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轨道交通通信系统检测研讨

轨道交通通信系统检测研讨. 中国铁路通信信号上海电信测试中心 China National Railway Comm.& Signal Testing Center, shanghai. 通信系统服务质量分析. 第三方检测的主要意义和作用. 通信系统检测的主要内容. 案例分析. 主要内容. Safety. Reliability. 实施 RAMS 的核心目标. 服务质量 QoS. RAMS. Maintain-ability. Availability. 通信系统的服务质量 QoS 指标. 体现用户感受. 量化数据指标. QoS. 反映系统性能.

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轨道交通通信系统检测研讨

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Presentation Transcript

  1. 轨道交通通信系统检测研讨 中国铁路通信信号上海电信测试中心 China National Railway Comm.& Signal Testing Center, shanghai

  2. CRSC 通信系统服务质量分析 第三方检测的主要意义和作用 通信系统检测的主要内容 案例分析 主要内容

  3. CRSC Safety Reliability 实施RAMS的核心目标 服务质量 QoS RAMS Maintain-ability Availability

  4. CRSC 通信系统的服务质量QoS指标 体现用户感受 量化数据指标 QoS 反映系统性能

  5. CRSC 1 2 3 无线通信系统 视频监控系统 有线网络系统 轨道交通通信系统服务质量分析 • 网络性能表现 • 可靠性指标 • 安全性评估 • 动态传送下的性能 • 图象质量QoS指标 • 系统功能实现程度 • 外界因素影响 • 量化的QoS指标 • 覆盖的弱场定位 • 干扰影响 • 系统(内)间的协调

  6. CRSC 无线通信系统 1 无线通信系统

  7. CRSC 无线通信系统的不可控因素 服务质量下降!!! 传播环境 信号干扰 系统的不可控因素 检测手段 系统配置 施工安装

  8. CRSC 无线通信系统 WLAN网络服务质量 TETRA网络服务质量

  9. CRSC WLAN 2.4GHz WLAN网络在地铁中的应用 • CBTC • 系统可靠性要求极高 • 数据吞吐量低 • 采用全冗余设计 • 网络漫游切换短 • 网络抗干扰要求高 • PIS • 系统可靠性要求较高 • 数据吞吐量要求较高 • 网络自动保护 • 网络漫游切换短 • 网络抗干扰要求高

  10. CRSC WLAN网络QoS测试 物理层 数据链路层 Layer1～7测试 网络层 QoS 应用层

  11. CRSC WLAN无线网络QoS测试构架 图象模糊 马赛克现象 • 视频图象质量（上/下行） 系统应用测试 • 网络吞吐量 • 网络转发时延 • 数据优先级测试 带宽下降严重 丢包情况严重 网络性能指标测试 乒乓效应 切换过长 • 802.11二层切换 • IP层（三层）切换 网络漫游切换测试 • 位置与场强的对应 • 无线覆盖弱场搜索 • 干扰源查找 覆盖盲点 同邻频干扰 无线场强覆盖测试

  12. CRSC 封闭隧道环境下无线信号覆盖质量 供列车运行的高压电线 天线可能放置的位置 弱电系统 电缆桥架 强电系统 电缆桥架 列车 天线可能放置的位置 消防 龙头 列车天线可能放置的位置 铁轨 列车地面 隧道一般高度：5.2 -- 5.5米之间 列车前进方向 单洞封闭隧道结构剖面图

  13. CRSC 封闭隧道环境下无线信号覆盖质量 天线可能放置的位置 供列车运行的高压电线 弱电系统 电缆桥架 强电系统 电缆桥架 消防 龙头 天线可能放置的位置 铁轨 列车前进方向 隧道现场图片

  14. CRSC 无线信号覆盖质量 • 多路径快速衰落 • 产生原因：隧道的封闭性，造成无线电波信号的多次反射，对信号质量产生致命影响 • 隧道转弯半径较小，隧道内众多桥架以及防火门等设施引起 • 多普勒效应 • 产生原因：移动物体（车载无线单元）在快速靠近/离开固定物体（隧道AP）时，通讯频率发生变化（频点漂移），接收到的信号能量下降。 • 车速过快时，导致吞吐量下降，设置通讯中断

  15. CRSC 2 Ö Height = D /8 + 43.3 D/4F Ö H1 = 43.3 D/4F Ö 43.3 D/4F 60% first Fresnel Zone H = H1 + H2 2 H2=D /6 Earth Bulge D = Distance Between Antennas 无线信号覆盖质量 • 菲涅尔区 • 地铁隧道内菲涅尔区间狭小，压缩了点到点传输链路中间的空间 H1=保证第一菲涅尔区60%的空旷需要架高天线的高度； H2=地球曲率因素要求的天线架高高度； D=以英里为单位的距离； F=以GHz为单位的频率。 • 隧道壁对无线信号的反射 • 某些隧道壁相当光滑，无线信号在隧道拐弯处会发生发射显现，信号会沿着隧道方向传播过去。 • 某些隧道对无线信号的反射相对较小，因此必须要保证第一菲涅耳区的可视

  16. CRSC 隧道弯曲半径对信号传播的影响 在实际工程中必须要根据隧道实际情况，进行无线信号现场测试

  17. CRSC WLAN网络－无线场强覆盖干扰测试 特点： 1、实时频谱分析 2、通道统计 3、设备自动查找 4、记录回放Playback 5、弱场查找 6、干扰发现

  18. CRSC PIS AP3 PIS AP1 PIS AP2 AP无缝漫游切换 同频切换中的乒乓效应

  19. CRSC 应用层对漫游切换的反映 无乒乓效应，网络响应时间表现 多次乒乓效应，网络响应时间表现

  20. CRSC CBTC、PIS系统中IP数据包的特点 • 数据流向 —列车控制中心 —控制中心列车 • 数据包类型 —单播？组播？广播？各种数据包分布 —TCP？UDP？ • 数据包大小分布 —短包（eg. 64、128byte） —中长包（ eg. 256、512、1024、1280byte） —长包（ eg. 1518byte） • 数据性能要求 —数据吞吐量 —漫游切换时间测试 —时延 —丢包情况 必须根据业务数据流特点构造测试案例

  21. CRSC 网络吞吐量 测试环境: 数据帧为1518byte长包 单播模式 TCP 802.11g网络的吞吐量测试结果： 1、无线信号覆盖不佳的区段，网络吞吐量会明显下降 2、在漫游切换过程中，数据包无法转发（瞬间）

  22. CRSC 网络时延和AP切换测试 体现应用层数据结果

  23. CRSC 无线通信系统 WLAN网络服务质量 TETRA网络服务质量

  24. CRSC TETRA无线通信系统网络结构框图 SCN: 交换控制节点 NMS: 网络管理系统 TBS: TETRA基站 BDA: 直放站 o 语音 数据 漏泄电缆 TBS BDA BDA TBS 网管 SCN NMS . 其他TETRA TBS TBS TBS TBS TETRA 基本结构 调度中心

  25. CRSC TETRA网络服务质量劣化的常见现象 信号弱 掉话 呼叫失败 呼叫建立时间过长 语音质量下降 覆盖问题 干扰 ？原因 无线网络性能

  26. CRSC TETRA无线通信系统检测主要内容 基站测试 发射功率 频率偏差 以往关注点 直放站测试 输出光功率 输入光功率 射频输出功率 漏缆测试 输入功率 电压驻波比 天馈线测试 输入功率 电压驻波比 QoS测试 语音测试 场强覆盖 干扰查找 现在关注点 端到端连接建立时间 端到端连接建立成功率 组呼连接建立成功率 越区切换成功率 越区切换持续时间 语音质量 掉话率 • 场强覆盖率 • 天馈系系统 同频干扰 邻频干扰

  27. CRSC TETRA网络上海三号线试验线场强及QOS测试 A、站台无车静态测试 在网络信号较强、接收电平稳定情况下，基本不会出现误码，话音质量良好；而当网络信号弱、接收电平低时，相应会导致误码出现，从而影响话音质量。

  28. CRSC TETRA网络三号线试验线场强及QOS测试 B、区间列车动态测试 列车停靠在站台时，列车内信号电平较低，为-100dBm、-105dBm，并且产成误码（误码率为2%）初步判断为站台内未进行场强覆盖，由于列车对信号的屏蔽作用，导致信号较弱。 列车行驶到两站中间时，信号电平在-80dBm和-90dBm之间起伏变化，并产生误码（误码率为1%—2%），会对通话质量产生影响。初步判断为两站信号交叠处，可能存在同频干扰。 从列车内走到站台期间信号电平由-105dBm恢复至-80dBm，在此之间产生了几次误码（误码率为2%）初步判断为列车对信号的损耗，导致出列车门进入站台期间信号电平迅速上升。

  29. CRSC TETRA网络三、四号线同邻频干扰测试 3号线石龙路停车场平面图 4号线蒲汇溏路停车场平面图 测试说明： 上海轨道交通无线集群TETRA网络的频率资源相对比较紧张（仅有四组频率），因此两停车场基站共用同一个频点，但由于两个停车场距离比较接近，采用天线进行覆盖，天线的辐射半径较大，无线信号传播控制非常困难，容易对相邻停车场的覆盖区域产生同频干扰。 测试后采取的措施： 将停车场的基站发射功率调小，天线的俯扬角进一步向下倾斜。在保证了满足停车场覆盖的前提下，上述两个停车场之间不发生同频干扰，同时也没有对正线运行的列车产生干扰。

  30. CRSC 视频监控系统 2 视频监控系统

  31. CRSC 视频监控系统 视频图象服务质量

  32. CRSC 可靠性 高清晰度 视频监控系统图像质量需求分析 图像质量需求 实时性 高分辨率

  33. CRSC 传输通道性能 外界信号干扰 照度 随机杂波 单频干扰 电源干扰 脉冲干扰 接地干扰 阻抗不匹配 通道误码 传输时延 通道带宽 照度影响 影响图像质量的主要因素 照度 传输通道性能 外界信号干扰

  34. CRSC C D A B 传输时延过长会 造成图像不连贯。 通道带宽若小于 6Mb/s，会导致图像延迟或者通信中断。 阻抗不匹配会在信号传输线上脉冲序列的前后产生振荡，若振荡加大，则会无法分辨出脉冲电平值，产生重影。 通道误码如果大于1×10ˉ6，则图像会出现马赛克现象。 传输通道性能影响 轨道交通内部传输图像的传输通道可能是多种多样的，环境条件也各不相同，因此阻抗的不匹配、通道衰减的大小以及接口的反射都会对图像质量产生影响。

  35. CRSC 传输通道性能测试

  36. CRSC B 电源干扰 C 接地干扰 A 单频干扰 D 脉冲干扰 50Hz的电源干扰性最强，它会产生一个连贯的干扰带，而视频信号的频率范围为0-6MHz，因此会会造成扭曲干 扰，产生“黑白滚道”现象。 监控点距离控制 中心较远，而这 样很容易导致地 电位不平衡，而 产生对视频信号 的干扰 ，会引起黑色滚动条纹。 轨道交通内部有大量 的控制信号，而该类 信号的工作频段大都 集中在10MHz以内， 而恰恰视频信号也在 该频段内，因此干扰 条纹将非常复杂 ， 产生“网纹”现象。 由轨道交通内 部各种继电器 产生的非常强 烈的阶段性的 脉冲干扰引起， 会造成“跳动” 现象。 外界信号干扰 由于建筑物内的电气环境比较复杂，容易形成各种干扰源，如果施工过程中未采取恰当的防护措施，各种干扰就会通过传输线缆进入视频监控系统，造成视频图像质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等现象。在视频监控系统中，随机杂波影响不是主要的，主要的是各种干扰信号的影响。

  37. CRSC 图像质量QoS 指标评定 • 主观评价 • 图像清晰度 • 图像还原度 • 图像亮度 • 按照五级损伤制评分 目前图像质量主观评价方式的缺陷 以前，人们一直采用图像五级损伤制这个方法来对图像质量做主观评价，也就是“察觉不到的、可察觉的、有轻微干扰的、有干扰的、有严重干扰的”，但是这种评价方法会受到许多主客观因素的影响。主观因素就是每个人的评价标准不一样，同样是4级标准，有些人觉得可以了，但有些人觉得达不到，因为个人参照的基准不同；客观因素就是受到照度、距离等物理条件的影响。因而，不同人对同一幅图像的质量会产生不同的评判，这往往会导致分歧，这时就需要引入客观的测试来做一个最终的判断。

  38. CRSC 视频图象服务质量QoS参数测试 图像质量QoS 指标评定 • 主观评价 • 图像清晰度 • 图像还原度 • 图像亮度 • 客观测试 • 视频复合信号 • 定量评定 • 水平清晰度 • 图像分辨率 • 灰度等级评估

  39. CRSC CCTV图像监控QoS指标（例举）

  40. CRSC 图象质量QoS参数测试（示意图I）

  41. CRSC 图象质量QoS参数测试（示意图II）

  42. CRSC 图象质量QoS参数测试（示意图III）

  43. CRSC 有线网络系统 3 有线网络系统

  44. CRSC 有线通信系统 传输网络－MSTP系统QoS性能测试 NTP时间同步网的服务质量

  45. CRSC MSTP系统－带来的新挑战 • 采用统一的数据封装格式把异步突发信号承载在同步的、比特率恒定的SDH信号上 。 ITU-T G.7041标准GFP（Generic Framing Procedure） ITU-T X.87标准LAPS（Link Access Procedure for SDH） • MSTP采用虚级联（Virtual Concatenation）技术使得SDH能够配置灵活的带宽,承载与PDH速率不同的数据信号。同时很多MSTP设备还具有LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) 功能，使得系统能够实现动态调整业务带宽的功能，提高带宽效率。 • 自动保护倒换（APS-Automatic Protection Switching）是依靠软件来完成，不是通过传统的硬件方式完成。无法确保符合ITU-T/GR-253所规定的50ms的限定值 .

  46. CRSC 控制中心 网管中心 STM-16 车站 STM-16 车站 MSTP系统－以太网QoS性能指标测试 • APS保护倒换 － SDH数据通道倒换时间<50ms － 以太网业务倒换时间 ？ 物理层采用SDH保护，以太网业务需要STP收敛 • 以太网业务的服务水平协议SLA －端到端数据通道QoS保证：带宽、时延 －快速有效的故障定位 • 系统误码 －系统端到端24小时误码特性 －以太网通道长时间丢包情况

  47. CRSC 有线通信系统 传输网络－MSTP系统QoS性能测试 NTP时间同步网的服务质量

  48. CRSC NTP协议概述 • 网络时间协议（Network Time Protocol）是用于网络中时间同步的标准协议。NTP的设计充分考虑了网络中时间同步的复杂性。NTP提供的机制严格、实用、有效，适应于在各种规模、速度和连接通路情况的网络环境下工作，现已广泛运用于航空、交通、银行、证券交易、电信等时间精度要求很高的行业内。目前，在通常的实际环境下，NTP提供的时间精确度在WAN广域网上为50毫秒内，在LAN局域网上则为20毫秒内或者更高。在专用的时间服务器上，则精确度更高可以达到亚毫秒级。

  49. CRSC NTP同步网的一些典型功能 • 统一网络中各系统的网管日志时间，使其相关联，便于在系统故障时对有关设备的日志进行分析和判断，并对故障点迅速定位。 • 保证那些对时间有严格要求的应用系统的时间准确性和不可更改性，避免如AFC系统由于时间突变而造成无法出站的情况。 • 保证那些需要应用认证过程的系统间的时间同步，如一卡通系统，因为认证中的数字时间戳服务要求客户端使用本地时间作为参数与认证服务器端交换认证信息包。如果不能做到网络中的时间同步，那么系统就会遇到问题。 • 确保系统之间的远程系统调用能够正常进行，避免发生请求超前现象。

  50. CRSC 地铁公司NTP时间同步网介绍 • 在地铁各个控制中心、轨道交通公安分局和全路网监控中心各设置一个线路时间服务器。在中山北路和东宝兴路各设置一个上层时间服务器。 • 上层时间服务器为各个线路时间服务器提供时间同步信号；线路时间服务器为设在各线控制中心的各个弱电系统提供时间同步信号。 • 所有的上层时间服务器和线路服务器都由一个上层时间服务器网管设备统一管理。 • 线路服务器输出时间与标准时间的偏差小于50ms。

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