鐵路集裝箱站無線通信系統(tǒng)研究

邢 軍

鐵路集裝箱站無線通信系統(tǒng)研究

邢 軍

摘 要：通過分析集裝箱站管理信息系統(tǒng)無線通信需求，分別研究WLAN和McWiLL系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)方案，對(duì)比2個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)鐵路集裝箱站的無線通信網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)及建設(shè)具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng);多載波無線信息本地環(huán)網(wǎng);鐵路集裝箱站;無線通信系統(tǒng)

鐵路集裝箱站作為區(qū)域性的集裝箱集散中心，具有辦理整列集裝箱列車到發(fā)、裝卸能力，完成集裝箱到達(dá)、中轉(zhuǎn)和發(fā)送業(yè)務(wù)，并具有辦理國際、國內(nèi)集裝箱的多式聯(lián)運(yùn)，以及對(duì)用戶提供門到門服務(wù)的相關(guān)設(shè)施和能力。集裝箱站的管理信息系統(tǒng)，以站內(nèi)作業(yè)流程為基礎(chǔ)，覆蓋站內(nèi)所有作業(yè)環(huán)節(jié)，形成相對(duì)獨(dú)立又關(guān)聯(lián)互控的信息共享系統(tǒng)，能夠與銀行、海關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，與鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)交換信息，實(shí)現(xiàn)信息共享。管理信息系統(tǒng)采用有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，各固定信息點(diǎn)之間采用以太網(wǎng)連接，而各移動(dòng)信息點(diǎn)的數(shù)據(jù)接入采用無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

1 集裝箱站管理信息系統(tǒng)無線通信需求

所有流動(dòng)機(jī)械和現(xiàn)場作業(yè)人員所使用的無線終端能通過無線基站 (或接入點(diǎn))連接應(yīng)用服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)控制。

系統(tǒng)容量上，無線通信應(yīng)滿足各攝像頭實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)回傳的需要，一般每個(gè)攝像頭需要的上行傳輸帶寬不小于384 kb/s。無線通信系統(tǒng)應(yīng)提供不小于10 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，并可以與集裝箱站計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，應(yīng)能滿足區(qū)域內(nèi)視頻回傳、語音調(diào)度以及上網(wǎng)業(yè)務(wù)的覆蓋目標(biāo)。

無線網(wǎng)絡(luò)須覆蓋整個(gè)集裝箱站作業(yè)場，并提供冗余覆蓋，保證業(yè)務(wù)的安全、正常運(yùn)行?；镜倪x址應(yīng)避免因無線信號(hào)折射、反射和繞射產(chǎn)生的多徑干擾，防止頻率干擾以及信道間干擾。

系統(tǒng)應(yīng)保證傳輸數(shù)據(jù)的連續(xù)性，傳輸成功率應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)防止其他網(wǎng)絡(luò)終端接入集裝箱站無線通信系統(tǒng)。

系統(tǒng)有靈活的適應(yīng)能力和擴(kuò)展能力，以滿足各種集裝箱站的組網(wǎng)需求，便于將來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容、改造和升級(jí)等。系統(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)的伸縮性，滿足用戶添加、移動(dòng)和修改接入終端設(shè)備等需求。

2 WLAN系統(tǒng)

WLAN(Wireless Local Area Network無線局域網(wǎng))是利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)LAN(Local Area Network)的功能，能夠使用戶真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。WLAN開始是作為有線局域網(wǎng)的延伸，用來構(gòu)建辦公網(wǎng)絡(luò)。隨著應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，WLAN正逐漸從傳統(tǒng)意義上的局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展成為“公共無線局域網(wǎng)”，成為國際互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入手段。

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為滿足集裝箱站場區(qū)作業(yè)信息的實(shí)時(shí)采集與反饋，一般在鐵路集裝箱站采用“光纖骨干網(wǎng)絡(luò)+WLAN無線覆蓋接入網(wǎng)絡(luò)”的方案構(gòu)建鐵路集裝箱無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)信息的實(shí)時(shí)處理，徹底解決信息處理滯后于現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)度的矛盾。網(wǎng)絡(luò)覆蓋現(xiàn)場所有作業(yè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的實(shí)時(shí)指揮調(diào)度，建立以調(diào)度室為控制中心的作業(yè)體系，保證所有的作業(yè)操作都有記錄。

WLAN無線網(wǎng)絡(luò)由無線接入點(diǎn)AP、無線網(wǎng)卡和天線組成，采用基于光纖的100Base-F的鏈路接入到內(nèi)部局域網(wǎng)。一般在集裝箱站站場中心地帶的制高點(diǎn)架設(shè)天線。站場無線AP充分利用燈塔設(shè)施進(jìn)行架設(shè)，無線AP由主機(jī)房UPS提供電源。

鐵路集裝箱站W(wǎng)LAN無線基站AP通過光纜與中心網(wǎng)絡(luò)相連，車載終端、手持終端通過無線信號(hào)與無線基站相連，并最終與網(wǎng)絡(luò)中心的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)服務(wù)器相通，保證終端應(yīng)用軟件能夠與中心站管理信息系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)度管理。

2.2 組網(wǎng)方案

以天津新港北鐵路集裝箱站工程為例，由于全定向天線的AP信號(hào)覆蓋半徑為200 m左右，在貨場集裝箱作業(yè)區(qū)利用電力專業(yè)設(shè)置的高燈桿設(shè)置接入設(shè)備AP及發(fā)射天線共18套，在雜件作業(yè)區(qū)利用電力專業(yè)設(shè)置的高燈桿設(shè)置接入設(shè)備AP及發(fā)射天線共7套，在延伸的鐵路裝卸區(qū)利用電力專業(yè)設(shè)置的高燈桿設(shè)置接入設(shè)備AP及發(fā)射天線共20套。

在大型吊車、叉車、場內(nèi)集卡等裝卸機(jī)械的司機(jī)室內(nèi)設(shè)置車載終端，并為箱務(wù)管理員及門檢人員配置手持終端。

當(dāng)前鐵路集裝箱站管理信息系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)主要采用WLAN系統(tǒng)，然而隨著技術(shù)的更新發(fā)展及集裝箱站無線通信業(yè)務(wù)需求的不斷增加，WLAN已不能滿足集裝箱站視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)需要，其自身的缺點(diǎn)也影響了鐵路集裝箱站的業(yè)務(wù)安全，有必要根據(jù)集裝箱站無線通信需求，研究其他無線接入系統(tǒng)應(yīng)用于鐵路集裝箱站的可行性。McWiLL系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的新一代寬帶無線接入系統(tǒng)，有覆蓋范圍廣、高帶寬、高保密性、非視距傳輸?shù)葍?yōu)勢，適合在鐵路集裝箱站使用。

3 McWiLL系統(tǒng)

McWiLL(Multi-carrier Wireless information Local Loop)全稱是多載波無線信息本地環(huán)網(wǎng)。Mc-WiLL系統(tǒng)是基于SCDMA技術(shù)的寬帶無線接入系統(tǒng)，是我國具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的寬帶無線接入系統(tǒng)，它采用CS-OFDMA(碼擴(kuò)-正交頻分多址接入)技術(shù)、時(shí)隙可調(diào)的TDD(時(shí)分雙工)技術(shù)、增強(qiáng)型智能天線、軟件無線電、自適應(yīng)調(diào)制、快速聯(lián)合檢測和動(dòng)態(tài)信道分配等先進(jìn)的無線通信技術(shù)，能夠在5MHz頻率內(nèi)提供高達(dá)15.36 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，并同時(shí)提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種業(yè)務(wù)的綜合接入，具有覆蓋廣、容量大、高并發(fā)、易于擴(kuò)容的特點(diǎn)，適合在鐵路集裝箱站應(yīng)用。

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

McWiLL系統(tǒng)可為用戶提供訂制服務(wù)質(zhì)量的傳輸鏈路，如應(yīng)急通信、重要線路的備份、無線視頻監(jiān)控等。McWiLL系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 McWiLL系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.2 容量配置

集裝箱站無線通信主要解決視頻回傳、語音調(diào)度和用戶上網(wǎng)業(yè)務(wù)。以天津新港北鐵路集裝箱站工程為例，各業(yè)務(wù)所需帶寬分析如下。

1．視頻回傳。假設(shè)需要安裝約40個(gè)攝像頭，每個(gè)攝像頭需要實(shí)時(shí)進(jìn)行視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)回傳，每個(gè)攝像頭需要的傳輸帶寬是384 kb/s，40路視頻總共需要15.36 Mb/s的上行數(shù)據(jù)帶寬。

2．語音調(diào)度。假設(shè)100路調(diào)度設(shè)備在線，對(duì)于VoIP語音考慮到IP、UDP、RTP包頭開銷，每路語音需要帶寬為30 kb/s，100路語音需要上、下行帶寬分別為3 Mb/s。

3．上網(wǎng)用戶。假設(shè)有30個(gè)用戶同時(shí)上網(wǎng)，按照平均每用戶上行帶寬50 kb/s，下行250 kb/s進(jìn)行計(jì)算，30個(gè)用戶共需要上行帶寬為1.5 Mb/s，下行帶寬為7.5 Mb/s。

單個(gè)McWiLL基站能提供上、下行各75 Mb/s的傳輸帶寬，根據(jù)以上業(yè)務(wù)的需求，集裝箱站系統(tǒng)容量分析如表1所示。

表1 集裝箱站無線系統(tǒng)容量分析

從表1中可以看出，McWiLL系統(tǒng)容量滿足集裝箱站的規(guī)劃需求?？紤]到除了40路視頻回傳業(yè)務(wù)之外，還有數(shù)量比較大的語音調(diào)度需求，所以本系統(tǒng)的上、下行比例建議按照2：1進(jìn)行配置，保證各種業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 組網(wǎng)方案

集裝箱站堆場區(qū)一般長約1 km，寬約600 m，加上兩端的鐵路延伸線，長度約為2～3 km?；诩b箱站可靠性的需求，一般在集裝箱站內(nèi)設(shè)2個(gè)McWiLL基站。鐵路集裝箱站McWiLL系統(tǒng)組網(wǎng)方案如圖2所示。

圖2 McWiLL系統(tǒng)組網(wǎng)方案示意圖

在該組網(wǎng)方案中，McWiLL無線基站 (BTS)作為業(yè)務(wù)接入控制器向上分別與視頻監(jiān)控服務(wù)器、調(diào)度平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互?；鞠到y(tǒng)向下與各種終端設(shè)備通過系統(tǒng)內(nèi)部的無線接口進(jìn)行消息交互，保證終端應(yīng)用軟件能夠與節(jié)點(diǎn)站管理信息系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)調(diào)度、視頻監(jiān)控和無線上網(wǎng)等各種業(yè)務(wù)需求。

4 系統(tǒng)比較

WLAN系統(tǒng)與McWiLL系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，如表2所示。

通過表2可以看出，McWiLL系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)更適合在鐵路集裝箱站使用，雖然其使用的頻段仍需要向地方無線電管理委員會(huì)申請(qǐng)，但該頻段不是開放頻段，不會(huì)受到外來的干擾，可以保證集裝箱站各項(xiàng)無線通信業(yè)務(wù)的安全可靠。

隨著集裝箱站業(yè)務(wù)對(duì)無線通信需求的不斷增加，WLAN系統(tǒng)其性能和特點(diǎn)已不能滿足業(yè)務(wù)管理和視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)的需求?；赟CDMA技術(shù)的McWiLL系統(tǒng)屬于寬帶多媒體集群系統(tǒng)，具有站點(diǎn)布放少、抗干擾能力強(qiáng)、可同頻組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，較好地滿足了鐵路集裝箱站無線通信需求，McWiLL系統(tǒng)正以其獨(dú)特的優(yōu)勢在鐵路集裝箱站、編組站、煤礦和碼頭等地方得到越來越多的應(yīng)用，目前已成功的應(yīng)用在豐臺(tái)西編組站。McWiLL系統(tǒng)是我國完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線通信系統(tǒng)，符合我國鐵路推動(dòng)技術(shù)裝備國產(chǎn)化的決策部署。

表2 WLAN系統(tǒng)與McWiLL系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析表

(責(zé)任編輯：諸 紅)

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［5］邊銳杰，卜雷．鐵路集裝箱中心站管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［J］．物流科技，2003(2)：01－04．

Abstract:This paper analyzes the wireless communication requirements of the container station management information system，studies its network structure and WLAN scheme and McWiLL scheme，and compares the advantages and disadvantages of the two schemes，which offers a certain significance in guiding the engineering design and construction of wireless communication network within a railway container station．

Key words:WLAN;McWiLL;Railway container station;Wireless communication system

邢 軍：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 工程師 300251天津

2013-05-10