基于TD-LTE的铁路客站移动信息化接入平台和应用系统

陈维明，蒋肖锋，陈云飞，施海峰

（1. 通号通信信息集团上海有限公司，上海 200071；2. 中国铁路上海局集团有限公司 信息化处，上海 200071；3. 中国铁路上海局集团有限公司 上海站，上海 200070；

4. 中国铁路上海局集团有限公司 上海电务段，上海 200434）

0 引言

铁路站场是铁路运输网络的重要节点，担负着大量的列车接发、编组任务和装卸业务，各工种承担着站场设备大量日常维修工作。但多年来，站场移动通信状况并没有大的改观，仍是以对讲机/GSM-R为主要的通信方式，难以满足铁路信息化日益发展的需要[1]。利用主流的宽带无线通信技术及移动互联网技术来推进站场移动信息化“最后一公里”建设的呼声很高[2-4]。

铁路站场包括车、机、工、电、辆等各专业，每个专业都有通用和特定的移动信息化需求。如果每个专业都各自单独建设无线通信系统，一方面会造成重复建设，经济效益不高；另一方面，无线通信系统的规划、建设、管理和维护专业性强，技术上会构成较大挑战。为了更好地满足铁路站场移动信息化的需求，可以在站场建立统一的宽带无线承载和应用平台，便于现场作业人员携带移动终端与后台数据支撑系统/管理人员之间形成即时的互动，完成作业流程、作业管控、技术支持等功能，以提高生产调度效率和安全管控水平[5-8]。另外，根据《铁路信息化总体规划》，应大力推进铁路站场宽带无线网络建设，至2020年车站（场）宽带无线网覆盖率达到60%[9]。

在对既有系统及客运、电务专业应用进行分析的基础上，提出基于TD-LTE的铁路客站移动信息化接入平台和应用系统方案，在上海站进行现场试验，并总结使用效果。

1 宽带无线通信技术选择

针对铁路站场对宽带无线通信及移动信息化的需求，原中国铁路总公司于2017年3月发布《铁路站场宽带无线接入系统总体技术要求（暂行）》[10]，规定了铁路站场采用基于1.8 GHz频段的TD-LTE和ISM开放频段的WLAN专用宽带接入的技术要求。基于TD-LTE和WLAN的宽带无线通信技术比较见表1。

表1 铁路站场专用宽带无线通信技术WLAN和TD-LTE的比较

综合来看，WLAN在局部区域覆盖、传输速率和设备成本上有较大优势，但在大范围区域覆盖、受干扰性、接入站点规划和施工方面存在明显不足。TD-LTE是4G时代移动互联网主流技术，在初期建设成本较高，还存在一定制约，但随着应用规模的增长，其相关费用会持续走低，是目前铁路站场宽带无线通信技术的主流方向。在此采用TD-LTE宽带无线通信系统作为铁路客站移动信息化接入平台和应用系统研究的基础。

2 系统设计

2.1 系统结构

铁路客站移动信息化接入平台和应用系统分为接入平台和应用系统2部分，其中接入平台由TD-LTE宽带无线通信子系统、虚拟化子系统、综合网络监控子系统组成；应用系统由多媒体调度子系统、客运移动信息化子系统、电务移动信息化子系统组成。系统结构见图1。

图1 系统结构

（1）TD-LTE宽带无线通信子系统由核心网、无线基站BBU、射频拉远单元RRU、无线网络交换机、管理和维护客户端、智能移动终端组成。虚拟化子系统包括1个控制节点和1个计算节点，在其中创建网络监控管理虚拟服务器、客运应用虚拟服务器、电务应用虚拟服务器。综合网络监控子系统由网络监控管理虚拟服务器、管理和维护客户端组成。

（2）多媒体调度子系统包括多媒体调度服务器、多媒体调度台、智能移动终端调度客户端APP。客运移动信息化子系统由客运应用虚拟服务器、智能移动终端客运应用APP、管理和维护客户端组成。电务移动信息化子系统由电务应用虚拟服务器、智能移动终端电务应用APP、管理和维护客户端组成。客运应用虚拟服务器、电务应用虚拟服务器分别通过客运防火墙、电务防火墙与客运既有系统、电务既有系统进行连接，完成各自所需的信息交互。

2.2 系统功能

2.2.1 接入平台

接入平台在站场无线覆盖和数据业务承载的基础上，具有以下功能：

（1）接入控制。具备移动终端管理和用户管理功能，未经授权的移动终端或用户不能接入。授权接入的移动终端或用户可根据需要控制其使用权限，如通话、数据传输、应用访问等。

（2）网络管理。具备对无线网络和设备的网络管理功能。除了系统配置外，能以拓扑图的形式显示网络设备的工作及告警状态，并可进一步查询。

2.2.2 应用系统

应用系统包括多媒体调度应用、客运专业应用、电务专业应用。多媒体调度应用具有单呼、组呼、短消息、视频通话等功能；客运专业应用具有信息公告、列车信息查询、接发车流程、交接班记录、现场信息上传、作业指导书查看、岗位监控等功能；电务专业应用具有风险提示、检修作业流程、施工作业流程、应急处置上报、现场信息上传、作业指导书查看、备品备件管理等功能。

2.3 系统特点

（1）客站无线全覆盖：采用TD-LTE系统和技术进行整个客站的覆盖。

（2）平台和应用相对独立。平台提供移动终端接入、数据承载和综合网络管理的功能。各专业的移动信息化满足各自作业流程和信息共享的功能，具有较大灵活性和扩展性。

（3）多媒体调度应用与各专业的移动信息化应用相互独立，可以选择使用。

（4）移动终端的接入和管理分为平台和应用2个层面进行管理。平台侧授权移动终端的接入，各专业应用侧通过移动终端的IMEI号授权对于应用的访问。

（5）各专业的移动信息化应用系统采用统一架构，即B/S架构结合智能移动终端APP的方式。

（6）TD-LTE宽带无线通信系统与既有业务系统在网络层面不相连接。业务层面仅有业务应用相应的虚拟服务器通过各自独立的防火墙以及不同物理网络接口与既有对应业务系统相连接，以满足信息隔离和安全的需要[7]。

3 实施方案及效果

基于TD-LTE的铁路客站移动信息化接入平台和应用系统于2017年初在上海站试用，上海站作为宽带无线接入平台的管理单位和客运信息化应用的使用单位，上海电务段作为电务信息化应用的使用单位。

3.1 系统组成

（1）接入部分。宽带无线接入部分由1个核心网eSCN230（包含企业用户中心eUDC、企业操作和维护中心eOMC等）、1个无线基站eBBU530、3个射频拉远单元eRRU和定向天线，以及管理客户端构成。

（2）应用部分。应用部分主要由1个多媒体调度服务器、1个调度台、1个虚拟化控制节点、1个虚拟化计算节点组成。在虚拟化计算节点上创建网络监控管理虚拟服务器、客运应用虚拟服务器、电务应用虚拟服务器。

3.2 系统部署

（1）无线网络覆盖。在上海站采用3个RRU（与BBU星形连接）进行全站覆盖的方案（见图2），使用1 785～1 790 MHz频率资源。核心网和BBU部署在上海站信息机房，3个RRU分别部署在10/11站台中间位置、西部靠咽喉区域楼顶、东部靠咽喉区域楼顶。RRU安装位置见图2（a）红色圆圈，黄色圆圈为核心网和BBU所在位置。覆盖范围仿真见图2（b），不同区域代表不同的范围和参考信息接收功率（RSRP）信号强度，由内向外递次减弱。

图2 上海站TD-LTE宽带无线系统的部署和覆盖范围

（2）基于TD-LTE宽带无线网络部署多媒体调度通信子系统。多媒体调度通信由服务器端软件、调度台软件以及移动客户端APP软件组成，可完成单呼、组呼、短消息、视频通话、视频回传和视频分发等功能。

（3）基于TD-LTE宽带无线网络部署客运移动信息化子系统。客运移动信息化应用由客运服务器端软件、客运Web管理与维护页面以及移动客户端客运APP软件组成。

（4）基于TD-LTE宽带无线网络部署电务移动信息化子系统。电务移动信息化应用由电务服务器端软件、电务WEB管理与维护页面以及移动客户端电务APP软件组成。

（5）在客运既有系统、电务既有系统与应用服务平台之间部署各自独立的防火墙设备（见图1）。防火墙设备直接连接到虚拟化计算节点设备的不同物理网络端口，不与无线网络交换机相连。

3.3 运用效果

（1）宽带无线接入系统可有效覆盖上海站站台、站厅、东西咽喉，以及南北广场区域。RSRP、信号与干扰加噪声比（SINR）的部分测量结果见表2，基本满足无线信号覆盖的要求。测量过程中通过移动终端（EP820）回传1路高清视频（分辨率1 280×720、25帧/s、H.264压缩标准、传输速率大于1 Mb/s），移动中回传到调度台的高清视频清晰流畅。

（2）移动终端的接入控制。在宽带无线接入侧通过终端的IMEI号授权接入，并能够对移动终端的访问权限进行控制。在应用系统侧绑定用户名和移动终端的IMEI号，客运应用的移动终端不能登录电务应用，反之亦然。

（3）无线接入平台和应用系统与既有业务系统既相隔离，不同业务子系统在限制条件下又可与其进行信息交互（通过独立防火墙和服务器侧独立网络端口连接，实现IP地址限制、端口映射、流量控制等功能）。

（4）多媒体调度子系统功能。完成单呼、组呼、短消息、视频通话、视频回传和视频分发等功能，使用体验良好。

（5）客运移动信息化子系统功能。在上海站调度指挥中心设置业务管理终端，根据业务需求，系统实现以下功能：①调度指挥中心可进行公告信息发布、人员在岗状态监控、列车接送任务管理、交接班记录查询等；②移动终端可查看公告信息，进行列车接送任务的接收和完成作业的操作，指挥中心可即时查看列车接送任务的完成情况；③移动终端可进行交接班的操作，指挥中心可即时查看交接班记录；④移动终端可查看列车即时的到发信息；⑤移动终端可进行图片、音频、视频上传和作业指导书查看。

表2 上海站TD-LTE宽带无线系统覆盖测量结果（部分）

（6）电务移动信息化子系统功能。在上海电务段调度指挥中心设置业务管理终端，系统实现以下功能：①调度指挥中心可进行风险提示管理、检修任务管理、施工任务管理、现场应急处置管理、作业指导书/设备应急资料检索管理、备品备件管理；②移动终端可接收和查看风险提示，进行检修任务/施工任务的接收，开始作业和完成作业的操作，调度指挥中心可即时查看分派任务的状态；③移动终端可上传现场应急处置记录，调度指挥中心查看相应记录，并进行审核；④移动终端可进行图片、音频、视频、测试数据上传和作业指导书/设备应急资料查看。

（7）管理和维护客户端可登录到网络监控管理虚拟服务器，通过拓扑图监视并进一步查看接入平台和应用系统中设备的运用状态（网络设备在线状态、数据库服务状态、Web服务器状态、告警等）。

4 结束语

基于TD-LTE的铁路客站移动信息化接入平台和应用系统将移动通信与信息技术相结合，在上海站的现场试用验证了其在铁路客站移动信息化应用方面的可行性和实用性，能够满足宽带无线数据承载、移动终端接入管理、客运和电务专业现场使用需求，为铁路客站作业提供了先进的信息化应用手段，对铁路站场移动信息化应用具有现实指导与借鉴意义。

后续可以预见到的业务应用和扩展功能如下：（1）可将TD-LTE无线网络覆盖扩展到多个站场，建立统一的站场移动信息化系统；（2）通过应用平台开发提供更多专业的接入，为多个不同专业提供统一的移动信息化基础服务；（3）借助于宽带无线移动网络的接入以及对讲机网关的支持，移动终端除了相互间可进行基于IP的调度通信外，还可与对讲机进行互联互通，实现大范围内通话的功能，可作为对讲机呼叫通信的一种升级方案。