Tecnologia de ondas milimétricas 5G usada com sucesso em solução de despejo de dados de alta velocidade para locomotivas

FUNDO

O sistema de proteção de segurança a bordo da locomotiva desempenhou um papel essencial no monitoramento do ambiente operacional e do status das locomotivas e na supervisão da implementação de operações padronizadas pelas tripulações das locomotivas. O sistema melhorou a capacidade da locomotiva de prevenir acidentes de segurança. Ainda assim, os dados diários de vídeo gerados pelo sistema são copiados e despejados principalmente pela tripulação por meio de pen drives USB e carregados no servidor de armazenamento da seção de locomotivas, que apresenta problemas como riscos de segurança de dados e baixa eficiência de despejo, conforme explicado abaixo.

A enorme quantidade de imagens de vídeo do sistema é armazenada no disco rígido da locomotiva e é copiada e despejada pela tripulação por meio de um pendrive. Esse método aumenta a carga de trabalho da equipe e dos despachantes e o fardo de gerenciar a unidade flash USB na seção de aeronaves. Se a unidade flash USB for transferida para o armazenamento sem dados, ela ainda deverá ser copiada a bordo ou analisada diretamente da indústria. Além disso, com o uso de unidades flash USB para cópia, existem muitos problemas, como suscetibilidade a infecções por vírus, download lento de dados, danos fáceis à interface USB etc., que têm diferentes graus de impacto no servidor terrestre e equipamento do veículo.

Com o desenvolvimento da tecnologia de comunicação 5G nos últimos anos, a tecnologia para transmissão em alta velocidade de grandes quantidades de dados amadureceu gradualmente. A tecnologia de ultra banda larga 5G pode transmitir rapidamente todos os dados da locomotiva para o solo e obter um despejo de dados seguro, confiável e eficiente.

O que é a tecnologia de ondas milimétricas 5G?

O sistema usa uma onda milimétrica de alta frequência de 60 GHz, que tem as vantagens de tecnologia madura, grande largura de banda, sem aplicação de espectro e baixa interferência longe dos pontos comuns de frequência civil. 

Na comunicação sem fio tradicional, suas características de transmissão de degradação de oxigênio dificultam a transmissão em longas distâncias e sua aplicação é limitada. Ao mesmo tempo, esse recurso atende às necessidades de comunicação de curto alcance e prevenção de vazamento de sinal em cenários de backhaul veículo-terra.

I. Introdução ao Sistema 

O sistema de despejo de dados de alta velocidade do veículo para o solo 5G consiste em um sistema de transmissão de veículo para o solo de ondas milimétricas 5G e um sistema de armazenamento em nuvem distribuído. O download de dados de locomotivas em alta velocidade é obtido com a instalação de dispositivos de transmissão 5G nas locomotivas e a construção de estações base 5G dedicadas no pátio de preparação e em pontos de intercâmbio cruciais.

1.1 Sistema de transmissão veículo-terra de ondas milimétricas 5G

O sistema de transmissão veículo-terra consiste em um sistema 5G integrado e um sistema de estação base 5G terrestre. A solução de tecnologia de ondas milimétricas de 60 GHz é usada, o que é obtido com a instalação de uma antena phased array de ondas milimétricas de 60 GHz no veículo e a construção de uma estação base dedicada de 60 GHz no solo para despejo veículo-solo.

1). O sistema 5G a bordo consiste em um buffer pool de alta velocidade, um gateway de segurança e uma antena 5G a bordo, que realiza o armazenamento, backup de redundância e funções de segurança de interação de dados para vídeo de locomotiva, LKJ e TCMS. Ele transmite esses dados para o sistema da estação base terrestre.

2). O sistema de estação base 5G terrestre inclui um RBS de estação base terrestre 5G e um servidor de cache terrestre para obter armazenamento de dados a bordo automático, de alta velocidade e seguro no solo.

3). Quando a locomotiva entra na área de cobertura da estação base 5G, o terminal do sistema 5G integrado (TAU) e a estação base 5G terrestre (RBS) estabelecem automaticamente uma conexão. E inicie um despejo para despejar rapidamente os dados integrados no buffer pool da locomotiva para o servidor de cache terrestre. Todo o processo é concluído automaticamente sem intervenção manual.

1.2 Sistemas Distribuídos de Armazenamento em Nuvem

O sistema de armazenamento de dados distribuído usa uma arquitetura de armazenamento distribuído para gerenciar os dados baixados para os sistemas individuais da estação base terrestre. Estabeleça nós de cluster de dados e subcentros de dados de vídeo para fornecer espaço de armazenamento virtualizado para acesso em tempo real transversal e entre nós.

Sistema de transmissão veículo-solo de onda milimétrica II.5G

O sistema de transmissão veículo-terra 5G de ondas milimétricas consiste em um sistema 5G integrado e um sistema de estação base 5G terrestre que transmite dados integrados para a estação base terrestre. Quando a locomotiva está na área de cobertura da estação base 5G, o sistema 5G a bordo estabelece uma conexão de alta velocidade com o sistema terrestre da estação base 5G. Ele inicia um despejo para despejar rapidamente os dados a bordo do buffer pool da locomotiva para o cache de solo. O link sem fio 5G fornece um fluxo de dados de transmissão de pipeline seguro e confiável de alta largura de banda, e o processo é concluído automaticamente. O diagrama abaixo mostra a arquitetura do sistema.

2.1 Sistemas 5G no veículo

O sistema 5G veicular inclui um gateway de segurança veicular, um buffer pool e uma antena 5G (TAU) veicular.

2.1.1 Gateway de Segurança

A função principal do gateway de segurança é obter o vídeo da placa av3 do sistema e passá-lo para o pool de cache. O gateway pode considerar as versões anteriores de hardware 6A, reduzindo a pressão sobre os recursos de CPU e DDR para saturar a placa de vídeo e facilitar a manutenção uniforme no futuro.

2.1.2 Buffer pool de alta velocidade

O pool de cache se comunica com o gateway de segurança por meio de uma placa de rede 1GE para extrair fluxos de áudio e vídeo em tempo real para armazenamento local. Quando a locomotiva entra na estação ou no pátio de preparação, a conexão ponto a ponto se comunica com sucesso com a estação base a bordo através da rede 2.5GE para carregar os dados históricos de áudio e vídeo em cache para o sistema de armazenamento terrestre de alta velocidade através a estação base a bordo.

2.1.3 Antena Automotiva 5G (TAU)

O equipamento de antena 5G (TAU) integrado do sistema de basculamento veículo-ao-solo integra uma antena phased array, fornece uma interface elétrica de serviço 2.5GE e é instalado no teto da locomotiva para estabelecer um canal de dados de alta velocidade com a estação base 5G terrestre.

2.2 Sistema de estação base 5G terrestre

Estabelecer um sistema de estação base 5G terrestre no pátio de manutenção de locomotivas. O método compreende equipamentos de estação base 5G, um servidor de armazenamento de alta velocidade e um servidor de análise inteligente.

2.2.1 Equipamento da Estação Base 5G (RBS)

Como o TAU, o equipamento de estação base 5G terrestre (RBS) integra uma antena phased array, fornecendo uma interface óptica de serviço 10GE e uma interface elétrica de serviço GE. O dispositivo oferece o ponto de acesso da antena 5G do veículo, recebe os dados baixados do veículo e os salva no servidor de cache.

2.2.2 Servidor de Cache

O servidor de cache armazena dados baixados da locomotiva e atua como um nó para o sistema de armazenamento de dados distribuídos, suportando sincronização e compartilhamento de dados entre regiões.

2.2.3 Servidor de Análise Inteligente

Com base nas informações LKJ no servidor de cache, o servidor de análise inteligente analisa os pontos de itens usados ​​pelo serviço da máquina. Ele transmite automaticamente os resultados da análise inteligente para a sede da seção.

4. Centro de dados, nó de acesso a dados e construção de sala de análise de dados

3.1 Estrutura

Um sistema de estação base 5G é construído no pátio de preparação e um nó de acesso a dados é estabelecido para enviar automaticamente os dados baixados pelo 5G para o data center da seção. Cada centro de dados armazena vídeo em nível de segmento e dados de operação de locomotivas. O centro de análise de dados de cada unidade pode sincronizar dados de operação de locomotivas e vídeo do centro de dados sob demanda para obter acesso de baixa latência.

3.2 Sistema de Armazenamento Distribuído

Construir um sistema de armazenamento de dados distribuído no centro de dados. O sistema centraliza o gerenciamento de dados e usa um sistema de arquivos virtual para fornecer uma interface de usuário unificada para permitir o acesso inter-regional aos dados.

As funções específicas são as seguintes.

1. Arquitetura distribuída é usada. O desempenho e a capacidade do sistema aumentam linearmente com o número de nós.

2. Realize o gerenciamento de virtualização do espaço de armazenamento, virtualize todos os recursos de armazenamento físico em um espaço de armazenamento unificado, forneça um namespace global unificado e forneça acesso de endereço IP comercial exclusivo para o mundo externo.

3. Implemente políticas de redundância quando um único nó com várias falhas de disco rígido e os serviços de leitura e gravação não forem afetados. Quando vários nós falham, ele oferece suporte à recuperação e reconfiguração de dados em várias velocidades entre os nós para minimizar o impacto nos serviços de leitura e documento.

4. Suporte a função de atualização online, pode realizar nova capacidade de nó online, interface e armazenamento intermediário de dados com nós existentes quando o sistema está em execução e suporte a balanceamento de carga.

5. Realize monitoramento em tempo real da versão do software, status do hardware e uso da capacidade do sistema, e tenha função de atualização de informações de alarme em tempo real.

EM.Avançado e Inovador

A transmissão de ondas milimétricas 1,5 G é altamente eficiente, com taxas de pico de até 1,5 Gbps, 30 vezes mais altas que as taxas de transmissão 4G.

2. atraso de tempo baixo, dados de locomotivas no alcance da estação base em uma transmissão de volta oportuna e eficaz e podem ser acessados ​​na rede de seção.

3. Transmissão de link quebrado para garantir a integridade e confiabilidade dos dados de vídeo.

4. Balanceamento automático de carga, desconexão automática do link após a conclusão da transmissão e liberação de recursos para garantir o despejo de vídeo estável e eficiente do sistema.

5. Segurança, usando a rede ponto-a-ponto exclusiva e estabelecendo uma transmissão específica de túnel lógico.

6. Alta confiabilidade, função de interferência antiestática e antieletromagnética superior, adaptável à temperatura ambiente pode atingir -40℃~70℃.

7. Segurança de dados, os dados coletados são criptografados por meio do vídeo, tirados do cartão de fluxo e armazenados no buffer pool.

8. O despejo de dados substitui o trabalho manual, reduzindo a intensidade do trabalho e os riscos de segurança.

9. Falha de link, o sistema imediatamente aciona o alarme e o pessoal de operações e manutenção responde rapidamente para garantir a operação estável do sistema.

10. O sistema de gerenciamento de dados distribuído é adotado, os dados são automaticamente copiados e a capacidade de armazenamento pode ser expandida dinamicamente.

11. Estratégia de redundância de armazenamento de suporte; quando ocorre uma falha de nó único, suporte para recuperação de dados e reconfiguração entre nós em várias velocidades para maximizar o impacto do serviço de leitura e gravação.