【安防知識(shí)網(wǎng)】借助無線系統(tǒng)，控制中心對(duì)列車內(nèi)部各個(gè)車廂的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及從控制中心到車廂的視頻(新聞、廣告等)傳遞、車內(nèi)上網(wǎng)等業(yè)務(wù)成為可能。

　　車地?zé)o線系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　目前，在地鐵中應(yīng)用的無線系統(tǒng)主要是TETRA和Wi-Fi(802.11系列)。其中，TETRA主要滿足地鐵運(yùn)營以及公安消防等語音通訊需要;802.11系統(tǒng)主要用來傳送高帶寬的應(yīng)用，如上行的列車內(nèi)部視頻監(jiān)控以及下行的乘客信息(包括文字和視頻)，但問題是，這是一個(gè)給辦公室、家庭或熱點(diǎn)地區(qū)無線上網(wǎng)而開發(fā)的技術(shù)，并不適合在列車環(huán)境中使用。它用于車地通訊時(shí)帶來的問題包括帶寬的衰減(隨著列車速度遞增，以及列車同基站的相對(duì)位置變化都會(huì)使帶寬衰減)、切換時(shí)間過長帶來的大量丟包、多輛列車共享帶寬時(shí)車內(nèi)應(yīng)用獲得的服務(wù)質(zhì)量無法保證等。

　　在高速列車(速度從200km/h 到500km/h)中，廣泛使用的無線系統(tǒng)是GSM-R，主要用于控車和鐵路內(nèi)部人員語音調(diào)度等窄帶應(yīng)用。

　　現(xiàn)在車廂內(nèi)部實(shí)時(shí)監(jiān)控、從控制中心到車廂的實(shí)時(shí)新聞及乘客相關(guān)信息、乘客接入互聯(lián)網(wǎng)等需求卻日益強(qiáng)烈。

　　對(duì)車廂內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控

　　目前，在地鐵環(huán)境中，運(yùn)營商普遍使用802.11系列傳送列車內(nèi)部監(jiān)控視頻，這樣做帶來的問題有如下幾個(gè)方面：

　　· 同時(shí)傳送的攝像機(jī)數(shù)量很有限;

　　· 切換時(shí)畫面上會(huì)有停滯或馬賽克出現(xiàn);

　　· 在多個(gè)列車共享帶寬時(shí)，攝像機(jī)圖像停滯嚴(yán)重(數(shù)據(jù)包延遲增大)。

　　在高速鐵路環(huán)境中，列車內(nèi)部的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控是一個(gè)新的課題。目前廣泛使用的GSM-R無線技術(shù)所提供的帶寬有限，不能滿足視頻監(jiān)控的需要。但不容置疑的是，隨著高鐵建設(shè)的加快，運(yùn)營商對(duì)安全性必然更加重視，列車內(nèi)部的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控將成為必然。

　　現(xiàn)有某公司專為高速列車開發(fā)的TRainCom?車地?zé)o線系統(tǒng)，其能滿足磁懸浮、高速鐵路和地鐵的需求，提供一個(gè)從列車到地面的可靠的無線傳輸監(jiān)控平臺(tái)，能夠同時(shí)支持控車、CCTV、PIS、部件診斷、因特網(wǎng)接入等多種應(yīng)用。

[nextpage]　　列車無線監(jiān)控的歷史

　　早在上個(gè)世紀(jì)70年代，就有公司開始為列車開發(fā)無線系統(tǒng)，見圖1和圖2。

　　當(dāng)時(shí)的無線系統(tǒng)代號(hào)為”Zugfunk”，它在歐洲裝備了超過一萬輛列車。從90年代開始，一些公司就開始為磁懸浮開發(fā)車地?zé)o線通訊系統(tǒng)(見圖3)。目前的TRainCom?系統(tǒng)即脫胎于這一系統(tǒng)。

[nextpage]　　系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

　　該系統(tǒng)是專為列車開發(fā)的無線系統(tǒng)。它不依賴任何“標(biāo)準(zhǔn)”，從物理層的調(diào)制方式，到MAC層的接入方式及切換的算法都是自主設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)不同于目前市場(chǎng)上任何將其它無線技術(shù)進(jìn)行修改然后用于列車的系統(tǒng)，如802.11系列或WiMax等，它是完全為列車環(huán)境設(shè)計(jì)和開發(fā)的無線系統(tǒng)，在高速列車應(yīng)用中具優(yōu)越性能。

　　目前此系統(tǒng)運(yùn)行在5.8GHz開放頻段上，無線鏈路的上行和下行在頻率上分開，分別占用約15MHz的頻率資源，在物理層上下行各提供16Mbps帶寬，可以給用戶使用的IP層吞吐量為上下行各14Mbps。而提供給用戶的吞吐量始終恒定，不會(huì)隨列車的速度遞增以及同基站的相對(duì)位置變化(與基站間距離增大或阻隔)而減小。

　　對(duì)外部基于IP的應(yīng)用來說，接入該系統(tǒng)可即插即用。其接收到IP數(shù)據(jù)包后，按照自己的方式在空口傳輸。簡(jiǎn)單地說，其會(huì)將大的IP數(shù)據(jù)包切割成較小的數(shù)據(jù)包(1000比特左右)，會(huì)提高無線傳輸性能。其基站使用同頻組網(wǎng)，也就是相鄰的基站使用相同的頻率。這種方式對(duì)于列車的快速切換至關(guān)重要，對(duì)于高速列車來說，約每10秒就需要進(jìn)行一次切換，必須要保證切換快速且沒有數(shù)據(jù)包丟失。

　　當(dāng)有多輛列車共享一個(gè)基站時(shí)(比如錯(cuò)車)，系統(tǒng)會(huì)采用確定性的接入方式，也就是每輛列車采用時(shí)分的方式，公平地分享基站提供的帶寬。這種方式相比于采用競(jìng)爭(zhēng)的策略(比如802.11系統(tǒng))更加適合于列車無線通訊，因?yàn)檫@種方式能夠保證每輛列車上重要應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。

　　此外，該系統(tǒng)提供的穩(wěn)定帶寬可同時(shí)接入多個(gè)應(yīng)用。每個(gè)應(yīng)用按照需求被指定一個(gè)優(yōu)先級(jí)和分配帶寬上限。系統(tǒng)采用IP地址和端口號(hào)識(shí)別它們，這樣，優(yōu)先級(jí)較低的業(yè)務(wù)(如上網(wǎng)的數(shù)據(jù)包)，永遠(yuǎn)不會(huì)干擾優(yōu)先級(jí)較高的業(yè)務(wù)(控車的信號(hào))。

　　系統(tǒng)的一個(gè)基本構(gòu)架及同外部應(yīng)用的連接如圖4和圖5所示。軌道旁的網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)部分：中央控制單元(CRCU)、分散控制單元(DRCU)和無線基站(RBS)。其中，CRCU是整個(gè)系統(tǒng)的管理中心，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部件進(jìn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)設(shè)定和軟件升級(jí);DRCU對(duì)一系列RBS(理論最多250個(gè))進(jìn)行控制，完成數(shù)據(jù)路由等功能;RBS間及到DRCU通過光纖以太網(wǎng)連接。

　　外部應(yīng)用通過CRCU接入到無線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其車載網(wǎng)絡(luò)包括天線、收發(fā)器和控制單元MRCU三個(gè)部分。MRCU是車載應(yīng)用的接入網(wǎng)關(guān)，它通過雙絞線連接到車載以太網(wǎng)，另外，各種車載的、基于IP的應(yīng)用也連接到車載以太網(wǎng)。

[nextpage]　　車地?zé)o線系統(tǒng)應(yīng)用于高速列車

　　高速列車是個(gè)信息孤島。在幾個(gè)小時(shí)的旅途中，列車運(yùn)營部門無法在地面控制中心實(shí)時(shí)查看列車內(nèi)部圖像，乘客很難體驗(yàn)正常手機(jī)通話，訪問互聯(lián)網(wǎng)更是難上加難。而采用此系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)從列車內(nèi)部到地面的無線通道，使這些應(yīng)用成為可能。

　　在地面控制中心，可以輕松查看列車內(nèi)部的實(shí)時(shí)圖像。同時(shí)，列車運(yùn)營部門可以將實(shí)時(shí)的新聞傳送到列車內(nèi)部供人觀看(而不只是一些陳舊的、讓人昏昏欲睡的視頻)，這樣也會(huì)吸引更多廠商做廣告。對(duì)于乘客來說，不用擔(dān)心手機(jī)通話隨時(shí)中斷，相反，話音質(zhì)量猶如坐在辦公室也能夠輕松地訪問互聯(lián)網(wǎng)。

　　表1是基于該無線網(wǎng)的一些應(yīng)用及其帶寬分配。

　　對(duì)于CCTV來說，不光是將車內(nèi)圖像傳送到地面控制中心，另一個(gè)可能的視頻傳送路徑是將站臺(tái)的視頻圖像傳送到駕駛艙，這樣列車司機(jī)就可以看到即將駛?cè)氲能囌镜膶?shí)時(shí)畫面。如果出現(xiàn)緊急情況(比如有乘客跌入軌道)，司機(jī)有足夠的時(shí)間做出反應(yīng)，出現(xiàn)事故的幾率會(huì)大大降低。

[nextpage]　　圖6是該系統(tǒng)連接CCTV系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。

　　列車內(nèi)部的模擬攝像頭經(jīng)過編解碼器輸出IP數(shù)據(jù)流，它經(jīng)過列車內(nèi)部的局域網(wǎng)接入到車載控制單元MRCU。經(jīng)過MRCU轉(zhuǎn)發(fā)到收發(fā)器單元，轉(zhuǎn)變成高頻信號(hào)，通過車載天線發(fā)送到軌旁基站，最終通過骨干網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心的CCTV服務(wù)器。該無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于CCTV系統(tǒng)來說就是一個(gè)延伸到列車內(nèi)部的IP網(wǎng)絡(luò)。

　　列車視頻監(jiān)控的未來

　　不管是地鐵還是高速列車，對(duì)列車內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控將成為必然，這一任務(wù)必須通過構(gòu)建一套專用的無線網(wǎng)絡(luò)來完成。這一專用無線網(wǎng)絡(luò)，除了滿足視頻監(jiān)控的要求，還必須要滿足其它應(yīng)用的車地?cái)?shù)據(jù)傳送需求，如乘客信息系統(tǒng)、因特網(wǎng)、車內(nèi)微基站等等。上文描述的系統(tǒng)就是這樣一套車地?zé)o線系統(tǒng)，這一系統(tǒng)已經(jīng)用于西班牙巴塞羅那地鐵9號(hào)線，即將用于慕尼黑地鐵和西班牙高速鐵路。