王強(qiáng)，唐國平

（1. 中國鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京 100844；2. 株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001）

中國機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)(CMD系統(tǒng))車地?cái)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)

王強(qiáng)1，唐國平2

（1. 中國鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京 100844；2. 株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001）

機(jī)車運(yùn)行在不同地域和不同場景，如何將大量車載數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送到中國機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）地面綜合應(yīng)用系統(tǒng)是CMD系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，已知車地?zé)o線通信技術(shù)如GSM-R、3G/4G、WLAN、衛(wèi)星通信等均存在一定局限性，通過對上述技術(shù)進(jìn)行比較，以及分析CMD系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用需求，提出一種適用于鐵路運(yùn)營環(huán)境的車地?zé)o線傳輸綜合技術(shù)及相應(yīng)的傳輸策略。

機(jī)車；遠(yuǎn)程監(jiān)測；診斷；CMD系統(tǒng)；車地?zé)o線通信；數(shù)據(jù)傳輸；WLAN；北斗通信

中國機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）中，如何將機(jī)車在運(yùn)行中產(chǎn)生的大量車載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)、視頻信息及時(shí)發(fā)送到CMD地面綜合應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)車遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷，是CMD系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。已知GSM-R鐵路移動(dòng)通信專網(wǎng)、3G/4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、WLAN、衛(wèi)星通信等車地?zé)o線通信技術(shù)均存在一定局限性，不能滿足CMD系統(tǒng)對車地?zé)o縫數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

1 車地通信技術(shù)

1.1 移動(dòng)通信

移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展，經(jīng)過GSM、3G發(fā)展到第四代（4G）的長期演進(jìn)技術(shù)（Long Term Evolution，LTE）。GSM-R鐵路移動(dòng)通信專網(wǎng)在其覆蓋的鐵路線路能實(shí)現(xiàn)車地?zé)o縫數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)性高，最高傳輸速率可達(dá)171 kb/s，缺點(diǎn)是GSM-R只覆蓋部分鐵路線路；3G是第三代移動(dòng)通信技術(shù)，能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，目前3G有CDMA2000、WC DMA、TD-SCDMA三種標(biāo)準(zhǔn)，速率一般在幾百kb/s以上，3G下行速率峰值可達(dá)3.6 Mb/s，上行速率峰值可達(dá)384 kb/s；與3G相比，4G通信系統(tǒng)改善了小區(qū)邊緣用戶性能，提高了小區(qū)容量，降低了系統(tǒng)延遲，改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用當(dāng)前無線通信領(lǐng)域核心技術(shù)OFDM和MIMO，4G系統(tǒng)能夠提供下行100 Mb/s與上行50 Mb/s的峰值速率，截至2016年6月，我國已建成全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)，4G基站超過200萬個(gè)。3G/4G基本覆蓋我國主要鐵路線路，優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率高，缺點(diǎn)是在部分鐵路線路（如鐵路隧道、偏遠(yuǎn)山區(qū)等）存在盲區(qū)。

1.2 WLAN通信

基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN技術(shù)是當(dāng)今使用最廣的一種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)， WLAN使用ISM 2.4 GHz和5.8 GHz公共頻段，使用者只要遵循工信部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即可自行組建無線局域網(wǎng)，無需電信運(yùn)營執(zhí)照，不存在通信費(fèi)用，卻能獲得極高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。當(dāng)前最通用的WLAN標(biāo)準(zhǔn)為IEEE 802.11n，是在IEEE802.11g和IEEE802.11a基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，核心技術(shù)是采用MIMO、OFDM，理論速率最高可達(dá)600 Mb/s（目前業(yè)界主流為300 Mb/s）。最新IEEE802.11ac標(biāo)準(zhǔn)是在IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)上建立起來的，繼續(xù)沿用IEEE802.11n的MIMO技術(shù)，信道工作頻寬由IEEE802.11n的40 MHz提升到80 MHz，甚至可達(dá)160 MHz，再加上約10%的實(shí)際頻率調(diào)制效率提升，最終理論傳輸速度將躍升至1 Gb/s。

1.3 北斗短報(bào)文通信

北斗一代導(dǎo)航衛(wèi)星為地球同步軌道衛(wèi)星，覆蓋整個(gè)亞太地區(qū)，是全球首個(gè)在定位、授時(shí)之外具備短報(bào)文通信的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其報(bào)文通信功能是GPS和GLONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都不具備的特殊功能[1-2]。北斗系統(tǒng)向民用開放的短報(bào)文服務(wù)每包數(shù)據(jù)被限制在78字節(jié)以內(nèi)，發(fā)送周期為60 s。相較于3G/4G移動(dòng)通信、WLAN等民用擴(kuò)頻通信技術(shù)，北斗系統(tǒng)采用更長的碼序列，對于信號具有更高的相干處理增益，抗干擾能力強(qiáng)，具有極強(qiáng)的抗同頻、寬頻、多徑干擾能力，抗衰落能力強(qiáng)，具備各種氣象、地質(zhì)條件下的全天候高性能，支持高速移動(dòng)的設(shè)備，且信息落地后直接進(jìn)入地面數(shù)據(jù)中心，不經(jīng)由公用網(wǎng)絡(luò)，因此保密性強(qiáng)、時(shí)效性高。

北斗報(bào)文通信功能在災(zāi)區(qū)救援、野外作業(yè)、海上作業(yè)系統(tǒng)等關(guān)系國防民生的領(lǐng)域具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，特別是在移動(dòng)通信中斷、電力中斷或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)信號無法覆蓋的情況下，可以利用北斗短報(bào)文實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信。

1.4 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，從而實(shí)現(xiàn)2個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信技術(shù)，具有廣域覆蓋、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，對于無法獲得互聯(lián)網(wǎng)接入的地區(qū)，具有不可替代的作用。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)按照承載業(yè)務(wù)不同分為固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)（FSS）和移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)（MSS）。FSS使用的頻段包括：C（4/6 GHz）、Ku（11/14 GHz）、Ka（20/30 GHz）。由于Ka頻段比Ku、C頻段的頻譜范圍更寬，因此成為寬帶衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的主流，特點(diǎn)是傳輸帶寬大、傳輸速率高、可在固定環(huán)境下傳輸視頻等寬帶信息。MSS使用的頻段包括：L（1.5/1.6 GHz）和S（2.0/2.2 GHz）頻段，特點(diǎn)是傳輸帶寬小、傳輸速率低、可在移動(dòng)環(huán)境下傳輸語音數(shù)據(jù)等窄帶信息。如Inmarsat國際海事通信衛(wèi)星能夠提供近500 kb/s的用戶速率。最新一代MSS系統(tǒng)將采用Ka頻段，大幅提高了通信帶寬和通信速率，降低了終端體積和質(zhì)量。隨著Inmarsat公司第五代衛(wèi)星Inmarsat-5 F3發(fā)射成功，標(biāo)志著Inmarsat旨在提供全球高速衛(wèi)星移動(dòng)寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的Global Xpress系統(tǒng)部署完成，終端上下行速率分別可達(dá)5 Mb/s和50 Mb/s。

近年來新興的“動(dòng)中通”系統(tǒng)，即“移動(dòng)中的衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng)”，綜合了FSS和MSS的優(yōu)勢，是為了滿足用戶在動(dòng)態(tài)移動(dòng)中實(shí)時(shí)傳輸信息，使用固定軌道衛(wèi)星的Ku頻段進(jìn)行移動(dòng)通信傳輸寬帶視頻信息。系統(tǒng)特點(diǎn)是裝有衛(wèi)星天線的載體在移動(dòng)過程中，天線必須始終對準(zhǔn)衛(wèi)星，否則通信會(huì)中斷，天線直徑一般在1 m以上。

1.5 車地通信技術(shù)比較

各種車地通信技術(shù)比較見表1。

綜上所述，在GSM-R覆蓋的鐵路線路車地通信可優(yōu)先選擇GSM-R網(wǎng)絡(luò)；在GSM-R未覆蓋的鐵路線路，由于4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)已在我國基本覆蓋，鐵路行業(yè)已具備大量使用4G網(wǎng)絡(luò)作為車地通信的主要手段，適合機(jī)車運(yùn)行途中與地面系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信。

零資費(fèi)、大帶寬是WLAN網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)勢，較為適用于在機(jī)務(wù)段等環(huán)境自組建無線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車入段后車載大容量記錄數(shù)據(jù)的高速下載。

隨著我國高速鐵路運(yùn)營規(guī)模和范圍的擴(kuò)大，以及列車時(shí)速的不斷提高，國民對于鐵路運(yùn)輸安全的關(guān)注程度也不斷提高，需要鐵路部門及時(shí)掌握機(jī)車狀態(tài)，快速進(jìn)行險(xiǎn)情處置，及時(shí)恢復(fù)行車秩序，減小經(jīng)濟(jì)損失[3-4]，特別是在發(fā)生嚴(yán)重自然災(zāi)害造成網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施毀壞、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，全天候的北斗報(bào)文通信技術(shù)結(jié)合北斗定位技術(shù)對于鐵路應(yīng)急通信和應(yīng)急搶險(xiǎn)具有非常重要的意義[5]。

表1 各種車地通信技術(shù)比較

與移動(dòng)通信、WLAN通信技術(shù)相比，對用戶來說，衛(wèi)星通信技術(shù)對地面設(shè)備依賴性低，與北斗報(bào)文通信技術(shù)相比，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和速度有明顯優(yōu)勢，但衛(wèi)星通信傳輸時(shí)延大、存在通信盲區(qū)、容易受天氣干擾，僅能在低于120 km/h且空曠環(huán)境下使用，終端設(shè)備和資費(fèi)均較高，不太適用于CMD系統(tǒng)鐵路應(yīng)用環(huán)境，只能作為CMD系統(tǒng)的備選方案。

2 CMD系統(tǒng)信息傳輸需求

2.1 信息分類

根據(jù)CMD數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的不同需求，CMD信息可進(jìn)行如下分類。

（1）按照采集對象不同，CMD信息可分為LKJ信息、6A信息、TCMS信息和車載綜合信息監(jiān)測裝置（LDP）信息。

（2）按照傳輸?shù)臅r(shí)效性，CMD信息可分為實(shí)時(shí)信息和非實(shí)時(shí)信息2類。實(shí)時(shí)信息：機(jī)車運(yùn)行過程中由LDP實(shí)時(shí)采集及發(fā)送的機(jī)車狀態(tài)信息、機(jī)車安全信息、機(jī)車監(jiān)測信息等。非實(shí)時(shí)信息：指以文件形式存儲在車載設(shè)備本地的故障記錄文件和事件記錄文件等大容量數(shù)據(jù)信息，這些信息在機(jī)車入庫時(shí)轉(zhuǎn)儲到地面服務(wù)器。

（3）按信息傳輸方向，CMD信息可分為車到地信息和地到車信息2類。車到地信息：由CMD系統(tǒng)車載設(shè)備發(fā)送到地面服務(wù)器的數(shù)據(jù)，包括機(jī)車安全信息、機(jī)車狀態(tài)信息、機(jī)車監(jiān)測信息、6A系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)、TCMS記錄數(shù)據(jù)、LDP記錄數(shù)據(jù)及機(jī)車電子履歷等。地到車信息：由CMD地面服務(wù)器發(fā)送到車載設(shè)備的數(shù)據(jù)，包括地面指令、故障處理意見和地面存儲的機(jī)車電子履歷等。

2.2 傳輸指標(biāo)要求

根據(jù)CMD系統(tǒng)的應(yīng)用要求，CMD數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)能達(dá)到如下性能指標(biāo)：

（1）車地實(shí)時(shí)信息通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠骄鶗r(shí)延不大于10 s；

（2）車地非實(shí)時(shí)信息傳輸WLAN網(wǎng)絡(luò)在無障礙物遮擋情況下，WLAN覆蓋范圍半徑不低于100 m區(qū)域，時(shí)延不大于50 ms，丟包率不大于3%，在目標(biāo)覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)，車載終端接收信號電平不低于-70 dBm；

（3）通過北斗傳輸數(shù)據(jù)包在78字節(jié)以內(nèi)；

（4）中國鐵路總公司（簡稱總公司）通信服務(wù)器能同時(shí)處理至少20 000臺機(jī)車信息，鐵路局通信服務(wù)器能同時(shí)處理至少1 500臺機(jī)車信息，無線轉(zhuǎn)儲服務(wù)器能同時(shí)轉(zhuǎn)儲至少20臺機(jī)車數(shù)據(jù)，硬盤容量2 TB以上。

3 車地信息傳輸方案

CMD系統(tǒng)通過GSM-R GPRS、3G/4G、北斗實(shí)現(xiàn)車地實(shí)時(shí)通信，通過WLAN實(shí)現(xiàn)車地非實(shí)時(shí)信息雙向傳輸。

CMD數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)由GSM-R GPRS、3G/4G、WLAN、北斗、MTUP、鐵路統(tǒng)一傳輸平臺、通信服務(wù)器和無線轉(zhuǎn)儲服務(wù)器等組成，主要完成車地?cái)?shù)據(jù)的雙向傳輸[6]。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由無線和有線兩部分組成。無線網(wǎng)絡(luò)目前依托GSM-R GPRS、3G/4G、WLAN、北斗，主要完成車地?cái)?shù)據(jù)傳輸；有線網(wǎng)絡(luò)利用已有的鐵路綜合IT網(wǎng)絡(luò)，主要完成總公司、鐵路局、機(jī)務(wù)段/檢修段三級網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。

GSM-R GPRS、3G/4G、WLAN車地通信采用TCP/IP協(xié)議，北斗車地通信采用短報(bào)文方式，鐵路內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸采用鐵路統(tǒng)一傳輸平臺。

MTUP為應(yīng)用系統(tǒng)提供在鐵路內(nèi)網(wǎng)和移動(dòng)公網(wǎng)間傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的服務(wù)，所有通過移動(dòng)公網(wǎng)進(jìn)入鐵路生產(chǎn)網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)都必須經(jīng)過鐵路局的MTUP接入。

4 車地信息傳輸策略

根據(jù)數(shù)據(jù)類別不同，采取不同的策略進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，車地信息傳輸策略主要分為實(shí)時(shí)信息傳輸策略、應(yīng)急通信策略、視頻信息傳輸策略和歷史記錄傳輸策略。

4.1 總體原則

CMD系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸遵循如下原則：在滿足需求的情況下限制傳輸流量，關(guān)鍵信息變化不應(yīng)遺漏；故障信息及故障環(huán)境變量信息優(yōu)先實(shí)時(shí)傳輸；具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載能力，地面可以自定義實(shí)時(shí)傳輸內(nèi)容，數(shù)據(jù)傳輸每幀數(shù)據(jù)不超過1 024字節(jié)；遠(yuǎn)程文件傳輸大小不超過5 MB，近距離文件無線傳輸每個(gè)文件大小不超過100 MB。車地間數(shù)據(jù)傳輸鏈路具備活動(dòng)性檢測機(jī)制；機(jī)車故障數(shù)據(jù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)具備檢錯(cuò)重傳機(jī)制；車向地傳輸在發(fā)送端應(yīng)有緩存管理和優(yōu)先級發(fā)送控制機(jī)制；當(dāng)需要地向車發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，宜采用人工觸發(fā)方式；當(dāng)機(jī)車進(jìn)入近距無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，機(jī)車與地面設(shè)備進(jìn)行交互認(rèn)證后，才能啟動(dòng)數(shù)據(jù)文件的自動(dòng)轉(zhuǎn)儲。

4.2 實(shí)時(shí)信息傳輸策略

實(shí)時(shí)信息傳輸是CMD系統(tǒng)最主要的一種數(shù)據(jù)傳輸類型，此類信息的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)內(nèi)容較為豐富，但數(shù)據(jù)量相對小，數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)但連續(xù)性要求不高。信息傳輸?shù)臅r(shí)機(jī)涵蓋了機(jī)車運(yùn)用的全過程。數(shù)據(jù)傳輸方向?yàn)檐嚨仉p向交互。采用周期性傳輸結(jié)合事件觸發(fā)方式進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)采集對象涵蓋LKJ、6A、TCMS和LDP。4G和衛(wèi)星通信技術(shù)均能滿足這種數(shù)據(jù)傳輸要求，與衛(wèi)星通信相比，4G通信具有資費(fèi)低、車載設(shè)備價(jià)格低、信號受遮擋影響小、抗干擾能力強(qiáng)、適用于高速鐵路環(huán)境等優(yōu)勢，因此作為車地實(shí)時(shí)信息通道的首選。CMD系統(tǒng)采用4G網(wǎng)絡(luò)，將大幅提高車地?cái)?shù)據(jù)傳輸速率，遠(yuǎn)程視頻將更加流暢和連續(xù)，遠(yuǎn)程下載大容量記錄文件時(shí)，將減少數(shù)據(jù)下載時(shí)間，降低因鐵路沿線信號覆蓋不全造成的數(shù)據(jù)反復(fù)重發(fā)、下載成功率低等問題。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)通道采用TCP/IP通信協(xié)議，傳輸方式分為3種：（1）定時(shí)傳輸。由時(shí)間觸發(fā)，傳輸頻率可設(shè)置，傳輸內(nèi)容包括關(guān)鍵的機(jī)車狀態(tài)信息與基本信息，包括機(jī)車速度、工況、機(jī)車位置、機(jī)車號、車次等信息。（2）故障/事件觸發(fā)傳輸。由故障/事件觸發(fā)，傳輸內(nèi)容包括機(jī)車故障和相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)點(diǎn)播。由地面遠(yuǎn)程觸發(fā)，根據(jù)地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)的指令傳輸相應(yīng)類型機(jī)車數(shù)據(jù)。

4.3 應(yīng)急通信策略

當(dāng)鐵路發(fā)生自然災(zāi)害或突然事件等緊急情況，造成移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和鐵路調(diào)度指揮網(wǎng)絡(luò)中斷，影響鐵路運(yùn)營安全時(shí)，需要在事故現(xiàn)場與救援指揮中心之間建立應(yīng)急通信鏈路，為救援指揮提供第一手信息，便于事故處理，減小經(jīng)濟(jì)損失。這種數(shù)據(jù)傳輸方式勢必要求不能依賴于地面基礎(chǔ)通信設(shè)施，只能采用衛(wèi)星通信。北斗報(bào)文通信與Inmarsat衛(wèi)星通信相比，后者雖然擁有更高的傳輸速率，但通信資費(fèi)高昂，投資巨大，且從鐵路信息安全保密性角度出發(fā)，我國自主研發(fā)的北斗系統(tǒng)無疑具有明顯優(yōu)勢。通過報(bào)文以定時(shí)傳輸方式，將CMD車載系統(tǒng)機(jī)車關(guān)鍵信息（如機(jī)車位置信息、故障信息、司機(jī)操作信息）發(fā)送到地面服務(wù)器。

在CMD系統(tǒng)中應(yīng)用北斗短報(bào)文通信技術(shù)是鐵路機(jī)務(wù)信息化建設(shè)中的一大創(chuàng)新，CMD車載設(shè)備通過持續(xù)周期性（70 s一次）向地面提供機(jī)車狀態(tài)和位置等關(guān)鍵信息（每包78字節(jié)），信息落地后，總公司數(shù)據(jù)中心通過專線從北斗地面數(shù)據(jù)中心獲取信息。北斗通信鏈路全天候、全覆蓋條件下的可用性，完全能夠滿足鐵路運(yùn)用的特殊需求。此外，當(dāng)機(jī)車斷電時(shí)，單獨(dú)采用蓄電池供電的北斗模塊仍定時(shí)向外播發(fā)機(jī)車位置，這有助于機(jī)務(wù)部門實(shí)時(shí)掌握機(jī)車運(yùn)用狀態(tài)，降低機(jī)車閑置率。

4.4 視頻信息傳輸策略

視頻信息作為一種特殊的實(shí)時(shí)信息，為了確保視頻連續(xù)性，對網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和丟包率要求較高，耗費(fèi)網(wǎng)絡(luò)流量較大，因此適宜采用4G公共移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。視頻信息傳輸由地面遠(yuǎn)程控制命令點(diǎn)播觸發(fā)，可連續(xù)實(shí)時(shí)傳輸視頻流信息，適用于寬帶無線網(wǎng)絡(luò)暢通的情況。

當(dāng)CMD車載系統(tǒng)接收到地面請求視頻信息指令后，采用UDP協(xié)議，將視頻信息通過4G傳輸?shù)酵饩W(wǎng)視頻服務(wù)器，外網(wǎng)視頻服務(wù)器將接收到的車載視頻信息按標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議格式封裝后，發(fā)送到內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器，使鐵路內(nèi)網(wǎng)用戶能實(shí)時(shí)接收車載視頻信息。

4.5 歷史記錄傳輸策略

CMD車載系統(tǒng)的歷史記錄數(shù)據(jù)用于記錄故障信息和事件信息，并以文件形式存儲在車載設(shè)備本地，內(nèi)容有6A記錄數(shù)據(jù)、TCMS記錄數(shù)據(jù)、LDP記錄數(shù)據(jù)及機(jī)車電子履歷等。歷史記錄數(shù)據(jù)屬于非實(shí)時(shí)信息，傳輸方式包括無線自動(dòng)轉(zhuǎn)儲與人工手動(dòng)轉(zhuǎn)儲2種方式：（1）無線自動(dòng)轉(zhuǎn)儲由命令觸發(fā)，當(dāng)車載子系統(tǒng)識別到合法的無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，與傳輸子系統(tǒng)建立起網(wǎng)絡(luò)連接，從相關(guān)存儲單元中獲取記錄文件，并采用TCP/IP協(xié)議將記錄文件傳輸給地面無線轉(zhuǎn)儲服務(wù)器，同時(shí)把轉(zhuǎn)儲結(jié)果信息寫入段數(shù)據(jù)服務(wù)器，再進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、入庫和分發(fā)。（2）人工手動(dòng)轉(zhuǎn)儲由U盤插入觸發(fā)，通過注冊U盤進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)儲，系統(tǒng)對證書進(jìn)行認(rèn)證后將自動(dòng)轉(zhuǎn)儲記錄文件到U盤，完成手動(dòng)轉(zhuǎn)儲。

WLAN網(wǎng)絡(luò)零資費(fèi)、大帶寬的優(yōu)勢適用于實(shí)現(xiàn)CMD系統(tǒng)在局域范圍內(nèi)進(jìn)行大容量記錄數(shù)據(jù)的高速傳輸。對于CMD車載設(shè)備，由于機(jī)車頂部空間有限，車載天線追求高集成度，大多將移動(dòng)通信天線和WLAN天線進(jìn)行集成，采用寬頻帶天線，通過合路器進(jìn)行射頻信號的分路和合路，而國內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)頻譜分布在1 800~2 700 MHz較寬的范圍內(nèi)，因此為了實(shí)現(xiàn)與WLAN信號合路，CMD系統(tǒng)的WLAN選擇工作在5.8 GHz頻段，采用IEEE802.11a/n標(biāo)準(zhǔn)，在單天線時(shí)，WLAN最大通信速率可達(dá)150 Mb/s。

5 結(jié)束語

通過分析CMD系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用需求，結(jié)合GSM-R、3G/4G、WLAN和衛(wèi)星通信等無線通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性，提出適用于鐵路運(yùn)營環(huán)境的車地?cái)?shù)據(jù)無線傳輸策略，提高了車地?zé)o線數(shù)據(jù)通信速率，滿足了機(jī)車不同應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)傳輸，確保了數(shù)據(jù)傳輸安全，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)車信息的集中匯總、統(tǒng)一處理。目前，CMD車載設(shè)備已在和諧型機(jī)車上批量應(yīng)用，裝車4 000余臺，各鐵路局已開通使用，為鐵路機(jī)務(wù)部門管理機(jī)車運(yùn)用提供了新的技術(shù)手段。

[1] 于天澤．北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在我國鐵路應(yīng)用探討[J]．中國鐵路，2013(4)：4-7．

[2] 王亞民．北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在鐵路同步網(wǎng)的應(yīng)用[J]．中國鐵路，2013(4)：8-11．

[3] 申瑞源．構(gòu)建大功率機(jī)車整備體系的研究與思考[J]．中國鐵路，2012(6)：7-10．

[4] 張大勇．提升我國機(jī)車技術(shù)水平的路徑探討[J]．中國鐵路，2015(6)：1-4．

[5] 王慶武，唐國平．機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)視與診斷系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J]．機(jī)車電傳動(dòng)，2012(3)：42-44．

[6] TJ/JW 024—2014 中國機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）車載子系統(tǒng)暫行技術(shù)規(guī)范[S]．

責(zé)任編輯 高紅義

Train-ground Data Transmission Technology of CMD System

WANG Qiang1，TANG Guoping2
（1. Transportation Bureau，CHINA RAILWAY，Beijing 100844，China；2. Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd，Zhuzhou Hunan 412001，China）

One of the key technological difficulties for the CMD system is to transmit large amount of data collected onboard to the ground system for integrated application in a timely fashion regardless of the differences in regions and scenarios. It is known that the train-ground wireless communication technologies – for instance GSM-R, 3G/4G, WLAN and satellite communication - have their own limits. In this light, the paper compares the above-mentioned technologies and looks into the application demands of data transmission for CMD system. An integrated wireless transmission technology - suitable for train operation - and the transmission strategies concerned are proposed accordingly.

locomotive；remote monitor；diagnosis；CMD system；train-ground wireless communication；data transmission；WLAN；Beidou satellite communication

U26；TP277

A

1001-683X（2017）03-0023-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.03.023

2016-12-16

王強(qiáng)（1973—），男，提高待遇高級工程師。

唐國平（1971—），男，教授級高級工程師。E-mail：tanggp@csrzic.com