Tecnología de ondas milimétricas 5G utilizada con éxito en una solución de volcado de datos de alta velocidad para locomotoras

FONDO

El sistema de protección de seguridad a bordo de la locomotora ha jugado un papel esencial en el monitoreo del estado y el entorno operativo de las locomotoras y en la supervisión de la implementación de operaciones estandarizadas por parte de las tripulaciones de las locomotoras. El sistema ha mejorado la capacidad de la locomotora para prevenir accidentes de seguridad. Aún así, la tripulación copia y descarga principalmente los datos de video diarios generados por el sistema a través de unidades flash USB y los carga en el servidor de almacenamiento de la sección de la locomotora, que tiene problemas como riesgos de seguridad de datos y baja eficiencia de descarga, como se explica a continuación.

La enorme cantidad de secuencias de video del sistema se almacena en el disco duro de la locomotora y la tripulación la copia y descarga a través de una memoria USB. Este método aumenta la carga de trabajo del personal y los despachadores y la carga de administrar la unidad flash USB en la sección de aeronaves. Si la unidad flash USB se transfiere al almacenamiento sin datos, aún debe copiarse a bordo o analizarse directamente de la industria. Además, con el uso de unidades flash USB para copiar, existen muchos problemas, como la susceptibilidad a la infección por virus, la descarga lenta de datos, el daño fácil a la interfaz USB, etc., que tienen diferentes grados de impacto en el servidor de tierra y equipamiento del vehículo.

Con el desarrollo de la tecnología de comunicación 5G en los últimos años, la tecnología para la transmisión de grandes cantidades de datos a alta velocidad ha madurado gradualmente. La tecnología de banda ultraancha 5G puede transmitir rápidamente todos los datos de la locomotora al suelo y lograr un vertido de datos seguro, confiable y eficiente.

¿Qué es la tecnología de ondas milimétricas 5G?

El sistema utiliza una onda milimétrica de alta frecuencia de 60 GHz, que tiene las ventajas de una tecnología madura, gran ancho de banda, sin aplicación de espectro y baja interferencia lejos de los puntos de frecuencia civiles comunes. 

En la comunicación inalámbrica tradicional, sus características de transmisión por degradación del oxígeno dificultan la transmisión a largas distancias y su aplicación es limitada. Al mismo tiempo, esta función se adapta a las necesidades de comunicación de corto alcance y prevención de fugas de señal en escenarios de backhaul de vehículo a tierra.

I. Introducción al sistema 

El sistema de volcado de datos de alta velocidad de vehículo a tierra 5G consta de un sistema de transmisión de vehículo a tierra de onda milimétrica 5G y un sistema de almacenamiento distribuido en la nube. La descarga de datos de locomotoras a alta velocidad se logra instalando dispositivos de transmisión 5G en las locomotoras y construyendo estaciones base 5G dedicadas en el patio de preparación y en puntos de intercambio cruciales.

1.1 Sistema de transmisión vehículo-tierra de ondas milimétricas 5G

El sistema de transmisión de vehículo a tierra consiste en un sistema 5G a bordo y un sistema de estación base 5G en tierra. Se utiliza la solución de tecnología de ondas milimétricas de 60 GHz, que se logra mediante la instalación de una antena de matriz en fase de ondas milimétricas de 60 GHz en el vehículo y la construcción de una estación base de 60 GHz dedicada en el suelo para el vertido de vehículo a suelo.

1). El sistema 5G a bordo consta de un grupo de búfer de alta velocidad, una puerta de enlace de seguridad y una antena 5G a bordo, que realiza las funciones de seguridad de almacenamiento, respaldo de redundancia e interacción de datos para video de locomotoras, LKJ y TCMS. Transmite estos datos al sistema de la estación base terrestre.

2). El sistema de estación base terrestre 5G incluye una estación base terrestre RBS 5G y un servidor de caché terrestre para lograr un almacenamiento de datos a bordo seguro, automático y de alta velocidad en tierra.

3). Cuando la locomotora ingresa al área de cobertura de la estación base 5G, la terminal del sistema 5G (TAU) a bordo y la estación base 5G (RBS) en tierra establecen automáticamente una conexión. E inicie un volcado para volcar rápidamente los datos a bordo en el grupo de búfer de la locomotora al servidor de caché en tierra. Todo el proceso se completa automáticamente sin intervención manual.

1.2 Sistemas de almacenamiento en la nube distribuidos

El sistema de almacenamiento de datos distribuido utiliza una arquitectura de almacenamiento distribuido para administrar los datos descargados a los sistemas de estaciones base terrestres individuales. Establezca nodos de clúster de datos y subcentros de datos de video para proporcionar espacio de almacenamiento virtualizado para el acceso en tiempo real transversal y entre nodos.

Sistema de transmisión vehículo-tierra de ondas milimétricas II.5G

El sistema de transmisión vehículo-tierra de ondas milimétricas 5G consta de un sistema 5G a bordo y un sistema de estación base 5G en tierra que transmite datos a bordo a la estación base en tierra. Cuando la locomotora está en el área de cobertura de la estación base 5G, el sistema 5G a bordo establece una conexión de alta velocidad con el sistema de estación base 5G terrestre. Inicia un volcado para volcar rápidamente los datos a bordo desde el grupo de almacenamiento intermedio de la locomotora al caché de tierra. El enlace inalámbrico 5G proporciona un flujo de datos de transmisión de tubería seguro, confiable y de gran ancho de banda, y el proceso se completa automáticamente. El siguiente diagrama muestra la arquitectura del sistema.

2.1 Sistemas 5G en vehículos

El sistema 5G en el vehículo incluye una puerta de enlace de seguridad en el vehículo, un grupo de búfer y una antena 5G en el vehículo (TAU).

2.1.1 Puerta de enlace de seguridad

La función principal de la puerta de enlace de seguridad es obtener video de la placa av3 del sistema y pasarlo al grupo de caché. La puerta de enlace puede considerar las versiones anteriores de hardware 6A, lo que reduce la presión sobre los recursos de CPU y DDR para saturar la placa de video y facilitar un mantenimiento uniforme en el futuro.

2.1.2 Grupo de almacenamiento intermedio de alta velocidad

El grupo de caché se comunica con la puerta de enlace de seguridad a través de una tarjeta de red 1GE para extraer transmisiones de audio y video en tiempo real para el almacenamiento local. Cuando la locomotora ingresa a la estación o al patio de preparación, la conexión punto a punto se comunica con éxito con la estación base a bordo a través de la red 2.5GE para cargar los datos históricos de audio y video en caché al sistema de almacenamiento de alta velocidad en tierra a través de la estación base a bordo.

2.1.3 Antena automotriz 5G (TAU)

El equipo de antena 5G a bordo (TAU) del sistema de volcado de vehículo a tierra integra una antena de matriz en fase, proporciona una interfaz eléctrica de servicio 2.5GE y se instala en el techo de la locomotora para establecer un canal de datos de alta velocidad con la estación base 5G terrestre.

2.2 Sistema de estación base 5G basado en tierra

Establecer un sistema de estación base 5G terrestre en el patio de mantenimiento de locomotoras. El método comprende un equipo de estación base 5G, un servidor de almacenamiento de alta velocidad y un servidor de análisis inteligente.

2.2.1 Equipo de estación base 5G (RBS)

Al igual que la TAU, el equipo de estación base (RBS) 5G terrestre integra una antena de matriz en fase, que proporciona una interfaz óptica de servicio 10GE y una interfaz eléctrica de servicio GE. El dispositivo ofrece el punto de acceso de la antena del vehículo 5G, recibe los datos descargados del vehículo y los guarda en el servidor de caché.

2.2.2 Servidor de caché

El servidor de caché almacena los datos descargados de la locomotora y actúa como un nodo para el sistema de almacenamiento de datos distribuidos, lo que permite la sincronización y el intercambio de datos entre regiones.

2.2.3 Servidor de análisis inteligente

Basado en la información LKJ en el servidor de caché, el servidor de análisis inteligente analiza los puntos de elementos utilizados por el servicio de la máquina. Transmite automáticamente los resultados del análisis inteligente a la sede de la sección.

IV. Centro de datos, nodo de acceso a datos y construcción de salas de análisis de datos

3.1 Marco

Se construye un sistema de estación base 5G en el patio de preparación y se establece un nodo de acceso a datos para remitir automáticamente los datos descargados por 5G al centro de datos de la sección. Cada centro de datos almacena video a nivel de segmento y datos de operación de locomotoras. El centro de análisis de datos de cada unidad puede sincronizar video y datos de operación de locomotoras desde el centro de datos bajo demanda para lograr un acceso de baja latencia.

3.2 Sistema de almacenamiento distribuido

Cree un sistema de almacenamiento de datos distribuido en el centro de datos. El sistema centraliza la gestión de datos y utiliza un sistema de archivos virtual para proporcionar una interfaz de usuario unificada para permitir el acceso a los datos entre regiones.

Las funciones específicas son las siguientes.

1. Se utiliza arquitectura distribuida. El rendimiento y la capacidad del sistema aumentan linealmente con el número de nodos.

2. Realice la administración de virtualización del espacio de almacenamiento, virtualice todos los recursos de almacenamiento físico en un espacio de almacenamiento unificado, proporcione un espacio de nombres global unificado y brinde acceso único a la dirección IP empresarial al mundo exterior.

3. Implemente políticas de redundancia cuando un solo nodo con múltiples fallas en el disco duro y los servicios de lectura y escritura no se vean afectados. Cuando fallan varios nodos, admite la recuperación y reconfiguración de datos a varias velocidades entre nodos para minimizar el impacto en los servicios de lectura y documentos.

4. Admite la función de actualización en línea, puede realizar una nueva capacidad de nodo en línea, interfaz y almacenamiento de datos intermedios con los nodos existentes cuando el sistema está funcionando y admite el equilibrio de carga.

5. Realice el monitoreo en tiempo real de la versión del software, el estado del hardware y el uso de la capacidad del sistema, y ​​tenga una función de información de alarma de actualización en tiempo real.

EN.Avanzado e Innovador

La transmisión de ondas milimétricas de 1,5G es muy eficiente, con velocidades máximas de hasta 1,5Gbps, 30 veces más altas que las velocidades de transmisión de 4G.

2. Retraso de tiempo bajo, datos de locomotora en el rango de la estación base en una transmisión de regreso oportuna y efectiva y se puede acceder en la red de sección.

3. Transmisión de enlace roto para garantizar la integridad y confiabilidad de los datos de video.

4. Equilibrio de carga automático, desconexión automática del enlace después de completar la transmisión y liberación de recursos para garantizar una descarga de video estable y eficiente del sistema.

5. Seguridad, utilizando la red punto a punto única y estableciendo túneles lógicos particulares de transmisión.

6. Alta confiabilidad, función de interferencia antiestática y antielectromagnética superior, se adapta a la temperatura ambiente puede alcanzar -40℃~70℃.

7. Seguridad de datos, los datos recopilados se cifran a través del video, se toman de la tarjeta de transmisión y se almacenan en el grupo de búfer.

8. El volcado de datos reemplaza el trabajo manual, lo que reduce la intensidad del trabajo y los riesgos de seguridad.

9. Falla de enlace, el sistema se alarma inmediatamente y el personal de operaciones y mantenimiento responde rápidamente para garantizar el funcionamiento estable del sistema.

10. Se adopta un sistema de gestión de datos distribuidos, se realiza una copia de seguridad automática de los datos y la capacidad de almacenamiento se puede expandir dinámicamente.

11. Apoyar la estrategia de redundancia de almacenamiento; cuando ocurre una falla de un solo nodo, soporte para recuperación de datos y reconfiguración entre nodos a varias velocidades para maximizar el impacto del servicio de lectura y escritura.