地铁通信领域中WLAN技术应用探究

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摘 要：随着城市化与科学技术的不断发展，在现代化城市建设过程中大量的轨道交通被建立起来，就此怎样提高乘客服务质量就随之出现，随之在地铁通信领域中就有了乘客信息服务系统，但是此系统需要一定的车地无线通信技术来完成，在地铁通信领域中逐渐使用wlan技术已经成为了主要发展趋势，为了更好地满足乘客信息系统以及闭路电视监控系统需求，WLAN技术可以为其提供良好的环境。本文主要研究基于IEEE802.11标准建立的车载AP与轨旁AP无线传输网络，以此达到为地铁沿线车辆及乘客提供信息服务的目的。

关键词：地铁；通信领域；WLAN技术

中图分类号：U231 文献标识码：A

（一）地铁中WLAN组网方式

在地铁通信系统中用WLAN进行组网的时候，应该采用轨旁AP和车载AP的合理组合方式进行设置。无线网络系统主要由设置在车辆段和沿区间的轨旁AP及天线、设置在控制中心的无线控制器及管理设备，以及设置在列车的车载AP及天线、交换机、车载控制服务器等设备组成。无线接入点（AP）与车站接入层以太网交换机通过单模光缆采用光纤收发器相连，控制中心的无线控制器通过GE链路与控制中心的以太网交换机相连。

无线网络系统作为有线网络信息传送的延伸，提供地面与列车的通信，可采用基于 IEEE 802.11a/g/n/ac标准的2.4GHz或5.8G频段无线通信技术，实现全线区间车地之间和地车之间信息实时、无缝的传输。

根据AP和天线的性能，以及现场的情况合理的选择AP的位置和数量，以保证WLAN系统的无线信号能够在全线无缝覆盖，场强满足车地通信需求，达到无线网络提供的双向传输的有效带宽在列车80km/h行驶速度下不低于15Mb/s。

（二）车载局域网

在地铁通信领域中，列车上无线AP、无线网桥、（车载乘客信息及闭路电视监控系统）接口服务器、车载控制服务器、硬盘录像机、视频编码器、摄像头等车载设备经位于各车厢的工业交换机接入车载局域网。每组列车内组建基于屏蔽双绞线的以太网，交换机设置于车头车尾及车厢，组成冗余环网结构，为车载无线AP及车载视频服务器提供接入，车载无线网桥可以有效地实现地铁高速运行中轨旁AP和车载AP的无缝连接，从而确保在无线局域网发生信号强度变化的时候，能及时的进行切换。通过AP实现车地无线传输即通过车载播放控制设备进行解码后，在本列车的所有显示屏上实时播放控制中心乘客信息系统下发的有关信息，同时实现列车内视频监视图像传递到控制中心。

（三）分析WLAN技术性能

地铁闭路电视监控系统需要可以在控制中心进行随机调取地铁运行列车摄像头拍摄到的车厢内部实际视频图像，因此地铁WLAN系统就需要能够把运行的地铁列车车厢内部图像信息传送到车站，然后通过传输系统网络输送到控制中心。因此，需要充分满足以下标准：第一，这种方式建立的网路系统具有一定的安全性和稳定性，可以符合地铁通信领域的不同业务需要，保证有线设备能够没有单点故障，保证无线网络之间可以进行冗余备份；第二，通过利用WLAN技术传输和处理的视频数据和信息不会出现失帧、抖动、断点以及马赛克等问题，而且在播放附带音频的时候，不会出现滑码或者噪音。第三，为了给乘客信息系统以及电视监控系统给提供符合要求的视频图像，在使用802.11系列进行数据传输的时候，应该保证最小有效宽带大于等于15Mbps。第四，需要满足地铁在80km/h运行的时候，可以正常传递视频图像数据信息。第五，无线设备应该具备相应的抗干扰能力；第六，形成的无线网络应该保证容易管理和扩展。

（四）分析网络链路

在地铁通信领域中，一般地铁运营都会要求WLAN网络为乘客信息系统的信息及车载视频监控系统的视频图像的上传提供传输通道：①为列车传送1路标清晰数字音视频信息，视频编码采用MPEG-2、MPEG-4或H.264格式，每路占用带宽一般为4-6Mbps。即通过不低于6Mb/s带宽的传输通道将1路数字视频信息传送给列车。②为地铁运营人员能在控制中心能看到通过车地无线网络上传的网络视频图像，尽量保证监控图像不出现马塞克和滞屏现象，视频图像的压缩格式采用MPEG-4或H.264，每路视频图像占带宽为512Kbps-1.5Mbps（可调），图像质量达到D1（720*576），每列车按上传2路视频图像，共占最高带宽为3Mbps；在紧急情况下列车上所有监控图像12路（一般不考虑司机室的2路图像上传）同时上传，采用CIF格式或MPEG4，要达到监控图像质量要求，每路至少需要512Kbps，12路总需要6Mbps。

（五）WLAN主要技术标准应用分析

目前WLAN技术已经广泛应用于地铁或轨道交通行业，包括信号系统以及车地无线网络：① IEEE802.11a工作在5GHz频段上，使用OFDM调制技术可支持54Mbps的传输速率；② IEEE802.11g工作在2.4GHz频段上，使用OFDM调制技术可支持54Mbps的传输速率；③IEEE802.11n工作在2.4GHz或5GHz频段上，使用 MIMO OFDM调制技术可支持最高300Mbps的传输速率；④IEEE802.11ac工作在5GHz频段上，使用 MIMO OFDM调制技术可支持最高500Mbps的传输速率；⑤其他专用无线网络技术如：华为TD-LTE或烽火RailView技术。因此，基于IEEE802.11设备的优点在于与目前普遍的信号车地无线系统及民用通信系统干扰小；IEEE802.11g设备虽然价格低，但与地铁信号无线及民用的WIFI信号干扰风险比较大；其他专用无线网络技术封闭专一、为受限使用的频率，不容易申请，对其带宽的使用也就有限制；IEEE802.11n或IEEE802.11ac设备价格比较高，目前地铁应用开通的业绩比较少。

结语

总而言之，地铁通信领域中WLAN技术应用研究已经逐渐成为未来发展的重要方向和趋势，在IEEE802.11模式下的WLAN具有投入速度快、传输带宽、传输距离近以及容量大等特点，可以实时的、准确的为乘客提供各种信息，不断满足地铁运行过程中的实际需求。

参考文献

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[2]田海超，于孝安，王通，等.地铁PIS车地无线技术方案研究[J].铁路计算机应用，2015，24（01）：46-49.