毫米波赋能高铁万兆数据智能转储

        在中国，高铁已经成为人们长途出行的首选方式，每年有约5000万人次通过不断扩展的高铁网出行。列车在运行过程中会产生大量数据，涉及列车调度、编组、机车和车厢状况，需要与运行控制中心和机车车辆维修厂实时同步。每辆列车需要转储的数据量高达几百GB，甚至达到TB量级，以往只能依靠人工硬盘拷贝，效率低，还容易造成数据丢失或泄露，存在安全隐患。而且随着高清摄像头的普及，监控数据量越来越大，车地数据的转储瓶颈日益凸显。毫米波具有大带宽、低时延、抗干扰的特性，单CPE可达万兆速率。采用5G毫米波传输设备，能实现数据在车地之间的高速无线传输，不仅可以自动完成列车数据高效转储，而且可以保证车载数据完整、安全。

        中兴通讯基于对铁路通信需求的深刻理解以及在毫米波技术领域的丰富经验，提出基于毫米波回传的大带宽自动转储解决方案，如图1所示。

        基于毫米波回传的自动转储系统由车载数据监测子系统、车地数据传输子系统和地面数据处理中心组成。

        车载数据监控子系统完成数据采集、数据处理、数据记录、数据传输和转储等，负责与机车网络控制系统、列车运行控制记录装置、以太网采集机车车载安全防护系统等设备通信。

        车地数据传输子系统无线网络利用毫米波进行传输，完成车载到地面的数据传输；有线网络利用已有的铁路综合IT网络，完成铁路总公司、铁路局、机务段/检修段三级网络范围内的数据传输。

        地面数据处理中心的主要任务是把“车地传输子系统”实时转发过来的机车运行状态和故障信息等数据，进行处理、存储、管理和故障诊断，并基于机车业务的数据进行大数据分析与统计，为其他信息系统提供数据接口。

        下面主要介绍车地数据传输子系统。系统主要包括车载路由器、车载CPE（TAU）、地面毫米波基站（mmW gNB）、Relay网关和智算单元NE（NodeEngine）。

        - 车载路由器：车载路由器连接监控摄像头、存储及其他相关设备，通过毫米波设备和网关建立VPN隧道，监控图像和车载监控数据经聚合路由器转发到车载TAU，通过TAU和mmW gNB，经由新建的UPF，连接到铁路综合IT网络；下行数据处理类似，方向相反。

        - 车载CPE（TAU）：TAU安装在车顶，主要负责与地面mmW gNB自动建立连接，并高速上传车载路由器中的数据。

        - mmW gNB：mmw AAU是射频单元，安装在动车所的墙上或停车站台的两侧，通过大规模天线阵列波束赋型与车载CPE建立无线连接，并通过光纤把基带数字信号传输给中心机房的mmW BBU；mmW BBU是基带处理单元，通过光纤或网线与数据中心的Relay GW连接。

        - Relay网关：Relay网关模块接收到车载TAU发送过来的数据，并转发到相应的网元，如存储服务器或监控数据分析平台等。

        - NE智算单元：智算单板一方面对于空口部分支持白名单等鉴权技术，解决了安全性的问题，另一方面支持基于人工智能算法的业务识别、业务感知和业务保障策略，保障车地传输系统的高效、安全。

        中兴通讯毫米波产品支持26GHz和28GHz频段，工作带宽最大支持1600MHz，采用大规模天线阵列，模拟波束赋型，最远覆盖距离可达10km以上；同时支持动态帧结构，可根据实际业务动态调整上下行帧比例，以适应不同业务的带宽需求，按照DDDSU帧结构，下行最大可以达到25Gbps，按照DSUUU帧结构，上行可达16Gbps；支持NSA、NR-DC、NR-CA、FR2 Only等多种组网形式，满足不同场景的组网需求。

        毫米波回传相比传统的sub6G频段，具有更大的带宽优势；相比Wi-Fi，是授权频段，干扰更小，传输性能更有保障；相比微波，不仅支持点对多点的回传，还支持CPE的移动性，更适合多个列车并发回传的场景；相比有线传输，施工成本低，易于部署。

        目前毫米波用于车地回传自动转储的方案已经在上海申通地铁成熟落地，回传速率达7Gbps以上。毫米波自动转储解决方案，具备极简部署、一键转储、一键检测、自动备份等功能，可实现铁路机车车辆各子系统数据的自动对接、快速存储及各种数据处理，同时具备良好的数据边缘计算能力（含视频图像分析），是未来铁路系统数据转储的主流方案。