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基于TD-LTE的轨道交通车地多业务融合通信系统方案

需求背景

城市轨道交通作为一种稳定高效的公共交通方式,近几年在全国各大城市正稳步推进建设。而针对地铁的监测控制方式以及业务应用也不断推陈出新,例如列车自控系统CBTC(基于通信的列车自动控制系统)、CCTV(视频监控系统)、PIS(乘客信息系统)、列车无线调度等系统都在逐步采用LTE无线通信系统实现数据的传输和交互。但由于地铁隧道空间狭小,列车行驶速度很快,对于无线通信系统来说会面临多径干扰、信号快衰落等极其不利的条件,因此需要针对地铁的恶劣环境进行定制开发,使得无线通信系统符合地铁实际的应用要求。

博特数通面向轨道交通行业专业定制的TAU机车设备,可以独立承载CBTC(地铁列控)、CCTV(视频监控)和PIS(乘客信息系统)三大列车业务。支持LTE QoS机制,支持VRRP双机热备技术,双SIM卡备份和A/B网切换确保数据传输的安全、可靠。同时,独有的列控“黑匣子”功能,实现了对CBTC数据的存储,为列控数据的告警及分析提供了更有利的保障。


解决方案

方案设计为在中心机房布置核心网,在车站站台及隧道内布置基站,站台采用天线、隧道内采用铺设漏缆进行LTE信号覆盖。保证LTE信号对列车运行的整个区间进行全方位、无死角覆盖。最大限度的保证了列车的正常、平稳运行。

车载TAU终端布置在列车的车头和车尾各一台,两台TAU之间通过VRRP协议实现热备份。正常情况下两台设备均运行,一台为主设备,一台为辅设备。正常情况下,数据经由主TAU转发数据,实现车地通信。当主TAU发生故障宕机或链路断开时,数据立即由辅TAU进行转发,保证了数据不会中断。同时,每一台TAU还支持双SIM卡切换和A/B网切换。当LTE网络发生故障时,可以通过切换接入的SIM卡或切换接入网络,实现控制中心与列车的通信,保证车地通信不会出现中断。

车载TAU通过车载交换机与列车的LCD控制器和车载摄像头相连,通过LTE网络实时上传摄像头采集的数据,并接收控制中心下发的组播数据到每一个车载大屏上。实现PIS和CCTV业务。

车载TAU还支持列控“黑匣子”功能,可以对CBTC数据进行实时存储。由于CBTC数据的正常传输对列车的安全运行十分重要。所以TAU采用了QoS机制满足在车地通信过程中CBTC数据传输的带宽保证。同时,在CBTC数据传输的过程中,TAU会对每一条与CBTC相关的原始数据包进行存储,相当于列车控制的“黑匣子”功能。当列车控制发生异常时,可以通过“黑匣子”内的数据进行分析。

 

系统网络拓扑图

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方案特点

1.单台设备承载CBTC、CCTV、PIS三大业务;

2.首次使用LTE网络承载CBTC业务;

3.使用LTE 1。8G频段进行数据传输,专用频段,干扰小,符合LTE-M标准;

4.支持PIS组播业务;

5.支持VRRP双机热备;

6.支持双SIM卡备份和A/B网切换;

7.支CBTC数据存储功能。

 

方案中核心设备TAU介绍

方案中的核心设备是博特(BETTERLTE)公司自主研发的面向轨道交通行业专业定制的TAU机车设备。设备可以独立承载CBTC(地铁列控)、CCTV(视频监控)和PIS(乘客信息系统)三大列车业务。通过最先进的TD-LTE技术实现车地通信,满足最新的LTE-M标准,支持上行50Mbps/下行100Mbps的高带宽要求;针对地铁应用开发的单播、组播以及基于LTE的QoS机制、扩展的VRRP技术、双SIM卡备份、A/B网切换确保了应用的高效、实时、安全、可靠。同时,独有的列控“黑匣子”功能,实现了对CBTC数据的存储,为列控数据的告警及分析提供了更有利的保障。


TAU外观图

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产品特点

专业硬件设计:地铁专用DC110V电源输入、通信接口采用航插设计、专业抗震抗冲击结构设计,满足轨道交通严苛的工作环境。

专业功能设计:支持上行单播、下行组播功能;支持路由转发,实现应用中心到业务终端的实地址访问;支持基于LTE的多级QoS,确保列控业务的最高优先级。

高速无线传输:产品基于4G TD-LTE国际标准,支持最大传输速率为DL:100Mbps、UL:50Mbps,支持双天线MIMO技术,下行MIMO传输支持TM1/2/3/4/7/8模式,上行传输支持单天线端口传输模式。

高可靠性:采用软件看门狗和硬件看门狗双重保护,提供多级链路检测机制和故障自动恢复机制,提供基于VRRP的主备切换和双SIM卡切换,支持A/B网切换。支持CBTC数据存储。

高安全性:支持GRE、L2TP及IPsec 等VPN功能。

易于维护:支持OMC集中管理、一键复位;设备免配置;可支持远程自动软件升级,无需更换硬件,无需手工操作终端,就可添加新功能。

定制开发:可根据行业要求定制开发功能。

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