關(guān)于城市軌道交通地鐵行業(yè)LTE系統(tǒng)需求的探討

章艷津

摘 要：近幾年無線技術(shù)飛速發(fā)展，LTE系統(tǒng)在城市軌道交通中也在逐步推進，LTE技術(shù)是基于3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行開發(fā)創(chuàng)新的延伸。通常情況下LTE技術(shù)會被人誤解為4G技術(shù)，但事實上LTE只是介于3G和4G之間的過渡技術(shù)，如果按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)劃分LET技術(shù)屬于3.9G的范疇。將LTE技術(shù)運用在城市軌道交通信號系統(tǒng)中可以充分的發(fā)揮LET技術(shù)的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：LTE系統(tǒng)；城市軌道交通；需求

1 導(dǎo)言

隨著城市軌道交通地鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，建設(shè)者對于車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、穩(wěn)定性和及時性需求越來越迫切，同時，隨著通信3GPP技術(shù)的演進，LTE技術(shù)也逐漸成熟，那么LTE在城市軌道交通地鐵行業(yè)的應(yīng)用就成為必然。

LTE技術(shù)在城市軌道交通地鐵行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)有很多成功的經(jīng)驗，從這些建設(shè)經(jīng)驗中，我們可以了解到建設(shè)者對LTE系統(tǒng)的需求。

2 建設(shè)者對LTE系統(tǒng)的穩(wěn)定性有迫切的需求

LTE技術(shù)是在3GPP技術(shù)上長期演進而來的，LTE技術(shù)從3GPP技術(shù)上繼承了許多穩(wěn)定，可靠的優(yōu)良技術(shù)，技術(shù)穩(wěn)定成熟；同時，LTE技術(shù)，通過采用穩(wěn)定性算法，可以避免LTE系統(tǒng)吞吐率，丟包率，傳輸時延等重要指標(biāo)大幅度波動，降低由于指標(biāo)不穩(wěn)定導(dǎo)致的系統(tǒng)性功能異常。

2 建設(shè)者對LTE系統(tǒng)的安全性有嚴(yán)格要求

在地鐵建設(shè)中，建設(shè)者會面臨使用LTE系統(tǒng)承載CBTC業(yè)務(wù)的需求，由于CBTC數(shù)據(jù)安全性的考慮，LTE系統(tǒng)的安全性就備受關(guān)注。

3 LTE系統(tǒng)可以通過如下三種方式提高自身安全性。

3.1 專用頻率

地鐵LTE系統(tǒng)使用國家無線電委員會批準(zhǔn)的專用頻率，可在獲批頻率范圍內(nèi)合法使用頻率資源。LTE終端為針對性定制終端，其它LTE終端無法搜索該頻率且無法接入該網(wǎng)絡(luò)；

3.2 雙向鑒權(quán)

LTE終端在注冊網(wǎng)絡(luò)時，需將自己的key信息上報給核心網(wǎng)，核心網(wǎng)對該信息進行鑒權(quán)。同時核心網(wǎng)也會將自己的key信息發(fā)送給終端進行鑒權(quán)。只有當(dāng)雙向鑒權(quán)全部通過后，才允許終端接入網(wǎng)絡(luò)進行正常業(yè)務(wù)；

3.3 高加密算法

LTE網(wǎng)絡(luò)支持AES、Snow 3G和祖沖之加密算法，優(yōu)先采用祖沖之加密算法。祖沖之加密算法是中國自主設(shè)計的流密碼算法，被3GPPLTE采納為國際加密標(biāo)準(zhǔn)，即第四代移動通信加密標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于國防、電力、水利、公安等行業(yè)。

4 AES加密

AES的全稱是 Advanced Encryption Standard，即高級加密標(biāo)準(zhǔn)。相比前一代 DES加密算法，解決了DES密鑰過短而存在攻破的可能，目前可以用AES 128位的密鑰來加密數(shù)據(jù)可以保證極強的安全性。

對于 AES128加密算法，其128位長度的密鑰代表的隨機數(shù)可能性為 2 的 128 次冪或 3.4 乘以10的38次冪（即一共有38個0），如果假定：

5 Snow 3G加密

Snow 3G加密技術(shù)是字節(jié)流密碼加密技術(shù)。它在一個128位的密鑰和一個128位初始變量控制下產(chǎn)生每組以32位字為單位的流序列。使用這個流序列加密明文或者作為摘要對信息完整性進行比對。其工作流程分為2步，第一步初始化密鑰；第二步在時鐘周期的控制下產(chǎn)生流序列。

6 祖沖之加密

祖沖之加密算法是一個面向字的流密碼。它采用128位的初始密鑰作為輸入和一個128位的初始向量（IV），并輸出關(guān)于字的密鑰流（從而每32位被稱為一個密鑰字）。密鑰流可用于對信息進行加密/解密。祖沖之加密算法的執(zhí)行分為兩個階段：初始化階段和工作階段。在第一階段，密鑰和初始向量進行初始化，即不產(chǎn)生輸出。第二個階段是工作階段，在這個階段，每一個時鐘脈沖產(chǎn)生一個32比特的密鑰輸出。

7 建設(shè)者對LTE系統(tǒng)的經(jīng)濟性也尤為關(guān)注

在常規(guī)地鐵建設(shè)中，不同的車地?zé)o線系統(tǒng)分別建設(shè)自己獨立的車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，例如常規(guī)的車載PIS/IMS系統(tǒng)和CBTC系統(tǒng)就分別建設(shè)了三張車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，其中車載PIS/IMS獨立建設(shè)一套車地WLAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，CBTC系統(tǒng)分別建立一套車地紅網(wǎng)WLAN網(wǎng)絡(luò)和藍網(wǎng)WLAN網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)成本大增。

地鐵中使用LTE系統(tǒng)作為車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后，近期可以將車載PIS/IMS和CBTC的三張車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)整合成一張LTE網(wǎng)絡(luò)，中遠期可以與TETRA集群調(diào)度系、地鐵公安無及政務(wù)無線共用漏纜，遠期還可以使用LTE系統(tǒng)的集群調(diào)度功能，與民用通信公共漏纜等方式，這樣做都可以提高各系統(tǒng)間的集成度，減少不同系統(tǒng)間的重復(fù)投資，降低業(yè)主的建設(shè)成本。

8 建設(shè)者對LTE系統(tǒng)的便捷性也有很大需求

LTE技術(shù)在3GPP技術(shù)的基礎(chǔ)上演進，系統(tǒng)設(shè)備的集成度被大幅度提升，將一些功能單一但體積龐大的設(shè)備與其他設(shè)備集成，減少了設(shè)備數(shù)量，同時整個系統(tǒng)采用扁平化的設(shè)計原則，減少了中間環(huán)節(jié)設(shè)備，使整個系統(tǒng)的組成更加簡潔，從而降低了安裝難度，方便施工進場安裝。

LTE系統(tǒng)采用全IP技術(shù)設(shè)計，在數(shù)字化高度發(fā)達的今天，與其他系統(tǒng)的對接更加便捷，更加準(zhǔn)確，在整個系統(tǒng)內(nèi)、外部的調(diào)試過程中更加簡單，為地鐵建設(shè)節(jié)省了大量的調(diào)試時間，為后續(xù)試運行創(chuàng)造更有利的條件。

9 結(jié)論

總之，LTE技術(shù)在城市軌道交通地鐵行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景，隨著地鐵行業(yè)的發(fā)展，乘客及運營人員使用需求的不斷提高，LTE技術(shù)必將會發(fā)揮其更加重要的作用。

參考文獻

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[2]賈萍，徐淑鵬.TDD-LTE技術(shù)在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2015，（12）：113-116.

（作者單位：河北遠東通信系統(tǒng)工程有限公司；

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