CRH380B 動車組千兆網關/萬兆網關車載數據車地高速轉儲技術測試研究

楊梁崇 王 杰 王曉世 詹玉平 王 博

（中國鐵路蘭州局集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 前言

車載數據下載轉儲是動車必備技術[1-2]，當入庫后，存儲的數據會被提取，并在分析設備上（通常是PC 機并附帶有特定軟件）進行轉儲操作[3-5]。這種操作屬于人工下載方式，其操作控制時間大概半小時，傳輸方式采用串行通信方式，即按位傳輸。數據下載量較大時（20 組統計），可能會經過9 小時左右的時長。人工下載完成后，接著數據中心對這些數據進行智能分析。然而，轉儲方式也有其缺點和局限性：人工進行轉儲帶來的人工費用較高，不經濟，且花費大量時間，浪費人力物力，生產率較低等問題，使其不切實際[6]。此外，非智能化帶來的另一個問題是數據安全性無法得到保證，而且串口和網口相關設備極易損壞，因此，需要找到一種新的數據轉儲技術來提升經濟性。

2 測試研究

本研究測試試點為中國鐵路蘭州局集團有限公司蘭州西動車，通過CRH380B/CRH5G 型的動車組來開展試驗并進行測試，以獲知本方法獲得數據的可行性。測試準備階段，首先設備需要到位，例如車載Airflash 天線、車載網關、軌旁基站、轉存服務器、萬兆光口網卡、萬兆口交換機等必備設備。然后準備好數據下載并考慮適合各種應用接口下的人工轉儲方案，即5G 車地高速轉儲。這種通信系統共兩個網絡融合協同，既有車載網絡，也有地面網絡。5G 基站和高速緩存及回傳網絡屬于地面網絡，車載業務設備，車載網關及5G 車載設備則屬于車載網絡。在CRH5G 型的動車組試驗中，如果動車處于車庫檢修狀態，那么使用5G 設備能夠完成高速高效無線傳輸，數據中心在獲得數據后進行智能專家診斷分析，不但可以監控當前可能存在的故障，還可以預測未來各類故障的概率，評價健康狀態進而為其維修及維護提供基礎參考，加快維修工作進度，進而實現高效及時的決策和管理調度，實現智能化高效運維。

3 通信類型

AirFlash 這款測試產品能夠接收和發送高頻毫米波為60赫茲，這種高頻毫米波從頻率來看，屬于帶寬較大的波[7]，在傳輸過程中對很多民用設施造成的干擾很較小。鑒于無線通信的特點，即傳輸距離短，這就使得其應用受到很大制約，無法進一步得到拓展。但車地站場的傳輸距離小，剛好符合無線通信這一特性，而使用無線通信的另一個好處就是防止信號泄露。

LTE 系統應用頻繁，它的特點是波長較長，因而頻段較低，這使得天線單元數量較少。為了能夠使用多天線技術來提升通信質量，可將天線尺寸做成毫米級，這樣波長變短，能夠進一步達到5G 毫米波的頻段。當多天線實現時，信號實現了同向疊加，因此，被接收一端可以接收高強度高陣列增益的信號。此外，這種方案可以帶來窄波速的優勢，能夠有效降低干擾，同理可使得天線抑制增益增大。

毫米波與多天線融合實現時，需采用熟悉的有源相控方式，便于控制波束，最終還可以實現所謂的波束賦形，也就是熟知的BF。天線單元的信號其幅值與相位皆可被陣列天線控制，以致于可以得到帶有指向性的能夠被增強的波束，目的就是為了抗干擾，降低無線傳播帶來的各類損耗。

4 動車組車載數據車地高速轉儲技術測試

4.1 測試產品

測試產品包括AirflashRBS 軌旁基站、AirflashTAU 車載終端、千兆車載網關、萬兆車載網關，分別如圖1-圖4 所示。

圖1 AirflashRBS 軌旁基站產品

圖2 AirflashTAU 車載終端產品

圖3 千兆車載網關（此AIRFLASH 板卡為千兆板卡）

圖4 萬兆車載網關（此AIRFLASH 板卡為萬兆板卡）

4.2 測試方案

4.2.1 測試組網

設置在動車電氣箱內的用于為該裝置提供電源和傳輸數據的車載網關（1）；設置在動車上車頭內部的車載終端（2），車載終端（2）的輸入端通過電纜接車載網關（1）的輸出端；用于接收車載終端（2）發出的車載數據的軌旁基站（3）；用于為軌旁基站（3）提供電源的POE 電源（5），POE 電源（5）的輸出端接軌旁基站（3）的輸入端；設置在地面的用于接收軌旁基站（3）發出的車載數據的地面存儲服務器（4），地面存儲服務器（4）的輸入端通過萬兆光纖接軌旁基站（3）的輸出端，如圖5 所示。

圖5 車載網關結構圖

4.2.2 部署環境

基于千兆車載網關的CRH380B 型動車組車載數據轉儲測試：千兆車載網關+TAU+RBS+千兆接口筆記本；

基于萬兆車載網關的CRH380B 型動車組車載數據轉儲測試：萬兆車載網關+TAU+RBS+萬兆地面存儲服務器。

4.2.3 測試內容

通過傳輸不同大小數據750MB、1GB、3GB、6GB 測試傳輸速率。

4.2.4 千兆車載網關測試過程

千兆車載網關發放750MB 數據，軌旁基站側接收耗時13s。

千兆車載網關發放1G 數據，軌旁基站側接收耗時18s。

千兆車載網關發放3G 數據，軌旁基站側接收耗時53s。

千兆車載網關發放6G 數據，軌旁基站側接收耗時111s。

4.2.5 萬兆車載網關測試過程

萬兆車載網關發放750MB 數據，軌旁基站側接收耗時5s。

萬兆車載網關發放1G 數據，軌旁基站側接收耗時8s。

萬兆車載網關發放3G 數據，軌旁基站側接收耗時27s。

萬兆車載網關發放6G 數據，軌旁基站側接收耗時48s。

4.2.6 測試結果

千兆車載網關設備測試結果和萬兆車載網關設備測試結果分別如表1、表2 所示：

表1 千兆車載網關設備測試結果

表2 萬兆車載網關設備測試結果

5 結論

結合現場測試結果，本研究獲得的技術在使用萬兆車載網關情況下，傳輸速率能達到1.3Gbps，具備高速高效安全傳輸數據條件。本方法獲得數據能夠通過智能專家診斷分析系統進行處理，不但可以監控當前可能存在的故障，還可以預測未來各類故障的概率，評價健康狀態進而為維修及其維護提供基礎參考，加快維修工作進度，進而實現高效及時的決策和管理調度，實現智能化高效運維。