基于AirFlash 5G技术的车地高速转储系统在城市轨道交通列车上的应用.pdf
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1、第5期2 0 2 3年9月N o.5S e p t.2 0 2 3运用检修文章编号:2 0 9 7-0 3 6 6(2 0 2 3)0 5-0 0 6 7-0 6基于A i r F l a s h 5 G技术的车地高速转储系统在城市轨道交通列车上的应用张广吉,田宗举,高会永(中车青岛四方车辆研究所有限公司,山东 青岛 2 6 6 0 3 1)摘 要:轨道交通是国民经济和社会发展的战略性产业,是实施交通强国战略的重要支撑。新中国成立以来,我国轨道交通装备产业的发展取得了长足进步,特别是党的十八大以来,轨道交通装备产业自主创新步伐不断加快,实时以太网控车技术应用于轨道列车,车载设备的数字化和智能化
2、水平飞速发展,使得车载控制数据、故障数据及健康管理数据呈指数级增长。伴随着大数据、数据挖掘技术的日益成熟,车载数据变得尤为重要,如何快速安全地实现车地数据转储成为一个新课题。本文阐述了基于A i r F l a s h 5 G技术的车地高速转储系统的组成、硬件方案及在城市轨道交通列车上的应用,该技术在城市轨道交通行业的应用可促进城市轨道交通行业加快应用5 G技术,完成数字化转型,提升城市轨道交通行业的维保效率和数据安全。关键词:A i r F l a s h;5 G;毫米波;车地高速转储;城市轨道交通中图分类号:U 2 8 5.4 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s
3、 s n.2 0 9 7-0 3 6 6.2 0 2 3.0 5.0 1 3A p p l i c a t i o n o f A i r F l a s h 5 G T e c h n o l o g y-b a s e d V e h i c l e-g r o u n d H i g h-s p e e d D u m p S y s t e m o n U r b a n R a i l T r a n s i t T r a i n sZ HANG G u a n g j i,T I AN Z o n g j u,GAO H u i y o n g(C R R C Q i n g d
4、 a o S i f a n g R o l l i n g S t o c k R e s e a r c h I n s t i t u t e C o.,L t d.,Q i n g d a o 2 6 6 0 3 1,C h i n a)A b s t r a c t:R a i l t r a n s i t i s a s t r a t e g i c i n d u s t r y f o r n a t i o n a l e c o n o m i c a n d s o c i a l d e v e l o p m e n t,a n d a n i m p o r t
5、 a n t s u p p o r t f o r i m p l e m e n t i n g t h e s t r a t e g y o f a c o u n t r y w i t h s t r o n g t r a n s p o r t a t i o n n e t w o r k.S i n c e t h e f o u n d i n g o f N e w C h i n a,g r e a t s t r i d e h a s b e e n m a d e i n t h e d e v e l o p m e n t o f C h i n a s r
6、 a i l t r a n s i t e q u i p m e n t i n d u s t r y.E s p e c i a l l y s i n c e t h e 1 8 t h N a t i o n a l C o n g r e s s o f t h e C o mm u n i s t P a r t y o f C h i n a,t h e p a c e o f i n d e p e n d e n t i n n o v a t i o n o f t h e i n d u s t r y h a s b e e n a c c e l e r a t
7、i n g.D u e t o t h e a p p l i c a t i o n o f r e a l-t i m e E t h e r n e t v e h i c l e c o n t r o l t e c h n o l o g y o n r a i l t r a i n s,t h e d i g i t a l a n d i n t e l l i g e n t l e v e l s o f o n-b o a r d e q u i p m e n t h a v e d e v e l o p e d r a p i d l y,w h i c h m
8、a k e s t h e o n-b o a r d c o n t r o l d a t a,f a u l t d a t a a n d h e a l t h m a n a g e m e n t d a t a g r o w e x p o n e n t i a l l y.A l o n g w i t h t h e m a t u r i t y o f b i g d a t a a n d d a t a m i n i n g t e c h n o l o g y,o n-b o a r d d a t a h a s b e c o m e p a r t
9、i c u l a r l y i m p o r t a n t.H o w t o q u i c k l y a n d s a f e l y r e a l i z e t h e v e h i c l e-t o-g r o u n d d a t a d u m p h a s b e c o m e a n e w t o p i c.T h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e c o m p o s i t i o n,h a r d w a r e s c h e m e a n d a p p l i c a t i o n o
10、f t h e v e h i c l e-g r o u n d h i g h-s p e e d d u m p s y s t e m b a s e d o n A i r F l a s h 5 G t e c h n o l o g y i n u r b a n r a i l t r a n s i t.T h e a p p l i c a t i o n o f t h i s t e c h n o l o g y c a n p r o m o t e t h e u r b a n r a i l t r a n s i t i n d u s t r y t o
11、a c c e l e r a t e t h e a p p l i c a t i o n o f 5 G t e c h n o l o g y,c o m p l e t e d i g i t a l t r a n s f o r m a t i o n,a n d i m p r o v e t h e m a i n t e n a n c e e f f i c i e n c y a n d d a t a s e c u r i t y o f u r b a n r a i l t r a n s i t i n d u s t r y.K e y w o r d s:
12、A i r F l a s h;5 G;m i l l i m e t e r w a v e;v e h i c l e-g r o u n d h i g h-s p e e d d u m p;u r b a n r a i l t r a n s i t收稿日期:2 0 2 2-0 9-0 6第一作者:张广吉(1 9 9 0),男,工程师。随着工业实时以太网作为控车网络在高铁及城市轨道交通列车上的逐渐应用,传统MV B控车网络传输带宽较小的问题得以解决1,工业实时以太网网络总线传输速率可达到1 0 0 M b i t/s或1 0 0 0 M b i t/s,因其通信速率高、大带宽的特点
13、,多网融合、智能运维、健康管理等也逐渐在列车上应用,但随之产生的大量运行数据、故障数据及视频数据如何实现车地转储成为急需解决的问题2。以往的车地数据转储工作需要等列车回库以后,由运 维 人 员 通 过U盘 或 笔 记 本 便 携 式 测 试 单 元第6 0卷第5期2 0 2 3年9月(P o r t a b l e T e s t i n g U n i t,P TU)拷贝的形式,将车载数据带回到数据中心,手动上传至服务器。每列车有多个系统的数据需要下载,包括运行数据、故障数据及视频数据等,全部下载大约需要半个小时,另外,人工下载存在错下误下、存储介质丢失的隐患,大大降低了运维效率和数据安全。
14、但随着5 G通信技术的应用,结合最新的5 G技术,A i r F l a s h 5 G技术为车地数据转储提供了新的解决方案3。A i r F l a s h 5 G技术使用最新5 G毫米波移动通信技术,基于端到端的全新通信体系架构,采用全新毫米波频段、多天线、波束赋型等先进技术,具有超高宽带、超低时延、多连接等特性4-6。城市轨道交通列车车地数据转储系统利用A i r F l a s h 5 G技术可以实现车地设备自动链接、自动身份认证、自动加密、自动上传等,实现车 载 数 据 的 自 动 下 载,其 最 大 传 输 速 率 可 高 达1.7 G b p s。1 技术背景既有列车车地数据转储
15、的方式有人工转储、4 G/5 G移动网络实时转储、WL AN转储及A i r F l a s h 5 G转储,以上转储方式优缺点对比如表1所示,人工转储需要人工全程参与车载数据的下载、上传等工作,造成运维成本高昂。4 G/5 G移动网络实时转储虽然实时性比较高,但全寿命周期3 0年的流量费用导致运维成本高昂,并且是以公网作为传输通道载体,安全性较低。WL AN转储因其传输速度、覆盖区域的限制,需要铺设多个WL AN天线覆盖库内全部区域,造成铺设成本较高。A i r F l a s h 5 G转储最大传输速率超过1.7 G b p s,可仅在咽喉区域布置2台地面无线电基站(R a d i o B
16、 a s e S t a t i o n,R B S),在列车低速通过时接收车载数据,实现车地数据转储7。通过对比可知,A i r-F l a s h 5 G转储在铺设成本、运维成本、安全性等方面具有明显优势,在实时性方面低于4 G/5 G移动网络实时转储,但高于人工转储、WL AN转储。表1 转储方式优缺点转储方式铺设成本运维成本安全性实时性人工转储低高高低4 G/5 G移动网络实时转储低高低高WL AN转储高低低低A i r F l a s h 5 G转储低低高中2 技术方案A i r F l a s h 5 G车地转储系统分为车载部分及地面部分。车载部分包括车载网关和车载终端接入单元(T
17、 e r m i n a l A c c e s s U n i t,T AU)天线,地面部分包括地面R B S基站和地面数据中心,配置清单如表2所示,其中车载T AU天线和地面R B S基站使用华为公司产品,车载网关和地面数据中心为中车四方所研发设计产品。表2 配置清单位置设备名称数量备注车载车载网关12需根据网络拓扑确定车载T AU天线12需根据网络拓扑确定千兆以太网线、百兆以太网线缆(或 MV B线缆)若干地面轨旁R B S基站(含供电套件)2光纤线缆若干数据中心防火墙1套高性能大容量服务器1套交换机视情况配置 A i r F l a s h 5 G车地转储系统数据流示意图如图1所示。车
18、载网关主要实现车载数据如运行数据、故障数据及视频数据的采集、缓存及整理功能,如当前列车未安装无线传输装置或数据记录仪等设备,车载网关需具备数据采集及存储功能。如当前列车已安装无线传输装置或数据记录仪等设备,需要此类设备通过以太网总线或MV B总线将收集的数据转发给车载网关。车载网关与T AU天线之间通过千兆以太网线缆连接,经由车载T AU天线与地面R B S基站建立的5 G毫米波通道,与地面数据中心实现数据交互,经安全认证后,自动完成车地数据的上传。地面R B S基站实现数据接收,当车载T AU天线与地面R B S基站之间的直线距离小于3 0 0 m,且方向在9 0 范围内时,车载T AU天线
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