基于5G通信技术的地铁多网络融合技术实践.pdf

信息记录材料 年 月 第 卷第 期基于 通信技术的地铁多网络融合技术实践董允凯（天津市邮电设计院有限责任公司 天津）【摘摘要要】现代 通信技术在不断地发展，并且被广泛应用到各领域中。作为城市建设中的重点，城市轨道交通建设能够使交通运输能力和安全性得到提高。只有结合 等新技术，才能够有效服务社会发展和城市建设。对 通信技术进行研究，分析其在城市轨道交通建设中的应用，从而提高城市轨道交通信息化的建设水平。【关关键键词词】通通信信技技术术；地地铁铁；多多网网融融合合【中中图图分分类类号号】【文文献献标标识识码码】【文文章章编编号号】（）作者简介：董允凯（），男，河北秦皇岛，本科，高级工程师，研究方向：无线通信。引言（第五代通信移动技术）的主要特点为大连接、低时延、高速度，属于新一代带宽移动通信技术，也是实现人机物互联的网络基础设施。在城市轨道交通中，列车运行速度比较快，并且能够在高大、地下的建筑物之间通行，传统卫星通信已经无法使通信实际需求得到满足，会出现安全水平低、通信不稳定等问题。无线网络通信技术被广泛普及到生活中，智慧地铁建设的发展、设备监控、数据采集等技术不断更新，车地之间传输的信息量不断增长。为了使无线网络满足承载业务数据传输需求，要对建设成本和周期进行考虑，因此本文提出了基于 通信技术的多网融合传输方案。多模多频通信技术在地铁无线通信网络中使用 通信技术，能够使地下环境中的无线通信信号质量得到提高，因此，多模多频通信技术尤为重要。多模多频通信技术能够以当前无线信道质量选择无线网络，使用动态路由对无线数据传输可靠性、高速性进行保证。在多网络模式中，多模多频通信技术能够对当前可接入网络进行确定。首先，针对全部网络发送网络连接请求，对设定时间内连接的网络进行设定。其次，评估连接网络质量，根据评价标准和筛选算法对最优网络选择，并且创建连接。网络质量评价指标参数主要包括数据吞吐量、时延、带宽、数据包转发率、利用率等，能够选择某一种或者多种进行评价。为了能够选择信号质量良好的网络，要计算可用网络的质量指标，从而构成质量决策矩阵，实现决策矩阵的归一化处理，以归一化决策矩阵和数据类型将最优网络作为数据传输的网络。决策矩阵参数包括时延、带宽、利用率、数据吞吐量等，归一化处理的过程为熵权算法、标准化处理、归一化处理。对于待发送数据的类型，利用归一化矩阵对最优网络进行确定。根据待发送数据的类型制定相应的发送方案，随后对理想发送方案和网络权重向量之间的欧式距离进行计算，得出理想方案最优网络的贴合度，使网络与数据之间的匹配度得到提高。高效合理化地应用无线网络资源，通过以上多模多频通信技术，能够根据不同网络信号质量对合适接入网络进行选择，保证无线网络的传输速率。相对于 网络，网络的带宽比较高，为了提高数据传输速率，需要优先使用 网络。通信技术的应用优势包括。（）提高频带的操纵效果，通过设备到设备（，）通信资源二次应用频谱，提高网络吞吐量。使用 通信方式，便于不同终端数据的传输，不需要基站转化，使通信成本节约。（）改善社区覆盖范围，用户信号的强弱程度与地理位置相关，基站用户的信号强度比较高，用户在社区外围接收信号的时候能够扩大信号覆盖范围，保证社区使用者的通信体验。（）使应用规模扩大，运行通信网络的设备支撑比较高，在接入网或者中心网通信设备出现问题的时候，将整体网络运行停止，通信能够不通过基站传输数据，使设备依托度得到提高。通过蜂窝通信网络实现 网络的创建，不依赖现有的网络设备构成自组织网络，在电源或者系统出现问题时，通信工作正常。（）能够控制扰乱，和其他短间距通信技术对比，本文通信网络技术的主要特点就是避免防控，对通信质量进行保证。在授权频率段进行工作，从而保证通信安全和质量，提高使用者的体验。地铁多网络融合传输方案 网络架构城市地铁无线网络主要由车站、控制中心、车载、车辆段等构成，图 为网络架构。线路区间隧道和控制中心使用长期演进（，）网络，在车辆段、车站新增 基站、边缘节点服务器和网络设备，在列车中设置 有源天线，构成 大带宽高速率的车地无线网络，能够覆盖列车、车辆段和车站，使数据传输与处理能力得到提高。网络结合车地无线网络，从而创建协同传输网络，使既有控制中心集中式网络划分为二级分布式网络，将边缘节点服务器在车站设置，从而实现数据存储与预处理。使用不同业务分离承载基于 标准与 移动通信技术的车地无线网络信息记录材料 年 月 第 卷第 期图 网络架构协同传输方案能够在车辆段、车站与停车站之间实现 网络覆盖，线路区间的车地无线通信能够根据 网络实现。针对实时性高、数据量小的车地传输信息，利用既有 网络实现实时传输，对车地实时通信业务进行保证。针对实时性要求低、数据量的信息，在列车到车辆段、车站的时候，能够和 网络自动连接，从而实现数据传输，使信息传输速率与带宽得到提高，对信息传输可靠性与时 效 性 进 行 保 证。比 如 产 品 形 象 系 统（，）设计业务架构，包括业务服务层、数据存储层、终端展现层。业务服务层通过存储管理、综合信息管理和媒体编辑的平台实现，通过车地无线网络所承载的业务包括 网络和 网络实现，根据传输数据的实时性与通信数据量的大小需求，分离大数据量的传输业务，从而协同传输承载业务。针对消息发布、设备控制、状态上报、实时监视等实时性比较高的业务，使用基于 标准的车地无线网络承载。针对录像回传、在线广告、高清多媒体等实时性低、数据量大的业务，利用 移动数据实现，通过 网络大带宽在线分发车载高清播放视频。降低追踪列车的间隔时间追踪列车间隔时间能够避免列车相互不干扰，从而实现安全运行，间隔时间长短能够将列车控制系统运行效率与性能反映出来。根据无线通信能够降低追踪间隔，列车自动控制系统会对通信延迟造成影响。在列车对列车位置报告接收的时候，会改变列车的位置，导致控制系统、列车和地面设备的信息不同步，影响列车运行可靠性、安全性。一般在通信延时为 的时候，追踪间隔设置为 ，列车速率最优为 ，增加追踪间隔时间。在延时为 的时候，追踪间隔为 ，降低了最优列车速率。使用 技术之后，就能够降低通信延时不超过。也就是说，能够缩短追踪时长，提高列车的运行速率，使运行系统安全性和可靠性得到提高。端到端通信技术在轨道线路设计过程中，现代系统设计两条相互没有交集的车地通信网络，从而构成冗余网络，避免列车运行过程中由于车轨两旁网络故障导致停运或者降速。虽然此方法有效，但是要求在车轨两旁建设大量设施，使建设成本得到增加。首先，使用 技术的端到端通信能够在轨道故障的时候，实现列车的直接通信，对各自位置进行明确，并且及时调整，对行车安全进行保证。其次，端到端技术能够使传统列车首尾车载控制器通信方式进行改变，不需要铺设线路，利用无线方式通信，从而节约通信的响应时间，使维护与建设成本得到降低。大规模天线阵列将 通信技术应用在大规模天线阵列中，能够使同频率资源实现多条信号的传输，充分利用稀缺频带资源使网络容量得到提高。大规模天线阵列能够实现轨道交通系统的设备接入，并且波束赋形存在方向性和抗干扰能力，使列车运行过程中的稳定性增加，还能够辅助轨迹追踪、车辆定位等。通信网络应用测试 测试对车载、智能运维数据、信号大数据智能运维业务等，网络时隙配比为 。以业务特征需求，划分不同优先级等级实现服务质量（，）测试，列车自动控制（，）业务的 设置为，信号大数据业务的 设置为，设置轨旁综合监控与车站内的 传输数据普通业务用户 为，测试业务上下行资源抢占情况。网络传输能力测试基于优先级测试实现多业务并行运行测试，表 为实际传输能力测试数据，与不同覆盖方式对比，最小的传输速率超过 ，能够使城市轨道交通不同业务的带宽需求得到满足。网络切频测试对城市轨道交通占据部分 频谱资源进行测试，设置不同带宽传输性能的测试。在 带宽时，上下行传输速率分别为 和 ，时延为 ，验证结果表示要比 系统优秀。信号车的通信业务测试 以信号 业务时延与高可靠性的特点，测试过程中的重点为 丢包率和传输时延，在速率为 以内时，实现多业务动态并行测试。在 以内的上下行传输过程中并没有发生丢包的情况，平均传输时延为 左右，最小时延为 左右，能够满足实际需求。基于信号大数据智能运维系统业务的特点，在测试过程中重视 传输大带宽特性，在短时间内能够精准传递日志信息和运维数据。实现多专业的并行运行测试，测得信号大数据智能运维业务的上下行速率最高为 、信息记录材料 年 月 第 卷第 期，能够使信号大数据智能运维业务需求得到满足。综合分析，大数据智能运维业务能够提高 系统传输性能，能够使城市轨道交通业务对通信传输的需求得到满足。表 实际传输能力测试数据信号（手持测试）漏缆 列车（内部测试）漏缆 列车（外部测试）距离强点（）下行速率：下行速率：下行速率：上行速率：上行速率：上行速率：距离 中点（）下行速率：下行速率：下行速率：上行速率：上行速率：上行速率：距离弱点（）下行速率：下行速率：下行速率：上行速率：上行速率：上行速率：智能自助机设计智慧化的地铁站，大量的乘客服务都交由智能自助机来提供。智能自助机不仅有数量众多的智能客服机器人、智能购票、智能安防终端等不同类型的设备，而且使用频率非常高，早晚交通高峰时更是极端的考验。在此应用场景之下，对车站的无线网络带宽提出了极高要求。为保障高密无线联接，可以采用车站专用全场景 提供支撑。产品基于三射频设计，最大可达三个 射频，凭借其最新的 技术，整体接入速率较 提升，单个 支持终端数提升 倍。高宽带接入和高并发能力，为地铁的多类型、多数量“智能化设备”提供高速、稳定的无线数据通道。在地铁车站里，不同的“智能化设备”往往归属不同的专业系统，为保证业务安全性，需要对不同设备进行业务安全隔离。同时，地铁车站作为公共场合，对无线网络的安全防御也有较高要求。因此，提出以下方案：（）信息完整，通过无线局域网络协议层面的新一代加密协议（，）加密，保证数据的私密性。（）授权访问，提供接入认证认证授权，保证在无线接入安全的基础上，实现不同专业设备的业务隔离。（）安全管理，基于应用层的安全检测功能，同时将无线与安全联动，把有风险设备阻断在网络之外。（）安全防御，基于无线入 侵检测系统（，）无 线 入 侵 防 御 系 统（，）提供无线检测和防御网络攻击。结束语 在轨道交通业务中应用 技术，目前还处于初步探索阶段，产业链、应用场景还在逐渐孵化发展。本文研究结果显示，通信技术的传输可靠性、带宽、时延等满足城市轨道交通业务对于传输系统的需求。针对轨道交通的安全性问题，在未来发展过程中要和 技术结合，进行不断的研究和探索。【参考文献】赵伟慧，汪晓臣，孙同庆，等 基于 移动通信技术的城市轨道交通车地无线网络协同传输方案 铁路计算机应用，（）：兰劭晖 基于 无线通信技术的车地无线网络传输研究 通信电源技术，（）：高霄宇 时代广播电视传输技术的转型与升级研究 电视技术，（）：张歆，王瑞琪，唐杰杰，等 通信技术与广播电视技术的融合发展探索 通信电源技术，（）：陈新龙 时代广播电视传输技术转型研究 西部广播电视，（）：孙佩 基于 通信技术的地铁多网络融合技术研究 电子设计工程，（）：，李闪光，张金其，刘宇翔 基于 技术的煤矿多网融合通信系统设计及研究 长江信息通信，（）：张启明，张璇予 通信技术在城市轨道交通中的应用刍议 中国新通信，（）：林昊 通信技术在城市轨道交通中的应用 集成电路应用，（）：黄欣荣 通信技术在城市轨道交通中的应用分析 数字技术与应用，（）：，苏煜炜 通信在城市轨道交通的应用 数码设计（下），（）：徐学彦 轨道交通通信系统中覆盖及干扰共存的研究 通信电源技术，（）：