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地铁信号、PIS、CCTV、公众WIFI网络融合的探讨

0 引言

目前,轨道交通行业对无线通信的需求越来越高,其中地铁行业中信号系统、乘客信息系统(PIS)、车载视频监视系统(CCTV)、公众WIFI都基于无线通信网络进行传输。这些系统常见的承载方式有无线局域网(WLAN)、LTE、超高速无线通信(EUHT)3种,而WLAN、LTE更多的用于信号车地无线传输系统中,还可同时承载PIS、CCTV的车地通信业务,提供满足地铁运营中的列车控制、乘客资讯、列车视频监视等多种需求。由于网络融合可在单一网络上使用多种通信模式,以实现在其各自独立的基础设施上所不具备的便利性和灵活性,因此文章针对无线通信的常用传输承载方式进行分析说明,并对地铁无线通信网络应用融合进行探讨。

总而言之,二铵市场报价近期保持稳定,成交价格和前期相比,个别企业小幅上调。短期内市场将会维持当前交投状态,但因冬储市场9月中旬后将逐步展开,二铵企业后期出口接单或相对谨慎,企业重点将逐步转移至国内市场。价格或有望在9月中旬前后调整,预计上涨50元/吨。

1 地铁无线通信网络简介

1.1 无线局域网WLAN

WLAN是基于IEEE802.11系列的无线通信系统,WLAN初期是作为有线局域网的延伸,逐渐发展为“公共无线局域网”来满足用户对数据及图像通信的需求。现以PIS车地通信带宽需求为例,表1是满足PIS车地通信带宽需求常用的802.11系列中4个标准的主要技术参数比较。

802.11a使用了5.8 GHz的频谱,与802.11g不可兼容。使用的5.8 GHz频谱干扰较少,可提供更多的非重叠频道,传输速度较高,但由于技术复杂,且频谱资源需要申请,使用并不普及。

技术特点分析:WLAN技术在带宽上可满足需求,但是在列车快速移动时,系统需要较大的控制信息开销以克服因快速移动带来的频移、衰落等,有效带宽较低,在电磁环境较为复杂的地面/高架线路易受干扰,实际效率会降低。例如,WLAN公共频段用于信号CBTC系统车地通信时也出现由于干扰导致车地无线丢失的问题,同时WLAN在高速移动性和切换能力的先天劣势明显。

1.2 LTE

LTE 是基于正交频分复用多址接入(OFDMA)的先进无线通信技术,LTE技术有效避开了2.4 GHz公用频段,此标准可有效保证车地无线传输系统的数据安全性。LTE技术的承载频点在1.8 GHz频段,此频段带宽为20 MHz,为交通、电力、石油等行业使用频段。LTE 技术在设计时充分考虑了高吞吐率的需求,能有效提高数据速率、频谱效率和抗干扰性,在技术要求20 MHz(1 785~1 805 MHz)带宽组网的情况下,峰值速率可实现下行 100 Mbit/s、上行 50 Mbit/s的要求。同时,由于技术层面采用扁平化架构,大大降低了控制和用户平面产生的延时。

表1 802.11系列WLAN主要技术参数对比表

名称802.11a802.11g802.11n802.11ac频率/GHz5.82.42.4/5.82.4/5.8调制方式OFDM技术CCK/OFDM技术MIMO+OFDMMIMO+OFDM最高速率/Mbps54543201024业务语音、数据、图像语音、数据、图像语音、数据、图像语音、数据、图像兼容性差好好好信道可用性高低高高抗干扰性高低高高距离/m<100100~300100~300<100成本高低一般高

1.3 超高速无线通信系统EUHT

EUHT技术作为国内完全自主研发的无线通信系统,突破了“移动宽带一体化”的技术瓶颈,具备更强大的功能,此系统容量高、切换成功率高,同时高速移动适应性更好,数据传输带宽更大,网络漫游切换性能更稳定。EUHT技术目前在部分高铁线路上进行了试验,实现了列车在250~360 km/h移动场景情况下的方便可靠使用,它的工作频段为5.8 GHz,带宽为40 MHz(支持80 MHz),系统平均可实现时延4.2 ms(上下行平均),带宽需求满足30路车厢视频回传,同时为乘客上网预留条件。

1.4 公众WIFI

地铁WIFI的建设充分考虑了乘客的体验性,可考虑通过商用通信3G/4G转换WIFI方式建设,也可以由地铁公司自行建设,表2为不同建设方式的对比。

2 融合方案对比

基于无线网络应用融合的要求,将信号、PIS、CCTV、公众WIFI的无线网络进行融合,使用综合承载,考虑以下2种方案。

2.1 PIS/CCTV和公众WIFI的双网融合

本方案为信号CBTC系统单独组网,采用WLAN或EUHT的方案实现PIS及CCTV与公众WIFI的双网融合。此种方案的优点是避免干扰信号系统,CBTC系统无线通信采用LTE方案。WLAN与EUHT在双网融合模式下的技术关键点如表3所示。

“十人成桌”早已成为中国宴席的固定模式,觥筹交错,人声鼎沸的千年时空中,却似乎无人知晓,这种风俗习惯起源于何时?

“两线合一”的划定是一个集自然、社会与经济的符合生态系统,本文以生态控制的视角,将城市开发边界与生态安全关联起来,结合以往城市“两线合一”的划定经验,将其分类研究,探索“两线合一”的划线模式,并以北京城市副中心的“两线合一”划定为例,提出“守住底线,总量控制,留有余地”的生态控制型城市开发边界与生态红线“两线合一”的划线方法。

PIS及CCTV和公众WIFI双网融合采用WLAN 802.11ac标准或EUHT的5.8 GHz频段可以轻松实现高性能无线访问接入点(AP)、乘客高速上网、PIS和高清监控视频的需求。该系统需要同时服务于PIS系统、CCTV系统与乘客WIFI上网系统,由于共享无线数据通道和带宽资源,需要对系统进行安全隔离并分配好各业务的带宽以满足3个系统同时运作的需求,可通过限定每个服务集标识(SSID)带宽和每个用户的带宽、限定车厢内每个AP热点的最大带宽,采用QoS分级控制,可避免WIFI热点业务对PIS和CCTV业务的干扰,有效保证PIS和CCTV业务带宽需求。本方案共用1套设备,投资成本较低,运营阶段的管理模式较复杂。现以天津地铁为例,分析通信及信号专业区间无线设备对车地无线通信的需求,如表4所示。

表2 地铁WIFI不同建设方式对比表

项目名称商用通信3G/4G转换地铁公司自行建设Interne出口分散在各车站、车辆3G上在数据中心或TCC统一出口带宽3G/4G带宽低802.11ac带宽可实现200Mbps以上链路质量保证需要运营商保证,协调工作量大地铁公司日常运维租用费用3G每年产生大量租费无租费初期投资小,只需要3G终端等一次性投资车站、车地无线等

表3 双网融合模式下WLAN与EUHT性能对比分析表

项目名称WLAN(工作频段5.8 GHz)EUHT(工作频段5.8 GHz)对比结果MIMO技术应用2发3收4发4收 相同带宽下,EUHT的数据速率是WLAN的2倍无线资源分配方式分布式集中式 EUHT集中分配资源的机制可实现更高的频率利用率EUHT通过基站的统一调度机制支持QoS业务分级,系统完全可控,QoS有保障系统平均吞吐率/Mbps33.95(40 MHz工作带宽下)207.6(40 MHz工作带宽下)EUHT系统平均吞吐率大多业务承载能力有有PIS/CCTV业务承载能力1路4 Mbps CCTV图像,有卡顿、马赛克现象;1路8 Mbps PIS图像有卡顿、马赛克现象单列车可同时承载1路8 Mbps的PIS和30路高清CCTV。列车运行全程视频图像,清晰流畅,无卡顿和马赛克EUHT业务承载能力高

表4 地铁列车车地无线通信需求表

承载业务上行传输速率下行传输速率传输时延/ms CBTC系统512 kbps512 kbps<150列车运行状态监测3 Mbps0<150无线列车调度100 kbps100 kbps<200 CCTV系统4 Mbps100 kbps<300 PIS系统06 Mbps<300紧急文本0100 kbps<150

车载PIS系统由控制中心向列车下行发送1路标清视频信息,带宽约6 Mbps;车载CCTV系统设计为两端司机室3个摄像头,每客室4个摄像头,目前考虑每列车上传2路标清图像至控制中心,2路图像共占4 Mbps带宽/列车。从列表中可以体现出地铁业务对车地无线通信的高要求。

综上所述,考虑到频率资源及车地之间不断增长的带宽需求,为了满足PIS和车载CCTV车地双向数据通信以及应急情况下的图像使用与存储、行车观察和乘客上网的需要,PIS及CCTV与公众WIFI的双网融合方案暂推荐采用EUHT。

2.2 信号、PIS/CCTV、公众WIFI三网融合方案

本方案是将信号的CBTC系统、PIS/CCTV、公众WIFI进行三网融合,采用LTE或EUHT方案实现。LTE与EUHT在三网融合模式下的技术关键点如表5所示。

在近期国内建设的25条地铁中,共有14条线采用了LTE作为PIS和CCTV车地数据传输方案,有11条线选择了PIS、CCTV及信号系统综合承载,但融合公众WIFI尚未有工程实施案例。EUHT技术作为一种新型互联网宽带通信技术,目前只在广州地铁承载了车地无线PIS及CCTV业务,对信号和公众WIFI尚未有工程实施案例。

思想建党是党的优良传统和政治优势。在党要管党、全面从严治党要求下,不断提高党建和思想政治工作科学化水平是所有党组织的重要任务。高校附属医院承载着教书育人和治病救人的双重职能,通过将精益求精、敢于创新的工匠精神注入党建思想政治理论研究工作,探索新时期党建和思想政治工作的新思路、新方法和新途径,必将提高研究实效性,进而推进高校附属医院党建和思想政治工作的发展。

现以南京地铁宁高二期为例,LTE为信号CBTC系统业务提供所需的车地数据通信通道,同时LTE系统还承载PIS、CCTV等业务,CBTC的交换机与LTE系统A、B网核心路由器设备通过标准的100/1 000 Mbps以太网接口互联,通过专用无线通信系统漏缆和天线来传递点对点的以太网信息数据,信号系统对LTE系统承载CBTC车地业务的技术要求及主要技术参数说明如下:

表5 三网融合模式下LTE与EUHT性能对比分析表

项目名称LTE(工作频段1.8 GHz)EUHT(工作频段5.8 GHz)对比结果设备工作带宽/MHz2040(支持80)EUHT设备工作带宽大系统平均吞吐率/Mbps27.9207.6(40 MHz工作带宽下)在同等设备工作带宽的情况下,LTE系统平均吞吐率高PIS/CCTV业务承载能力1路4 Mbps的PIS和双向实时4 Mbps视频会议,车地实时传输正常,画面清晰无卡顿,互动效果良好单列车可同时承载1路8 Mbps的PIS和30路高清CCTV。列车运行全程视频图像,清晰流畅,无卡顿和马赛克均较好工程实施案例有PIS+CCTV+信号综合承载工程实施案例有PIS+CCTV综合承载工程实施案例均尚未融合公众WIFI

(1)列车控制业务要求LTE系统的可用性不低于99.99%;

(2)列车控制业务要求列车运行速度200 km/h时,能够满足性能要求;

(3)列车控制业务要求通信系统单路单向传输时延不超过150 ms的概率不小于98%,不超过2 s的概率不小于99.92%;

1)组织层面:完善制度、建立机制。首先要将“网络研修+校本研修”整合工作纳入培训规划里,为教师提供平台;其次要做好指导监督工作,在培训规划的基础上开展相应的创新活动,促进整合;最后要发掘先进做法、典型经验,及时将它们推广以供广大教师学习借鉴。

在教学活动中,如果学生充满了对教学内容的兴趣,不仅可以提高小学生参与教学活动的积极性,而且还可以强化综合实践活动课的教学效果。但目前,在很多活动课堂教学中,就忽视了学生兴趣在教学中的作用,缺乏对学生兴趣偏向的考虑,既不利于提高学生参与数学教学活动的积极性,又阻碍了学生主观能动性的发挥,影响了教学的效果。但很多教师在具体的教学环节中,并未意识到这一问题,严重阻碍了实践教学工作的开展。

(4)列车控制业务要求丢包率不超过1%,通信中断时间不超过2 s的概率不小于99.99%;

综上所述,PIS及CCTV与信号的CBTC系统三网融合方案暂推荐采用LTE。

3 结束语

稳定的融合网络具有良好的灵活性和可靠性并有助于节省成本,文章通过对无线通信的常用传输承载方式进行分析说明,对比分析了PIS/CCTV和公众WIFI的双网融合,以及信号、PIS/CCTV、公众WIFI三网融合方案,为今后地铁建设中进行无线网络融合提供参考和借鉴。

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