鐵路集裝箱站無線通信系統研究

邢 軍

鐵路集裝箱站無線通信系統研究

邢 軍

摘 要：通過分析集裝箱站管理信息系統無線通信需求，分別研究WLAN和McWiLL系統網絡結構及組網方案，對比2個系統的優缺點，對鐵路集裝箱站的無線通信網絡工程設計及建設具有一定的指導作用。

關鍵詞：無線局域網;多載波無線信息本地環網;鐵路集裝箱站;無線通信系統

鐵路集裝箱站作為區域性的集裝箱集散中心，具有辦理整列集裝箱列車到發、裝卸能力，完成集裝箱到達、中轉和發送業務，并具有辦理國際、國內集裝箱的多式聯運，以及對用戶提供門到門服務的相關設施和能力。集裝箱站的管理信息系統，以站內作業流程為基礎，覆蓋站內所有作業環節，形成相對獨立又關聯互控的信息共享系統，能夠與銀行、海關進行數據交換，與鐵路運輸管理信息系統交換信息，實現信息共享。管理信息系統采用有線網絡與無線網絡相結合的方式，各固定信息點之間采用以太網連接，而各移動信息點的數據接入采用無線局域網實現。

1 集裝箱站管理信息系統無線通信需求

所有流動機械和現場作業人員所使用的無線終端能通過無線基站 (或接入點)連接應用服務器，以實現生產的實時控制。

系統容量上，無線通信應滿足各攝像頭實時視頻監控數據回傳的需要，一般每個攝像頭需要的上行傳輸帶寬不小于384 kb/s。無線通信系統應提供不小于10 Mb/s的數據傳輸速率，并可以與集裝箱站計算機管理系統有機結合，應能滿足區域內視頻回傳、語音調度以及上網業務的覆蓋目標。

無線網絡須覆蓋整個集裝箱站作業場，并提供冗余覆蓋，保證業務的安全、正常運行。基站的選址應避免因無線信號折射、反射和繞射產生的多徑干擾，防止頻率干擾以及信道間干擾。

系統應保證傳輸數據的連續性，傳輸成功率應滿足相關標準，應防止其他網絡終端接入集裝箱站無線通信系統。

系統有靈活的適應能力和擴展能力，以滿足各種集裝箱站的組網需求，便于將來對系統進行擴容、改造和升級等。系統應有較強的伸縮性，滿足用戶添加、移動和修改接入終端設備等需求。

2 WLAN系統

WLAN(Wireless Local Area Network無線局域網)是利用無線通信技術在一定的局部范圍內建立的網絡，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線局域網LAN(Local Area Network)的功能，能夠使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接入。WLAN開始是作為有線局域網的延伸，用來構建辦公網絡。隨著應用的進一步發展，WLAN正逐漸從傳統意義上的局域網技術發展成為“公共無線局域網”，成為國際互聯網寬帶接入手段。

2.1 網絡結構

為滿足集裝箱站場區作業信息的實時采集與反饋，一般在鐵路集裝箱站采用“光纖骨干網絡+WLAN無線覆蓋接入網絡”的方案構建鐵路集裝箱無線網絡系統，其功能是實現對作業信息的實時處理，徹底解決信息處理滯后于現場作業進度的矛盾。網絡覆蓋現場所有作業區，實現現場作業的實時指揮調度，建立以調度室為控制中心的作業體系，保證所有的作業操作都有記錄。

WLAN無線網絡由無線接入點AP、無線網卡和天線組成，采用基于光纖的100Base-F的鏈路接入到內部局域網。一般在集裝箱站站場中心地帶的制高點架設天線。站場無線AP充分利用燈塔設施進行架設，無線AP由主機房UPS提供電源。

鐵路集裝箱站WLAN無線基站AP通過光纜與中心網絡相連，車載終端、手持終端通過無線信號與無線基站相連，并最終與網絡中心的數據和業務服務器相通，保證終端應用軟件能夠與中心站管理信息系統有機結合，并進行數據交換和調度管理。

2.2 組網方案

以天津新港北鐵路集裝箱站工程為例，由于全定向天線的AP信號覆蓋半徑為200 m左右，在貨場集裝箱作業區利用電力專業設置的高燈桿設置接入設備AP及發射天線共18套，在雜件作業區利用電力專業設置的高燈桿設置接入設備AP及發射天線共7套，在延伸的鐵路裝卸區利用電力專業設置的高燈桿設置接入設備AP及發射天線共20套。

在大型吊車、叉車、場內集卡等裝卸機械的司機室內設置車載終端，并為箱務管理員及門檢人員配置手持終端。

當前鐵路集裝箱站管理信息系統無線網絡主要采用WLAN系統，然而隨著技術的更新發展及集裝箱站無線通信業務需求的不斷增加，WLAN已不能滿足集裝箱站視頻監控等業務需要，其自身的缺點也影響了鐵路集裝箱站的業務安全，有必要根據集裝箱站無線通信需求，研究其他無線接入系統應用于鐵路集裝箱站的可行性。McWiLL系統是我國自主研發的新一代寬帶無線接入系統，有覆蓋范圍廣、高帶寬、高保密性、非視距傳輸等優勢，適合在鐵路集裝箱站使用。

3 McWiLL系統

McWiLL(Multi-carrier Wireless information Local Loop)全稱是多載波無線信息本地環網。Mc-WiLL系統是基于SCDMA技術的寬帶無線接入系統，是我國具有完全自主知識產權的寬帶無線接入系統，它采用CS-OFDMA(碼擴-正交頻分多址接入)技術、時隙可調的TDD(時分雙工)技術、增強型智能天線、軟件無線電、自適應調制、快速聯合檢測和動態信道分配等先進的無線通信技術，能夠在5MHz頻率內提供高達15.36 Mb/s的數據傳輸速率，并同時提供語音、數據、視頻等多種業務的綜合接入，具有覆蓋廣、容量大、高并發、易于擴容的特點，適合在鐵路集裝箱站應用。

3.1 網絡結構

McWiLL系統可為用戶提供訂制服務質量的傳輸鏈路，如應急通信、重要線路的備份、無線視頻監控等。McWiLL系統網絡拓撲如圖1所示。

圖1 McWiLL系統網絡拓撲圖

3.2 容量配置

集裝箱站無線通信主要解決視頻回傳、語音調度和用戶上網業務。以天津新港北鐵路集裝箱站工程為例，各業務所需帶寬分析如下。

1．視頻回傳。假設需要安裝約40個攝像頭，每個攝像頭需要實時進行視頻監控數據回傳，每個攝像頭需要的傳輸帶寬是384 kb/s，40路視頻總共需要15.36 Mb/s的上行數據帶寬。

2．語音調度。假設100路調度設備在線，對于VoIP語音考慮到IP、UDP、RTP包頭開銷，每路語音需要帶寬為30 kb/s，100路語音需要上、下行帶寬分別為3 Mb/s。

3．上網用戶。假設有30個用戶同時上網，按照平均每用戶上行帶寬50 kb/s，下行250 kb/s進行計算，30個用戶共需要上行帶寬為1.5 Mb/s，下行帶寬為7.5 Mb/s。

單個McWiLL基站能提供上、下行各75 Mb/s的傳輸帶寬，根據以上業務的需求，集裝箱站系統容量分析如表1所示。

表1 集裝箱站無線系統容量分析

從表1中可以看出，McWiLL系統容量滿足集裝箱站的規劃需求。考慮到除了40路視頻回傳業務之外，還有數量比較大的語音調度需求，所以本系統的上、下行比例建議按照2：1進行配置，保證各種業務的穩定運行。

3.3 組網方案

集裝箱站堆場區一般長約1 km，寬約600 m，加上兩端的鐵路延伸線，長度約為2～3 km。基于集裝箱站可靠性的需求，一般在集裝箱站內設2個McWiLL基站。鐵路集裝箱站McWiLL系統組網方案如圖2所示。

圖2 McWiLL系統組網方案示意圖

在該組網方案中，McWiLL無線基站 (BTS)作為業務接入控制器向上分別與視頻監控服務器、調度平臺和數據平臺通過IP網絡進行信息交互。基站系統向下與各種終端設備通過系統內部的無線接口進行消息交互，保證終端應用軟件能夠與節點站管理信息系統有機結合并進行數據交換和調度管理，實現調度、視頻監控和無線上網等各種業務需求。

4 系統比較

WLAN系統與McWiLL系統各有優缺點，如表2所示。

通過表2可以看出，McWiLL系統的優點更適合在鐵路集裝箱站使用，雖然其使用的頻段仍需要向地方無線電管理委員會申請，但該頻段不是開放頻段，不會受到外來的干擾，可以保證集裝箱站各項無線通信業務的安全可靠。

隨著集裝箱站業務對無線通信需求的不斷增加，WLAN系統其性能和特點已不能滿足業務管理和視頻監控等業務的需求。基于SCDMA技術的McWiLL系統屬于寬帶多媒體集群系統，具有站點布放少、抗干擾能力強、可同頻組網等優點，較好地滿足了鐵路集裝箱站無線通信需求，McWiLL系統正以其獨特的優勢在鐵路集裝箱站、編組站、煤礦和碼頭等地方得到越來越多的應用，目前已成功的應用在豐臺西編組站。McWiLL系統是我國完全自主知識產權的無線通信系統，符合我國鐵路推動技術裝備國產化的決策部署。

表2 WLAN系統與McWiLL系統優缺點對比分析表

(責任編輯：諸 紅)

［1］趙曉娜．基于ZigBee的鐵路集裝箱站調度自動化系統設計［D］．西南交通大學，2005．

［2］張偉．蘭州鐵路集裝箱信息平臺的構建研究［J］.鐵路計算機應用，2010(10)：23－25．

［3］蔣輝．McWiLL的演進：面向工業信息化的寬帶多媒體集群系統［J］．電信科學，2008(8)：90－93．

［4］江連山．McWiLL技術及其應用［J］．電信技術，2007(7)：22－25．

［5］邊銳杰，卜雷．鐵路集裝箱中心站管理信息系統設計研究［J］．物流科技，2003(2)：01－04．

Abstract:This paper analyzes the wireless communication requirements of the container station management information system，studies its network structure and WLAN scheme and McWiLL scheme，and compares the advantages and disadvantages of the two schemes，which offers a certain significance in guiding the engineering design and construction of wireless communication network within a railway container station．

Key words:WLAN;McWiLL;Railway container station;Wireless communication system

邢 軍：鐵道第三勘察設計院集團有限公司 工程師 300251天津

2013-05-10