CN110557733A - 一种城市轨道交通lte-m网络系统及故障监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种城市轨道交通LTE‑M网络系统及故障监测方法，该系统包括LTE网络层以及车载接入层，LTE网络层包括A、B双核心网、基站设备以及合路器，传输数据分别经双核心网、基站设备传输至合路器，车载接入层包括布置在列车上的TAU，用于列车与双核心网之间进行数据传输，在列车的头部车厢内、尾部车厢内均分别设置有两台以上的TAU，每个车厢中由部分TAU与一个核心网连接、另一部分TAU与另一个核心网连接，每个车厢中各台TAU与双核心网之间并行进行数据传输。本发明具有结构简单、成本低、冗余度高，能够降低合路器等单点故障以及降低极端网络故障工况下对列车的运行影响，且安全可靠等优点。

Description

一种城市轨道交通LTE-M网络系统及故障监测方法
技术领域
本发明涉及城市轨道交通通信技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通LTE-M网络系统及故障监测方法。
背景技术
LTE(Long Term Evolution，长期演进)是一种长期演进的无线通信技术，其目标是建立一个能够获得高传输速率、低时延、支持增强型多媒体广播组播业务(e-MBMS)、基于优化可演进的无线接入架构，LTE-M即是针对城市轨道交通综合业务承载需求的TD-LTE系统，以满足城市轨道交通互联互通和信息传输综合业务承载的运用需求。LTE-M系统工作在1785MHz～1805MHz专用频段，以满足城市轨道交通车地通信业务需求为原则，在保证基于通信的列车控制系统(CBTC)车地信息传输基础上，可同时承载集群调度业务、列车运行状态监测、视频监控(IMS)、乘客信息系统(PIS)等运营安全信息，能够同时提供专业的数据传输、视频传输以及宽带集群业务。LTE-M所承载CBTC业务(列车控制业务)包括列车移动授权、列车位置报告等安全类数据，在无人驾驶场景下，会在此车地无线通信通道中，同时承载一些关键的状态数据，如针对列车/车辆的休眠、唤醒、测试、车辆FAS(火灾报警)、紧急文本传输等指令性和状态业务数据。
为了提高轨道交通车地无线网络的可靠性，满足CBTC列车运行控制系统业务对车地无线承载的高安全、高可靠传输的需求，LTE-M无线车地通信系统在轨道旁边采用A/B双网冗余设计，即采用A、B双核心网覆盖，A网和B网同时传输数据，且工作在不同的频段(信道)下，如图1所示，其中B网用于综合业务承载，包括列车运行控制系统业务、列车运行状态监测业务、列车紧急文本下发业务、CCTV视频监控业务、PIS视频业务、集群调度业务等，A网用于列车运行控制系统业务承载，A、B双层网络采用双网同时冗余承载方式工作，即A/B双层网络业务不存在主备之分，同时承载业务数据。
如图1所示，考虑网络规划、稳定切换、开局、运维方便等问题，在城市轨道交通正线，LTE-M系统中的双网的RRU(射频拉远单元)通常为共站址部署，共站址的双网的网络覆盖区域基本重叠，每一张网络的覆盖方式、覆盖电平等与普通单网类似，且同站址基站的两个小区分配不同频率，相邻的小区分配相同频带，即A无线网络使用同一频带、B无线网络使用另同一频带；A、B双网的RRU(RRU_A、RRU_B)再通过合路器进行合路后，馈入泄漏同轴电缆为城市轨道交通的正线提供无线覆盖；在列车端，一般分别在车头和车尾各部署一台TAU(车载无线接入单元)，车头、车尾的TAU分别接入一张网，如车头的TAU接入A无线网络传输数据，车尾的TAU接入B无线网络传输数据，CBTC列控数据在A、B网各传输一份，使得当其中一个网络故障时，另一个网络中可保证CBTC列控数据的正常传输至列车。
但是上述LTE-M系统由于仅在车头、车尾各设置一台TAU以分别接入一张网，会存在以下问题：
(1)无法避免如合路器等的单点故障。由于不同网络的RRU是经过合路器合路后馈入漏缆，如果出现合路器故障、或合路器和RRU连接的跳线故障，或相应的接头处因为施工工艺或其它清洗作业使得防水破损或接头松动故障，而造成驻波异常，甚至无线链路中断等故障，由于A/B网的数据同时通过一个合路器合路到轨旁的漏泄同轴电缆中，则在以合路器为中点的很长一段区间，将出现无线覆盖盲区，即A/B双网在该区域均无无线信号而出现短时间中断，而由于列车中车头、车尾仅分别设置一台TAU，车头、车尾仅能分别接入一张网的数据，列车经过该覆盖盲区时，车头TAU会发生网络中断，造成车地无线通信长时间中断，而车尾TAU也最多仅能从相邻小区获取一张网的数据，无法保证列车的可靠通信。
(2)当出现LTE-M冗余双网中其中一张网完全故障、另一张网的RRU故障时，也会出现整个小区的覆盖盲区，如列车中车头TAU接入A网、车尾TAU接入B网，当A网故障、B网中一个RRU故障，车头的TAU会发生持续网络中断，车尾经过故障RRU覆盖区时，也会出现网络中断，使得车地无线通信将出现长时间的断网，通信链路将中断，甚至会导致紧急停车。
(3)如全自动驾驶等的场景下可靠性低。在无人驾驶场景下，在列车休眠后，由于仅能从一端通过车载TAU传输唤醒指令，而且该模式时连接车辆头尾TAU的交换机都没有供电，如果唤醒的TAU出现故障，则将会直接影响车辆全自动运行的效率，甚至影响车辆正常的出入段和正线作业。
综上所述，现有的LTE-M系统存在当发生单点故障(如上述合路器故障、一张网完全故障且另外一张网RRU单点故障等)时，会产生长时间中断网络，以及全自动驾驶场景下可靠性低等问题。若采用在轨旁RRU处采用漏缆重叠布放的方式，射频跳线的长度会很长，造成较大的信号衰减，而且不利于施工，可行性差。
为提高车地无线网络的可靠性，有从业者在LET-M双网冗余的基础上提出进一步冗余设置方式，但是通常都是针对车地无线网络架构的冗余设计，或者是对车载信号和系统设备、PIS业务传输通道的冗余等，如中国专利申请201110414160.7公开一种轨道交通中车地数据传输多重冗余处理方法，就是直接针对WLAN网络进行冗余配置，该类冗余设置方法仍然无法解决上述单点故障、全自动驾驶场景下可靠性等问题。若直接考虑为列车中TAU设置冗余单元，通常都是采用设置备用设备的方式，即由一个TAU作为主TAU、一个作为备用TAU，当主TAU发生故障时启用备用TAU，但是采用备用TAU的方式，车头、车尾仍然仅能分别接入一张网的数据，依然无法解决上述单点故障问题、全自动驾驶场景下可靠性低等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、冗余度高，能够降低合路器等单点故障以及极端网络故障工况下对列车的运行影响，且安全可靠的城市轨道交通LTE-M网络系统，以及可实时、智能监测系统故障的故障监测方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种城市轨道交通LTE-M网络系统，包括LTE网络层以及车载接入层，所述LTE网络层包括A、B双核心网、基站设备以及合路器，传输数据经双核心网、所述基站设备传输至所述合路器，所述车载接入层包括布置在列车上的TAU，用于列车与双核心网之间进行数据传输，其特征在于：在列车的头部车厢内、尾部车厢内均分别设置有两台以上的所述TAU，每个车厢中由部分TAU与一个核心网连接、另一部分TAU与另一个核心网连接，每个车厢中各台TAU与双核心网之间并行进行数据传输。
作为本发明系统的进一步改进：各所述TAU之间通过列车内车载网络进行互联。
作为本发明系统的进一步改进：头部车厢与尾部车厢中接入相同核心网的两台TAU之间通过车载以太网络总线互联。
作为本发明系统的进一步改进：各所述TAU分别通过以太网接口与ATC交换机或网关连接。
作为本发明系统的进一步改进：还包括分别与各所述TAU连接的故障监测模块，用于实时监测各TAU的信号接收状态，并当监测到存在TAU的信号接收异常时，比较头部车厢、尾部车厢中两台TAU的信号接收状态以判定故障类型。
作为本发明系统的进一步改进：所述故障监测模块当监测到同一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU均未接收到信号、另一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU为正常状态时，判定可能发生合路器单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态时，判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，判定可能所接入的核心网或BBU存在故障。
作为本发明系统的进一步改进：所述故障监测模块当判定为存在RRU单点故障或TAU单点故障时，获取异常的TAU在指定时间段内的信号接收状态，若均为未接收到信号，最终判定可能为TAU单点故障，否则最终判定可能为RRU单点故障。
作为本发明系统的进一步改进：还包括与所述故障监测模块连接的故障报警模块，用于当所述故障监测模块监测到发生故障时，根据所述故障监测模块判定的故障类型发出对应的故障报警信息。
作为本发明系统的进一步改进：每个所述基站设备中设置有两个以上的BBU，其中一个BBU作为主BBU、其余BBU作为备用BBU。
作为本发明系统的进一步改进：每个所述基站设备中设置有两个以上的RRU以接入传输网络，其中一个RRU作为主RRU、其余RRU作为备用RRU。
作为本发明系统的进一步改进：各所述TAU中一台以上的TAU配置有备用TAU，以在主TAU发生故障时切换接入对应的备用TAU。
作为本发明系统的进一步改进：还包括分别与主TAU以及对应的备用TAU连接的冗余切换单元，用于控制主TUA与备用TAU之间的切换控制。
本发明进一步提供利用上述城市轨道交通LTE-M网络系统的故障监测方法，该方法包括：
S1.实时监测头部车厢、尾部车厢中各TAU的信号接收状态，当监测到存在TAU的信号接收异常时，转入执行步骤S2；
S2.比较头部车厢、尾部车厢中各台TAU的信号接收状态，根据各台TAU之间的信号接收状态的比较结果判定故障类型。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S2中具体当同一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU均未接收到信号、另一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU为正常状态时，判定可能发生合路器单点故障，当头部车厢、尾部车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态时，判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，判定可能所接入的核心网存在故障。
作为本发明方法的进一步改进：所述当判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障时，获取异常的TAU在指定时间段内的信号接收状态，若均为未接收到信号，最终判定可能为TAU单点故障，否则最终判定可能为RRU单点故障。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S2中还包括根据判定的故障类型发出对应的故障报警信息步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明考虑LTE-M网络系统中发生合路器故障、一张网完全故障且另外一张网RRU单点故障等问题，基于车载接入单元的冗余部署，通过在每个车厢内设置两台TAU，同时将两台TAU分别接入A、B双网，使得车头、车尾均能够同时接入两张网，实现多台、多通道配置冗余，能够有效提高冗余可靠性，确保关键业务数据传输的鲁棒性。
2)本发明LTE-M网络系统当出现合路器单点故障时，由于头部、尾部车厢能够同时接入A、B双网，列车经过故障合路器造成的覆盖盲区时，可以至少保证有一份CBTC数据提供给列车，列车从车头进入覆盖盲区、车尾进入覆盖盲区的时间段内，均可由车尾的两台TAU接入相邻基站，保证车地正常通信，从而可以利用车辆长度来弥补无线盲区的造成的覆盖盲区，保证通信中断的时间在可接受的范围内，尽可能的减小合路器单点故障对列车运行的影响。
3)本发明LTE-M网络系统当出现一张网完全故障、另外一张冗余的网出现RRU单点故障时，由于头部、尾部车厢中同时设置TAU连接A、B网，可以利用相邻RRU无线覆盖的延伸和车辆头尾TAU的位置分集冗余部署，保证列车仍然可以至少接收到一份CBTC数据，使得通信中断的时间在可接受的范围内，将对列车运行的影响降低到最小。
4)本发明LTE-M网络系统当列车在全自动驾驶场景下，由于头部、尾部同时都有两个TAU在工作，作为被唤醒端的车厢内存在两个冗余的TAU接入地面不同的网络中，则即使有一张网或者有一个车载TAU故障，仍可以通过另一个正常的TAU接入网络，保证全自动驾驶的相关指令能够发送到车载信号设备，有效的提高了全自动驾驶场景下列车的运行可靠性。
5)本发明LTE-M网络系统进一步通过设置故障监测模块，当发生如合路器、RRU、TAU的单点故障时，列车中会有TAU的信号接收异常，基于头部、尾部车厢均为双TAU的结构，由相同车厢之间、不同车厢之间、接入相同网络之间、以及接入不同网络之间各TAU的信号接收状态的比较，可以判断出具体的故障类型，实现故障的实时、智能监测，指导及时进行故障排查，有效保证列车运行的安全可靠性。
6)本发明LTE-M网络系统进一步可以在发生合路器、RRU、TAU单点故障时以及网络故障时，及时监测到故障状态并定位具体的故障点，可以便于及时对故障进行排查以消除故障，进一步提高系统的安全可靠性。
附图说明
图1是现有的LTE-M网络系统的拓扑原理示意图。
图2是本发明实施例1中的LTE-M网络系统的结构原理示意图。
图3是本发明实施例1中列车内TAU的配置原理示意图。
图4是本发明实施例1中发生合路器单点故障时实现车地通信的原理示意图。
图5是本发明实施例1中发生极端网络故障时实现车地通信的原理示意图。
图6是本发明实施例1中列车在全自动驾驶场景下实现车地通信的原理示意图。
图7是本发明实施例2中的LTE-M网络系统的结构原理示意图。
图8是本发明实施例3中的LTE-M网络系统的结构原理示意图。
图9是本发明实施例4中的LTE-M网络系统的结构原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1:
如图2所示，本实施例城市轨道交通LTE-M网络系统包括LTE网络层以及车载接入层，LTE网络层包括A、B双核心网、基站设备以及合路器，双核心网分别经过基站设备传输至合路器，进行合路后馈入轨道旁的漏缆，车载接入层包括布置在列车上的TAU(车载无线接入单元)，用于列车与双核心网之间进行数据传输，车载TAU承载了包括地铁列控、视频监控(CCTV)、乘客信息系统(PIS)等数据接入业务，在列车的头部车厢内、尾部车厢内均分别设置有两台TAU，每个车厢中一台TAU与一个核心网连接、另一台TAU与另一个核心网连接，每个车厢中两台TAU与双核心网之间并行进行数据传输。
本实施例考虑LTE-M系统中单点故障(如上述合路器故障、一张网完全故障且另外一张网RRU单点故障等)等问题，基于车载接入单元的冗余部署，通过在每个车厢内设置两台TAU，同时将两台TAU分别接入A、B双网，使得车头、车尾均能够同时接入两张网，实现多台、多通道配置冗余，能够有效提高冗余可靠性，确保关键业务数据传输的鲁棒性。
参见图2、3，本实施例地面采用与图1相同的A、B双网组网，基站设备包括基带控制单元BBU和射频拉远单元RRU，RRU通过数字光纤接口与BBU连接。LTE-M车载终端(TAU)部署在列车的前后两端，TAU天线与泄漏保持视距，不同的列车的头部车厢与尾部车厢同时设置两台TAU，即车头配置两台TAU、车尾配置两台TAU，且两台TAU分别与A、B网连接，即车头的两台TAU分别接入A/B网，车尾的两台TAU分别接入A/B网，列车上共4台TAU且各TAU之间不分主备，均接入对应的地面LTE-M网络并行地传输双向业务数据，其中接入B网的TAU可以为PIS、CCTV及其他数据业务提供综合承载，A网可以承载列车运行控制系统业务。
本实施例通过上述LTE-M系统，车头、车尾均能够同时接入A、B网，最多同时有4份冗余的数据提供给CBTC设备，在极端情况下(如LTE_A网故障、LTE_B网中一台TAU故障)时，至少也能保证有一份数据提供给CBTC设备，当仅有一份数据提供给CBTC设备时，系统可以保证CBTC的数据业务不中断，车地无线通信的链路不会中断。
如图4所示，当出现合路器单点故障时，如合路器故障、或合路器和RRU连接的跳线故障，或相应的接头处因为施工工艺或其它清洗作业使得防水破损或接头松动故障，而造成驻波异常，甚至无线链路中断等故障，则在以合路器为中点的很长一段区间，将出现无线覆盖盲区，即A/B双网在该区域均无无线信号；本实施例上述LTE-M网络系统沿着车辆运行方向，经过该无线覆盖盲区时，列车头部的TAU先断开链接，而由于尾部车厢能够同时接入A、B双网，即车尾的TAU至少保证有一路数据提供给信号车载/地面列车自动控制设备，列车从车头进入覆盖盲区、车尾进入覆盖盲区的时间段内，均可由车尾的两台TAU接入相邻基站，保证车地正常通信，从而可以利用车辆长度来弥补无线盲区的造成的覆盖盲区，保证通信中断的时间在可接受的范围内，尽可能的减小合路器单点故障对列车运行的影响。
如图5所示，如果无线双网中出现一张网完全故障(核心网A网故障)，另外一张冗余的网(B网)出现RRU单点故障，列车头部、尾部车厢中接入A网的TAU持续接收不到信号，由于头部、尾部车厢中同时设置TAU连接B网，可获取B网数据保持车地通信不中断，当头部车厢进入故障RRU覆盖的区域时，头部车厢接入B网的TAU也断开链接，而尾部车厢接入B网的TAU仍然可以接入一份B网数据，尾部车厢进入故障RRU覆盖的区域时，又可通过头部车厢的TAU接入B网，即利用相邻RRU无线覆盖的延伸和车辆头尾TAU的位置分集冗余部署，保证上述极端网络故障(一张网故障、另一张网RRU单点故障)下列车仍然可以至少接收到一份CBTC数据，使得通信中断的时间在可接受的范围内，将对列车运行的影响降低到最小。
如图6所示，当列车在全自动驾驶场景下，由于头部、尾部同时都有两个TAU在工作，作为被唤醒端的车厢(头部车厢)内存在两个冗余的TAU接入地面不同的网络中，则即使有一张网或者有一个车载TAU故障，如当发生A网故障时，头部车厢仍可以通过TAU接入B网，当头部车厢内一个TAU故障时，仍可以通过另一个正常的TAU接入网络，保证全自动驾驶的相关指令能够发送到车载信号设备，以实现相应的功能，有效的提高了全自动驾驶场景下列车的运行可靠性。
本实施例中，各TAU之间通过列车内车载网络进行互联，车内具体通过车载交换机构成的以太网总线互联，头部、尾部的两台TAU通过有线端口分别接入车载交换机或车载网关设备构成车载环网，各TAU分别通过以太网接口与ATC交换机或网关连接，整个列车中各TAU接入车载环网进行数据通信。
本实施例中，头部车厢与尾部车厢中接入相同核心网的两台TAU之间通过贯通线(即车载以太网络总线)互联，即接入同一LTE无线网的TAU间通过列车头尾的贯通线(如：工业以太环网)互联，接入同一网络的TAU可通过贯通线互联通信。
本实施例中，还包括分别与各TAU连接的故障监测模块，用于实时监测各TAU的信号接收状态，并当监测到存在TAU的信号接收异常时，比较头部车厢、尾部车厢中两台TAU的信号接收状态以判定故障类型。在LET_M系统的运行过程中，实际多点同时发生故障的概率较小，大多数情况下均是单点故障或网络故障，单点故障主要即是合路器、RRU、TAU的单点故障，当发生上述故障时，若不及时进行故障处理，仍然会影响整个LET_M系统的可靠运行。本实施例在LET_M系统设置A、B双冗余网覆盖，以及在车头、车尾均布置同时接入A、B双网的双TAU的基础上，为各个TAU设置一个故障监测模块，当发生如上述合路器、RRU、TAU的单点故障时，列车中会有TAU的信号接收异常，由于列车的头部、尾部均设置有两台TAU，不同车厢位置的TAU的信号接收状态会不同，如车头一侧的TAU能够正常接收信号、车尾的TAU不能正常接收信号，由相同车厢之间、不同车厢之间、接入相同网络之间、以及接入不同网络之间各TAU的信号接收状态的比较，则可以判断出具体的故障类型，实现故障的实时、智能监测，指导及时进行故障排查，有效保证列车运行的安全可靠性。
本实施例中，故障监测模块当监测到同一车厢内两台TAU均未接收到信号、另一车厢内两台TAU为正常状态时，判定可能发生合路器单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态时，判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，判定可能所接入的核心网存在故障。
如图4所示，当出现合路器单点故障时，经过该故障合路器无线覆盖盲区时，列车头部的两台TAU均会断开链接，此时列车尾部两台TAU可以通过相邻小区接入A、B网而保持正常的信号接收状态，则当出现TAU信号接收异常时，比较列车头部、尾部两台TAU的状态，若出现同一车厢内两台TAU均未接收到信号、另一车厢内两台TAU为正常状态，极大可能为发生合路器单点故障，具体即为TAU信号接收状态异常区域内对应的合路器可能发生故障。
当发生RRU单点故障，仅在列车经过该故障RRU覆盖范围时会有TAU的网络中断，而其他的TAU可以正常接收网络信号，以及当发生一台TAU故障时，其他的TAU均能正常接收网络信号，本实施例根据不同车厢位置中接入同一网的两台TAU的信号接收状态比较，如果是两车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态，极大可能为存在RRU单点故障或TAU单点故障。当头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，不同车厢位置的两台TAU均发生故障的可能性较小，此时极大可能是所接入的核心网存在故障。
本实施例中，故障监测模块当判定为存在RRU单点故障或TAU单点故障时，获取异常的TAU在指定时间段内的信号接收状态，若均为未接收到信号，最终判定可能为TAU单点故障，否则最终判定可能为RRU单点故障。RRU单点故障与TAU单点故障时，TAU的信号接收状态会不同，若是RRU单点故障，则TAU信号在经过故障RRU覆盖范围时会出现信号中断，但在下一个正常的RRU覆盖范围内又可以恢复网络连接，而若是TAU故障，则将持续无法接收网络信号，本实施例依据上述特性在判定存在RRU单点故障或TAU单点故障时，进一步根据异常的TAU在指定时间段内的信号接收状态，来最终确定是为TAU单点故障还是RRU单点故障，可以定位具体的故障点。
通过上述LTE-M网络系统，可以在发生合路器、RRU、TAU单点故障时以及网络故障时，及时监测到故障状态并定位具体的故障点，可以便于及时对故障进行排查以消除故障，保证系统的安全可靠性。
本实施例中，还包括与故障监测模块连接的故障报警模块，用于当故障监测模块监测到发生故障时，根据故障监测模块判定的故障类型发出对应的故障报警信息。具体可预先为各类故障设定不同的报警信息，当判定为合路器故障时，发出合路器故障报警信息，指导对对应区域的合路器进行故障排查，当判定为TAU单点故障，发出TAU故障报警信息，指导对车内对应位置的TAU进行故障排查，当判定为RRU单点故障，发出RRU故障报警信息，指导对对应区域的RRU进行故障排查，以及当判定为核心网故障时，发出核心网故障报警信息，指导对对应核心网的故障排查，实现LTE-M网络系统的智能故障监测报警。
本实施例中利用上述城市轨道交通LTE-M网络系统的故障监测方法具体包括：
S1.实时监测头部车厢、尾部车厢中各TAU的信号接收状态，当监测到存在TAU的信号接收异常时，转入执行步骤S2；
S2.比较头部车厢、尾部车厢中两台TAU的信号接收状态，根据各台TAU之间的信号接收状态的比较结果判定故障类型。
本实施例中，步骤S2中具体当同一车厢内两台TAU均未接收到信号、另一车厢内两台TAU为正常状态时，判定可能发生合路器单点故障，当头部车厢、尾部车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态时，判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，判定可能所接入的核心网存在故障。
本实施例中，当判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障时，获取异常的TAU在指定时间段内的信号接收状态，若均为未接收到信号，最终判定可能为TAU单点故障，否则最终判定可能为RRU单点故障。
本实施例中，步骤S2中还包括根据判定的故障类型发出对应的故障报警信息步骤。
实施例2:
如图7所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于为列车中每台TAU均配备有一台以上的备用TAU，当主TAU发生故障时，可以切换对应的一台备用TAU工作，以进一步提高系统的冗余可靠性。由于列车在运行过程中，若TAU发生故障，难以及时进行TAU的维修，本实施例通过为每台TAU均配备有备用TAU，可以在TAU故障时切换备用TAU，仍然可以保证TAU的正常工作。
本实施例中，还包括分别与主TAU以及对应的备用TAU连接的冗余切换单元，用于控制主TUA与备用TAU之间的切换控制，通过冗余切换单元可以自动控制主、备TAU的切换。
如实施例1所示，当出现TAU单点故障时，通过故障监测模块可以定位到该故障TAU，定位到存在故障TAU后，发送控制信号给冗余切换单元，由冗余切换单元切换启动该故障TAU对应的备用TAU，则可以自动控制恢复整个系统为正常状态。
当然在其他实施例中，也可以仅为一个车厢(如头部车厢)内的一台或两台TAU配置备用TAU，以减少设备成本。
实施例3:
如图8所示，本实施例为在实施例2的基础上，进一步每个小区的基站设备中设置有两个以上的BBU，其中一个BBU作为主BBU、其余BBU作为备用BBU，以对BBU进行冗余备份，当检测到某个BBU发生故障时，切换冗余备份的BBU提供服务，以进一步提高系统的冗余可靠性。
本实施例中，每个小区的基站设备中对应双网均设置有两个以上的RRU，其中一个RRU作为主RRU、其余RRU作为备用RRU，以对RRU进行冗余备份，当检测到某个RRU发生故障时，切换冗余备份的RRU提供服务，以进一步提高系统的冗余可靠性。
如实施例1所示，当出现RRU单点故障时，通过故障监测模块可以定位到该故障RRU，定位到存在故障RRU后，控制切换备份的RRU即可自动恢复整个系统为正常状态。
实施例4：
如图9所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，在列车的头部车厢内、尾部车厢内均分别设置有多台TAU，每个车厢中由一部分TAU与一个核心网连接、另一部分TAU与另一个核心网连接，每个车厢中各台TAU与双核心网之间并行进行数据传输，使得每个车厢内均有一台或两台以上的TAU与A、B网连接，可以进一步提高系统的可靠性。每个车厢中TAU的配置具体可根据实际需求进行设定，如可以在车头、车尾车厢内分别设置两台以上的TAU接入A网，以进一步提高A网数据传输的冗余可靠性，或在车头、车尾车厢内分别设置两台以上的TAU接入A网、B网，以同时提高A网、B网数据传输的冗余可靠性。
本实施例中，故障监测模块具体当监测到同一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU均未接收到信号、另一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU为正常状态时，判定可能发生合路器单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态时，判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，判定可能所接入的核心网或BBU存在故障，具体判定原理与实施例1相同。
本实施例中利用上述城市轨道交通LTE-M网络系统的故障监测方法具体包括：
S1.实时监测头部车厢、尾部车厢中各TAU的信号接收状态，当监测到存在TAU的信号接收异常时，转入执行步骤S2；
S2.比较头部车厢、尾部车厢中各台TAU的信号接收状态，根据各台TAU之间的信号接收状态的比较结果判定故障类型。
本实施例步骤S2中具体当同一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU均未接收到信号、另一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU为正常状态时，判定可能发生合路器单点故障，当头部车厢、尾部车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态时，判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，判定可能所接入的核心网存在故障，具体判定原理与实施例1相同。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (16)

1.一种城市轨道交通LTE-M网络系统，包括LTE网络层以及车载接入层，所述LTE网络层包括A、B双核心网、基站设备以及合路器，传输数据经双核心网、所述基站设备传输至所述合路器，所述车载接入层包括布置在列车上的TAU，用于列车与双核心网之间进行数据传输，其特征在于：在列车的头部车厢内、尾部车厢内均分别设置有两台以上的所述TAU，每个车厢中由部分TAU与一个核心网连接、另一部分TAU与另一个核心网连接，每个车厢中各台TAU与双核心网之间并行进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：各所述TAU之间通过列车内车载网络进行互联。
3.根据权利要求2所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：头部车厢与尾部车厢中接入相同核心网的两台TAU之间通过车载以太网络总线互联。
4.根据权利要求3所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：各所述TAU分别通过以太网接口与ATC交换机或网关连接。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：还包括分别与各所述TAU连接的故障监测模块，用于实时监测各TAU的信号接收状态，并当监测到存在TAU的信号接收异常时，比较头部车厢、尾部车厢中各台TAU的信号接收状态以判定故障类型。
6.根据权利要求5所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：所述故障监测模块当监测到同一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU均未接收到信号、另一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU为正常状态时，判定可能发生合路器单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态时，判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，判定可能所接入的核心网或BBU存在故障。
7.根据权利要求6所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：所述故障监测模块当判定为存在RRU单点故障或TAU单点故障时，获取异常的TAU在指定时间段内的信号接收状态，若均为未接收到信号，最终判定可能为TAU单点故障，否则最终判定可能为RRU单点故障。
8.根据权利要求6或7所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：还包括与所述故障监测模块连接的故障报警模块，用于当所述故障监测模块监测到发生故障时，根据所述故障监测模块判定的故障类型发出对应的故障报警信息。
9.根据权利要求1～4中任意一种所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于，每个所述基站设备中设置有两个以上的BBU，其中一个BBU作为主BBU、其余BBU作为备用BBU。
10.根据权利要求1～4中任意一种所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于，每个所述基站设备中设置有两个以上的RRU以接入传输网络，其中一个RRU作为主RRU、其余RRU作为备用RRU。
11.根据权利要求1～4中任意一种所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：各所述TAU中一台以上的TAU配置有备用TAU，以在主TAU发生故障时切换接入对应的备用TAU。
12.根据权利要求11所述的城市轨道交通LTE-M网络系统，其特征在于：还包括分别与主TAU以及对应的备用TAU连接的冗余切换单元，用于控制主TUA与备用TAU之间的切换控制。
13.利用权利要求1～12中任意一项所述的城市轨道交通LTE-M网络系统的故障监测方法，其特征在于，该方法包括：
S1.实时监测头部车厢、尾部车厢中各TAU的信号接收状态，当监测到存在TAU的信号接收异常时，转入执行步骤S2；
S2.比较头部车厢、尾部车厢中各台TAU的信号接收状态，根据各台TAU之间的信号接收状态的比较结果判定故障类型。
14.根据权利要求13所述的故障监测方法，其特征在于：所述步骤S2中具体当同一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU均未接收到信号、另一车厢内分别接入不同核心网的两台TAU为正常状态时，判定可能发生合路器单点故障，当头部车厢、尾部车厢中接入同一核心网的两台TAU中一个TAU未接收到信号、另一个为正常状态时，判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障，当监测到头部车厢、尾部车厢中存在接入同一核心网的两台TAU均未接收到信号时，判定可能所接入的核心网存在故障。
15.根据权利要求13所述的故障监测方法，其特征在于：所述当判定可能存在RRU单点故障或TAU单点故障时，获取异常的TAU在指定时间段内的信号接收状态，若均为未接收到信号，最终判定可能为TAU单点故障，否则最终判定可能为RRU单点故障。
16.根据权利要求14所述的故障监测方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括根据判定的故障类型发出对应的故障报警信息步骤。
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