基于TD-LTE的鐵路客站移動信息化接入平臺和應用系統

陳維明，蔣肖鋒，陳云飛，施海峰

（1. 通號通信信息集團上海有限公司，上海 200071；2. 中國鐵路上海局集團有限公司 信息化處，上海 200071；3. 中國鐵路上海局集團有限公司 上海站，上海 200070；

4. 中國鐵路上海局集團有限公司 上海電務段，上海 200434）

0 引言

鐵路站場是鐵路運輸網絡的重要節點，擔負著大量的列車接發、編組任務和裝卸業務，各工種承擔著站場設備大量日常維修工作。但多年來，站場移動通信狀況并沒有大的改觀，仍是以對講機/GSM-R為主要的通信方式，難以滿足鐵路信息化日益發展的需要[1]。利用主流的寬帶無線通信技術及移動互聯網技術來推進站場移動信息化“最后一公里”建設的呼聲很高[2-4]。

鐵路站場包括車、機、工、電、輛等各專業，每個專業都有通用和特定的移動信息化需求。如果每個專業都各自單獨建設無線通信系統，一方面會造成重復建設，經濟效益不高；另一方面，無線通信系統的規劃、建設、管理和維護專業性強，技術上會構成較大挑戰。為了更好地滿足鐵路站場移動信息化的需求，可以在站場建立統一的寬帶無線承載和應用平臺，便于現場作業人員攜帶移動終端與后臺數據支撐系統/管理人員之間形成即時的互動，完成作業流程、作業管控、技術支持等功能，以提高生產調度效率和安全管控水平[5-8]。另外，根據《鐵路信息化總體規劃》，應大力推進鐵路站場寬帶無線網絡建設，至2020年車站（場）寬帶無線網覆蓋率達到60%[9]。

在對既有系統及客運、電務專業應用進行分析的基礎上，提出基于TD-LTE的鐵路客站移動信息化接入平臺和應用系統方案，在上海站進行現場試驗，并總結使用效果。

1 寬帶無線通信技術選擇

針對鐵路站場對寬帶無線通信及移動信息化的需求，原中國鐵路總公司于2017年3月發布《鐵路站場寬帶無線接入系統總體技術要求（暫行）》[10]，規定了鐵路站場采用基于1.8 GHz頻段的TD-LTE和ISM開放頻段的WLAN專用寬帶接入的技術要求。基于TD-LTE和WLAN的寬帶無線通信技術比較見表1。

表1 鐵路站場專用寬帶無線通信技術WLAN和TD-LTE的比較

綜合來看，WLAN在局部區域覆蓋、傳輸速率和設備成本上有較大優勢，但在大范圍區域覆蓋、受干擾性、接入站點規劃和施工方面存在明顯不足。TD-LTE是4G時代移動互聯網主流技術，在初期建設成本較高，還存在一定制約，但隨著應用規模的增長，其相關費用會持續走低，是目前鐵路站場寬帶無線通信技術的主流方向。在此采用TD-LTE寬帶無線通信系統作為鐵路客站移動信息化接入平臺和應用系統研究的基礎。

2 系統設計

2.1 系統結構

鐵路客站移動信息化接入平臺和應用系統分為接入平臺和應用系統2部分，其中接入平臺由TD-LTE寬帶無線通信子系統、虛擬化子系統、綜合網絡監控子系統組成；應用系統由多媒體調度子系統、客運移動信息化子系統、電務移動信息化子系統組成。系統結構見圖1。

圖1 系統結構

（1）TD-LTE寬帶無線通信子系統由核心網、無線基站BBU、射頻拉遠單元RRU、無線網絡交換機、管理和維護客戶端、智能移動終端組成。虛擬化子系統包括1個控制節點和1個計算節點，在其中創建網絡監控管理虛擬服務器、客運應用虛擬服務器、電務應用虛擬服務器。綜合網絡監控子系統由網絡監控管理虛擬服務器、管理和維護客戶端組成。

（2）多媒體調度子系統包括多媒體調度服務器、多媒體調度臺、智能移動終端調度客戶端APP。客運移動信息化子系統由客運應用虛擬服務器、智能移動終端客運應用APP、管理和維護客戶端組成。電務移動信息化子系統由電務應用虛擬服務器、智能移動終端電務應用APP、管理和維護客戶端組成。客運應用虛擬服務器、電務應用虛擬服務器分別通過客運防火墻、電務防火墻與客運既有系統、電務既有系統進行連接，完成各自所需的信息交互。

2.2 系統功能

2.2.1 接入平臺

接入平臺在站場無線覆蓋和數據業務承載的基礎上，具有以下功能：

（1）接入控制。具備移動終端管理和用戶管理功能，未經授權的移動終端或用戶不能接入。授權接入的移動終端或用戶可根據需要控制其使用權限，如通話、數據傳輸、應用訪問等。

（2）網絡管理。具備對無線網絡和設備的網絡管理功能。除了系統配置外，能以拓撲圖的形式顯示網絡設備的工作及告警狀態，并可進一步查詢。

2.2.2 應用系統

應用系統包括多媒體調度應用、客運專業應用、電務專業應用。多媒體調度應用具有單呼、組呼、短消息、視頻通話等功能；客運專業應用具有信息公告、列車信息查詢、接發車流程、交接班記錄、現場信息上傳、作業指導書查看、崗位監控等功能；電務專業應用具有風險提示、檢修作業流程、施工作業流程、應急處置上報、現場信息上傳、作業指導書查看、備品備件管理等功能。

2.3 系統特點

（1）客站無線全覆蓋：采用TD-LTE系統和技術進行整個客站的覆蓋。

（2）平臺和應用相對獨立。平臺提供移動終端接入、數據承載和綜合網絡管理的功能。各專業的移動信息化滿足各自作業流程和信息共享的功能，具有較大靈活性和擴展性。

（3）多媒體調度應用與各專業的移動信息化應用相互獨立，可以選擇使用。

（4）移動終端的接入和管理分為平臺和應用2個層面進行管理。平臺側授權移動終端的接入，各專業應用側通過移動終端的IMEI號授權對于應用的訪問。

（5）各專業的移動信息化應用系統采用統一架構，即B/S架構結合智能移動終端APP的方式。

（6）TD-LTE寬帶無線通信系統與既有業務系統在網絡層面不相連接。業務層面僅有業務應用相應的虛擬服務器通過各自獨立的防火墻以及不同物理網絡接口與既有對應業務系統相連接，以滿足信息隔離和安全的需要[7]。

3 實施方案及效果

基于TD-LTE的鐵路客站移動信息化接入平臺和應用系統于2017年初在上海站試用，上海站作為寬帶無線接入平臺的管理單位和客運信息化應用的使用單位，上海電務段作為電務信息化應用的使用單位。

3.1 系統組成

（1）接入部分。寬帶無線接入部分由1個核心網eSCN230（包含企業用戶中心eUDC、企業操作和維護中心eOMC等）、1個無線基站eBBU530、3個射頻拉遠單元eRRU和定向天線，以及管理客戶端構成。

（2）應用部分。應用部分主要由1個多媒體調度服務器、1個調度臺、1個虛擬化控制節點、1個虛擬化計算節點組成。在虛擬化計算節點上創建網絡監控管理虛擬服務器、客運應用虛擬服務器、電務應用虛擬服務器。

3.2 系統部署

（1）無線網絡覆蓋。在上海站采用3個RRU（與BBU星形連接）進行全站覆蓋的方案（見圖2），使用1 785～1 790 MHz頻率資源。核心網和BBU部署在上海站信息機房，3個RRU分別部署在10/11站臺中間位置、西部靠咽喉區域樓頂、東部靠咽喉區域樓頂。RRU安裝位置見圖2（a）紅色圓圈，黃色圓圈為核心網和BBU所在位置。覆蓋范圍仿真見圖2（b），不同區域代表不同的范圍和參考信息接收功率（RSRP）信號強度，由內向外遞次減弱。

圖2 上海站TD-LTE寬帶無線系統的部署和覆蓋范圍

（2）基于TD-LTE寬帶無線網絡部署多媒體調度通信子系統。多媒體調度通信由服務器端軟件、調度臺軟件以及移動客戶端APP軟件組成，可完成單呼、組呼、短消息、視頻通話、視頻回傳和視頻分發等功能。

（3）基于TD-LTE寬帶無線網絡部署客運移動信息化子系統。客運移動信息化應用由客運服務器端軟件、客運Web管理與維護頁面以及移動客戶端客運APP軟件組成。

（4）基于TD-LTE寬帶無線網絡部署電務移動信息化子系統。電務移動信息化應用由電務服務器端軟件、電務WEB管理與維護頁面以及移動客戶端電務APP軟件組成。

（5）在客運既有系統、電務既有系統與應用服務平臺之間部署各自獨立的防火墻設備（見圖1）。防火墻設備直接連接到虛擬化計算節點設備的不同物理網絡端口，不與無線網絡交換機相連。

3.3 運用效果

（1）寬帶無線接入系統可有效覆蓋上海站站臺、站廳、東西咽喉，以及南北廣場區域。RSRP、信號與干擾加噪聲比（SINR）的部分測量結果見表2，基本滿足無線信號覆蓋的要求。測量過程中通過移動終端（EP820）回傳1路高清視頻（分辨率1 280×720、25幀/s、H.264壓縮標準、傳輸速率大于1 Mb/s），移動中回傳到調度臺的高清視頻清晰流暢。

（2）移動終端的接入控制。在寬帶無線接入側通過終端的IMEI號授權接入，并能夠對移動終端的訪問權限進行控制。在應用系統側綁定用戶名和移動終端的IMEI號，客運應用的移動終端不能登錄電務應用，反之亦然。

（3）無線接入平臺和應用系統與既有業務系統既相隔離，不同業務子系統在限制條件下又可與其進行信息交互（通過獨立防火墻和服務器側獨立網絡端口連接，實現IP地址限制、端口映射、流量控制等功能）。

（4）多媒體調度子系統功能。完成單呼、組呼、短消息、視頻通話、視頻回傳和視頻分發等功能，使用體驗良好。

（5）客運移動信息化子系統功能。在上海站調度指揮中心設置業務管理終端，根據業務需求，系統實現以下功能：①調度指揮中心可進行公告信息發布、人員在崗狀態監控、列車接送任務管理、交接班記錄查詢等；②移動終端可查看公告信息，進行列車接送任務的接收和完成作業的操作，指揮中心可即時查看列車接送任務的完成情況；③移動終端可進行交接班的操作，指揮中心可即時查看交接班記錄；④移動終端可查看列車即時的到發信息；⑤移動終端可進行圖片、音頻、視頻上傳和作業指導書查看。

表2 上海站TD-LTE寬帶無線系統覆蓋測量結果（部分）

（6）電務移動信息化子系統功能。在上海電務段調度指揮中心設置業務管理終端，系統實現以下功能：①調度指揮中心可進行風險提示管理、檢修任務管理、施工任務管理、現場應急處置管理、作業指導書/設備應急資料檢索管理、備品備件管理；②移動終端可接收和查看風險提示，進行檢修任務/施工任務的接收，開始作業和完成作業的操作，調度指揮中心可即時查看分派任務的狀態；③移動終端可上傳現場應急處置記錄，調度指揮中心查看相應記錄，并進行審核；④移動終端可進行圖片、音頻、視頻、測試數據上傳和作業指導書/設備應急資料查看。

（7）管理和維護客戶端可登錄到網絡監控管理虛擬服務器，通過拓撲圖監視并進一步查看接入平臺和應用系統中設備的運用狀態（網絡設備在線狀態、數據庫服務狀態、Web服務器狀態、告警等）。

4 結束語

基于TD-LTE的鐵路客站移動信息化接入平臺和應用系統將移動通信與信息技術相結合，在上海站的現場試用驗證了其在鐵路客站移動信息化應用方面的可行性和實用性，能夠滿足寬帶無線數據承載、移動終端接入管理、客運和電務專業現場使用需求，為鐵路客站作業提供了先進的信息化應用手段，對鐵路站場移動信息化應用具有現實指導與借鑒意義。

后續可以預見到的業務應用和擴展功能如下：（1）可將TD-LTE無線網絡覆蓋擴展到多個站場，建立統一的站場移動信息化系統；（2）通過應用平臺開發提供更多專業的接入，為多個不同專業提供統一的移動信息化基礎服務；（3）借助于寬帶無線移動網絡的接入以及對講機網關的支持，移動終端除了相互間可進行基于IP的調度通信外，還可與對講機進行互聯互通，實現大范圍內通話的功能，可作為對講機呼叫通信的一種升級方案。