交通運(yùn)輸概論課件：交通運(yùn)輸信息傳輸技術(shù)

第一節(jié)交通運(yùn)輸信息傳輸技術(shù)目錄CONTENTS信息傳輸技術(shù)01網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展概況02通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述03案例-動(dòng)車組車地通信及監(jiān)測04信息傳輸技術(shù)

01信息傳輸技術(shù)指充分利用不同信道的傳輸能力構(gòu)成一個(gè)完整的傳輸系統(tǒng)，使信息得以可靠傳輸?shù)募夹g(shù)。傳輸系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的重要組成部分，傳輸技術(shù)主要依賴于具體信道的傳輸特性。傳輸技術(shù)

Transmissiontechnology適用范圍●古時(shí)候的火光傳遞信號、信鴿傳書包括旗語等，都屬于傳輸技術(shù)的一部分，目的在于長距離的傳遞兩者之間的信號?！裨诂F(xiàn)在的科技時(shí)代，傳輸技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣，可以將生物信號、微電流信號長距離傳送到遠(yuǎn)端的儀器或者顯示設(shè)備?！衲壳皞鬏敿夹g(shù)廣泛應(yīng)用于交通領(lǐng)域，固定電話、光通信、移動(dòng)通信、、衛(wèi)星通信、網(wǎng)絡(luò)等互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等?！耠S著傳輸技術(shù)的發(fā)展，不斷的引入信號加密技術(shù)來防止“黑客”竊取他人的隱私，使得傳輸技術(shù)更為嚴(yán)密?！駛鬏敿夹g(shù)使得人類的信號傳播更為迅速和廣泛，為人類的發(fā)展提供了無限的發(fā)展空間物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的傳輸技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)層與感知層）傳輸技術(shù)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)●適用于物聯(lián)網(wǎng)的新型近距離無線通信技術(shù)和傳感器節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)智能傳感器）●自感知、自配置、自修復(fù)、自管理的傳感網(wǎng)組網(wǎng)和管理技術(shù)●適用于固定、移動(dòng)、有線、無線的多層次物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)下一代網(wǎng)絡(luò)主要特征固定與移動(dòng)通信一體化：基于移動(dòng)和無線通信的豐富應(yīng)用可管理：有序的管理、有效的運(yùn)營、及時(shí)的維護(hù)（新一代網(wǎng)絡(luò)管理）有效應(yīng)用：智慧交通、高速鐵路等，強(qiáng)調(diào)重大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益需求分析：鐵路應(yīng)用●現(xiàn)代鐵路發(fā)展將極大依賴于通信信息技術(shù)的發(fā)展如動(dòng)車組車載計(jì)算機(jī)通信、CTC3、基于視頻的應(yīng)急搶險(xiǎn)通信等；●計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與電信網(wǎng)、電視網(wǎng)的融合適應(yīng)了鐵路信息技術(shù)的發(fā)展IT/ICT，通信與信號、計(jì)算機(jī)與通信一體化●新一代移動(dòng)通信、北斗衛(wèi)星通信等技術(shù)將對鐵路現(xiàn)代化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響；可靠性、安全性、智能化；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展概況02網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展概況網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信光通信

IP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程下一代網(wǎng)絡(luò)主要特征寬帶：100Mbps以上的端到端高性能通信；安全可信：可信任的網(wǎng)絡(luò)（身份認(rèn)證和訪問授權(quán)，數(shù)據(jù)加密和完整性）實(shí)時(shí)：組播服務(wù)，實(shí)時(shí)交互應(yīng)用，服務(wù)質(zhì)量（QoS）多媒體：視頻業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)●網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是基于對網(wǎng)絡(luò)各種應(yīng)用的深入了解抽象出來的設(shè)計(jì)原則的選擇●所謂“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”（NetworkArchitecture）是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（從物理連接到應(yīng)用）的總體結(jié)構(gòu)，包括描述協(xié)議和通信機(jī)制的設(shè)計(jì)原則。網(wǎng)絡(luò)工程指導(dǎo)原則和機(jī)制；網(wǎng)絡(luò)工程需求定義；形式化的體系結(jié)構(gòu)。IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢ATMSDH/SONETIPOpticalB-ISDNIPoverATMIPoverSDH/SONETIPoverOpticalLong-TermWinnersIPATMOpticalIPSDH/SONETOpticalIPOpticalMultiplexing,Protection,andManagementatEveryLayer.EliminatingLayersLowersCosts.體系結(jié)構(gòu)原則：路由機(jī)制區(qū)域性協(xié)議分層最小相關(guān)性安全性消除擁塞機(jī)制資源的分配移動(dòng)性NGOSSNGOSS試圖建立一種以構(gòu)件為基礎(chǔ)的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及一套關(guān)鍵的系統(tǒng)服務(wù)，保證OSS具備標(biāo)準(zhǔn)化、能夠逐步演化、保證互連互通、實(shí)現(xiàn)端到端的管理等特點(diǎn).網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)綜述

03網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)綜述下面簡表描述了主要的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及其特點(diǎn)光通信；IP網(wǎng)絡(luò)；移動(dòng)通信；網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)光傳輸網(wǎng)、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。電信號光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)電信號光纖傳輸系統(tǒng)光中繼器光傳輸網(wǎng)、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信BTSBTS……155M

SDHBTSBTS……622M

SDH接入層匯聚層……2.5/10GSDH10GSDH核心層BSCBSCBSCBSCMSCMSCMSCMSC光傳輸網(wǎng)、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信光傳輸網(wǎng)：為信息交互的不同設(shè)備之間提供信息傳遞的通道，包括傳輸光線路和光設(shè)備。目前正在制定的光傳輸網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)包括《ＳＤＨ傳輸網(wǎng)技術(shù)要求——網(wǎng)絡(luò)保護(hù)結(jié)構(gòu)間的互通》《光波分復(fù)用（ＷＤＭ）系統(tǒng)測試方法》、《ＳＴＭ－６４光纜線路系統(tǒng)技術(shù)要求》、《光傳輸系統(tǒng)安全進(jìn)程和要求》、《ＳＤＨ網(wǎng)絡(luò)性能要求——通道復(fù)用段再生段誤碼技術(shù)要求》、《ＳＤＨ網(wǎng)絡(luò)性能要求——網(wǎng)絡(luò)接口抖動(dòng)技術(shù)要求》和《ＳＤＨ網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口》等。光傳輸網(wǎng)、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)中（或者臨時(shí)停留在某一非預(yù)定的位置上）進(jìn)行信息傳輸和交換，這包括移動(dòng)體（車輛、船舶、飛機(jī)或行人)和移動(dòng)體之間的通信,移動(dòng)體或固定點(diǎn)(固定無線電臺(tái)和有線用戶)之間的通信.移動(dòng)通信光傳輸網(wǎng)、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信，利用衛(wèi)星中繼，在海上、空中和地形復(fù)雜而人口稀疏的地區(qū)中實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信，具有獨(dú)特的優(yōu)越性，很早就引起人們的重視。1976年，國際海事衛(wèi)星組織（IMARSAT）首先在太平洋、大西洋和印度洋上空發(fā)射了三顆同步衛(wèi)星，組成了IMARSAT-A系統(tǒng)，為在這三個(gè)大洋上航行的船只提供通信服務(wù)。案例：動(dòng)車組車地通信及監(jiān)測

04

動(dòng)車組車地通信及監(jiān)測

列車在途監(jiān)測技術(shù)的意義和作用列車運(yùn)行狀態(tài)設(shè)備工作狀態(tài)司機(jī)操作故障報(bào)警對在途高速列車健康狀態(tài)監(jiān)測有利于避免由于設(shè)備故障造成的重大安全事故

本項(xiàng)目的技術(shù)演進(jìn)過程鐵道部攻關(guān)項(xiàng)目鐵道部標(biāo)準(zhǔn)863項(xiàng)目推廣應(yīng)用北京交大、鐵四院聯(lián)合編制鐵道部“動(dòng)車組維修信息化系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范”鐵道部委托北京交大承擔(dān)“動(dòng)車組在途監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)及裝備”的攻關(guān)任務(wù)，以打破國外封鎖車地通信技術(shù)的狀況2006200720082009201020112012北京交大、中科院軟件所聯(lián)合承擔(dān)863“無線傳感網(wǎng)鐵路危險(xiǎn)貨物在途監(jiān)測”動(dòng)車組在途監(jiān)測設(shè)備WTD列裝（北京華高科技、北京交大）鐵道部危險(xiǎn)品運(yùn)輸在途安全檢測系統(tǒng)首次示范應(yīng)用于核原料等（北京交大、中北通公司）863“動(dòng)車組全生命周期服務(wù)支撐系統(tǒng)”（北京交大、四方股份、中科院深圳先進(jìn)院等）863十二五重點(diǎn)課題技術(shù)難點(diǎn)與總體思路1.感知2.監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)難點(diǎn)影響列車運(yùn)行安全因素多，并難以測量；列車運(yùn)行環(huán)境惡劣，難以保證檢測精度和數(shù)據(jù)完整性；時(shí)效性要求高鐵路沿線網(wǎng)絡(luò)覆蓋不均勻高速移動(dòng)檢測+健康和安全評估高速移動(dòng)條件下車地?cái)?shù)據(jù)的可靠傳輸技術(shù)難點(diǎn)與總體思路面向鐵路運(yùn)輸安全急需解決的問題，確定研究重點(diǎn)。注重在途客貨列車健康及安全狀態(tài)感知關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新通過鐵路行業(yè)重點(diǎn)工程應(yīng)用，打造系列化鐵路客貨運(yùn)輸安全監(jiān)控產(chǎn)品總體思路

主要技術(shù)內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)難點(diǎn)技術(shù)內(nèi)容創(chuàng)新點(diǎn)感知1、研究基于無線傳感網(wǎng)的協(xié)同檢測技術(shù)，解決鐵路列車在途安全狀態(tài)及健康狀態(tài)監(jiān)測問題；2、研究面向小樣本空間的數(shù)據(jù)處理技術(shù)及基于灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立壽命預(yù)測和安全評估模型1、提出在途列車安全狀態(tài)的協(xié)同感知和安全評估方法；2、采用多源信息融合技術(shù)，提出動(dòng)車組故障預(yù)測和健康管理模型；3、采用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，提出基于實(shí)時(shí)監(jiān)測的動(dòng)車組關(guān)鍵部件的壽命預(yù)測算法；監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸3、研究基于公共移動(dòng)通信網(wǎng)的車地?cái)?shù)據(jù)交互的可靠性問題4、研究并實(shí)現(xiàn)了在高速移動(dòng)條件下車地傳輸?shù)目煽啃圆呗灾攸c(diǎn)工程應(yīng)用4、完成應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，并在鐵路安全監(jiān)控中推廣應(yīng)用；應(yīng)用效果良好，并得到主管部門及用戶的認(rèn)可；帶動(dòng)了北京IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

架構(gòu)ArchitectureIEEEWorkingGrouponArchitecture

把其定義為“系統(tǒng)在其環(huán)境中的最高層概念”【IEEE98】。構(gòu)架還包括“符合”系統(tǒng)完整性、經(jīng)濟(jì)約束條件、審美需求和樣式。它并不僅注重對內(nèi)部的考慮，而且還在系統(tǒng)的用戶環(huán)境和開發(fā)環(huán)境中對系統(tǒng)進(jìn)行整體考慮，即同時(shí)注重對外部的考慮。

架構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠性（Reliable）。有效保障用戶的商業(yè)經(jīng)營和管理活動(dòng)。安全性（Secure）。有效保障交易的商業(yè)價(jià)值（隱私）?？蓴U(kuò)展性（Scalable）。保證用戶高使用率、高用戶數(shù)的性能?？啥ㄖ苹–ustomizable）?？梢朗袌鲂枨蟮淖兓M(jìn)行調(diào)整?？缮炜s（Extensible）。允許導(dǎo)入新技術(shù)進(jìn)行功能和性能擴(kuò)展?？删S護(hù)性（Maintainable）。有效地降低技術(shù)支持的花費(fèi)?？蛻趔w驗(yàn)（CustomerExperience）。系統(tǒng)必須易于使用。市場時(shí)機(jī)（TimetoMarket）以最快的速度爭奪市場先機(jī)。

高鐵車地通信系統(tǒng)-替換換為德鐵系統(tǒng)ABBABB車輛網(wǎng)(MVB)動(dòng)態(tài)配置診斷系統(tǒng)(TDS)車載計(jì)算機(jī)(VCU)診斷系統(tǒng)(TDS)網(wǎng)關(guān)輸入/輸出單元驅(qū)動(dòng)控制單元(DCU)車輛網(wǎng)(MVB)動(dòng)態(tài)配置輸入/輸出單元車載計(jì)算機(jī)(VCU)驅(qū)動(dòng)控制單元(DCU)網(wǎng)關(guān)列車網(wǎng)(WTB)靜態(tài)配置

駕駛動(dòng)車1帶弓拖車1中間動(dòng)車1中間拖車3拖車中間動(dòng)車2帶弓拖車2駕駛動(dòng)車2

動(dòng)車組九大關(guān)鍵技術(shù)牽引控制系統(tǒng)牽引電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)牽引變流器牽引變壓器轉(zhuǎn)向架列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)鋁合金、不銹鋼車體動(dòng)車組系統(tǒng)集成創(chuàng)新點(diǎn)：研究并實(shí)現(xiàn)了在高速移動(dòng)條件下車地傳輸?shù)目煽啃圆呗蕴岢隽艘环N面向新一代動(dòng)車組通信要求的數(shù)據(jù)分割技術(shù)，解決了無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋不均勻、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不穩(wěn)定造成的數(shù)據(jù)傳送可靠性下降問題車地?cái)?shù)據(jù)傳輸平均延時(shí)：<1.5秒車地?cái)?shù)據(jù)傳輸最小周期：5秒（同類2小時(shí)）上傳數(shù)據(jù)正確率：100%（見用戶報(bào)告）獲得軟件著作權(quán)：1項(xiàng)；在國際期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表論文1篇；支撐“動(dòng)車組健康監(jiān)測與管理系統(tǒng)