2018-06-12
浅谈中国高铁的WiFi应用系统
6月6日，腾讯和浙江吉利控股集团有限公司（以下简称“吉利控股”）联合宣布，双方组成的联合体成功中标动车网络科技有限公司（以下简称“动车网络”）49%股权转让项目，未来将与中国铁路总公司（以下简称“中铁总公司”）及其相关公司，共同经营铁路增值服务。6月8日上午，中国铁路总公司党组书记、总经理陆东福对深圳市腾讯计算机系统有限公司与浙江吉利控股集团有限公司组成的联合体在动车组Wi-Fi经营公司股权转让中中标表示祝贺。他表示，这次动车组Wi-Fi经营公司股权成功转让，是铁路部门深化改革、积极发展混合所有制经济的重要成果，对于推动高铁网与互联网“双网融合”、提升铁路服务品质、满足广大旅客的旅行生活需求具有重要意义。
随着我国高铁线路网络的不断扩展，人们的出行变得越来越便利。然而，高铁上手机信号不好、上网体验差一直为社会关注。这只是大众看到的一面，铁路部门受到的困扰更大，因为高铁相当于贴地飞行，地面调度人员与高铁司机也要打电话，地面控制中心与动车组也要上网传数据，而且这些功能直接关系到高铁运行安全和准点。然而，当前的无线通信技术无法很好地满足高铁要求，高速移动下的无线通信，全球都没有找到好的解决办法。
十多年前，在我国高铁的起步阶段，我们借鉴了欧洲高铁使用的GSM-R无线通信技术，也就是手机诺基亚时代的2G技术，这项技术经过铁路研究部门反复修改、贴补丁改进后，勉强满足了当时我国高铁的需求。但是根据民用需求研发的2G技术，应用于高铁后，更加暴露了可靠性低，经常掉，数据传输慢，大量车地数据无法传输的问题。现在这种技术更是面临2G技术迅速落后淘汰，厂商设备停产等问题，给我国高铁大规模运行带来了很大压力。铁路研究部门一直在寻找新的高铁无线通信技术。2011年，由国家重大科技专项支持，由我国高铁通信信号研究的国家队——中国铁路通信信号集团公司牵头，汇集国内华为、中兴、普天、中科院等主力厂商参加，研究采用4G技术解决高速铁路无线通信的核心难题。但是，经过多年研究，这项难题一直没有解决，4G技术迟迟无法投入高铁试验，具备应用条件的时间更是遥遥无期。
2014年1月下旬，一条关于小伙子火车上卖WiFi，半小时轻松赚500元的话题在网上热传。对此，铁路部门宣称应该加紧覆盖无线网络，为旅客随时上网提供便利。可是，当时的消息称，短期内火车上恐难覆盖无线网络。社会舆论对铁路方面的应对“很不满”，普遍认为，铁路不能“铁板一块”，不能让广大旅客享受网络的方便，快捷实属不应该。
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不过，很快“坐火车可免费上网”的消息传来，在倒春寒的季节里，大家感觉到“很温暖”，说明火车在“动”，向民意民愿的方向前进。
2014年11月28日14时20分，中国首列开通WiFi服务的客运列车——广州至香港九龙T809次直通车从广州东站出发，标志中国铁路开始WiFi(无线网络)时代。
中传集团投资的旅客列车WiFi服务系统Rail-WiFi，在当时已签约全国1000余组列车，至2016年初春运高峰前，已有近500列旅客列车可享受该免费WiFi服务。
在普速列车上开发出了“无线WiFi列车服务系统”，WiFi开通后可向旅客提供列车影院、列车资讯、旅行指南等无线服务，旅客只需拿出手机连接WiFi并验证手机号码即可畅游网络。
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在普速列车车载WiFi网络连接后有两种选择,一种是选择上外网,就跟正常4G网络环境下一致，受制于线路网络环境影响；另一个选择是访问局域网中的电影、小说、评书等本地资源，及非互动式的客服服务。因此这类车载WiFi系统无法列入互联网+的信息化浪潮中去，有“伪”WiFi之嫌疑，但毕竟为中国铁路WiFi事业走出跨时代的一步。
中国高铁最新复兴号动车组乘客上网系统另辟蹊径，采用的是基于卫星通信的旅客列车无线局域网系统设计。这个系统建立了"卫星+4G"互为冗余的互联网接入和车内区域的无线网络覆盖，可提供无线互联网的实时接入和卫星电视实时直播等功能，在连接WiFi时，乘客可以直接点击例如“CRNeT-Wi-Fi”进行连接，满足乘客对便捷的互联网接入、方便快捷的信息服务和高品质的多媒体视听需求。
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而且，这个系统还具备音视频点播、乘客服务呼叫及列车运行相关信息推送等列车本地化特色服务功能。
下面我们来具体了解下该系统的具体构成及技术细节。
系统结构——内外配合，恶劣情况下wifi也不断
这个系统以每节车厢为最小服务单元，构成一个整体服务系统。系统结构分为对内接口、对外接口及与其他系统接口三部分。
1、对内接口：实现对车厢无线网络信号的覆盖及车载级系统服务功能。
主要由间车服务器、Wi-Fi天线、中心服务器以及网络交接单元构成。单车服务器通过无线馈线及与其相连的Wi-Fi天线实现本车厢内无线网络信号覆盖，同时单车服务器本身存储音视频素材，用于实现本车厢内音视频点播、游戏下载等娱乐功能。
单车服务器可以实现软件更新、呼叫服务员、新闻预览等列车级服务功能，并实现对全列的无线接入点（AP）的管理。
最小服务单元之间通过搞干扰、带宽高、易操作维护的千兆级以太网连接，实现网络数据的高速稳定传输，实现车厢内无线Wi-Fi信号覆盖。
2、对外接口：实现互联网功能接入及卫星电视直播功能。
对外系统接口主要由3G/4G天线卫星上网天线、卫星电视天线、调制解调器、转码服务器构成。系统通过卫星上网天线、调制解调器、转码服务器实现卫星信号接入互联网及收看直播电视功能。
卫星电视天线为单向接受天线，调制解调器输出复合节目码流，通过转码服务器完成对节目码流的解扰、转码和推流，实现全列卫星电视直播功能。
互联网接入采用3G/4G移动数据接入和卫星天线接入两种方式。两种方式互为冗余，可自主切换，卫星上网天线可满足列车在高速运行过程中的卫星信号借接入，从而确保列车在较为恶劣的情况下仍能提供较为稳定的互联网接入业务需求。通俗说，就是什么情况下都有wifi。
3、与其他系统接口
系统在实现互联网接入等功能的同时，还可以与列车他系统，如TCMS和PIS系统通讯，为乘客提供列车运行速度、位置、车厢内外温度、到站情况等相关信息，并根据需要推送至客户终端。
软件架构——不仅能使用，还得能反馈数据
软件系统自上而下分为表现层，服务层，数据层三层。
①表现层技术：安卓、苹果用户都能用
主要采用Android、 IOS及移动web技术。Android是一种采用linux的自由及开放源代码的操作系统，具备开放型，挣脱运营商的束缚，丰富的硬件选择等优势，已占据目前全球智能手机操作系统的一半以上的份额。IOS是ipad、iphone、ipod touch的默认及唯一系统。ISO具有简单易用的界面及稳定性，成为ipad、iphone、ipod touc的基础。
②服务层技术：性能监控，避免故障
是系统软件的重部分，实现系统软件主要功能。对于服务系统框架，通过广告平台、内容服务、安全与监控系统等来实现。
安全与监控系统由安全网关及运行于服务器上的监控软件构成，系统在应用服务运行的同时对服务器的各项性能进行监控，同时日志系统记录了服务器的运行日志和用户的使用日志，并在服务器发生故障时提供日志支持。
③数据层技术：数据反馈
包含无线认证，数据同步等技术。无线认证是系统无线网络功能接入接口，其通过服务器软件及无线网络控制器协同实现用户无线网络接入认证及相关记录工作。
数据同步可采用系统远程更新的方式进行，对于紧急的信息或重要播报信息，可通过地面控制中心利用互联网传输至中心服务器，由中心服务器将信息推送至各应用终端。
而这项革新科技所使用的服务器和WiFi设备便来自于山东泰安上市公司尤洛卡精准信息工程股份有限公司。在时速可达400公里的复兴号上乘客可以尽情地玩手游、看电影，不必担心掉线，高铁运行期间信号也全程不间断，中国技术让国人很自信，也很自豪。
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而中国另一条京津城际高铁，它全长120公里，是我国第一条运行时速达350公里的高速铁路，于2008年奥运会前开通。2015年开始，广东省政府和中国铁路总公司高层连续两年共同研究超高速无线通信(EUHT)技术合作，共同突破高铁无线通信核心技术。2016年5月，双方确定在京津城际高铁建设超高速无线通信(EUHT)网络工程，开展产业级测试和应用。
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京津城际高铁超高速无线通信(EUHT)网络工程由中铁工程设计咨询集团设计，中国通号天津工程公司施工，广东新岸线公司提供技术并负责系统集成。在北京铁路局全力支持下，京津城际高铁运营线于2017年1月全线建成贯通。此后，我国轨道交通两家权威测试单位，中国铁道科学研究院高速铁路系统试验国家工程实验室和北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心，对京津城际高铁超高速无线通信(EUHT)系统工程连续进行第三方独立测试。测试结果表明，EUHT系统技术各项技术性能指标达到全球领先：在高铁全程300公里/小时高速移动情况下，通信切换可靠性达100%，平均通信延时5ms，空口时延小于1ms，平均传输带宽达150Mbps，这些技术指标超过了目前世界最先进4G移动通信技术的10倍以上，并达下一代5G技术提出的性能指标挑战要求。
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此次京津城际高铁超高速无线通信(EUHT)系统全线拉通，并通过测试投入应用，彻底解决了高铁技术的这一核心难题，不仅为我国高铁，而且为全球高铁无线通信核心技术升级与发展带来了新的转机和希望。
京津城际高铁EUHT系统的运用再次表明：我国高铁技术已经跨越了技术引进消化吸收再创新，集成创新的赶超阶段，进入核心技术原始创新的引领阶段。EUHT技术这一项原始创新突破不仅能解决旅客上网这样的公众通信问题，更重要的是将能够解决高铁车地通信瓶颈，实现大量车路传感器物联网传输、调度信息传输、控制信息传输、监测信息传输等，将全面支持高铁提速，保障我国高铁运行安全和效率。EUHT技术全面应用将使我国不仅拥有全球最大的高铁线路物理网络，也将拥有一张全球最领先的高铁信息虚拟网络。
中国智慧必将催生大量类似EUHT技术及卫星+4G技术，这样的原始技术创新、核心技术创新，以中国创造引领世界高铁进入智慧高铁时代，使高铁这张国家名片更有内涵，更加靓丽。
内容、图片参考来源：腾讯科技 搜狐科技 每日科技网 极科网 百度。
