軌道物聯網應用服務介紹

作者/黃紹軒

前言 繼本刊第270期介紹「智慧交通軌道物聯網解決方案」之後，本期續詳細說明4G車地通訊各項服務功能。以往要取得列車行運的監控資料，必須在列車定期進廠維修或完成載客任務駐車停運時，由人員上車以載具連結車監控系統下載資料，此方法既耗時，又需人力完成，且無法及時掌握列車運行資訊。 因此為了及時掌握列車行運間的任何狀況，在列車上裝置4G/5G行動通訊網路設備，提供列車穩定且高速的網路傳輸，使得列車能與行控中心連線，兩者之間可進行即時資訊的傳輸，行控中心得以監控列車即時狀態，以及早發現列車運行所發生之安全事件、預先告警，減少列車行運間可能的意外，而造成服務延遲或人員與設備的傷害。 4G車對地通訊解決方案 凌群與中華電信所提之「軌道物聯網解決方案」，目標在於提供4G/5G車對地穩定而高品質的資料傳輸環境，在高速移動的場域將車廂內部各類感測器的資訊與CCTV影像透過4G與將來的5G網路即時傳輸至後端的IoT整合平台，藉由持續累積豐富資料的分析，及早發現問題、預先告警，減少車廂可能的意外帶來的服務延遲或人員與設備的傷害。因此可說是提供整個專案核心的IoT應用前端與後台連通的重要橋梁。 以車廂即時影像監控服務為例，使用車規防震IP攝影機，將影像資訊儲存於NVR主機，並透過RTSP協定，以4G/5G高速行動通訊網路將資訊傳送至影像至監控平台。4G網路規畫使用MDVPN架構方式，讓4G Router於基地台間漫遊時依然處於專屬內部網路，達到單一管理與資料安全的保護。 本案所採用的4G Router連接的介面符合4G LTE國際標準，而設備網路管理支援標準SNMP協定，可與其他平台整合相容。並提供兩項監看管理功能：

• 車地通訊網路系統告警機制，使用「4G車地通訊網路管理系統」監測功能建立對機房端、通訊網路與列車端之重要設備監測與增加異常事件通知如郵件及Line通知的服務機制。
• 階層式圖形化維運機制，運用「4G車地通訊網路管理系統」之網管資訊依「服務」概念 (如IOT平台服務由主機、作業系統及網路設備所組成) 組成服務樹 (Service Tree) 事件分析功能機制，可組合相關設備的事件及判斷邏輯提供「服務」之健康狀態與事件資訊，提升對「網路服務」運作狀態的判斷能力，減少異常的影響時間。

在「軌道物聯網解決方案」執行期間，規劃傳輸穩定性與效能的服務指標如下，以滿足本案應用上所需的資料傳輸頻寬。

• 資料傳輸最低應可達10Mbps(含)以上。
• 資料傳輸平均應可達15Mbps(含)以上。

整體專案的設計構想是在車廂內將所傳輸的應用流量可區分為CCTV與感測器兩類型，CCTV佈署於前後車廂。而各感測器則是佈署每列車箱內，兩者的的流量規劃利用4G Router先透過以乙太網路連接各感測器與DVR，透過4G/5G傳輸介面，將數據以加密方式傳回機房端控制中心，再傳送至各感測器與DVR的管理平台上進行分析與儲存。 專案的工作內容分別為：

• 場域勘查與軟硬體環境規畫設計 場域勘查主要希望所設計之內容與現況能夠緊密結合，以利後續專案能後順利執行。前往機房與車廂實際勘查本案實裝地點及其他配合設施，並將繪製地點之實裝圖，經確認後以為施工之依據。勘查的重點內容如下:
  • 完成機房端網路/空間/機櫃/電力/介接場勘並記錄。
  • 完成車廂內設備擺設位置/空間/電源/接線/感測裝置連接/安全注意事項場勘與相關單位開會討論最終配置結論。
  • 完成承載於4G/5G網路之上層服務應用所需的環境設計(傳輸效能需求、備援需求、安全連線需求)。
  • 完成車地通訊4G資料傳輸/漫遊應用、設備集中管理、維運與告警等網路設計應用說明。
• 設備與網路環境施工 主要施工場域為車廂與機房，預計配合測試的車廂可停放於機廠內進行施工，依之前所規劃的內容，安裝4G Router、電力、網路線等。而機房端則建置第三層交換器、4G Router管理伺服器、網路、電源與感測器管理平台連通的網路配置等。
• 軟硬體整合驗證與調校 當建構完成後，依據設備特性與各環節之間的相互行為進行測試與調校，讓數據資料能夠穩定的回傳至機房端。確認中心端所開發的工具能夠確實取得資訊，發揮其功能，而管理上亦能夠正常而持續的監控，異常能主動告警通報等。
• 地通訊系統開發與測試 採用商用產品建構4G網路，就整體方案的應用而言仍須開發所需功能使其優化，因此需要執行技術轉移與開發測試。會先架構小型的實驗環境，再透過教育訓練與實作等方式轉移技術，開發本案所需的功能軟體。
  • 建構車地通訊資料傳輸與管理的模擬環境。
  • 完成車地通訊技術轉移教育訓練，設備連通與管理功能測試。
  • 4G/5G流量監控系統開發與測試。
  • 車地通訊管理系統開發與測試。

執行效益 計畫中採用不同家電信業者的行動網路，透過4G載波聚合功能增加單一電信業者傳輸能力，透過車地通訊路由器整合不同家行動網路同時使用的功能，提供線路備援、頻寬加總、流量分流的效果，可以針對外在環境如行車速度、訊號死角等提供訊號相互補、備援的效果，達到滿足專案資料傳輸的需求，改善車地通訊品質及4/5G車地通訊傳輸穩定性。(作者目前服務於中華電信數據分公司智聯處，擔任「智慧交通軌道物聯網計劃」專案經理)