论文部分内容阅读
[摘 要]无线局域网络（WLAN）技术在地铁通信系统中应用较广泛。采用IEEE 802.11g标准构建的无线传输网络可以实现对车辆运行沿线的无线信号覆盖，满足乘客和电视监视系统功能需求。
[关键词]地铁通信；WLAN技术；车地无线
中图分类号：TN925.93 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0365-01
前言
地铁的运营控制中心如调度人员通过（CCTV）随机调取车厢内实时监控图像视频、通信人员通过控制中心经（PIS）往在线列车上下发高清晰的视频节目或者特定信息，都需要借助车地无线通信技术来完成。车地无线通信技术作为地铁车地无线解决方案，为了更好、更高质量地满足电视监视系统和乘客信息系统的功能需求， WLAN 需要提供能够传递高速数据的无线传输通道，同时确保车辆在高速行车时的稳定性及安全性。
一、车地无线WLAN 技术方案
（一）WLAN技术标准比较
无线局域网络（WLAN）的主要标准是IEEE 802.11。 它主要包括IEEE 802.11a、 IEEE 802.11b、IEEE802.11g 和IEEE 802.11n等。其中IEEE 802.11a和IEEE 802.11g在地铁车地无线通信领域中应用较多。
802.11a 的合法频宽 325MHz，工作频率范围为：5.150-5.350 GHz和 5.725-5.850 GHz 频段， 非重叠信道 12 个，其传输速率最高可达54Mbps，调制传输技术采用64QAM OFDM（正交频分复用）技术。但保障最高传输速率下的无障碍接入距离会降低到30m-50m， 而且需要交纳频段使用年费；IEEE 802.11b 的合法频宽83.5MHz，工作频率范围为：2.400GHz-2.483GHz 频段，非重叠信道3 个，共享接入速率最高可达到 11Mbps，调制传输技术采用 CCK DSSS 技术；802.11g 的合法频宽83.5MHz，工作频率范围为：2.400GHz-2.483GHz 频段，也采用 CCK64QAM/OFDM 技术，可支持最高54Mbps 的速率，可以做到与802.11b的兼容。最高传输速率大约是802.11b 的五倍，且不需交纳使用费用。
（二）车地无线WLAN的组网方式
车地无线WLAN组网采用Fit AP+Fat AP相结合的架构方式，轨旁AP相当于Fit AP，车载AP相当于Fat AP。组网设备主要包括： 无线控制器AC、轨旁的无线接入点AP、车载无线网桥MESH 和车载天线以及车载内部交换机等组成部分。整个系统的组网方案符合WLANIEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准。
车地无线WLAN系统主要是实现控制中心与车载子系统之间进行视频数据信息传输的功能。因此，首先需要在控制中心设置一套无线管理系统，实现对车地无线WLAN组网系统内的设备、网络、性能、配置和告警等进行统一的管理。
然后就是在沿线各车站通信机房内，根据车地无线信号覆盖的要求设置分布式数据接入交换单元（即车站无线视频交换机），为与列车车厢内车载数据控制单元之间的无线数据通信做准备。各轨旁Fit AP通过光纤收发器，以100M光纤与车站无线视频交换机相连，再通过通信传输系统提供的通道与控制中心无线控制器AC连接。在整个车地无线WLAN组网系统中，控制中心和各车站都提供与电视监视系统和乘客信息系统的接口。
（三）車载局域网
在车载局域网络中，要在车头和车尾分别设置一套车载Fat AP和一台Omate6000-8E的八端口工业以太网交换机，并与车辆的M12以太网接口互联实现整列列车内部局域网的有线网络构建。列车内电视监视系统和乘客信息系统通过各自的车载交换机实现互联。车载无线网桥保证了高速运行中列车的Fat AP与轨旁Fit AP的无线网络的实时无缝连接，保证在局域网发生断点故障时能够顺利切换。整个车载局域网络为电视监视系统和乘客信息系统视频数据的双向传输提供一个专用的传输通道，实现车载视频设备与控制中心和车站的网络连接，为车载设备视频功能的正常实现提供帮助。
二、车地无线WLAN技术方案
（一）WLAN技术性能需求
地铁电视监视系统要求能够在控制中心随机调取在线列车车载摄像头拍摄的车厢内的视频图像信息。车地无线WLAN系统要求能将运行列车车厢内车载设备的视频图像和信息传至车站，再通过高速有线传输系统网络上传至控制中心。
乘客信息系统要求从控制中心将视频节目或者特定信息下发到指定的列车，包括高清晰数字视频信息、乘客乘车信息和紧急疏散信息等。这些信息都需要通过列车的车载信息设备进行发布。
WLAN技术构建的车地无线WLAN网络要保障电视监控系统和乘客信息系统中视频图像业务的正常传送，就需要达到以下一系列的标准。
1.构建的网络系统具有稳定性和安全性。能够满足地铁通信系统不间断的业务需要，有线设备尽量保证无单点故障，无线网络AP之间可以互为冗余备份。
2.经车地无线WLAN处理和传递的视频图像信息不能出现明显断点、失帧、抖动或者马赛克等。附带的音频，播放时不能出现明显噪音或者滑码等。
3.为支持电视监视系统和乘客信息系统视频图像业务功能的要求，基于802.11系列的数据传输的最小有效带宽应不小于15Mbps。
4.需支持地铁列车最高运行时速80公里/小時下的视频图像信息的正常传递。
5.不同型号及厂家的列车系统与轨旁网络能够互联互通，从而保证业务的顺利开展和日后改造。
6.无线系统应具备一定的抗干扰能力。
7.构建的无线网络易于扩展和管理。
（二）网络链路分析
采用IEEE 802.11g标准通过轨旁AP与车载AP构建的无线传输网络可以实现对列车运行沿线的无线信号覆盖。网络链路的有效带宽是一个非常重要的技术指标。电视监视系统和乘客信息系统需要车地无线WLAN网络为其提供不小于15Mbps的有效带宽，计算方法如下：
控制中心或车站往运行列车车载设备下发的数据，需要车地无线WLAN系统提供的传送带宽：
1路6MPIS视频流，由控制中心经沿线车站至分布式数据接入交换单元通过WLAN无线网络传至列车内车载设备。
4路1M监控流，从车站站台摄像机经车站交换机至分布式数据接入交换单元通过WLAN无线网络传至列车内车载设备。车载设备往控制中心上传数据，需要车地无线WLAN系统提供的传送带宽：
2路1M监控流，从列车通过WLAN无线网络至分布式数据接入交换单元再经车站上传至控制中心。因此，车地无线WLAN系统上、下行带宽最小为12Mbps。
车地无线WLAN网络必须提供足够的有效带宽，才能满足电视监视系统和乘客信息系统的功能需求。通常总带宽需求还应包括实际业务需求带宽1/4以上的冗余量。根据以上带宽计算分析，总带宽需求为12Mbps+3Mbps=15Mbps。因此，车地无线WLAN网络必须提供不小于15Mbps的有效带宽才能满足系统要求。
三、结束语
在地铁通信领域中，基于WLAN技术标准下的车地无线WLAN系统为电视监控系统和旅客信息系统提供唯一的共享通道。帮助其完成地铁列车和地面之间的数据交互，是辅助和保障电视监控系统和旅客信息系统安全运营的关键系统。
[关键词]地铁通信；WLAN技术；车地无线
中图分类号：TN925.93 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0365-01
前言
地铁的运营控制中心如调度人员通过（CCTV）随机调取车厢内实时监控图像视频、通信人员通过控制中心经（PIS）往在线列车上下发高清晰的视频节目或者特定信息，都需要借助车地无线通信技术来完成。车地无线通信技术作为地铁车地无线解决方案，为了更好、更高质量地满足电视监视系统和乘客信息系统的功能需求， WLAN 需要提供能够传递高速数据的无线传输通道，同时确保车辆在高速行车时的稳定性及安全性。
一、车地无线WLAN 技术方案
（一）WLAN技术标准比较
无线局域网络（WLAN）的主要标准是IEEE 802.11。 它主要包括IEEE 802.11a、 IEEE 802.11b、IEEE802.11g 和IEEE 802.11n等。其中IEEE 802.11a和IEEE 802.11g在地铁车地无线通信领域中应用较多。
802.11a 的合法频宽 325MHz，工作频率范围为：5.150-5.350 GHz和 5.725-5.850 GHz 频段， 非重叠信道 12 个，其传输速率最高可达54Mbps，调制传输技术采用64QAM OFDM（正交频分复用）技术。但保障最高传输速率下的无障碍接入距离会降低到30m-50m， 而且需要交纳频段使用年费；IEEE 802.11b 的合法频宽83.5MHz，工作频率范围为：2.400GHz-2.483GHz 频段，非重叠信道3 个，共享接入速率最高可达到 11Mbps，调制传输技术采用 CCK DSSS 技术；802.11g 的合法频宽83.5MHz，工作频率范围为：2.400GHz-2.483GHz 频段，也采用 CCK64QAM/OFDM 技术，可支持最高54Mbps 的速率，可以做到与802.11b的兼容。最高传输速率大约是802.11b 的五倍，且不需交纳使用费用。
（二）车地无线WLAN的组网方式
车地无线WLAN组网采用Fit AP+Fat AP相结合的架构方式，轨旁AP相当于Fit AP，车载AP相当于Fat AP。组网设备主要包括： 无线控制器AC、轨旁的无线接入点AP、车载无线网桥MESH 和车载天线以及车载内部交换机等组成部分。整个系统的组网方案符合WLANIEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准。
车地无线WLAN系统主要是实现控制中心与车载子系统之间进行视频数据信息传输的功能。因此，首先需要在控制中心设置一套无线管理系统，实现对车地无线WLAN组网系统内的设备、网络、性能、配置和告警等进行统一的管理。
然后就是在沿线各车站通信机房内，根据车地无线信号覆盖的要求设置分布式数据接入交换单元（即车站无线视频交换机），为与列车车厢内车载数据控制单元之间的无线数据通信做准备。各轨旁Fit AP通过光纤收发器，以100M光纤与车站无线视频交换机相连，再通过通信传输系统提供的通道与控制中心无线控制器AC连接。在整个车地无线WLAN组网系统中，控制中心和各车站都提供与电视监视系统和乘客信息系统的接口。
（三）車载局域网
在车载局域网络中，要在车头和车尾分别设置一套车载Fat AP和一台Omate6000-8E的八端口工业以太网交换机，并与车辆的M12以太网接口互联实现整列列车内部局域网的有线网络构建。列车内电视监视系统和乘客信息系统通过各自的车载交换机实现互联。车载无线网桥保证了高速运行中列车的Fat AP与轨旁Fit AP的无线网络的实时无缝连接，保证在局域网发生断点故障时能够顺利切换。整个车载局域网络为电视监视系统和乘客信息系统视频数据的双向传输提供一个专用的传输通道，实现车载视频设备与控制中心和车站的网络连接，为车载设备视频功能的正常实现提供帮助。
二、车地无线WLAN技术方案
（一）WLAN技术性能需求
地铁电视监视系统要求能够在控制中心随机调取在线列车车载摄像头拍摄的车厢内的视频图像信息。车地无线WLAN系统要求能将运行列车车厢内车载设备的视频图像和信息传至车站，再通过高速有线传输系统网络上传至控制中心。
乘客信息系统要求从控制中心将视频节目或者特定信息下发到指定的列车，包括高清晰数字视频信息、乘客乘车信息和紧急疏散信息等。这些信息都需要通过列车的车载信息设备进行发布。
WLAN技术构建的车地无线WLAN网络要保障电视监控系统和乘客信息系统中视频图像业务的正常传送，就需要达到以下一系列的标准。
1.构建的网络系统具有稳定性和安全性。能够满足地铁通信系统不间断的业务需要，有线设备尽量保证无单点故障，无线网络AP之间可以互为冗余备份。
2.经车地无线WLAN处理和传递的视频图像信息不能出现明显断点、失帧、抖动或者马赛克等。附带的音频，播放时不能出现明显噪音或者滑码等。
3.为支持电视监视系统和乘客信息系统视频图像业务功能的要求，基于802.11系列的数据传输的最小有效带宽应不小于15Mbps。
4.需支持地铁列车最高运行时速80公里/小時下的视频图像信息的正常传递。
5.不同型号及厂家的列车系统与轨旁网络能够互联互通，从而保证业务的顺利开展和日后改造。
6.无线系统应具备一定的抗干扰能力。
7.构建的无线网络易于扩展和管理。
（二）网络链路分析
采用IEEE 802.11g标准通过轨旁AP与车载AP构建的无线传输网络可以实现对列车运行沿线的无线信号覆盖。网络链路的有效带宽是一个非常重要的技术指标。电视监视系统和乘客信息系统需要车地无线WLAN网络为其提供不小于15Mbps的有效带宽，计算方法如下：
控制中心或车站往运行列车车载设备下发的数据，需要车地无线WLAN系统提供的传送带宽：
1路6MPIS视频流，由控制中心经沿线车站至分布式数据接入交换单元通过WLAN无线网络传至列车内车载设备。
4路1M监控流，从车站站台摄像机经车站交换机至分布式数据接入交换单元通过WLAN无线网络传至列车内车载设备。车载设备往控制中心上传数据，需要车地无线WLAN系统提供的传送带宽：
2路1M监控流，从列车通过WLAN无线网络至分布式数据接入交换单元再经车站上传至控制中心。因此，车地无线WLAN系统上、下行带宽最小为12Mbps。
车地无线WLAN网络必须提供足够的有效带宽，才能满足电视监视系统和乘客信息系统的功能需求。通常总带宽需求还应包括实际业务需求带宽1/4以上的冗余量。根据以上带宽计算分析，总带宽需求为12Mbps+3Mbps=15Mbps。因此，车地无线WLAN网络必须提供不小于15Mbps的有效带宽才能满足系统要求。
三、结束语
在地铁通信领域中，基于WLAN技术标准下的车地无线WLAN系统为电视监控系统和旅客信息系统提供唯一的共享通道。帮助其完成地铁列车和地面之间的数据交互，是辅助和保障电视监控系统和旅客信息系统安全运营的关键系统。