4G皮基站在取消省界收費站部站傳輸網絡系統中的優化應用

摘要：文章針對部站傳輸網絡存在的問題，提出引入4G皮基站，解決原傳輸系統中存在的不足，確保在各類復雜環境中，及時將數據準確地上傳到部中心。該方法在百色35個收費站推廣使用后，解決了大部分收費站附近運營商基站信號不穩定造成數據上傳不及時的問題，大大提高了工作效率。

關鍵詞：高速公路網；聯網運營；部站傳輸網絡；4G皮基站

中圖分類號：U412.36+6 A 55 181 2

0 引言

取消高速公路省界收費站工程實施并網切換成功后，實行自由流分段收費，極大地提高了車道服務能力，減少了收費人員的配置，大大降低了收費公路運營成本，經濟和社會綜合效益呈明顯遞增趨勢，路網規模效益進一步顯現。取消高速公路省界收費站，實現不停車快捷收費，需要對現有的收費站、收費車道、ETC系統硬件及軟件進行改造升級。在建設新系統、部署新設備時，高速公路聯網收費系統的數據傳輸系統也需要同步規劃，實現ETC門架、收費站、路段中心、省聯網中心和部聯網中心的數據互聯互通和穩定快速的數據傳輸，是規劃的重點。

1 高速公路部站傳輸網絡系統現狀

高速公路數據網絡組網方式主要依托高速公路沿線布設的骨干網絡，將沿線所有門架、收費站、路段中心、視頻攝像機等與相關業務系統進行對接，同時連接到各省路段中心和聯網中心。聯網收費系統總體架構由全國收費公路聯網結算管理中心（以下簡稱“全國中心”）、省（區、市）聯網結算管理中心（以下簡稱“省聯網中心”，含具有清分結算功能的區域及路段中心）、省內區域/路段中心、ETC門架、收費站、收費車道（MTC車道、ETC車道）等組成。為保證數據實時傳輸，ETC門架和收費站到省聯網中心、全國中心采用主備雙鏈路，主用鏈路采用省內現有收費通信網絡，備份通信鏈路可采用運營商專線網絡（或現有全國高速公路信息通信干線傳輸系統網絡），省聯網中心到全國中心復用已有跨省清分結算通信鏈路。為加強聯網收費系統運行監測，應建立全國中心與收費站、ETC門架的直連鏈路［1］。目前部-省-站、部-站之間的網絡傳輸采取有線通信和移動通信專網（如4GVPDN）相結合的方式，收費站傳輸至省聯網中心的業務數據使用現有的光纜傳輸，傳輸至交通運輸部的數據是通過安裝在收費站機房內的4G路由器利用公用LTE網絡傳輸的。

2 部站傳輸網絡存在的問題

目前部站傳輸網絡系統的數據是通過在機房的4G路由器，利用收費站機房附近的運營商4G基站進行撥號聯網，實現數據無線遠距離傳輸至交通運輸部［2］。由于大部分收費站位于偏僻地區，運營商基站多建于山上，供電線路、傳輸光纜長，基站設施正常運行易受異常天氣、基站停電、設備故障等多方面的因素影響，造成基站信號波動，導致4G無線傳輸網絡不穩定，這不僅影響部站數據傳輸的及時性和準確性，同時也使收費站的網絡維護工作十分被動。

2.1 氣候影響

收費站的數據經機房里的4G路由器，通過電磁波將數據傳輸到附近的運營商信號基站，再由基站將信號上傳到交通運輸部，4G信號的強弱對數據的傳輸穩定性、及時性有很大影響。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，導致電磁波傳輸衰減變大，產生一些折射、衍射、散射等現象，信號到達基站的強度隨之變差；而持續的高溫天氣則會導致大氣波導增加，信號也可能會受到干擾［3］；遇到臺風等氣候時，還易導致信號基站傳輸光纜中斷。

2.2 基站光纜損壞

運營商在鄉村的基站多位于山上，傳輸光纜穿越山林，山林的動物也會對光纜造成破壞，導致傳輸中斷。

2.3 電力供應中斷

運營商基站供電系統由當地供電部門提供，發生停電狀況時，雖然基站有UPS等后備電源供電，但是因未備有柴油發電機組，出現長時間停電后，UPS蓄電池電能用完，基站也無法正常運行，導致部站信號無法聯通，影響相關數據指標上傳及時性。

2.4 設備故障

部站網絡傳輸設施故障，無法自動切換備用鏈路，或運營商基站設施發生故障等，都會影響部站傳輸網絡，使部站數據無法正常傳輸。

2.5 維護困難

部站網絡數據出現問題后，原因排查困難。由于收費站自身的設施和運營商基站設施分屬不同的單位運維管理，協調溝通耗時久，且運營商基站多位于山上，無人值守，排查耗時耗力。待問題原因排查清楚并解決后，部站數據已經積壓很多，遠遠超過服務規程要求的時限。

3 4G皮基站的優點

皮基站即Pico Site，也簡稱皮站，是一種比微基站更小的基站，為了體現級別差距，用了Pico（微微）這個詞。根據3GPP組織的規則，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）、射頻拉遠單元（pRRU）組成。

4G皮基站在取消省界收費站部站傳輸網絡系統中的優化應用/黃柳盛

3.1 節約成本

4G皮基站體積小，安裝方便、節約空間，可充分利用現有的機柜空間資源，大幅降低項目安裝成本；采用網線（傳統室內分機是饋線）連接，減少了很多機房配套設施，材料成本大幅降低；工程實施周期短、安裝快速便捷、人工成本也大幅降低。

3.2 傳輸網絡穩定

傳統基站，從BBU到核心網，使用像PTN這樣的專門的承載網絡。但是皮基站除了PTN之外，可以通過GPON或其他Internet連接，與核心網絡相連，皮基站支持MIMO多天線技術，容量更高，能夠滿足熱點區域覆蓋［5］。

3.3 易于維護

皮基站可以接入運營商的網絡管理系統，支持每一級的狀態監控，有問題更容易排查，易于維護。

4 4G皮基站優化應用成效

在各收費站機房安裝4G皮基站，可解決收費站4G網絡信號波動問題，優化數據傳輸網絡，提升收費數據傳輸的穩定性，保障收費數據的傳輸能夠滿足交通運輸部的要求。

4.1 降低外部因素對信號傳輸的影響

4G皮基站安裝在收費站機房內，只需要從接近城市、4G信號穩定的收費站接入運營商的網絡，使用各收費站之間原有的光纜，就能將4G信號傳輸到地處偏遠的收費站，部站數據不再通過基站傳輸，不再受基站設施影響，大幅度降低了外部因素對部站數據傳輸的影響。

4.2 增強4G信號的穩定性

機房內的4G路由器能夠近距離接收皮基站的4G網絡信號，提升信號強度并穩定4G信號。在收費站機房安裝好皮基站后，機房4G信號由原來的-98 dbm提高到-45 dbm，信號強度最強且持續保持穩定，信號覆蓋強度達到等級1，

完全能夠滿足收費數據的傳輸需求。

4.3 增強設備運行穩定性

4G皮基站連接收費站機房內的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站停電，收費站自備有柴油發電機組，能夠長時間提供電源，也不會影響收費站機房設施，部站數據也能夠正常傳輸。

4.4 縮短故障排查時限

4G皮基站可提供數據運行監控功能，在部站數據傳輸出現異常或不及時的情況下，機電維護人員從后臺訪問就能查找問題原因，根據原因分析設備狀態，有針對性地采取措施，無須耗費人力對各個相關設施進行排查，縮短了故障排查時限，減少數據積壓數量和時長，符合運營服務規程的相關要求。

4.5 節約運維成本

4G皮基站安裝在收費站機房內，收費數據通過皮基站可以就近傳輸，通過較小投入就能解決數據傳輸及時性問題。機電維護人員針對上傳不及時、準確性有異議的數據，可以通過遠程訪問皮基站的監控狀態，掌握問題原因，提出解決方案，不需要再到機房內排查和聯系運營商人員共同處理，減少了人力物力成本。

5 推廣效益顯著

4G皮基站在百色35個收費站推廣后，有效解決了百色大部分收費站附近運營商基站信號不穩定造成數據上傳不及時的問題，保證了數據上傳的及時性和準確性，大大提高了工作效率。

6 結語

安裝4G皮基站后，優化了原部站網絡傳輸系統，增加了收費站數據部站傳輸網絡系統數據傳輸路徑，其通過專用光纜接入市區運營商運行穩定的機房，破解了4G信號不穩定難題，確保收費數據傳輸的及時性，為高速公路“一張網”后的數據傳輸提供了有力保障。

參考文獻

［1］交通運輸部.取消高速公路省界收費站總體技術方案［Z］.2020.

［2］徐東彬，王 倩，何培舟.取消高速公路省界收費站跨省域聯網方案研究［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站相關技術探討［J］.中國交通信息化，2018（11）：76-80.

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

［5］戴劍軍，彭 巍，傅 達，等.ETC門架智慧運維關鍵技術及應用［J］.湖南交通科技，2020，46（2）：124-128.

收稿日期：2022-11-16