4G皮基站在取消省界收費站部站傳輸網絡系統(tǒng)中的優(yōu)化應用

摘要：文章針對部站傳輸網絡存在的問題，提出引入4G皮基站，解決原傳輸系統(tǒng)中存在的不足，確保在各類復雜環(huán)境中，及時將數(shù)據(jù)準確地上傳到部中心。該方法在百色35個收費站推廣使用后，解決了大部分收費站附近運營商基站信號不穩(wěn)定造成數(shù)據(jù)上傳不及時的問題，大大提高了工作效率。

關鍵詞：高速公路網；聯(lián)網運營；部站傳輸網絡；4G皮基站

中圖分類號：U412.36+6 A 55 181 2

0 引言

取消高速公路省界收費站工程實施并網切換成功后，實行自由流分段收費，極大地提高了車道服務能力，減少了收費人員的配置，大大降低了收費公路運營成本，經濟和社會綜合效益呈明顯遞增趨勢，路網規(guī)模效益進一步顯現(xiàn)。取消高速公路省界收費站，實現(xiàn)不停車快捷收費，需要對現(xiàn)有的收費站、收費車道、ETC系統(tǒng)硬件及軟件進行改造升級。在建設新系統(tǒng)、部署新設備時，高速公路聯(lián)網收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也需要同步規(guī)劃，實現(xiàn)ETC門架、收費站、路段中心、省聯(lián)網中心和部聯(lián)網中心的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和穩(wěn)定快速的數(shù)據(jù)傳輸，是規(guī)劃的重點。

1 高速公路部站傳輸網絡系統(tǒng)現(xiàn)狀

高速公路數(shù)據(jù)網絡組網方式主要依托高速公路沿線布設的骨干網絡，將沿線所有門架、收費站、路段中心、視頻攝像機等與相關業(yè)務系統(tǒng)進行對接，同時連接到各省路段中心和聯(lián)網中心。聯(lián)網收費系統(tǒng)總體架構由全國收費公路聯(lián)網結算管理中心（以下簡稱“全國中心”）、省（區(qū)、市）聯(lián)網結算管理中心（以下簡稱“省聯(lián)網中心”，含具有清分結算功能的區(qū)域及路段中心）、省內區(qū)域/路段中心、ETC門架、收費站、收費車道（MTC車道、ETC車道）等組成。為保證數(shù)據(jù)實時傳輸，ETC門架和收費站到省聯(lián)網中心、全國中心采用主備雙鏈路，主用鏈路采用省內現(xiàn)有收費通信網絡，備份通信鏈路可采用運營商專線網絡（或現(xiàn)有全國高速公路信息通信干線傳輸系統(tǒng)網絡），省聯(lián)網中心到全國中心復用已有跨省清分結算通信鏈路。為加強聯(lián)網收費系統(tǒng)運行監(jiān)測，應建立全國中心與收費站、ETC門架的直連鏈路［1］。目前部-省-站、部-站之間的網絡傳輸采取有線通信和移動通信專網（如4GVPDN）相結合的方式，收費站傳輸至省聯(lián)網中心的業(yè)務數(shù)據(jù)使用現(xiàn)有的光纜傳輸，傳輸至交通運輸部的數(shù)據(jù)是通過安裝在收費站機房內的4G路由器利用公用LTE網絡傳輸?shù)摹?/p>

2 部站傳輸網絡存在的問題

目前部站傳輸網絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是通過在機房的4G路由器，利用收費站機房附近的運營商4G基站進行撥號聯(lián)網，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線遠距離傳輸至交通運輸部［2］。由于大部分收費站位于偏僻地區(qū)，運營商基站多建于山上，供電線路、傳輸光纜長，基站設施正常運行易受異常天氣、基站停電、設備故障等多方面的因素影響，造成基站信號波動，導致4G無線傳輸網絡不穩(wěn)定，這不僅影響部站數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和準確性，同時也使收費站的網絡維護工作十分被動。

2.1 氣候影響

收費站的數(shù)據(jù)經機房里的4G路由器，通過電磁波將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇倪\營商信號基站，再由基站將信號上傳到交通運輸部，4G信號的強弱對數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性、及時性有很大影響。在雨天、雪天、霧天等這些氣候條件下，由于空氣中水密度變大，導致電磁波傳輸衰減變大，產生一些折射、衍射、散射等現(xiàn)象，信號到達基站的強度隨之變差；而持續(xù)的高溫天氣則會導致大氣波導增加，信號也可能會受到干擾［3］；遇到臺風等氣候時，還易導致信號基站傳輸光纜中斷。

2.2 基站光纜損壞

運營商在鄉(xiāng)村的基站多位于山上，傳輸光纜穿越山林，山林的動物也會對光纜造成破壞，導致傳輸中斷。

2.3 電力供應中斷

運營商基站供電系統(tǒng)由當?shù)毓╇姴块T提供，發(fā)生停電狀況時，雖然基站有UPS等后備電源供電，但是因未備有柴油發(fā)電機組，出現(xiàn)長時間停電后，UPS蓄電池電能用完，基站也無法正常運行，導致部站信號無法聯(lián)通，影響相關數(shù)據(jù)指標上傳及時性。

2.4 設備故障

部站網絡傳輸設施故障，無法自動切換備用鏈路，或運營商基站設施發(fā)生故障等，都會影響部站傳輸網絡，使部站數(shù)據(jù)無法正常傳輸。

2.5 維護困難

部站網絡數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題后，原因排查困難。由于收費站自身的設施和運營商基站設施分屬不同的單位運維管理，協(xié)調溝通耗時久，且運營商基站多位于山上，無人值守，排查耗時耗力。待問題原因排查清楚并解決后，部站數(shù)據(jù)已經積壓很多，遠遠超過服務規(guī)程要求的時限。

3 4G皮基站的優(yōu)點

皮基站即Pico Site，也簡稱皮站，是一種比微基站更小的基站，為了體現(xiàn)級別差距，用了Pico（微微）這個詞。根據(jù)3GPP組織的規(guī)則，無線基站分為四類，分別是宏基站、微基站、皮基站和飛基站［4］。皮基站分為一體化皮基站和擴展型皮基站，還有單載頻、雙載頻之分，通常由基帶單元（BBU）、集線器單元（RHUB）、射頻拉遠單元（pRRU）組成。

4G皮基站在取消省界收費站部站傳輸網絡系統(tǒng)中的優(yōu)化應用/黃柳盛

3.1 節(jié)約成本

4G皮基站體積小，安裝方便、節(jié)約空間，可充分利用現(xiàn)有的機柜空間資源，大幅降低項目安裝成本；采用網線（傳統(tǒng)室內分機是饋線）連接，減少了很多機房配套設施，材料成本大幅降低；工程實施周期短、安裝快速便捷、人工成本也大幅降低。

3.2 傳輸網絡穩(wěn)定

傳統(tǒng)基站，從BBU到核心網，使用像PTN這樣的專門的承載網絡。但是皮基站除了PTN之外，可以通過GPON或其他Internet連接，與核心網絡相連，皮基站支持MIMO多天線技術，容量更高，能夠滿足熱點區(qū)域覆蓋［5］。

3.3 易于維護

皮基站可以接入運營商的網絡管理系統(tǒng)，支持每一級的狀態(tài)監(jiān)控，有問題更容易排查，易于維護。

4 4G皮基站優(yōu)化應用成效

在各收費站機房安裝4G皮基站，可解決收費站4G網絡信號波動問題，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸網絡，提升收費數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，保障收費數(shù)據(jù)的傳輸能夠滿足交通運輸部的要求。

4.1 降低外部因素對信號傳輸?shù)挠绊?/p>

4G皮基站安裝在收費站機房內，只需要從接近城市、4G信號穩(wěn)定的收費站接入運營商的網絡，使用各收費站之間原有的光纜，就能將4G信號傳輸?shù)降靥幤h的收費站，部站數(shù)據(jù)不再通過基站傳輸，不再受基站設施影響，大幅度降低了外部因素對部站數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

4.2 增強4G信號的穩(wěn)定性

機房內的4G路由器能夠近距離接收皮基站的4G網絡信號，提升信號強度并穩(wěn)定4G信號。在收費站機房安裝好皮基站后，機房4G信號由原來的-98 dbm提高到-45 dbm，信號強度最強且持續(xù)保持穩(wěn)定，信號覆蓋強度達到等級1，

完全能夠滿足收費數(shù)據(jù)的傳輸需求。

4.3 增強設備運行穩(wěn)定性

4G皮基站連接收費站機房內的UPS電源，不再受天氣、光纜等原因影響，若供電部門的電力線路停電造成收費站停電，收費站自備有柴油發(fā)電機組，能夠長時間提供電源，也不會影響收費站機房設施，部站數(shù)據(jù)也能夠正常傳輸。

4.4 縮短故障排查時限

4G皮基站可提供數(shù)據(jù)運行監(jiān)控功能，在部站數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)異?；虿患皶r的情況下，機電維護人員從后臺訪問就能查找問題原因，根據(jù)原因分析設備狀態(tài)，有針對性地采取措施，無須耗費人力對各個相關設施進行排查，縮短了故障排查時限，減少數(shù)據(jù)積壓數(shù)量和時長，符合運營服務規(guī)程的相關要求。

4.5 節(jié)約運維成本

4G皮基站安裝在收費站機房內，收費數(shù)據(jù)通過皮基站可以就近傳輸，通過較小投入就能解決數(shù)據(jù)傳輸及時性問題。機電維護人員針對上傳不及時、準確性有異議的數(shù)據(jù)，可以通過遠程訪問皮基站的監(jiān)控狀態(tài)，掌握問題原因，提出解決方案，不需要再到機房內排查和聯(lián)系運營商人員共同處理，減少了人力物力成本。

5 推廣效益顯著

4G皮基站在百色35個收費站推廣后，有效解決了百色大部分收費站附近運營商基站信號不穩(wěn)定造成數(shù)據(jù)上傳不及時的問題，保證了數(shù)據(jù)上傳的及時性和準確性，大大提高了工作效率。

6 結語

安裝4G皮基站后，優(yōu)化了原部站網絡傳輸系統(tǒng)，增加了收費站數(shù)據(jù)部站傳輸網絡系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸路徑，其通過專用光纜接入市區(qū)運營商運行穩(wěn)定的機房，破解了4G信號不穩(wěn)定難題，確保收費數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性，為高速公路“一張網”后的數(shù)據(jù)傳輸提供了有力保障。

參考文獻

［1］交通運輸部.取消高速公路省界收費站總體技術方案［Z］.2020.

［2］徐東彬，王 倩，何培舟.取消高速公路省界收費站跨省域聯(lián)網方案研究［J］.中國交通信息化，2019（12）：90-94.

［3］郭子英.取消高速公路省界收費站相關技術探討［J］.中國交通信息化，2018（11）：76-80.

［4］李 闖.全國聯(lián)網后高速公路運營中存在的問題及對策分析——以C省為例［J］.南方論刊，2020（7）：65-66，72.

［5］戴劍軍，彭 巍，傅 達，等.ETC門架智慧運維關鍵技術及應用［J］.湖南交通科技，2020，46（2）：124-128.

收稿日期：2022-11-16