動車組車載數(shù)據(jù)車地高速轉(zhuǎn)儲技術(shù)測試研究

1 羅玉勝 1 趙睿虎 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

目前動車組MPU、DDU 等車載數(shù)據(jù)下載轉(zhuǎn)儲是在車組入庫后，由工作人員通過筆記本電腦和維護(hù)軟件，將設(shè)備內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲至筆記本電腦。采用單人、人工串行方式，對動車組1、8 車進(jìn)行人工下載，每組車作業(yè)時間為20～30 分鐘，每天需要8～10 小時（按20 組計算）時間完成數(shù)據(jù)下載，再由數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析。該轉(zhuǎn)儲方式存在如下問題：人工轉(zhuǎn)儲成本高、費(fèi)時長，下一環(huán)節(jié)分析等待時間長，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)有限公司蘭州西動車所作為本次測試試點，選取CRH380B/CRH5G型動車組作為測試對象，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，擬采用5G 車地高速轉(zhuǎn)儲方案。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。在蘭州西動車所選取CRH380B/CRH5G 型車組各一組開展試驗，論證車地轉(zhuǎn)儲動車數(shù)據(jù)的可行性。本次測試試點，以CRH5G 型動車組為例，在動車進(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)傳輸至動車所數(shù)據(jù)中心進(jìn)行自動智能分析，對故障發(fā)展趨勢進(jìn)行監(jiān)控預(yù)測，評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，提升動車組運(yùn)用維修水平，實現(xiàn)在準(zhǔn)確的時間對準(zhǔn)確的部位采取準(zhǔn)確的維修工作。

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

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、遠(yuǎn)離常用民用頻點干擾小等優(yōu)點。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?。ê撩准墸?，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??；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天線單元的發(fā)射（或接收）信號的相位和信號幅度，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。它可補(bǔ)償無線傳播損耗。

四、動車組車載數(shù)據(jù)車地高速轉(zhuǎn)儲技術(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)對接測試；

車載網(wǎng)關(guān)與車載 TAU 對接測試；

車載 TAU 與軌旁基站 RBS 對接及傳輸容量測試；

車載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲性能測試。

4.測試過程

協(xié)調(diào)到動車編號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 能實現(xiàn)靜態(tài)互聯(lián)互通，最大傳輸容量為1.7Gbps，附下圖：

實現(xiàn)車載不同容量數(shù)據(jù)到地面的傳輸時間達(dá)到秒級，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：

動態(tài)測試方案：

6.測試組網(wǎng)

7.部署環(huán)境

動車進(jìn)站快到達(dá)咽喉口時，TAU1 和RBS1 建鏈，1-4 車數(shù)據(jù)可以傳輸至地面存儲服務(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服務(wù)器；考慮當(dāng) 前100M 接口限制，在出站方向，可以斷點續(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，耗時更短。

結(jié)論

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

通過臨時搭建環(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，動車來回最大數(shù)據(jù)傳輸時間要求37s。