非常直观地了解整个CTCS-3级列控系统设备组成、工作原理,同时也提高了学习效率。
教学中使用多媒体技术,有利于提高教师的专业水平,有利于教师整合教学资源。多媒体教学技术能弥补传统教学中的不足,传统的教学费又时费力,而且不能使学生在轻松的状态下学习知识,提高不了教学效益。如果充分借助多媒体教学手段,将大大改善教学效果。
(二)利用实物、列控沙盘及现场教学
列车运行自动控制是专业性、理论性很强的课程,必须在了解铁路列控设备基本构成的基础上,才能够深入地理解其工作原理与工作过程。在讲解机车信号的结构及工作原理时,可利用现有的机车信号设备实物,既便于教师教学,又提高了学生的兴趣。同时,在讲解铁路列控地面设备与车载设备配合工作时可借助自主研发的列控沙盘系统,使学生具备感性认识,提升课堂教学效果。在学习完机车信号与LKJ监控装置设备后可进行现场教学,带学生到机务段车载设备工区参观学习,既实现理论与实际相结合,又达到抽象与具体的转化,使学生积极性得到很大提高,从而提高了教学质量。
(三)合理利用案例教学
案例教学法又称实例教学法,就是在教学过程中,任课教师根据教学目标和教学内容的需要,采用真实案例组织学生进行学习。通过案例教学法,把真实又典型的问题展示在学生面前,让他们自主去思考、分析、讨论。例如,在讲到列车监控记录装置LKJ内容时,学生可以分成小组,分别扮演相应的角色,完成一个出勤到退勤的完整任务。再如,在学习到CTCS-3级列控系统“过分相”功能时,可引入各种与列车运行有关的新闻,提出问题让大家思考,然后由学生讨论并进行说明,最后由教师点评,这样不仅可以引起学生注意,还可以增加课堂的有趣性,效果显著。对于激发学生的学习兴趣,培养创造能力及分析、解决问题的能力大有帮助。
总之,应以转变教育思想、更新教育观念为先导,以优化知识结构、重视能力培养为出发点,顺应铁路发展、满足企业需求,加快推进铁道信号专业人才培养进程,培养学生掌握列车控制技术岗位应具备的专业技能,提高技术水平,拓宽发展方向。在教学实践过程中,抓住学生与课程的特点,合理安排教学内容,采用灵活的教学方法,在教学内容、教学方法和教学手段等方面进行了一定的探索和研究,获得了一些经验与体会,在教学效果、学生学习兴趣和学习主动性上取得了一定的成绩。
【参考文献】
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中图分类号:U285 文献标识码:A文章编号:1007-9599(2011)07-0000-02
Railway Integrated Services Digital Dispatching Communication System
Cao Qing
(Chengdu Communications Section,Guiyang Integrated Workshop,Guiyang55003,China)
Abstract:Railway dispatching communication system is the section of road dispatcher for the command section of its jurisdiction and within the operational links between the station attendant special communications equipment for the rail transport industry to provide real-time information and achieve unity command of the important railway means of transport,thus scheduling the production of communication in railway transport plays a significant role.With high-speed rail is accelerating the process,developed in line with China Railway operating characteristics,with digital,integrated,flexible networking features such as dispatching communication system is of great significance.This paper describes the overall structure of the railway digital dispatching system,the railway scheduling system discussed the strengths and weaknesses,about the railway scheduling system introduced features of the hardware components
Keywords:Railway dispatching communication system;Networking; Digital relay
一、现有调度通信系统存在的问题及解决思路
铁路调度通信作为一项专用通信手段,因其功能的专业性和应用的特殊性造成与公网在通信、信令、组网方式上有很大的不同,在政策、技术、市场等客观条件的限制下,铁路专用通信网不可能得到像公网一样的发展机会。首先,通信系统有全程全网的特点,网络达到一定的规模才可以产生效益,如果仅仅用来满足铁路运输行业内部需求并依靠自身的投入产出而达到迅速发展是非常困难的。其次,为了保证专网的安全性、完整性,铁路专用通信网的发展也受到各种政策条件的限制。故铁路调度技术发展缓慢,现有的铁路调度电话多为模拟制式,设备故障率高,通话质量较差,且业务单一,难于适应日益繁忙的运输生产形势。
(一)铁路调度通信存在的问题:
1.技术落后:既有的专用通信设备大部分仍为模拟电路,选叫速度慢,接续时间长,通话质量不高。
2.组网方式单一:调度总机与其所管辖的调度分机的拓扑结构为模拟共线方式,且仅完成调度选叫和通话功能。而且铁路现有专网内通信基础设备繁多、机型复杂、各种专用设备自成体系,造成了分散在铁路现场的专用通信设备重复设置,无法实现技术综合,也造成了极大的资源浪费。这种单一的组网方式,难以满足现场复杂多样的需要和向数字化、宽带化、综合化演进的要求。
3.可靠性低:系统采用分立器件构成,易损件多,故障多,维护费用高,可靠性差。针对现有铁路调度系统的弊病,应采用一种全新的数字调度系统淘汰原有模拟调度设备,改变铁路专用通信落后的局面。在数字调度系统的开发研制中,笔者认为应从以下方面进行考虑。
(二)解决思路
1.采用先进的程控交换技术、数字通信技术、计算机控制等技术开发研制新一代的数字调度系统设备仁总机、分机、通话选叫设备),使其具有模拟调度设备无可比拟的集成度高、容量大、呼叫处理能力强、接续快、服务功能丰富等特点;传输平台选择光传输网,使其信号在传输过程中,具有全数字化、低衰耗、高清晰度、高容量等优点,以适应现代通信网数字化、智能化、宽带化的发展方向。
2.设计多种网络拓扑结构,改变模拟调度电话组网单一的弊病,适应各种传输业务和传输技术;具备数字中继、2B+D、环路中继、模拟等多种接口,适应铁路专用通信网内设备机型的复杂多样。
3.系统采用无阻塞交换技术,具有大话务量处理能力;采用模块化设计,保证系统易于升级、扩充方便;重要模块双热备份;采用自愈技术提高传输通道保护能力等,从多方面保证统稳定可靠工作。
二、铁路数字调度系统总体结构
铁路数字调度系统由调度总机(主系统)、调度分机(分系统)、调度所通话选叫设备(调度台>、传输通道组成。
一般地,调度总机(主系统)设置在各铁路局或大站,是系统的调度指挥中心;分机(分系统)设置在铁路沿线各车站,供车站值班员使用。通话选叫设备放置在调度所内,主要为调度员提供一个适合工作环境、符合人机工程学原理的操作平台。调度总机通常设置在调度所附近的调度机械室内。
由于调度总机与分机之间、调度分机与分机之间的物理距离较远,所以需要通过传输系统实现通信业务,可用实回线、电缆、光缆作为传输通道。
(一)铁路调度通信的特殊性
铁路调度通信的特殊性主要体现在:
1.通信方式;总机到分机为指令型,分机到总机为请示汇报型
总机(调度员)对各车站分机(值班员)的通话有主控权,根据工作需要,总机能单呼、组呼、全呼该调度区段内的分机,可随时与分机通话、下达调度命令、收点、询问列车运行情况等。分机呼叫总机按热线方式。而各车站分机之间不经调度员同意不允许互相通话,亦不允许监听调度区段内的通信。
2.操作方式:双向呼叫一键到位
调度指挥要求时实性高,操作简单,只需按键,呼叫自动实现,无须拨号过程。
3.区段调度通信网络结构:点对多点,网内设备复杂
区段调度电话完成的是调度所调度员仁总机)与其所管辖的调度区段仁沿铁路沿线)内各车站值班员之间的通信,属于集中式多点专用系统,通常需要在一个车站上下几条话路,且区段内各种调度设备和种类繁杂多样。
(二)铁路调度系统功能需求分析
铁路调度通信由于其功能的专业性和应用的特殊性,决定了其应具备以下基本功能:
1.铁路调度指挥功能
铁路调度指挥功能是调度通信设备最重要的功能,且具有与其他通信设备不同的重要特点。调度员具有主控权,与值班员之间可以实现优先通话和无阻塞通话。调度员利用按键或摘机,直接呼叫或应答某个被调度用户,也可同时呼出或应答一组或全部被叫调度用户,实施调度分接或并接功能。调度员可进行中继调度、中继汇接、限制出中继等有关调度通信事项,还可直接利用中继与上级调度通信连接,构成树型调度指挥网。
2.自动交换功能
调度员与值班员员间、值班员间、调度用户与中继间可直接拨号。需要说明
的是,调度通信的自动交换功能属于辅助功能,对新业务的增设要依据用户的要求设定,必要时,可限制拨外线和长途电话。
3.中继组网功能
调度系统设有标准的2Mbit/s接口,可与其他数字传输系统配合,组成数字调度系统网络。调度系统具有数字、模拟兼容组网能力,配备环路、数字、磁石等各种中继接口,整合现场各种现有设备,满足专用通信网各种业务传输的需要。调度系统设备可多台互连,组成自动数字调度网,或与其他调度设备配合,实现多级调度。
4.其他功能
通过键盘、鼠标、触摸屏的配置,为调度用户提供友好界面,实现远端实时视频监测,通信状态显示直观,操作简单方便;数据传输功能;电话会议功能等。
三、调度系统硬件组成特点
(一)开放平台上的模块化设计
系统基于全数字程控交换技术,采用开放平台上的模块化设计思想,其软硬件均采用模块化结构,几用户可以根据需要选择不同的软硬件模块,构成自己的应用系统。机架采用国家标准尺寸的积木式结构,根据不同容量的需求,进行灵活配置,任意叠加。主要模块有:主处理机模块、时钟模块、普通用户模块(Z),2M数字中继模块、调度台2B+D)接口模块、双音多频仁DTMF)模块、会议模块、环路中继模块、模拟电路模块及各种数据接口模块、无线适配口仁RI)等。除主处理机模块、时钟模块、电源模块外,其余模块主要完成对外接口及对内通信功能。各模块均有自己的CPU单元,模块间做到相互独立,其中主处理机及时钟模块可1:I冗余配置。为完成调度通信、数据传输及不同组网要求,主处理机的数字交换网((D SN)的PCM母线分别直接和用户电路、2B+D电路、2M数字中继电路、信号收发电路等连接以实现话音、数据处理和处理机间通信。
(二)具有多种中继方式便于组网
系统配备数字中继模块和环路中继模块,通过数字中继与长途通信系统组网.数字中继上传送的信令既可以是中国一号信令,也可以是七号信令。系统通过环路中继与公用电话交换网连接,完成调度用户与公用电话交换用户之间的通信,通过环路中继还可与其他调度系统相连接,完成通信功能。系统终端接口方式还有磁石用户线接口、模拟用户线接口、ISDN接口等。
(三)分级控制提高系统可用性
调度总机的控制方式采用主处理机和功能模块处理机两级方式控制,每块功能电路板上的微处理器都具有智能处理功能,负责本模块的一些基本操作并通过异步串行通信总线与主CPU通信。采用多处理机可以提高系统的处理能力,提高可靠性与可用性,改进实时响应速度和方便地进行扩容。
(四)信号方式灵活
使用的信令方式有用户信令和局间信令两种。用户信令有模拟用户信令和数字用户信令,模拟用户信令用于普通电话终端与交换机之间的协议;数字用户信令在ISDN的用户终端与网络接口间使用的协议,通过ISDN的基本数率接口或基群数率接口的D通道进行信令的双向传送,局间信令具有中国一号信令和七号
信令功能。
参考文献:
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第5期
中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2015)03-0017-01
1 SDH技术概论
SDH同步数字体系是一种可以实现信息同步传输、复用、分插和交叉连接功能,标准化的数字信号同步传输系统。
我国SDH技术体制规定以2048Kbps、34368Kbps、139264Kbps三种速率作为有效负载,在工程应用中广泛采用2048kbps速率。数字信号业务经码速调整后通过映射、定位、复用三个阶段转换为光信号后发送到传输线路上。映射过程中将支路信号装入标准容器C,再加上通道开销POH,装入虚容器VC;定位过程将VC附加上支路单元指针TU-PTR或管理单元指针AU-PTR后装入支路单元或管理单元;复用是以字节间插的方式把TU复用到高阶VC或把AU复用到STM-N的过程。
STM-N数据帧为9×270*N字节矩阵型结构,由信息净负荷区、段开销、管理单元指针三部分组成。信息净负荷包含业务信息和通道开销POH,POH可实现VC12、VC4通道级别的监测。段开销为信令信息,是保证信息正常传输必须附加的字节。管理单元指针能指示信息净负荷在STM-N中的起始位置,从而实现低速支路信号与STM-N之间的高速分插复用。SDH设备将数据帧,从左到右、从上到下逐个比特、逐个字节、逐个帧传送到下一网元。
SDH传输网通过基本拓扑结构混合使用,构成复杂安全的网络。根据原铁道部制定的《技术装备标准》要求,SDH传输网络采用三级组网模式,核心层网元设置在原铁道部,汇聚层网元设置在各个铁路局,接入层网元设置在铁路沿线的各个车站[1]。
2 SDH传输网组网方案
(1)拓扑结构。在本次枢纽改造过渡工程中,利旧传输网既有汇聚层、核心层、南宁东网管,新建传输网接入层。本工程在峰前场、峰前场列检所、南场、通信站、峰尾、北场、驼峰7个站设置ADM设备,构建622Mbps接入层环网,通过南场ADM设备与汇聚层网元进行连接。接入层采用四纤双向复用段倒换环,在网管设备上根据预先规划好的传输路径、分插复用结构进行配置,对数据业务进行保护,当STM-N中的某个VC传输质量变差时即发生主备用通道倒换。最大业务容量为622Mbps*7。
网元配置OL4*4单板,站间通过4根纤芯进行连接,一对纤芯构成主光纤,一对纤芯构成备用光纤。正常情况下网元通过主用光纤进行数据交换。当一对主用光纤受损时,业务产生跨段倒换;当四根纤芯同时受损时,发生跨环倒换,可保证数据传输安全。如图1所示。
(2)SDH承载业务。传输网为枢纽铁路沿线站场货运系统、办公系统、数据通信网业务、GSM-R业务、电话交换网、数字调度通信系统、TDCS等提供传输通道。本过渡工程电话交换网中,在7个站场设置有接入网用户端ONU设备,南场同时设置局端OLT设备。各站ONU通过ODTI单板接入相应传输网设备预先规划的第2、3槽位EPE1*63第2对E1口,将数据传输到南场STM-4ADM,再从指定E1分插出来。峰尾ONU数据传输到南场第2、3槽位EPE1*63的第11对E1口,然后通过2M线接入OLT第3、4槽ODT的DT6,实现ONU与OLT的连接。为实现OLT接入铁通程控交换机ZXJ10,现将OLT第3、4、5、6、11、12槽ODT的DT1、DT2与STM-4 ADM连接,通过传输网与衡阳路铁通程控交换机通信。各站场的ONU直接无连接关系,ONU与南场OLT设备呈星型结构[2]。
(3)本工程传输设备采用中兴ZXMP S385,最高传输速率9953.280Mbps,最大接入能力180Gbps,空分交叉能力240Gbps(1536×1536 VC-4),时分交叉能力40Gbps(256×256VC-4)支持ASON功能,业务接口非常丰富;同时能够实现设备级和网络级保护。SDH传输网最重要的问题之一是网络同步,即要保证发送方发送到特定时隙的脉冲信号在接收端也能在特定时隙接收到,网同步就为达到这个目的。本工程采用线路同步方式,利旧既有LPR,不新设时钟设备。同步采用主备用双链路,链路不能构成环路,防止一个网元时钟劣化导致环网的时钟连锁性劣化。
3 结语
SDH作为一种先进的网络通信技术,在铁路传输网工程设计和实施过程中得到了广泛应用。南宁枢纽改造工程中,采用SDH技术大大提升了铁路系统的通信可靠性和高效性,有效地解决了铁路运输信息实时传输问题,实现和保障了铁路调度通信系统高效运行,并且大大的提高了铁路通信水平。