摘要：本文基于PRP（平行冗余協(xié)議，Parallel Redundancy Protocol）技術(shù)原理，對(duì)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)車(chē)地通信無(wú)線通道冗余技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)研究，尤其對(duì)該技術(shù)在真實(shí)地鐵運(yùn)營(yíng)線路——八通線的通州北苑至八里橋區(qū)間進(jìn)行的動(dòng)車(chē)測(cè)試進(jìn)行詳細(xì)闡述，旨在驗(yàn)證以PRP技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)車(chē)地通信雙鏈路承載CBTC業(yè)務(wù)，以期為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)既有線路車(chē)地通信的改造和優(yōu)化提供重要的依據(jù)，并為同場(chǎng)景的地鐵信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞：車(chē)地?zé)o線通道冗余技術(shù)；PRP；城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)；CBTC

一、研究背景

隨著通信技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，基于通信的列車(chē)運(yùn)行控制（Communication-based Train Control， CBTC）成為城市軌道交通列控系統(tǒng)的主流。然而，由于CBTC運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景復(fù)雜多變，無(wú)線通信鏈路極易受到電磁環(huán)境和惡劣天氣等環(huán)境條件的影響，使得無(wú)線通信服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生較大的變化，甚至影響到列車(chē)控制業(yè)務(wù)。實(shí)現(xiàn)信號(hào)DCS子系統(tǒng)車(chē)地?zé)o線通道冗余，對(duì)于保障列車(chē)的可靠、高效運(yùn)行具有重要意義。因此，本項(xiàng)目的目的在于研究信號(hào)DCS子系統(tǒng)車(chē)地?zé)o線通道冗余技術(shù)，在既有2.4G-Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不變的情況下，新增一套其他制式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將兩種不同制式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)共同用于車(chē)地通信，以增強(qiáng)車(chē)地?zé)o線系統(tǒng)的抗干擾能力與可用性。

二、研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目以“北京地鐵1－八通線通州北苑站－八里橋站區(qū)間”為示范，研究信號(hào)DCS子系統(tǒng)車(chē)地?zé)o線通道冗余并用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)典型線路軌旁2.4G-Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在新增EUHT無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后的冗余并用，以提升北京地鐵八通線部分區(qū)段車(chē)地通信的抗干擾性能，降低信號(hào)系統(tǒng)故障率，提高運(yùn)營(yíng)效率。在依托PRP技術(shù)的基礎(chǔ)上，信號(hào)雙網(wǎng)在列車(chē)和控制中心各設(shè)置一套PRP設(shè)備，兩臺(tái)PRP設(shè)備之間同時(shí)連接兩條無(wú)線鏈路；在北苑－八里橋區(qū)間安裝EUHT基站設(shè)備。

PRP設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)雙發(fā)選收的功能。例如，當(dāng)車(chē)載設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包給軌旁設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)包到達(dá)車(chē)載PRP后會(huì)被復(fù)制為兩份，一份通過(guò)Wi-Fi發(fā)送，另一份通過(guò)EUHT發(fā)送；軌旁PRP設(shè)備會(huì)將最先接收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給軌旁信號(hào)設(shè)備，將后收到的數(shù)據(jù)包丟棄。

軌旁信號(hào)設(shè)備給車(chē)載信號(hào)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)也采用相同的雙發(fā)選收機(jī)制。以單網(wǎng)為例，具體架構(gòu)如圖1所示。軌旁發(fā)給車(chē)載方向的數(shù)據(jù)包A經(jīng)過(guò)軌旁PRP設(shè)備后，PRP設(shè)備將數(shù)據(jù)包A分別通過(guò)既有Wi-Fi和EUHT鏈路傳輸?shù)綄?duì)端車(chē)載PRP設(shè)備，對(duì)端車(chē)載PRP設(shè)備將兩條無(wú)線鏈路中先收到的一份數(shù)據(jù)包A轉(zhuǎn)發(fā)給車(chē)載終端。

三、應(yīng)用實(shí)例

在北京地鐵八通線（通州北苑－八里橋區(qū)間）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，驗(yàn)證EUHT 5.8G及Wi-Fi 2.4G紅、藍(lán)網(wǎng)同時(shí)/分別進(jìn)行車(chē)地通信傳輸時(shí)的性能指標(biāo)是否滿足北京地鐵CBTC業(yè)務(wù)的車(chē)地通信傳輸需求。

（一）測(cè)試網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在PRP動(dòng)車(chē)測(cè)試前，按照以下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行機(jī)房臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯罱ǎ瑴y(cè)試的總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示。

（二）測(cè)試交路

本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試按照交路1和交路2的順序進(jìn)行動(dòng)車(chē)實(shí)驗(yàn)。在執(zhí)行交路1之前，將實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境準(zhǔn)備就緒。

交路1：土橋車(chē)輛段－gt;通州北苑下行站臺(tái)－gt; 管莊上行站臺(tái)－gt;果園上行站臺(tái)－gt;果園20G折返－gt;果園下行站臺(tái)－gt;通州北苑下行站臺(tái)－gt;八里橋下行站臺(tái)－gt;管莊上行站臺(tái)－gt;八里橋上行站臺(tái)－gt;通州北苑上行站臺(tái)－gt;果園上行站臺(tái)。

交路2：果園上行站臺(tái)－gt;果園20G折返－gt;果園下行站臺(tái)－gt;通州北苑下行站臺(tái)－gt;八里橋下行站臺(tái)－gt;管莊1/2#反位-gt;管莊上行站臺(tái)－gt;八里橋上行站臺(tái)－gt;通州北苑上行站臺(tái)－gt;果園上行站臺(tái)。

（三）測(cè)試內(nèi)容

1.無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試

測(cè)試EUHT覆蓋區(qū)域的無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)的指標(biāo)，包括覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)RSSI；執(zhí)行區(qū)間為交路1和交路2。

EUHT無(wú)線車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)滿足以下指標(biāo)：

覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)RSSI不低于-75dBm;

2.端到端車(chē)地通信質(zhì)量測(cè)試

（1）當(dāng)測(cè)試列車(chē)按照交路1行駛至果園下行站臺(tái)時(shí)，斷開(kāi)車(chē)載PRP設(shè)備至EUHT的物理鏈路，通過(guò)端到端工具測(cè)試Wi-Fi2.4G單鏈路時(shí)的車(chē)地通信性能指標(biāo)。

測(cè)試預(yù)期：列車(chē)行駛過(guò)程中無(wú)EB；吞吐量（100kbps）、最大時(shí)延（≤150ms）、最大丟包率（lt;1%）。

（2）當(dāng)列車(chē)按照交路1折返后回到通州北苑下行站臺(tái)后，恢復(fù)車(chē)載PRP設(shè)備至EUHT車(chē)地通信物理鏈路，同時(shí)斷開(kāi)車(chē)載PRP至車(chē)載modem的物理鏈路，通過(guò)IxChariot測(cè)試EUHT單鏈路時(shí)的車(chē)地通信性能指標(biāo)。

測(cè)試預(yù)期：列車(chē)行駛過(guò)程中無(wú)EB；吞吐量（100kbps）、最大時(shí)延（≤150ms）、最大丟包率（lt;1%）。

（3）當(dāng)測(cè)試列車(chē)按照交路2由通州北苑上行站臺(tái)繼續(xù)行駛一圈至通州北苑上行站臺(tái)后，恢復(fù)車(chē)載PRP至車(chē)載modem的物理連線，通過(guò)IxChariot測(cè)試EUHT和Wi-Fi2.4G雙鏈路時(shí)的車(chē)地通信性能指標(biāo)。

測(cè)試預(yù)期：列車(chē)行駛過(guò)程中無(wú)EB；吞吐量（100kbps）、最大時(shí)延（≤150ms）、最大丟包率（lt;1%）。

（4）雙鏈路倒切測(cè)試，即不同頻次的重復(fù)4.4.2.1和4.4.2.2的操作，驗(yàn)證在EUHT和Wi-Fi2.4G雙鏈路交替倒切的過(guò)程中，驗(yàn)證列車(chē)通信質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性指標(biāo)。當(dāng)列車(chē)從僅Wi-Fi2.4G信號(hào)覆蓋區(qū)域行駛過(guò)渡至EUHT信號(hào)覆蓋區(qū)域時(shí)（先確定車(chē)載ESU是否入網(wǎng)），即從果園下行站臺(tái)行駛至通州北苑下行站臺(tái)期間，車(chē)載將PRP至MRE的M12連接線斷開(kāi)，通過(guò)IxChariot測(cè)試鏈路倒切時(shí)的車(chē)地通信性能指標(biāo)。當(dāng)列車(chē)駛出EUHT覆蓋區(qū)域前（ESU脫網(wǎng)前），需恢復(fù)已拆除的連線，通過(guò)IxChariot測(cè)試鏈路倒切時(shí)的車(chē)地通信性能指標(biāo)。

測(cè)試預(yù)期：列車(chē)行駛過(guò)程中無(wú)EB；吞吐量（100kbps）、最大時(shí)延（≤150ms）、最大丟包率（lt;1%）。

（5）連續(xù)斷掉區(qū)間的3個(gè)EUHT軌旁基站設(shè)備，驗(yàn)證列車(chē)從EUHT覆蓋區(qū)域行駛至連續(xù)EUHT基站的斷開(kāi)區(qū)域，列車(chē)EUHT網(wǎng)絡(luò)丟失通信；當(dāng)列車(chē)駛出EUHT軌旁基站中斷區(qū)域后，列車(chē)恢復(fù)EUHT車(chē)地通信網(wǎng)絡(luò)。

測(cè)試預(yù)期：Wi-Fi2.4G網(wǎng)絡(luò)車(chē)地通信無(wú)中斷，列車(chē)在行駛過(guò)程中不EB。

（四）測(cè)試結(jié)果

1.無(wú)線覆蓋測(cè)結(jié)果符合要求，強(qiáng)度都大于-75dBm。

2.車(chē)地通信質(zhì)量測(cè)試數(shù)據(jù)，如表1所示。

從上表可以看出，在PRP方案的傳輸模式下，利用EUHT 5.8G及Wi-Fi 2.4G紅、藍(lán)網(wǎng)同時(shí)或分別進(jìn)行車(chē)地通信傳輸時(shí)的性能指標(biāo)均符合預(yù)期，滿足北京地鐵CBTC業(yè)務(wù)的車(chē)地通信傳輸需求。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)PRP方案疊加Wi-Fi和EUHT兩種無(wú)線通道，為每條車(chē)地通信鏈路同時(shí)提供兩種不同制式的無(wú)線通道，在一種制式的無(wú)線鏈路故障情況下，仍可以用另一個(gè)無(wú)線鏈路傳輸，實(shí)現(xiàn)信號(hào)應(yīng)用的“無(wú)縫”切換，從而大幅提升車(chē)地通信的可用性。軌旁新增EUHT無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可僅在Wi-Fi系統(tǒng)不穩(wěn)定的區(qū)域設(shè)置；PRP方案可在兩條不同制式的無(wú)線鏈路間無(wú)縫切換，支持線路部分區(qū)域單制式網(wǎng)絡(luò)覆蓋、部分區(qū)域雙制式網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方式。本次八通線通州北苑至八里橋區(qū)間的動(dòng)車(chē)試驗(yàn)測(cè)試成果為提升北京地鐵車(chē)地通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量提供了重要技術(shù)支撐，將為既有線路車(chē)地通信的改造和優(yōu)化提供重要的依據(jù)，具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣應(yīng)用前景，將在一段時(shí)期內(nèi)為既有無(wú)線系統(tǒng)建設(shè)優(yōu)化和補(bǔ)強(qiáng)的改造起到規(guī)范及指導(dǎo)作用。

作者單位：陶賓賓 北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司通信信號(hào)分公司

王輝 卡斯柯信號(hào)有限公司

王繼承 京投新岸線技術(shù)有限公司

陳吉 北京地鐵運(yùn)營(yíng)技術(shù)咨詢股份有限公司

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陶賓賓（1986-），男，北京，本科，信號(hào)工程師、中級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程師；

王輝（1987-），男，北京，本科，工程師；

王繼承（1988-），男，北京，本科，信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師（高級(jí)）、PMP，研究方向：軌道交通車(chē)地?zé)o線通信技術(shù)、EUHT無(wú)線通信技術(shù)；

陳吉（1981-），男，北京，本科，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，注冊(cè)咨詢工程師。