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华为敏捷网络引领轨道交通的新变革

2015-05-18 15:47    it168网站原创  作者: 厂商投稿 编辑: 李蓬阁

  【IT168 案例】城市轨道交通的信息化,从传统的CBTC、AFC/ACC、PIS、综合监控等各项基础业务,延伸到为旅客提供顺畅的上网娱乐体验等全新商业模式。相应的,对承载网络在高速移动场景下的连接可靠性、易用性、大带宽、抗干扰、融合架构和开放运营平台等提出了更高要求,需要网络能更敏捷地应对业务变化。

  Wi-Fi创新技术保证核心业务安全运行

  CBTC (Communication Based Train Control System) 是基于网络通信的的列车自动控制系统,是整个地铁运营最关键的基础业务之一。按照CBTC系统的基本要求,承载该业务的网络必须能够满足极高的可靠性要求,出现端口、链路、设备等任何故障的情况下,均需要满足50ms以内的业务倒换。

  鉴于这个严格的业务保护倒换要求,大多数的CBTC在车站之间均直接承载于传送网络之上,利用光纤链路的快速保护保障这一业务。现在,随着IP网络可靠性技术的不断发展和提升,保护倒换的时延已经实现了50ms以内的快速切换,达到与传送网络相当的高品质业务保障要求。在荷兰阿姆斯特丹地铁的CBTC系统中,使用的ERPS(以太网多环保护技术,ITU-TG.8032)就已经通过严格的测试并实现了以太环网的保护的部署,稳定的实现了CBTC、CCTV、PIS等综合业务的承载。相信这种方式也会是CBTC系统的承载一个发展方向。

  除了在站站之间的通信高可靠之外,对于CBTC的车地通信也是一个不可或缺的部分。现有的CBTC车地承载大多数采用GSM-R或LTE方式,主要的原因是相应的频段属于民用通信的特殊频段,干扰较少,而且经过了对高速移动场景下的适配,经历了较长时间的发展,相对稳定,但其由于其占用的频段能够提供的带宽较小,建设成本也过高,很多地铁设计和建设者都在尝试寻找一种均衡的解决方案。现在,少量新建地铁中开始有使用支持大带宽的WIFI对CBTC等业务进行承载的尝试。不过由于WIFI使用的是完全免费的两个频段(2.4G和5.8G),因此市面上有较多的射频发送装置(包括了方便随身携带的3G/4G无线路由器),并且越来越多的家庭内开始安装无线AP设备接入家庭终端,且距离地铁高架沿线很近(不超过30米),这两个主要因素给地铁的车地WIFI通信带来了不小的影响,深圳的地铁就曾经因为WIFI的频段被影响导致列车停止的情况。

  但这并非说WIFI技术就因此失去CBTC。基于WIFI的车地承载技术还不断的在改进,合理的WIFI频段检测和规避技术将有助于改善这一点。车地AP间优先选用5.8G频段,并尝试进行对干扰源进行定位并进行针对性的压制,必要时还能够主动避让频段。当然,最根本的低成本方式,就是能够使用独立的频段(如5.9G)进行CBTC等生产业务的承载,避免与民用频段的冲突和影响,目前,中国地铁通信的研究者正在进行相关频段的申请工作。

  有线无线一体化部署助力PIS承载网

  PIS (Passenger Information System) 乘客信息系统,是地铁中以播放终端为媒介向乘客提供各类资讯信息的服务系统,是乘客与地铁运行之间的纽带,一般分为车站和车载两种方式。车站的PIS系统业务承载网络相对简单,主要以有线网络的连接为主,辅以WIFI方式覆盖无法布线的角落,采用有线无线一体化的部署模式进行建设即可。但车载的PIS系统就有着截然不同的承载要求了。

  现有的车载PIS系统中车地通信的承载方式主要使用 WIFI,3G/LTE,UHF三种方式。

  目前业界城市轨道交通的PIS系统的较少采用3G/LTE模式和UHF模式

  当3G/LTE承载PIS的时候,虽然可以很好的避免无线信号的干扰,但提供的的带宽偏小(理论值100Mbps)。现有的PIS系统承载的业务大多数以视频和广播播放为主,但PIS在逐渐整合综合监控等新业务,带宽需求越来越大,3G/LTE的承载带宽相比之下捉襟见肘,特别是近几年来随着各种反恐的安全形势的要求,实时的多路高清视频监控回传(单路高清带宽需求约10Mbps)成为了越来越多地铁客户的需求,进一步加深了这一瓶颈的影响。当然,CBTC系统建设中较多的使用了3G/LTE制式,为了确保生产调度的安全,也应尽量避免使用该模式。

  对于极少使用的UHF(例如上海使用的722MHz广播电视频段)方式,需要和广播电视运营商进行深入的合作,重点需要考虑将无线的广播电视信号引入地下,在车载媒体服务器进行信息重组后显示,而对于PIS无线传输中的干扰等基本可以忽略。不过PIS推送的内容和服务信息都掌握在广播电视公司,这是制约这种方式发展的一个主要原因。同时,由于使用UHF方式承载的PIS网络是广播推送的模式,也将无法满足视频监控等回传业务的需求。

  作为最普遍的车载PIS业务承载方式,WIFI有着自己的良好优势,例如足够的带宽、易部署、易扩展,较低成本等,由于其出现偶尔的终端或者影响,不会导致列车的调度和指挥事故,其网络承载的需求一般以视频业务为最高要求参考,即200ms的保护倒换时延,一般的以太环网技术基本上已经满足了这样的需求。但是由于WIFI需要车以及随轨旁部署AP,因此相应的工业级要求是最为重要的。

  地铁的建设无论是隧道还是高架方式,轨旁和车载的设备对于温度、湿度、震动、雷击的影响都是无法完全避免的。根据复杂的环境要求,我们发现车载/轨旁的设备都必须满足IP67标准的要求。在这个防护安全级别的要求下,不仅尘埃无法进入设备内部,甚至短时浸泡在1米深的水里也不会造成有害影响。

  同时,地铁部署AP还有一个不可忽略的影响就是风阻。经过实际运行环境数据分析,因为列车的快速移动,隧道旁的瞬时风速最大可达15米/秒(合7~8级),列车频繁的驶过,安装在轨旁的AP及天线承受着时大时小的阵风,不仅需要有强大的固定支架,更需要能够在不降低天线辐射面的同时,有效降低天线对于风阻的有效横截面积。在民用2G/3G/4G/LTE等领域广泛使用的八木天线就是这样的一种专利技术,适用于山口、空旷、隧道等特殊大风阻情况,引入到地铁的隧道中作为轨旁AP的专用天线,可以有效延长天线使用寿命,减少维护成本。

  在选择了WIFI作为车地互联技术的情况下,车地AP之间连接的快速切换是保证业务连续性的另一个关键指标。按照正常施工部署,在轨旁隧道或者竖杆上每100米~150米安装一台AP,当地铁在80km/h的行驶状态下,每列车将在7秒左右的时间内进行一次车地通信的切换。在固定或低速移动的WIFI覆盖的方案中,如出现如此频度的切换,大多数业务都会面临不可用的状态。创新的快速切换车地连接技术应运而生,采用列车头尾的双上行双频段连接,当车尾处AP连接的信号衰减到一定程度后,会判定另一侧车头的信号强度是否已经就绪并且信号稳定,然后将数据流整体切换到车头AP的连接上进行数据传输,成为快速移动情况下WIFI的最可靠连接。

标签: 华为
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