CRH380B動車組千兆網(wǎng)關/萬兆網(wǎng)關車載數(shù)據(jù)車地高速轉儲技術測試研究

楊梁崇 王杰 王曉世 詹玉平 王博

摘 要 車載數(shù)據(jù)下載轉儲是動車必備技術，5G能夠實現(xiàn)段內(nèi)/站內(nèi)等列車低速移動或短暫停留場景下，自動完成列車數(shù)據(jù)高速轉儲;從而降低人力成本，減少人為因素導致的數(shù)據(jù)丟失，保證車載數(shù)據(jù)完整、安全、高效地轉儲至地面存儲中心。5G技術可拓展性強，具有可持續(xù)性長足發(fā)展?jié)摿?。當前計算機智能算法功能強大，利用人工智能技術可獲得實時監(jiān)測，完成專家系統(tǒng)的故障診斷及預測，評估系統(tǒng)未來的健康狀態(tài)、提出維修維護建議。

關鍵詞 CRH380B動車組 車載數(shù)據(jù) 高速轉儲 車載TAU 軌旁RBS

中圖分類號：U27;TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）03-0007-04

1 前言

車載數(shù)據(jù)下載轉儲是動車必備技術[1-2]，當入庫后，存儲的數(shù)據(jù)會被提取，并在分析設備上（通常是PC機并附帶有特定軟件）進行轉儲操作[3-5]。這種操作屬于人工下載方式，其操作控制時間大概半小時，傳輸方式采用串行通信方式，即按位傳輸。數(shù)據(jù)下載量較大時（20組統(tǒng)計），可能會經(jīng)過9小時左右的時長。人工下載完成后，接著數(shù)據(jù)中心對這些數(shù)據(jù)進行智能分析。然而，轉儲方式也有其缺點和局限性：人工進行轉儲帶來的人工費用較高，不經(jīng)濟，且花費大量時間，浪費人力物力，生產(chǎn)率較低等問題，使其不切實際[6]。此外，非智能化帶來的另一個問題是數(shù)據(jù)安全性無法得到保證，而且串口和網(wǎng)口相關設備極易損壞，因此，需要找到一種新的數(shù)據(jù)轉儲技術來提升經(jīng)濟性。

2 測試研究

本研究測試試點為中國鐵路蘭州局集團有限公司蘭州西動車，通過CRH380B/CRH5G型的動車組來開展試驗并進行測試，以獲知本方法獲得數(shù)據(jù)的可行性。測試準備階段，首先設備需要到位，例如車載Airflash天線、車載網(wǎng)關、軌旁基站、轉存服務器、萬兆光口網(wǎng)卡、萬兆口交換機等必備設備。然后準備好數(shù)據(jù)下載并考慮適合各種應用接口下的人工轉儲方案，即5G車地高速轉儲。這種通信系統(tǒng)共兩個網(wǎng)絡融合協(xié)同，既有車載網(wǎng)絡，也有地面網(wǎng)絡。5G基站和高速緩存及回傳網(wǎng)絡屬于地面網(wǎng)絡，車載業(yè)務設備，車載網(wǎng)關及5G車載設備則屬于車載網(wǎng)絡。在CRH5G型的動車組試驗中，如果動車處于車庫檢修狀態(tài)，那么使用5G設備能夠完成高速高效無線傳輸，數(shù)據(jù)中心在獲得數(shù)據(jù)后進行智能專家診斷分析，不但可以監(jiān)控當前可能存在的故障，還可以預測未來各類故障的概率，評價健康狀態(tài)進而為其維修及維護提供基礎參考，加快維修工作進度，進而實現(xiàn)高效及時的決策和管理調(diào)度，實現(xiàn)智能化高效運維。

3 通信類型

AirFlash這款測試產(chǎn)品能夠接收和發(fā)送高頻毫米波為60赫茲，這種高頻毫米波從頻率來看，屬于帶寬較大的波[7]，在傳輸過程中對很多民用設施造成的干擾很較小。鑒于無線通信的特點，即傳輸距離短，這就使得其應用受到很大制約，無法進一步得到拓展。但車地站場的傳輸距離小，剛好符合無線通信這一特性，而使用無線通信的另一個好處就是防止信號泄露。

LTE系統(tǒng)應用頻繁，它的特點是波長較長，因而頻段較低，這使得天線單元數(shù)量較少。為了能夠使用多天線技術來提升通信質(zhì)量，可將天線尺寸做成毫米級，這樣波長變短，能夠進一步達到5G毫米波的頻段。當多天線實現(xiàn)時，信號實現(xiàn)了同向疊加，因此，被接收一端可以接收高強度高陣列增益的信號。此外，這種方案可以帶來窄波速的優(yōu)勢，能夠有效降低干擾，同理可使得天線抑制增益增大。

毫米波與多天線融合實現(xiàn)時，需采用熟悉的有源相控方式，便于控制波束，最終還可以實現(xiàn)所謂的波束賦形，也就是熟知的BF。天線單元的信號其幅值與相位皆可被陣列天線控制，以致于可以得到帶有指向性的能夠被增強的波束，目的就是為了抗干擾，降低無線傳播帶來的各類損耗。

4 動車組車載數(shù)據(jù)車地高速轉儲技術測試

4.1 測試產(chǎn)品

測試產(chǎn)品包括AirflashRBS軌旁基站、AirflashTAU車載終端、千兆車載網(wǎng)關、萬兆車載網(wǎng)關，分別如圖1-圖4所示。

4.2 測試方案

4.2.1 測試組網(wǎng)

設置在動車電氣箱內(nèi)的用于為該裝置提供電源和傳輸數(shù)據(jù)的車載網(wǎng)關（1）;設置在動車上車頭內(nèi)部的車載終端（2），車載終端（2）的輸入端通過電纜接車載網(wǎng)關（1）的輸出端;用于接收車載終端（2）發(fā)出的車載數(shù)據(jù)的軌旁基站（3）;用于為軌旁基站（3）提供電源的POE電源（5），POE電源（5）的輸出端接軌旁基站（3）的輸入端;設置在地面的用于接收軌旁基站（3）發(fā)出的車載數(shù)據(jù)的地面存儲服務器（4），地面存儲服務器（4）的輸入端通過萬兆光纖接軌旁基站（3）的輸出端，如圖5所示。

4.2.2 部署環(huán)境

基于千兆車載網(wǎng)關的CRH380B型動車組車載數(shù)據(jù)轉儲測試：千兆車載網(wǎng)關+TAU+RBS+千兆接口筆記本;

基于萬兆車載網(wǎng)關的CRH380B型動車組車載數(shù)據(jù)轉儲測試：萬兆車載網(wǎng)關+TAU+RBS+萬兆地面存儲服務器。

4.2.3 測試內(nèi)容

通過傳輸不同大小數(shù)據(jù)750MB、1GB、3GB、6GB測試傳輸速率。

4.2.4 千兆車載網(wǎng)關測試過程

千兆車載網(wǎng)關發(fā)放750MB數(shù)據(jù)，軌旁基站側接收耗時13s。

千兆車載網(wǎng)關發(fā)放1G數(shù)據(jù)，軌旁基站側接收耗時18s。

千兆車載網(wǎng)關發(fā)放3G數(shù)據(jù)，軌旁基站側接收耗時53s。

千兆車載網(wǎng)關發(fā)放6G數(shù)據(jù)，軌旁基站側接收耗時111s。

4.2.5 萬兆車載網(wǎng)關測試過程

萬兆車載網(wǎng)關發(fā)放750MB數(shù)據(jù)，軌旁基站側接收耗時5s。

萬兆車載網(wǎng)關發(fā)放1G數(shù)據(jù)，軌旁基站側接收耗時8s。

萬兆車載網(wǎng)關發(fā)放3G數(shù)據(jù)，軌旁基站側接收耗時27s。

萬兆車載網(wǎng)關發(fā)放6G數(shù)據(jù)，軌旁基站側接收耗時48s。

4.2.6 測試結果

千兆車載網(wǎng)關設備測試結果和萬兆車載網(wǎng)關設備測試結果分別如表1、表2所示：

5 結論

結合現(xiàn)場測試結果，本研究獲得的技術在使用萬兆車載網(wǎng)關情況下，傳輸速率能達到1.3Gbps，具備高速高效安全傳輸數(shù)據(jù)條件。本方法獲得數(shù)據(jù)能夠通過智能專家診斷分析系統(tǒng)進行處理，不但可以監(jiān)控當前可能存在的故障，還可以預測未來各類故障的概率，評價健康狀態(tài)進而為維修及其維護提供基礎參考，加快維修工作進度，進而實現(xiàn)高效及時的決策和管理調(diào)度，實現(xiàn)智能化高效運維。

參考文獻：

[1] 趙建博，孫曉東，李彤.面向高速動車組靜態(tài)調(diào)試的車載數(shù)據(jù)無線采集系統(tǒng)的研究[J].中國設備工程，2019（03）：147-148.

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