TD-LTE多业务集群系统无线通信技术及实践应用.pdf

2 0 1 6 年 5月 第 5 2 卷第 5期 铁 道 通 信 信 号 RAI LWAY S I GNALLI NG COMMUNI CATI ON M a v 2 01 6 Vo1 52 NO 5 T D L T E多业务集群系统无线通信技术及应用 韩悌涛 佘振国 李杰 摘 要 为提 高铁路编组站装卸效率 实现货运业务作业全过程可监控与实时调度 作业结果可 追溯 开展铁路编组站场 T D I TE多业务集群 系统建设 介绍正在建设的兰州铁路局 兰州北站 TI YL T E多业务集群 系统及其应用 主要 包括 网络规划与仿真 总体 网络结构及集群调度 系统设 计 设备物 理连接 以及 接入 安全 的设 计 方案 关键词 铁路站场 无线通信 多业务集群 Ab s t r a c t I n o r d e r t o i mp r o v e t h e e f f i c i e n c y o f f r e i g h t l o a d i n g a n d u n l o a d i n g i n r a i l wa y c l a s s i fic a t i o n y a r d i t i s r e q u i r e d t o b r i n g t h e e n t i r e p r o c e s s o f f r e i g h t o p e r a t i o n u n d e r mo n i t o r i n g a n d r e a l t i me s c h e d u l i n g a n d t o k e e p o p e r a t i o n s t r a c e a b l e La n z l e h o u Ra i l wa y Bu r e a u c a r r i e d o u t t h e c o n s t r u c t i o n o f 4 G TD LTE b a s e d mu l t i s e r v i c e c l u s t e r s y s t e m a t t h e c l a s s i f i c a t i o n y a r d o f La n z h o u No r t h s t a t i o n W e p r e s e n t t h e s y s t e m a n d i t s a p p l i c a t i o n i n c l u d i n g n e t wo r k p l a n n i n g a n d s i mu l a t i o n o v e r a l l n e t wo r k s t r u c t u r e d e s i g n o f c l u s t e r s c h e d u l i n g s y s t e m p h y s i c a l c o n n e c t i o n o f d e vi c e s a nd c o nt r o l o f a c c e s s s e c ur i t y Ke y wo r d s Ra i l wa y s t a t i o n a n d y a r d W i r e l e s s c o mmu n i c a t i o n M u l t i s e r v i c e c l u s t e r D O I 1 0 1 3 8 7 9 j i s s n l 0 0 0 7 4 5 8 2 0 1 6 0 5 1 5 4 7 3 鉴于 GS M R数字通信技术无 法满足铁路 飞速 发展对宽带 数据业 务发展 需求 的事实 T D L TE 分时长期演进 作 为具有 我 国 自主知识产 权 的 已逐步成为铁路通信建设发展方 向的无 线通信 系 统 采 用 了 O F D M 正交 频 分 复 用 和 MI M 多输人多输出 等先进技术 兰州铁路局下辖 3 O余个货运 场站 有大量 的 货运装卸业务 为提高货场装卸效率 实现作业过 程可监控与实 时调度 作业结果 可追溯 采用 了 T D I T E技术 的无线通信 网络 设计 铁路关键 场 站一体化无线通信与调度系统 提高安全生产效率 和数据通信 能力 实现 了货 运场站无线通信 全覆 盖 支持外勤货检员使用手持终端 通过专用无线 网络实现货检作业过程 中的数据对传 拍照和语音 对讲等功能需要 韩悌涛 兰州铁路局 电务处工程师7 3 0 0 0 0 兰州 佘振国 中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所高级工程师 1 0 0 0 8 1 北 京 李杰 中国铁道科 学研究 院电子计算技术 研究所工程 师 1 0 0 0 8 1 北 京 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 1 5 7 4 1 网络规划及仿真 兰州北站货场东西长约 6 6 k m 南北最宽 约 1 k m 全站场 由东 西两侧上 下行到达 出发场 和中部车辆编组场 3个大区组成 设计要求网络覆 盖以上全部区域 其 中东 西两侧上下行到达 出 发场要求 良好覆盖 中部编组场要求覆盖到位 在 兰州北站调度综合楼 距离货场东侧 1 5 k m 南 北适 中 2楼信息机房安装机柜 l台 包括 e B B U 演进型基带 单元 E P C 演进型分 组核 心网 集群调度服务器 安全 网关和智能保护电源等 分 别在站调综合楼顶部 兰州西机务段运转整备综合 楼 距离货场西侧 1 2 k m 南北适 中 顶部 以 及上行驼峰头部信号楼旁通信铁塔 货场的中心位 置 顶部安装 e RR U 远端射频模块 和天线 从 兰州北站调度综合楼到兰州西机务段运转整备综合 楼 以 及 上 行 驼 峰 头 部 信 号 楼 沿 线 敷 设 光 缆 1 2芯单模光纤 总长 1 1 k m 1 1 链路预算 假设条件 e RR U 发射功率 4 9 d B m 天线增 益 1 5 d B i 终端发射 功率 2 3 d B m 基站天线 高度 铁道通信信号2 0 1 6 年第 5 2卷第 5 期 数据库保存 了终端用户的基本签约信息 为用户的 移动性管理和集群功能管理等提供数据支持 2 2基站 兰州北站演进 型基站 与 MME S GW 之 间的 接 口为 S 1 e No d e B和 E P C之间的通信接 口 演 进型基站与终端设备 UE问的接 口为 UU S 1接 口的用户 面终止在服务 网关 S G W 上 控制 面终 止在移动性管理实体 MME上 演进型基站的功能包括 无线资源管理 用户 数据流的 I P头压缩和解压缩 MME选择 用 户 面数据路由给 S G W 寻呼消息的调度和传输 广 播信息的调度和传输 移动与调度的测量和测量报 告管理 空 口数据的加解密等 2 3 网管系统 负责对无线网络设备的操作维护 提供包括配 置管理 告警管理 性能管理 软件管理 日志管 理 安全管理等功能 能够在系统开通过程中 对 网络设备进行数据配置 在系统运行过程 中 监控 网络的运行状况和质量 并提供系统软件和数据升 级功 能 3 集群调度 系统设计 集群调度系统 由调度中心系统 调度台系统和 调度客户端 3部分组成 系统提供视频调度 视频 会议 语音 调度 G P S定 位 和呼 叫中心 等业 务 并提供开放接 口供第三方业务平台接入 集群调度 系统结构如图 2 所示 调度 中心系统 I 调 度 台 系 统 j 圜 圜 圆圈 i l会 议 l l服 务 I I服 务 l l服 务 I r i l模 块 l l模 块 l l模 块 l I模 块 I i I多媒 体 调 度 机 ll l 一 一 一 一 一 f 无线网络 一一一一一 I 一一一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一一一一 l 臣 匝 臣囹 图 2 集群调度系统结构示意图 3 1 调度中心系统 调度 中心系统是集群调度系统的管理和控制中 心 包括主控 服务模块 调度 会议模块 视频服 7 6 务模块 存储服务模块和定位服务模块 1 主控服务模块是调度 中心系统 的核心模块 负责系统所有用户的管理 包括数据库管理和交换 管理 用户管理包括开销户 权限设置 组结构设 计 组级别设计 用户级别设计 数据归档等 数 据库管理包括平台的用户数据库管理 平台运行状 态信息管 理 平 台各项功能信息 归集 GP S地 图 库都保存在平台主控服务模块 中 2 调度 会议模块负责语音 视频 数据 定 位 即时通信的调度处理 可对各种终端 系统进 行综合管理 软交换作为实现系统所有语音功能的 核心 提供了 P T T对讲 集群调度以及其他所有 语音类服务的基础承载 3 视频服务模块负责系统视频 编解 码和视频 分发 4 存储服务模块 负责语音 视频 文 本 定 位信息存储 5 定位服务模块负责定位信息接收和地理位 置显示 回放 3 2 调度 台系统 调度台系统是集群调度系统的人机界面 系统 提供软调度台和多业务集群调度机 2种可选调度方 式 软调度台为运行在 P C机上的软件调度管理系 统 可实现各种集群调度功能 多业务集群调度机 是根据用户使用传统电话机调度的习惯 设计融合 触摸屏控制和手持 电话调度机 3 3 调度客户端 调度客户端是面向手持终端用户的人机操作界 面 为用户提供各种多业务集群调度功能 应用系统与交换 机 通 过 1 0 0 0 Mb s以太 网 一 4 5接 口与交换机连接 核心网与交换机 通过 1 0 0 0 Mb s以太网 R J 一 4 5 接 口与交换机连接 核心 网与室内基站的 S 1 接 口 包括 S 1 U和 S 1 一 C 通 过 1 0 0 0 Mb s 以太网 R J 一 4 5 接 口与交换机连接 室 内基站与室外基站 I r 接 口通过光纤连接 天线与 室内基站 通过射频馈线连接 4 系统接入安全设计 用户身份识别是对终端 US I M 卡信息的管理 只 有授 权 US I M卡 用户 才能 接入 网络 保 证 网络 的安全性 实现无线网络进行访问安全控制 终端 RAI I W AY S I GNALLI NG C0MM UNI CAT1 0N Vo 1 5 2 No 5 2 0 1 6 和网络使用密钥计算鉴权向量 进行双 向鉴权 只 有终端通过 网络的鉴权 且 网络也通过终端的鉴权 才允许终端接人网络 防止非法接人 双向鉴权结 构 如 图 3 所 示 带U S I M 卡终端 图 3 双 向鉴权结构 示意图 无线网络 中传输的数据经过空 口加密处理 如 图 4所示 保证数据传输的安全性 TD I TE多业务集群系统采用全 I P设计 网 络结构更加扁平 便于无缝实现数据集群调度和数 据传输 系统支持集群调度 货检现场作业及视频 监控数据回传功能 可为铁路货运场站提供 4 G无 线网络全覆盖 除了可支持货检业务外 系统还可 以为铁路其他各种应用业务提供无线传输通道 兰 l l l 重 传 缓 冲 区l I重 排 序 缓 冲 区 l 中 lR O H C 解 压 值 l f R0 Hi J I I 确 定 计 算 l l r l P n D L t 瑁 U r l J L r万殂失 j P DC P分 l I 绢头 l t lU 无线接 口U u 图 4 空 口加密流程 州北 站 T D L TE多业 务集 群系统 的建设 和实施 必将有效提 高货场装卸效 率 实现作业 过程可监 控 实时调度 作业结果的可追溯等功能 也为全 路开展货运场站 4 G无线网络建设提供实际经验 参考文献 F 1 3 许准 T DL TE无线通信系统在铁路管理中的应用 E J 中国高新技术企业 2 0 1 5 7 2 李利民 朱少捷 王伟松 无线网络在铁路货运安全监 控系统中的实践与应用r J 铁道货运 2 0 1 5 3 鲁飞 李白萍 王安义 基于 T DL TE的石