铁路客车无线网络实施方案研究

第一作者：刘海军 第二作者：王晓东 第三作者：刘策

摘要：如今，互联网已经从各个端口渗入了我们的生活，与此同时，我们也在进入一个“车生活”的时代。铁路客车作为长途旅行的常用交通工具，与互联网的连接也是势在必行。虽然目前大部分地区都覆盖有电信运营商的4G甚至5G网络，但由于种种原因车载无线网络技术还未在大铁路客车上得到普及，现有网络往往无法满足用户对于随意在网上冲浪的要求。在运行车辆上建立车载局域网，并可以进行互联网接入方案是铁路总公司目前正在深入研究并准备实施的一项符合时代发展要求并惠及民生的重大举措。本文主要通过分析铁路客车接入互联网的过程中可能遇到的问题，并给出了解决方案，为铁路客车早日实现无线互联网络接入服务提供了借鉴。

关键词：铁路客车；车载局域网；互联网接入

0前言

旅客列车无线网络系统主要由地面运维中心、车载管理与服务平台、车载局域网和互联网接入等四部分组成。由于地面运维中心及车载管理与服务平台与大众相关性较小，本文只针对车载局域网与互联网接入两个方面进行相关讨论。

1.车载局域网为列车上的旅客及列车工作人员搭建了一个局域网通信平台，列车上的旅客及工作人员均可以通过该局域网与其他旅客或工作人员进行通信。乘客通过接入车载局域网可从服务器上下载本地视频或第三方应用程序等服务。

2.互联网接入是列车与地面公网建立链接的通道，为列车旅客及工作人员提供了互联网接入的能力。可采用既有4G/5G网络、卫星通信或搭建专用通信网络等方式。互联网通道配置防火墙，防止病毒入侵、黑客攻击等恶意破坏行为。

1车载局域网组网

在列车内提供车载局域网，在每个单车内提供连续、无缝的无线网络信号覆盖。若采用多个无线访问接入点进行单车覆盖，应在单车内的所有无线访问接入点之间构建单车有线局域网传输通道。在车辆解编、甩挂等情况下，系统应具备在无需人为干预的条件下，进行自组网的能力。系统可采用有线组网、无线组网或混合组网方式构建列车车载局域网。

1.1无线组网

无线组网即单车服务器与无线网络接入点之间通过有线连接，单车服务器与单车服务器以及单车服务器与中心服务器之间的连接是通过无线网络接入点之间进行无线连接的，从而组成车载无线局域网。该组网方式要求系统应支持无线网桥或mesh组网技术。单车之间的无线传输通道采用冗余设计。中心服务器至车头或车尾的无线链路最小可用带宽不小于50Mbps。无线组网的好处是车与车之间的网络不需要通过线缆进行连接，可以省去布线的工作，不足之处在于无线组网的可靠性容易受到外部环境的干扰，无线信号传输稳定性无法得到保证。

1.2有线组网

有线组网即单车服务器与无线网络接入点之间也通过硬线线缆连接，单车服务器之间以及单车服务器与中心服务器之间的连接也是通过硬线线缆相连接。在进行有线组网时，可根据不同车型可用的传输介质选择电力线、同轴电缆、双绞屏蔽线、以太网网线、光纤等作为有线组网的传输介质。有线组网的好处在于车与车之间的网络连接通过线缆相连，可靠性较高，信号传输稳定。不足之处为车与车之间连线增加。

2互联网接入

车载局域网组成之后，车上乘客想要通过车载局域网访问互联网资源，还需对车载局域网系统进行互联网接入。系统可采用运营商既有的4G/5G网络、卫星和专用网络等方式接入互联网。无论以何种方式接入互联网，系统均需提供一套互联网接入天线。

2.1利用运营商网络接入

采用既有运营商的网络进行互联网接入时，可选择接入中国移动、中国联通和中国电信三大运营商中的其中一个或几个的4G/5G网络能力。每列车上配置一个网关。针对三大运营商的网络覆盖情况，具备自适应负载均衡和业务流动态调度的能力。

2.2利用卫星接入

系统采用卫星方式进行互联网接入时，应在与公网的接口处配置网关。

2.3利用专用网络接入

采用专用网络的方式进行互联网接入时，在公网接口处配置网关。搭建专用网络所使用的频率应符合国家的相关政策法规,所采用的通信协议应为相关国际或国内标准化组织颁发的标准协议，且支持互联互通通信协议要公开。

3存在问题及解决方案

高速运行的列车、有限的空间、集中的人群构成的铁路客车这一特殊环境，在这种特殊环境中进行车载局域网组网虽然也要花费一定的成本，但在技术实现及成本上是没有太大问题的。而要在这种高速运行的列车上进行互联网的接入服务还是有一定困难的。经过现场调查和理论分析，利用当前无线通信技术，根据铁路客车的特殊环境和铁路沿线的实际情况进行研究，目前存在的问题主要有两个方面：一是互联网接入的技术问题，二是互联网业务的成本问题。

3.1互联网接入的技术问题及解决方案

虽然铁路客车互联网接入可采用运营商既有的4G/5G网络、卫星和专用网络等多种方式，但就国内目前情况来看，利用三大运营商的4G/5G移动网络进行铁路客车移动互联网的接入是最方便也是成本最低的解决方案。

然而由于铁路途径沿线往往是人烟稀少的荒野和高山，还有几十公里长的隧道，电信运营商因沿途通信市场需求较少和施工困难，无线网络信号覆盖普遍较差。这就会导致车载局域网通过运营商网络接入互联网信号后存在信号不稳定甚至中断的情况发生。

为解决上述问题，铁路运营主管部门可考虑与三大电信运营商进行合作洽谈，利用铁路沿线铁路专用通信富余的光缆、信号塔、机房电源等资源，提供给三大运营商有偿使用，运营商负责投资将铁路沿线4G/5G网络无线信号进行全面覆盖，以保证可以在铁路客车上开展各种移动通信业务。由于运营商不适合对铁路沿线和隧道内的设备进行维护作业，铁路通信部门可负责对电信运营商的通信设备进行代理维护，以保证公网通信设备的正常工作。

3.2互联网业务的成本问题及解决方案

任何新技术、新业务的推广使用都要考虑其商业价值。铁路客车无线互联网业务的实施亦不例外。该业务的实现，需要投入大量的资金和日常设备的维护等运营费用。仅通过铁路客车运营部门的投资去收回成本是件非常困难的事情。

为了降低铁路客车无线互联网业务的施工成本，可由三大电信运营商投资完善铁路沿线4G/5G移动网络覆盖，其投资通过用户移动通信终端互联网和通话等服务费用收回。因为电信运营商在网络后台有准确的终端计费系统，所以由电信运营商投资运营的商业模式比较简单可行。电信运营商通过扩大4G/5G移动网络覆盖，提升移动通信服务质量，同时又增收了移动终端通信服务费用，既有经济效益，又有社会效益。铁路运营主管部门主要通过完善旅客列车公众通信业务，获得提升旅客列车服务质量的社会效益。铁路通信部门负责代理维护铁路沿线公网设备，向运营商收取一定的费用。铁路旅客通过移动通信终端，可在列车上随时随地享用互联网服务。因此，该商业模式可达到电信运营商、铁路运营主管部门及旅客的多方面共赢。

4  结论

通过上述分析，开展铁路客车互联网通信业务是势在必行，也是可行的。建议铁路主管部门在列车上进行车载局域网组网后，与电信运营商合作，完善铁路沿线4G/5G移动通信网络，实现铁路沿线场强全覆盖，让旅客通过携带的移动通信终端实现铁路客车互联网通信业务，利用“互联网+铁路客车”为大众提供更愉快的出行体验。

参考文献

[1]司鹏搏. 无线宽带接入新技术[M]. 北京：机械工业出版社，2007

[2]于明哲. 铁路旅客列车互联网解决方案研究[J].北京铁路通信技术中心，2014

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