铁路集装箱站无线通信系统研究

邢 军

铁路集装箱站无线通信系统研究

邢 军

摘 要：通过分析集装箱站管理信息系统无线通信需求，分别研究WLAN和McWiLL系统网络结构及组网方案，对比2个系统的优缺点，对铁路集装箱站的无线通信网络工程设计及建设具有一定的指导作用。

关键词：无线局域网;多载波无线信息本地环网;铁路集装箱站;无线通信系统

铁路集装箱站作为区域性的集装箱集散中心，具有办理整列集装箱列车到发、装卸能力，完成集装箱到达、中转和发送业务，并具有办理国际、国内集装箱的多式联运，以及对用户提供门到门服务的相关设施和能力。集装箱站的管理信息系统，以站内作业流程为基础，覆盖站内所有作业环节，形成相对独立又关联互控的信息共享系统，能够与银行、海关进行数据交换，与铁路运输管理信息系统交换信息，实现信息共享。管理信息系统采用有线网络与无线网络相结合的方式，各固定信息点之间采用以太网连接，而各移动信息点的数据接入采用无线局域网实现。

1 集装箱站管理信息系统无线通信需求

所有流动机械和现场作业人员所使用的无线终端能通过无线基站 (或接入点)连接应用服务器，以实现生产的实时控制。

系统容量上，无线通信应满足各摄像头实时视频监控数据回传的需要，一般每个摄像头需要的上行传输带宽不小于384 kb/s。无线通信系统应提供不小于10 Mb/s的数据传输速率，并可以与集装箱站计算机管理系统有机结合，应能满足区域内视频回传、语音调度以及上网业务的覆盖目标。

无线网络须覆盖整个集装箱站作业场，并提供冗余覆盖，保证业务的安全、正常运行。基站的选址应避免因无线信号折射、反射和绕射产生的多径干扰，防止频率干扰以及信道间干扰。

系统应保证传输数据的连续性，传输成功率应满足相关标准，应防止其他网络终端接入集装箱站无线通信系统。

系统有灵活的适应能力和扩展能力，以满足各种集装箱站的组网需求，便于将来对系统进行扩容、改造和升级等。系统应有较强的伸缩性，满足用户添加、移动和修改接入终端设备等需求。

2 WLAN系统

WLAN(Wireless Local Area Network无线局域网)是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN(Local Area Network)的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。WLAN开始是作为有线局域网的延伸，用来构建办公网络。随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为“公共无线局域网”，成为国际互联网宽带接入手段。

2.1 网络结构

为满足集装箱站场区作业信息的实时采集与反馈，一般在铁路集装箱站采用“光纤骨干网络+WLAN无线覆盖接入网络”的方案构建铁路集装箱无线网络系统，其功能是实现对作业信息的实时处理，彻底解决信息处理滞后于现场作业进度的矛盾。网络覆盖现场所有作业区，实现现场作业的实时指挥调度，建立以调度室为控制中心的作业体系，保证所有的作业操作都有记录。

WLAN无线网络由无线接入点AP、无线网卡和天线组成，采用基于光纤的100Base-F的链路接入到内部局域网。一般在集装箱站站场中心地带的制高点架设天线。站场无线AP充分利用灯塔设施进行架设，无线AP由主机房UPS提供电源。

铁路集装箱站WLAN无线基站AP通过光缆与中心网络相连，车载终端、手持终端通过无线信号与无线基站相连，并最终与网络中心的数据和业务服务器相通，保证终端应用软件能够与中心站管理信息系统有机结合，并进行数据交换和调度管理。

2.2 组网方案

以天津新港北铁路集装箱站工程为例，由于全定向天线的AP信号覆盖半径为200 m左右，在货场集装箱作业区利用电力专业设置的高灯杆设置接入设备AP及发射天线共18套，在杂件作业区利用电力专业设置的高灯杆设置接入设备AP及发射天线共7套，在延伸的铁路装卸区利用电力专业设置的高灯杆设置接入设备AP及发射天线共20套。

在大型吊车、叉车、场内集卡等装卸机械的司机室内设置车载终端，并为箱务管理员及门检人员配置手持终端。

当前铁路集装箱站管理信息系统无线网络主要采用WLAN系统，然而随着技术的更新发展及集装箱站无线通信业务需求的不断增加，WLAN已不能满足集装箱站视频监控等业务需要，其自身的缺点也影响了铁路集装箱站的业务安全，有必要根据集装箱站无线通信需求，研究其他无线接入系统应用于铁路集装箱站的可行性。McWiLL系统是我国自主研发的新一代宽带无线接入系统，有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输等优势，适合在铁路集装箱站使用。

3 McWiLL系统

McWiLL(Multi-carrier Wireless information Local Loop)全称是多载波无线信息本地环网。Mc-WiLL系统是基于SCDMA技术的宽带无线接入系统，是我国具有完全自主知识产权的宽带无线接入系统，它采用CS-OFDMA(码扩-正交频分多址接入)技术、时隙可调的TDD(时分双工)技术、增强型智能天线、软件无线电、自适应调制、快速联合检测和动态信道分配等先进的无线通信技术，能够在5MHz频率内提供高达15.36 Mb/s的数据传输速率，并同时提供语音、数据、视频等多种业务的综合接入，具有覆盖广、容量大、高并发、易于扩容的特点，适合在铁路集装箱站应用。

3.1 网络结构

McWiLL系统可为用户提供订制服务质量的传输链路，如应急通信、重要线路的备份、无线视频监控等。McWiLL系统网络拓扑如图1所示。

图1 McWiLL系统网络拓扑图

3.2 容量配置

集装箱站无线通信主要解决视频回传、语音调度和用户上网业务。以天津新港北铁路集装箱站工程为例，各业务所需带宽分析如下。

1．视频回传。假设需要安装约40个摄像头，每个摄像头需要实时进行视频监控数据回传，每个摄像头需要的传输带宽是384 kb/s，40路视频总共需要15.36 Mb/s的上行数据带宽。

2．语音调度。假设100路调度设备在线，对于VoIP语音考虑到IP、UDP、RTP包头开销，每路语音需要带宽为30 kb/s，100路语音需要上、下行带宽分别为3 Mb/s。

3．上网用户。假设有30个用户同时上网，按照平均每用户上行带宽50 kb/s，下行250 kb/s进行计算，30个用户共需要上行带宽为1.5 Mb/s，下行带宽为7.5 Mb/s。

单个McWiLL基站能提供上、下行各75 Mb/s的传输带宽，根据以上业务的需求，集装箱站系统容量分析如表1所示。

表1 集装箱站无线系统容量分析

从表1中可以看出，McWiLL系统容量满足集装箱站的规划需求。考虑到除了40路视频回传业务之外，还有数量比较大的语音调度需求，所以本系统的上、下行比例建议按照2：1进行配置，保证各种业务的稳定运行。

3.3 组网方案

集装箱站堆场区一般长约1 km，宽约600 m，加上两端的铁路延伸线，长度约为2～3 km。基于集装箱站可靠性的需求，一般在集装箱站内设2个McWiLL基站。铁路集装箱站McWiLL系统组网方案如图2所示。

图2 McWiLL系统组网方案示意图

在该组网方案中，McWiLL无线基站 (BTS)作为业务接入控制器向上分别与视频监控服务器、调度平台和数据平台通过IP网络进行信息交互。基站系统向下与各种终端设备通过系统内部的无线接口进行消息交互，保证终端应用软件能够与节点站管理信息系统有机结合并进行数据交换和调度管理，实现调度、视频监控和无线上网等各种业务需求。

4 系统比较

WLAN系统与McWiLL系统各有优缺点，如表2所示。

通过表2可以看出，McWiLL系统的优点更适合在铁路集装箱站使用，虽然其使用的频段仍需要向地方无线电管理委员会申请，但该频段不是开放频段，不会受到外来的干扰，可以保证集装箱站各项无线通信业务的安全可靠。

随着集装箱站业务对无线通信需求的不断增加，WLAN系统其性能和特点已不能满足业务管理和视频监控等业务的需求。基于SCDMA技术的McWiLL系统属于宽带多媒体集群系统，具有站点布放少、抗干扰能力强、可同频组网等优点，较好地满足了铁路集装箱站无线通信需求，McWiLL系统正以其独特的优势在铁路集装箱站、编组站、煤矿和码头等地方得到越来越多的应用，目前已成功的应用在丰台西编组站。McWiLL系统是我国完全自主知识产权的无线通信系统，符合我国铁路推动技术装备国产化的决策部署。

表2 WLAN系统与McWiLL系统优缺点对比分析表

(责任编辑：诸 红)

［1］赵晓娜．基于ZigBee的铁路集装箱站调度自动化系统设计［D］．西南交通大学，2005．

［2］张伟．兰州铁路集装箱信息平台的构建研究［J］.铁路计算机应用，2010(10)：23－25．

［3］蒋辉．McWiLL的演进：面向工业信息化的宽带多媒体集群系统［J］．电信科学，2008(8)：90－93．

［4］江连山．McWiLL技术及其应用［J］．电信技术，2007(7)：22－25．

［5］边锐杰，卜雷．铁路集装箱中心站管理信息系统设计研究［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 军：铁道第三勘察设计院集团有限公司 工程师 300251天津

2013-05-10