4G皮基站在取消省界收費(fèi)站部站傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的優(yōu)化應(yīng)用

摘要：文章針對(duì)部站傳輸網(wǎng)絡(luò)存在的問題，提出引入4G皮基站，解決原傳輸系統(tǒng)中存在的不足，確保在各類復(fù)雜環(huán)境中，及時(shí)將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地上傳到部中心。該方法在百色35個(gè)收費(fèi)站推廣使用后，解決了大部分收費(fèi)站附近運(yùn)營商基站信號(hào)不穩(wěn)定造成數(shù)據(jù)上傳不及時(shí)的問題，大大提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：高速公路網(wǎng)；聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營；部站傳輸網(wǎng)絡(luò)；4G皮基站

中圖分類號(hào)：U412.36+6 A 55 181 2

0 引言

取消高速公路省界收費(fèi)站工程實(shí)施并網(wǎng)切換成功后，實(shí)行自由流分段收費(fèi)，極大地提高了車道服務(wù)能力，減少了收費(fèi)人員的配置，大大降低了收費(fèi)公路運(yùn)營成本，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)綜合效益呈明顯遞增趨勢(shì)，路網(wǎng)規(guī)模效益進(jìn)一步顯現(xiàn)。取消高速公路省界收費(fèi)站，實(shí)現(xiàn)不停車快捷收費(fèi)，需要對(duì)現(xiàn)有的收費(fèi)站、收費(fèi)車道、ETC系統(tǒng)硬件及軟件進(jìn)行改造升級(jí)。在建設(shè)新系統(tǒng)、部署新設(shè)備時(shí)，高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也需要同步規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)ETC門架、收費(fèi)站、路段中心、省聯(lián)網(wǎng)中心和部聯(lián)網(wǎng)中心的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和穩(wěn)定快速的數(shù)據(jù)傳輸，是規(guī)劃的重點(diǎn)。

1 高速公路部站傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)現(xiàn)狀

高速公路數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式主要依托高速公路沿線布設(shè)的骨干網(wǎng)絡(luò)，將沿線所有門架、收費(fèi)站、路段中心、視頻攝像機(jī)等與相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)連接到各省路段中心和聯(lián)網(wǎng)中心。聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)總體架構(gòu)由全國收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)結(jié)算管理中心（以下簡稱“全國中心”）、?。▍^(qū)、市）聯(lián)網(wǎng)結(jié)算管理中心（以下簡稱“省聯(lián)網(wǎng)中心”，含具有清分結(jié)算功能的區(qū)域及路段中心）、省內(nèi)區(qū)域/路段中心、ETC門架、收費(fèi)站、收費(fèi)車道（MTC車道、ETC車道）等組成。為保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，ETC門架和收費(fèi)站到省聯(lián)網(wǎng)中心、全國中心采用主備雙鏈路，主用鏈路采用省內(nèi)現(xiàn)有收費(fèi)通信網(wǎng)絡(luò)，備份通信鏈路可采用運(yùn)營商專線網(wǎng)絡(luò)（或現(xiàn)有全國高速公路信息通信干線傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)），省聯(lián)網(wǎng)中心到全國中心復(fù)用已有跨省清分結(jié)算通信鏈路。為加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，應(yīng)建立全國中心與收費(fèi)站、ETC門架的直連鏈路［1］。目前部-省-站、部-站之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸采取有線通信和移動(dòng)通信專網(wǎng)（如4GVPDN）相結(jié)合的方式，收費(fèi)站傳輸至省聯(lián)網(wǎng)中心的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)使用現(xiàn)有的光纜傳輸，傳輸至交通運(yùn)輸部的數(shù)據(jù)是通過安裝在收費(fèi)站機(jī)房內(nèi)的4G路由器利用公用LTE網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)摹?/p>

2 部站傳輸網(wǎng)絡(luò)存在的問題

目前部站傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是通過在機(jī)房的4G路由器，利用收費(fèi)站機(jī)房附近的運(yùn)營商4G基站進(jìn)行撥號(hào)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)距離傳輸至交通運(yùn)輸部［2］。由于大部分收費(fèi)站位于偏僻地區(qū)，運(yùn)營商基站多建于山上，供電線路、傳輸光纜長，基站設(shè)施正常運(yùn)行易受異常天氣、基站停電、設(shè)備故障等多方面的因素影響，造成基站信號(hào)波動(dòng)，導(dǎo)致4G無線傳輸網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，這不僅影響部站數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和準(zhǔn)確性，同時(shí)也使收費(fèi)站的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作十分被動(dòng)。

2.1 氣候影響

收費(fèi)站的數(shù)據(jù)經(jīng)機(jī)房里的4G路由器，通過電磁波將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇倪\(yùn)營商信號(hào)基站，再由基站將信號(hào)上傳到交通運(yùn)輸部，4G信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性、及時(shí)性有很大影響。在雨天、雪天、霧天等這些氣候條件下，由于空氣中水密度變大，導(dǎo)致電磁波傳輸衰減變大，產(chǎn)生一些折射、衍射、散射等現(xiàn)象，信號(hào)到達(dá)基站的強(qiáng)度隨之變差；而持續(xù)的高溫天氣則會(huì)導(dǎo)致大氣波導(dǎo)增加，信號(hào)也可能會(huì)受到干擾［3］；遇到臺(tái)風(fēng)等氣候時(shí)，還易導(dǎo)致信號(hào)基站傳輸光纜中斷。

2.2 基站光纜損壞

運(yùn)營商在鄉(xiāng)村的基站多位于山上，傳輸光纜穿越山林，山林的動(dòng)物也會(huì)對(duì)光纜造成破壞，導(dǎo)致傳輸中斷。

2.3 電力供應(yīng)中斷

運(yùn)營商基站供電系統(tǒng)由當(dāng)?shù)毓╇姴块T提供，發(fā)生停電狀況時(shí)，雖然基站有UPS等后備電源供電，但是因未備有柴油發(fā)電機(jī)組，出現(xiàn)長時(shí)間停電后，UPS蓄電池電能用完，基站也無法正常運(yùn)行，導(dǎo)致部站信號(hào)無法聯(lián)通，影響相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)上傳及時(shí)性。

2.4 設(shè)備故障

部站網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施故障，無法自動(dòng)切換備用鏈路，或運(yùn)營商基站設(shè)施發(fā)生故障等，都會(huì)影響部站傳輸網(wǎng)絡(luò)，使部站數(shù)據(jù)無法正常傳輸。

2.5 維護(hù)困難

部站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題后，原因排查困難。由于收費(fèi)站自身的設(shè)施和運(yùn)營商基站設(shè)施分屬不同的單位運(yùn)維管理，協(xié)調(diào)溝通耗時(shí)久，且運(yùn)營商基站多位于山上，無人值守，排查耗時(shí)耗力。待問題原因排查清楚并解決后，部站數(shù)據(jù)已經(jīng)積壓很多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過服務(wù)規(guī)程要求的時(shí)限。

3 4G皮基站的優(yōu)點(diǎn)

皮基站即Pico Site，也簡稱皮站，是一種比微基站更小的基站，為了體現(xiàn)級(jí)別差距，用了Pico（微微）這個(gè)詞。根據(jù)3GPP組織的規(guī)則，無線基站分為四類，分別是宏基站、微基站、皮基站和飛基站［4］。皮基站分為一體化皮基站和擴(kuò)展型皮基站，還有單載頻、雙載頻之分，通常由基帶單元（BBU）、集線器單元（RHUB）、射頻拉遠(yuǎn)單元（pRRU）組成。

4G皮基站在取消省界收費(fèi)站部站傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的優(yōu)化應(yīng)用/黃柳盛

3.1 節(jié)約成本

4G皮基站體積小，安裝方便、節(jié)約空間，可充分利用現(xiàn)有的機(jī)柜空間資源，大幅降低項(xiàng)目安裝成本；采用網(wǎng)線（傳統(tǒng)室內(nèi)分機(jī)是饋線）連接，減少了很多機(jī)房配套設(shè)施，材料成本大幅降低；工程實(shí)施周期短、安裝快速便捷、人工成本也大幅降低。

3.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定

傳統(tǒng)基站，從BBU到核心網(wǎng)，使用像PTN這樣的專門的承載網(wǎng)絡(luò)。但是皮基站除了PTN之外，可以通過GPON或其他Internet連接，與核心網(wǎng)絡(luò)相連，皮基站支持MIMO多天線技術(shù)，容量更高，能夠滿足熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋［5］。

3.3 易于維護(hù)

皮基站可以接入運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，支持每一級(jí)的狀態(tài)監(jiān)控，有問題更容易排查，易于維護(hù)。

4 4G皮基站優(yōu)化應(yīng)用成效

在各收費(fèi)站機(jī)房安裝4G皮基站，可解決收費(fèi)站4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)波動(dòng)問題，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，提升收費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，保障收費(fèi)數(shù)據(jù)的傳輸能夠滿足交通運(yùn)輸部的要求。

4.1 降低外部因素對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

4G皮基站安裝在收費(fèi)站機(jī)房內(nèi)，只需要從接近城市、4G信號(hào)穩(wěn)定的收費(fèi)站接入運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)，使用各收費(fèi)站之間原有的光纜，就能將4G信號(hào)傳輸?shù)降靥幤h(yuǎn)的收費(fèi)站，部站數(shù)據(jù)不再通過基站傳輸，不再受基站設(shè)施影響，大幅度降低了外部因素對(duì)部站數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

4.2 增強(qiáng)4G信號(hào)的穩(wěn)定性

機(jī)房內(nèi)的4G路由器能夠近距離接收皮基站的4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，提升信號(hào)強(qiáng)度并穩(wěn)定4G信號(hào)。在收費(fèi)站機(jī)房安裝好皮基站后，機(jī)房4G信號(hào)由原來的-98 dbm提高到-45 dbm，信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)且持續(xù)保持穩(wěn)定，信號(hào)覆蓋強(qiáng)度達(dá)到等級(jí)1，

完全能夠滿足收費(fèi)數(shù)據(jù)的傳輸需求。

4.3 增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性

4G皮基站連接收費(fèi)站機(jī)房內(nèi)的UPS電源，不再受天氣、光纜等原因影響，若供電部門的電力線路停電造成收費(fèi)站停電，收費(fèi)站自備有柴油發(fā)電機(jī)組，能夠長時(shí)間提供電源，也不會(huì)影響收費(fèi)站機(jī)房設(shè)施，部站數(shù)據(jù)也能夠正常傳輸。

4.4 縮短故障排查時(shí)限

4G皮基站可提供數(shù)據(jù)運(yùn)行監(jiān)控功能，在部站數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)異?；虿患皶r(shí)的情況下，機(jī)電維護(hù)人員從后臺(tái)訪問就能查找問題原因，根據(jù)原因分析設(shè)備狀態(tài)，有針對(duì)性地采取措施，無須耗費(fèi)人力對(duì)各個(gè)相關(guān)設(shè)施進(jìn)行排查，縮短了故障排查時(shí)限，減少數(shù)據(jù)積壓數(shù)量和時(shí)長，符合運(yùn)營服務(wù)規(guī)程的相關(guān)要求。

4.5 節(jié)約運(yùn)維成本

4G皮基站安裝在收費(fèi)站機(jī)房內(nèi)，收費(fèi)數(shù)據(jù)通過皮基站可以就近傳輸，通過較小投入就能解決數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)性問題。機(jī)電維護(hù)人員針對(duì)上傳不及時(shí)、準(zhǔn)確性有異議的數(shù)據(jù)，可以通過遠(yuǎn)程訪問皮基站的監(jiān)控狀態(tài)，掌握問題原因，提出解決方案，不需要再到機(jī)房內(nèi)排查和聯(lián)系運(yùn)營商人員共同處理，減少了人力物力成本。

5 推廣效益顯著

4G皮基站在百色35個(gè)收費(fèi)站推廣后，有效解決了百色大部分收費(fèi)站附近運(yùn)營商基站信號(hào)不穩(wěn)定造成數(shù)據(jù)上傳不及時(shí)的問題，保證了數(shù)據(jù)上傳的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，大大提高了工作效率。

6 結(jié)語

安裝4G皮基站后，優(yōu)化了原部站網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，增加了收費(fèi)站數(shù)據(jù)部站傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸路徑，其通過專用光纜接入市區(qū)運(yùn)營商運(yùn)行穩(wěn)定的機(jī)房，破解了4G信號(hào)不穩(wěn)定難題，確保收費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性，為高速公路“一張網(wǎng)”后的數(shù)據(jù)傳輸提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)

［1］交通運(yùn)輸部.取消高速公路省界收費(fèi)站總體技術(shù)方案［Z］.2020.

［2］徐東彬，王 倩，何培舟.取消高速公路省界收費(fèi)站跨省域聯(lián)網(wǎng)方案研究［J］.中國交通信息化，2019（12）：90-94.

［3］郭子英.取消高速公路省界收費(fèi)站相關(guān)技術(shù)探討［J］.中國交通信息化，2018（11）：76-80.

［4］李 闖.全國聯(lián)網(wǎng)后高速公路運(yùn)營中存在的問題及對(duì)策分析——以C省為例［J］.南方論刊，2020（7）：65-66，72.

［5］戴劍軍，彭 巍，傅 達(dá)，等.ETC門架智慧運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用［J］.湖南交通科技，2020，46（2）：124-128.

收稿日期：2022-11-16