轨道交通通信系统检测研讨-PowerPointTemp_图文

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

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

CRSC
实施RAMS的核心目标
服务质量 QoS
RAMS

Reliability

Availability

Maintainability

Safety

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

CRSC
轨道交通通信系统服务质量分析

1
无线通信系统
?量化的QoS指标 ?覆盖的弱场定位 ?干扰影响 ?系统(内)间的协调

2
视频监控系统
?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

3
有线网络系统
?网络性能表现 ?可靠性指标 ?安全性评估

CRSC
无线通信系统
1 无线通信系统

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

检测手段

系统的不可控因素

施工安装

系统配置

CRSC
无线通信系统
WLAN网络服务质量 TETRA网络服务质量

CRSC
WLAN网络在地铁中的应用

WLAN 2.4GHz

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

WLAN网络QoS测试

物理层

数据链路层

Layer1~7测试

网络层

应用层

CRSC
QoS

CRSC
WLAN无线网络QoS测试构架

?视频图象质量(上/下行)
?网络吞吐量 ?网络转发时延 ?数据优先级测试

?图象模糊 ?马赛克现象
系统应用测试
?带宽下降严重 ?丢包情况严重
网络性能指标测试

?802.11二层切换 ?IP层(三层)切换

?乒乓效应 ?切换过长
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

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
强电系统 电缆桥架
列车
消防 龙头
铁轨
隧道一般高度:5.2 -- 5.5米之间
单洞封闭隧道结构剖面图

列车前进方向

天线可能放置的位 置
弱电系统 电缆桥架
天线可能放置的 位置
列车天线可能放 置的位置
列车地面

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 弱电系统 电缆桥架
天线可能放 置的位置
隧道现场图片

列车前进方向

供列车运行 的高压电线
强电系统 电缆桥架
消防 龙头
铁轨

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

H = H1 + H2

CRSC
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
Height = D2/8 + 43.3?D/4F
H1 = 43.3? D/4F 43.3?D/4F 60% first Fresnel Zone
H2=D2/6 Earth Bulge
D = Distance Between Antennas
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

CRSC
隧道弯曲半径对信号传播的影响

AP天线

隧道转弯半径较小,信号

多径衰弱较大,需要在拐

AP天线

弯后增加一个AP,弥补

信号质量下降

隧道转弯半径较大,信号经隧 道壁反射,可以传播距离非常 长,多径信号在远处合成,信
号强度时强时弱

?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

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

CRSC
AP无缝漫游切换
同频切换中的乒乓效应

PIS AP1

PIS AP2

PIS AP3

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

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 必须根据业务数据流特点构造测试案例
—数据吞吐量 —漫游切换时间测试 —时延 —丢包情况

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)

CRSC
网络时延和AP切换测试
体现应用层数据结果

CRSC
无线通信系统
WLAN网络服务质量 TETRA网络服务质量

CRSC
TETRA无线通信系统网络结构框图

o
语音

数据

SCN: 交换控制节点 NMS: 网络管理系统 TBS: TETRA基站 BDA: 直放站

漏泄电缆

BDA

BDA TBS

TBS

SCN
NMS

网管

TBS

TBS

TBS TBS

其他. TETRA

调度中心

TETRA 基本结构

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

?原因

覆盖问题 干扰
无线网络性能

CRSC
TETRA无线通信系统检测主要内容

基站测试

发射功率





直放站测试

输出光功率





漏缆测试

输入功率



天馈线测试

输入功率

频率偏差 输入光功率 电压驻波比 电压驻波比

射频输出功率

QoS测试

语音测试

场强覆盖



端到端连接建立时间



端到端连接建立成功





场强覆盖率



组呼连接建立成功率

天馈系系统



越区切换成功率 越区切换持续时间

语音质量

掉话率

干扰查找
同频干扰 邻频干扰

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。

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。

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。

CRSC
视频监控系统
2 视频监控系统

CRSC
视频监控系统
视频图象服务质量

CRSC
视频监控系统图像质量需求分析
图像质量需求

高清晰度

高分辨率

实时性

可靠性

CRSC
影响图像质量的主要因素

照度 外界信号干扰

传输通道性能

外界信号干扰

照度

阻抗不匹配 通道误码 传输时延 通道带宽

随机杂波 单频干扰 电源干扰 脉冲干扰 接地干扰

照度影响

CRSC
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。

A

B

C

D

阻抗不匹配会在信 通道误码如果大于 传输时延过长会 通道带宽若小于

号传输线上脉冲序 列的前后产生振荡, 若振荡加大,则会

1×10ˉ6 ,则图像 会出现马赛克现象。

造成图像不连贯。

6Mb/s,会导致 图像延迟或者通 信中断。

无法分辨出脉冲电

平值,产生重影。

CRSC
传输通道性能测试

CRSC
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。

A
单频干扰

B
电源干扰

C
接地干扰

D
脉冲干扰

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。

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。

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。

CRSC
目前图像质量主观评价方式的缺陷

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

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。

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

CRSC
CCTV图像监控QoS指标(例举)

项目 输出幅度
幅频特性
行同步幅度 K因子 DG DP
亮色增益差 亮色时延差 SS/N加权值 行同步前沿抖动

QoS指标

700±20mV

≤4.8MHz 5MHz 5.5MHz

±0.5dB -1~0.5dB -3~0.5dB

300±9mVp-p

≤3%

±8%

±8°

±3%

±20n

≥56dB

≤20nSp-p

CRSC
图象质量QoS参数测试(示意图I)

CRSC
图象质量QoS参数测试(示意图II)

CRSC
图象质量QoS参数测试(示意图III)

CRSC
有线网络系统
3 有线网络系统

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

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 .

CRSC
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

STM16
车 站

-系统端到端 24小时误码特性

-以太网通道长时间丢包情况

UNIVERSIT Y

网管 中心

控制中 心

STM16

车 站

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

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。

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。

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。

CRSC
NTP时间同步网的一般组网方式

Stratum0

Stratum1 一级网管
Stratum2 二级网管
Stratum3

GPS

一级时间服务器

一级时间服务器 TCP/IP以太网

二级时间服务器 TCP/IP以太网

二级时间服务器

子系统客户端

第0层设备处于 该网络的特殊位 置,是时间同步 网络的基准时间 参考源。它位于 子网络的顶端, 目前普遍采用全 球卫星定位系统, 即由GPS播发的 UTC时间代码, 本身并不具有 NTP。

CRSC
NTP时间同步网的一般组网方式

第1层设备为一 级时间服务器, 为了保证时间同 步网的可靠性, 第一层时间服务 器在网内至少配 置2台以上。每 个主时间服务器 都有GPS时间接 收机作为输入时 间参考源,主要 配件实现冗余配 置。

Stratum0

Stratum1 一级网管
Stratum2 二级网管
Stratum3

GPS

一级时间服务器

一级时间服务器 TCP/IP以太网

二级时间服务器 TCP/IP以太网

二级时间服务器

子系统客户端

CRSC
NTP时间同步网的一般组网方式

Stratum0

Stratum1 一级网管
Stratum2 二级网管
Stratum3

GPS

一级时间服务器

一级时间服务器 TCP/IP以太网

二级时间服务器 TCP/IP以太网

二级时间服务器

子系统客户端

第2层设备为二级区域 时间服务器,通过NTP 协议从第一层的时间服 务器侧获得时间,并向 第三层设备的客户机发 布时间。为了保证时间 同步网的可靠性,区域 时间服务器至少应配置 2个以上可达的第一层 的NTP时间服务器地址, 可以指定或自动根据 NTP算法选择最佳主时 间服务器进行时间更新。

CRSC
NTP时间同步网的一般组网方式

第3层设备为时间客 户机,通过NTP协议 从第二层的区域时 间服务器侧获得时 间,并对外输出标 准时间。为了保证 时间同步网的可靠 性,客户机至少应 配置2个以上可达的 第二层的区域时间 服务器地址,可以 指定或自动根据NTP 算法选择最佳区域 服务器进行时间更 新。

Stratum0

Stratum1 一级网管
Stratum2 二级网管
Stratum3

GPS

一级时间服务器

一级时间服务器 TCP/IP以太网

二级时间服务器 TCP/IP以太网

二级时间服务器

子系统客户端

CRSC
影响NTP时间同步网精度的主要因素
网络因素

时延过大

丢包率过大

不支持广播

传输故障

CRSC
影响NTP时间同步网精度的主要因素

本振精度不高 输出不稳定 不实时更新

自身因素

兼容性差 未安全隔离 处理能力低下

CRSC
影响NTP时间同步网精度的主要因素

周期更新故障

监控失效

协议不支持

软件因素
倒换失效

非法同步

CRSC
第三方检测的主要项目

1

2

3

一级时间服务器
?GPS接收时间精度 ?本振时间输出保持
精度 ?处理最大NTP并发
请求用户数量 ?端口安全隔离功能

二级时间服务器
?GPS接收时间精度 ?本振时间输出保持
精度 ?处理最大NTP并发
请求用户数量 ?端口安全隔离功能

以太网交换机
?三层路由交换功能 ?端口吞吐量测试 ?时延测试 ?丢包 测试 ?VLAN功能

CRSC
第三方检测的主要项目

4
网管功能验证
?故障管理功能 ?配置管理功能 ?记录数据统计
分析功能 ?日志管理功能 ?安全管理功能

5
NTP系统测试
?系统时间精度 ?系统时间稳定度 ?有条件同步功能 ?冗余可靠性测试 ?时间源优选功能 ?兼容性测试

6
网络系统测试
?网络安全性 ?网络负载下系统
准确性测试 ?以太网性能测试

CRSC
主要内容
第三方检测的主要意义和作用

CRSC
第三方检测在通信系统测试的必要性分析
? 承担并客观公正地负起裁判员的工作职责 ? 第三方检测的技术专业性体现 ? 第三方检测受到国家法律的严格规范

CRSC
第三方检测质量保证体系与准确、全面的检测结果

一、计量认证合格的 质量保证体系

二、全面掌握项目信息

五、严谨的检测结果

实现项目目标
提升客户价值
三、规范的现场检测

四、科学的技术分析

明确的质量目标 有效的管理程序 正确的作业指导 适用的技术标准 详细的项目规划 合理的组织安排
计量检定合格的适用仪表 培训认证合格的检测人员 规范有效正确的检测方法 符合测试要求的检验环境
测试数值现场确认 测试结果后期分析 编制规范检测报告
准确、全面 的检测结果

China National Railway Comm.& Signal Testing Center, shanghai


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