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        動(dòng)車組車載數(shù)據(jù)車地高速轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)測試研究

        2020-02-01 15:12:32羅玉勝趙睿虎沈明銀袁峰曲萌王凡何彥臻劉亞鋒
        魅力中國 2020年47期

        1 羅玉勝 1 趙?;?1 沈明銀 1 袁峰 1 曲萌 2 王凡 2 何彥臻 2 劉亞鋒

        (1 中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司,甘肅 蘭州 730000;2 北京碩菡科技有限公司,北京 100080)

        一、引言

        目前動(dòng)車組MPU、DDU 等車載數(shù)據(jù)下載轉(zhuǎn)儲(chǔ)是在車組入庫后,由工作人員通過筆記本電腦和維護(hù)軟件,將設(shè)備內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)至筆記本電腦。采用單人、人工串行方式,對(duì)動(dòng)車組1、8 車進(jìn)行人工下載,每組車作業(yè)時(shí)間為20~30 分鐘,每天需要8~10 小時(shí)(按20 組計(jì)算)時(shí)間完成數(shù)據(jù)下載,再由數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析。該轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式存在如下問題:人工轉(zhuǎn)儲(chǔ)成本高、費(fèi)時(shí)長,下一環(huán)節(jié)分析等待時(shí)間長,生產(chǎn)效率低下。人工難以保證數(shù)據(jù)安全和完整性。串口/網(wǎng)口拷貝:頻繁長期拔插易損。

        二、測試方案和測試設(shè)備

        中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司蘭州西動(dòng)車所作為本次測試試點(diǎn),選取CRH380B/CRH5G型動(dòng)車組作為測試對(duì)象,其需下載數(shù)據(jù)包括車載MPU、DDU 等,采用不同的接口(如RJ45、RS232 等)人工轉(zhuǎn)儲(chǔ),擬采用5G 車地高速轉(zhuǎn)儲(chǔ)方案。5G 車地通信系統(tǒng)由地面網(wǎng)絡(luò)和車載網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,地面網(wǎng)絡(luò)包括5G 基站、高速緩存及回傳網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。車載網(wǎng)絡(luò)包括車載業(yè)務(wù)設(shè)備,車載網(wǎng)關(guān)及5G 車載設(shè)備。在蘭州西動(dòng)車所選取CRH380B/CRH5G 型車組各一組開展試驗(yàn),論證車地轉(zhuǎn)儲(chǔ)動(dòng)車數(shù)據(jù)的可行性。本次測試試點(diǎn),以CRH5G 型動(dòng)車組為例,在動(dòng)車進(jìn)入車庫檢修過程中,利用5G 設(shè)備進(jìn)行高速高效無線傳輸,數(shù)據(jù)傳輸至動(dòng)車所數(shù)據(jù)中心進(jìn)行自動(dòng)智能分析,對(duì)故障發(fā)展趨勢進(jìn)行監(jiān)控預(yù)測,評(píng)估車組未來的健康狀態(tài)、提出維修維護(hù)建議,為管理決策提供支持,提高車輛自身的數(shù)據(jù)分析處理能力、故障早期預(yù)警能力,提升動(dòng)車組運(yùn)用維修水平,實(shí)現(xiàn)在準(zhǔn)確的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)確的部位采取準(zhǔn)確的維修工作。

        本試點(diǎn)測試方案需新增主要設(shè)備:軌旁基站RBS 共計(jì)1 套,含配套供電及安裝件;地面高速轉(zhuǎn)存服務(wù)器1 臺(tái),需提供萬兆光口網(wǎng)卡;地面萬兆口交換機(jī)1 臺(tái)(連接服務(wù)器及軌旁基站需萬兆口,對(duì)接上游網(wǎng)絡(luò)采用千兆口);車載Airflash 天線1 臺(tái);車載網(wǎng)關(guān)1 臺(tái)。

        三、研究方法

        高頻毫米波:AirFlash 所采用的60GHz 高頻毫米波,具有帶寬大、免頻譜申請(qǐng)、遠(yuǎn)離常用民用頻點(diǎn)干擾小等優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)無線通信中,由于其氧衰大的傳輸特性,難以遠(yuǎn)距離傳輸,應(yīng)用受限,而該特性正好契合車地站場區(qū)域回傳場景短距離通信、防信號(hào)泄露的需求。

        多天線:在LTE 系統(tǒng)中,由于頻段低,波長長,天線單元數(shù)量少(如4T4R);而在5G 毫米波頻段,由于波長極短,使得天線尺寸可以做得很小(毫米級(jí)),為采用多天線技術(shù)提供了條件。多天線有如下好處:天線越多,同向疊加,接收信號(hào)強(qiáng)度越高;可獲得更大的陣列增益。天線越多,波速越窄,干擾更小;可獲得更大的天線抑制增益。毫米波多天線采用有源相控方式,使波束控制和管理成為可能,為波束賦形提供了基礎(chǔ)。

        波束賦形:波束賦形即Beamforming,簡稱BF,是指陣列天線可以控制每一個(gè)天線單元的發(fā)射(或接收)信號(hào)的相位和信號(hào)幅度,產(chǎn)生具有指向性的波束,消除來自多方的干擾,增強(qiáng)波束方向的信號(hào)。它可補(bǔ)償無線傳播損耗。

        四、動(dòng)車組車載數(shù)據(jù)車地高速轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)測試

        (一)測試產(chǎn)品

        Airflash RBS 軌旁基站:

        Airflash TAU 車載終端:

        網(wǎng)關(guān)及交換機(jī):

        (二)測試方案

        靜態(tài)測試方案:

        1.測試組網(wǎng)

        2.部署環(huán)境

        物理環(huán)境如下圖所示,車載網(wǎng)關(guān)(6 車WTD 百兆網(wǎng)口)--車體百兆 線纜--車載原交換機(jī)--70 米百兆網(wǎng)線--POE 百兆交換機(jī)--TAU(8 車司機(jī)臺(tái)左下方)RBS--筆記本模擬服務(wù)器(千兆網(wǎng)口)。

        3.測試內(nèi)容

        車載網(wǎng)關(guān)與 TCMS 及6A 系統(tǒng)對(duì)接測試;

        車載網(wǎng)關(guān)與車載 TAU 對(duì)接測試;

        車載 TAU 與軌旁基站 RBS 對(duì)接及傳輸容量測試;

        車載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)性能測試。

        4.測試過程

        協(xié)調(diào)到動(dòng)車編號(hào)5191 作為測試車;

        安裝airflash 設(shè)備、交換機(jī)設(shè)備、布線等;

        配置網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、airflash,打通端到端傳輸通道;

        測試不同大小的數(shù)據(jù)包傳輸性能;

        5.測試結(jié)果

        車載網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以對(duì)TCMS 及6A 系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取與轉(zhuǎn)發(fā),附下圖:

        車載網(wǎng)關(guān)設(shè)備與車載TAU 設(shè)備間能互聯(lián)互通,附下圖:

        車載TAU 與軌旁基站RBS 能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)互聯(lián)互通,最大傳輸容量為1.7Gbps,附下圖:

        實(shí)現(xiàn)車載不同容量數(shù)據(jù)到地面的傳輸時(shí)間達(dá)到秒級(jí),如使用萬兆車站網(wǎng)關(guān),傳輸速率更快,附下圖:

        場景1:車載網(wǎng)關(guān)發(fā)放500MB 數(shù)據(jù),軌旁基站側(cè)接收耗時(shí)56s。軌旁基站接入電腦搭建數(shù)據(jù)接收server,檢測流量速率平均速度 8.8MB/s,如下圖:

        場景2:車載網(wǎng)關(guān)發(fā)放330MB 數(shù)據(jù),軌旁基站側(cè)接收耗時(shí)37s。軌旁基站接入電腦搭建數(shù)據(jù)接收server,檢測流量速率平均速度 8.8MB/s,如下圖:

        場景3:庫房鏡像實(shí)車百兆口場景測試,網(wǎng)關(guān)發(fā)放數(shù)據(jù)684MB,server 端檢測流量平均速度9.2MB/s,如下圖:

        場景4:庫房采用千兆口,兩臺(tái)筆記本直連Airflash 模擬傳輸6315.5MB 數(shù)據(jù),server 端檢測流量平均速度可達(dá)80.1MB/s,如下圖:

        動(dòng)態(tài)測試方案:

        6.測試組網(wǎng)

        7.部署環(huán)境

        動(dòng)車進(jìn)站快到達(dá)咽喉口時(shí),TAU1 和RBS1 建鏈,1-4 車數(shù)據(jù)可以傳輸至地面存儲(chǔ)服務(wù)器;進(jìn)站經(jīng)過咽喉口后,TAU1 和RBS1 斷開,TAU2 和RBS2 建鏈,5-8 車數(shù)據(jù)可以傳輸至地面存儲(chǔ)服務(wù)器;考慮當(dāng) 前100M 接口限制,在出站方向,可以斷點(diǎn)續(xù)傳。

        8、測試結(jié)果

        以下測試結(jié)果為車載網(wǎng)關(guān)使用百兆網(wǎng)卡的情況下進(jìn)行,如使用千兆、萬兆網(wǎng)卡則傳輸速度更快,耗時(shí)更短。

        結(jié)論

        通過臨時(shí)搭建環(huán)境測試,已核實(shí)放置在動(dòng)車車頭位置的TAU 與車外的基站BRS 之間可以正?;ヂ?lián)互通,動(dòng)車車頭玻璃對(duì)TAU 設(shè)備信號(hào)干擾弱,不影響TAU 與BRS 設(shè)備之間的正常通信;

        通過臨時(shí)搭建環(huán)境測試,端到端方案安裝可行,其中交換機(jī)可部署在原交換機(jī)電氣柜內(nèi),并替換原交換機(jī),TAU 部署于司機(jī)室前臺(tái)左側(cè),;RBS 可部署于司機(jī)室前方可視范圍,距離不超過300m 即可;

        通過臨時(shí)搭建環(huán)境測試,airflash 最大傳輸速率可以達(dá)到1.7Gbps,基于現(xiàn)有車載網(wǎng)關(guān)百兆接口下,端到端傳輸速率最大83Mbps 左右,動(dòng)車來回最大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間要求37s。

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