對利用AP數(shù)據(jù)庫排除車載無線電臺干擾的研究

左振魯，王大衛(wèi)

（國電南瑞科技股份有限公司 軌道交通技術分公司，南京 210032）

對利用AP數(shù)據(jù)庫排除車載無線電臺干擾的研究

左振魯，王大衛(wèi)

（國電南瑞科技股份有限公司 軌道交通技術分公司，南京 210032）

介紹CBTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，根據(jù)CBTC系統(tǒng)骨干網(wǎng)的雙網(wǎng)特性，為軌旁AP建立2個AP數(shù)據(jù)庫，與列車車頭和車尾的2套車載無線電臺相對應。車載設備中設計一個車載無線電臺管理模塊，利用軌旁AP數(shù)據(jù)庫排除非法的無線干擾，實現(xiàn)無線覆蓋區(qū)域間的越區(qū)切換，保證切換的安全性和穩(wěn)定性。

AP數(shù)據(jù)庫；無線干擾；越區(qū)切換

隨著我國城市建設的不斷發(fā)展，各個城市地鐵建設的步伐也在不斷加快。基于通信的列車控制（CBTC）系統(tǒng)作為地鐵信號控制系統(tǒng)，成為了人們關注的重點。與傳統(tǒng)固定閉塞、準移動閉塞相比，CBTC系統(tǒng)最大的特點就是利用車地雙向的無線通信，實現(xiàn)了移動閉塞。

目前國內地鐵使用的無線通信技術多為基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)（WLAN）技術，這種技術要求在列車上安裝車載無線電臺，在軌旁設置無線接入點（AP）。車載無線電臺在軌旁AP的覆蓋范圍內移動和自由切換。為保證通信的可靠性和安全性，需要設計一個無線管理模塊對車載無線電臺進行管理。

1 CBTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)簡介

CBTC系統(tǒng)是基于通信的列車控制系統(tǒng)，它不依賴軌道電路對列車進行高精度定位，利用能夠執(zhí)行安全功能的車載和軌旁處理器以及先進的無線通信、計算機技術進行大容量、雙向車地數(shù)據(jù)傳輸，突破了傳統(tǒng)固定閉塞的局限，實現(xiàn)了移動閉塞，在技術和成本上較傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢。CBTC系統(tǒng)與傳統(tǒng)列車控制系統(tǒng)最大的區(qū)別就是，利用無線通信實現(xiàn)了移動閉塞。

CBTC系統(tǒng)大體上可以分為列車控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)2部分，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)又可以分為車地無線通信網(wǎng)和骨干網(wǎng)2部分，它們都采用雙網(wǎng)冗余確保通信的可靠性。CBTC利用（網(wǎng)絡管理系統(tǒng)NMS）對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)進行管理。典型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的結構如圖1所示。

在圖1的CBTC數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中，骨干網(wǎng)冗余設計，分為藍網(wǎng)和紅網(wǎng)，每個無線接入點設2個AP設備，一個通過交換機連入藍網(wǎng)，另一個通過交換機連入紅網(wǎng)。與之對應的，列車車頭和車尾各安裝一個無線電臺，車頭的無線電臺和藍網(wǎng)AP進行通信連接，車尾的無線電臺和紅網(wǎng)AP進行通信連接。這樣，即使其中一個無線通道失去連接，系統(tǒng)仍然能夠正常工作。

圖1 CBTC數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡

2 車載無線電臺管理

2.1 軌旁AP數(shù)據(jù)庫的建立

在地鐵中，無線接入點沿地鐵線路布置，相鄰的無線接入點無線覆蓋范圍彼此重疊，達到對列車冗余覆蓋的目的。列車的無線電臺在無線接入點的無線覆蓋范圍內移動，既要接入AP設備，又要進行越區(qū)切換，所以需要知道無線接入點的情況。本文將地面AP的信息做成了2個數(shù)據(jù)庫表，一個數(shù)據(jù)庫表存放藍網(wǎng)AP的信息，為車頭無線電臺使用；一個數(shù)據(jù)庫表存放紅網(wǎng)AP的信息，為車尾無線電臺使用。存放的信息包括：AP設備的SSID、密碼。因為無線電臺是根據(jù)AP設備的SSID來識別不同的AP設備，所以每個AP設備的服務集標識（SSID）不可重復。密碼是無線電臺接入軌旁AP的安全認證，無線電臺搜索到軌旁AP后，需要輸入密碼才能進行連接。出于安全性的考慮，每個AP設備的密碼最好都不一樣，不過如果為了方便管理，也可以使用統(tǒng)一的密碼。具體如何設置，可根據(jù)實際工程的具體要求執(zhí)行。

2.2 無線干擾的排除

隨著WLAN技術的普及使用，地鐵乘客的手持WIFI接入設備日益增多，其中尤以手機無線熱點功能的使用為甚，大大增加了對車載無線電臺的干擾。例如乘客手機設置了WIFI熱點且沒有設置安全保護機制時，當乘客距離車載電臺很近，車載電臺可能會搜索到此WIFI熱點并誤接進去，從而失去軌旁AP的連接。所以在車載無線電臺接入軌旁AP之前，需要排除空間內其他AP設備的干擾。

為了管理車載無線電臺，需要為車載設備設計一個和車載無線電臺的接口模塊，此模塊的主要接口函數(shù)有：WlanGetInformation，WlanScan，WlanConnect，WlanDisconnect。WlanGet-Information函數(shù)可以獲取無線電臺的信息，包括性能參數(shù)、當前連接狀態(tài)等；WlanScan函數(shù)掃描空間內的無線接入設備，并返回這些無線設備的SSID、信號強度等信息；WlanConnect函數(shù)用于連接一個無線接入設備；WlanDisconnect函數(shù)用于斷開當前連接的無線接入設備。

車載無線電臺接入軌旁AP設備，首先車載設備利用WlanGetInformation取得無線電臺的當前信息：是否已經有建立連接的AP設備，如果有，則返回此AP設備的SSID以及強度等信息。接下來利用WlanScan函數(shù)搜索空間內的AP設備，得到可用AP的SSID、信號強度等信息，然后根據(jù)SSID查找AP數(shù)據(jù)庫。如果搜索到的AP設備在數(shù)據(jù)庫中，則將此AP設備SSID及其信號強度等信息加入一個可信表中；如果此AP設備不在數(shù)據(jù)庫中，則予以排除。流程如圖2所示。這樣除了排除非法無線干擾之外，車頭無線電臺排除了紅網(wǎng)AP干擾，車尾無線電臺排除了藍網(wǎng)AP干擾，車頭和車尾的無線電臺實現(xiàn)了和軌旁紅藍網(wǎng)的相互對應。

2.3 越區(qū)切換

列車的車載電臺在AP之間移動存在著信號量衰減的現(xiàn)象，信號量衰減到一定程度則必然對通信質量造成影響，所以應該在當前連接AP的信號衰減到影響通信質量之前進行越區(qū)切換。

進行越區(qū)切換時，需要知道當前空間內所有軌旁AP的信息，也就是上一章排除干擾后得到的可信表。車載無線管理模塊每隔一定時間利用WlanScan函數(shù)進行一次信號搜索，更新可信表，然后根據(jù)可信表中AP設備的信息判斷是否需要進行AP切換。當需要進行切換時，利用WlanDisconnect 函數(shù)切斷原有連接，利用WlanConnect函數(shù)和需要連接的AP設備進行連接。切換流程如圖3所示。

圖3 AP切換流程

圖3中，之所以不直接選擇信號最強的AP進行切換，是考慮到無線信號強度的不穩(wěn)定性。無線信號的信號強度受地形和環(huán)境的影響較大，一般不可能完全隨距離呈線性衰減分布，如果直接選擇信號最強的AP進行切換，就會發(fā)生某段區(qū)間內AP頻繁切換的問題。為了避免這種問題，設置了一個切換閾值。同樣的，因為無線信號受天氣等條件的影響，設置一個固定的閾值也是不合適的，例如當某區(qū)段的AP設備受天氣環(huán)境的影響較大，信號強度很小達不到切換閾值時，無線電臺就會忽略此AP設備，可能導致無線電臺在此段空間內失去連接。因此本文的閾值選擇為百分比值，這樣就算是因環(huán)境影響導致AP信號強度很小，車載電臺也可以可靠切換。需要指出的是，本文設定的閾值只是一個參考值，由于不同地鐵工程的環(huán)境不同，此閾值應根據(jù)現(xiàn)場的具體情況選取。

3 結束語

車地無線通信是CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的關鍵，在實際的地鐵運行中，車地無線通信甚至是影響CBTC系統(tǒng)安全性和可靠性的主要因素。本文通過建立軌旁AP數(shù)據(jù)庫，對車載無線電臺進行管理，排除無線干擾，實現(xiàn)越區(qū)切換，保證了車地無線通信的安全性和可靠性。

[1] 朱光文. 地鐵信號系統(tǒng)中車-地無線通信技術研究[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2012（2）.

[2] 徐茜亮，王 維. 基于WiFi 的漫游切換無縫接入技術研究[J]. 工礦自動化，2011（2）.

[3] 張雙健，吳壽莊. 地面無線通信信號覆蓋地鐵的研究和實踐[J]. 城市軌道交通研究，2002（2）.

責任編輯 方 圓

Research on exclusion of on-board radio interference by AP database

ZUO Zhenlu, WANG Dawei
( Urban Transit Technology Branch, NARI Technology Development Co., Ltd., Nanjing 210032, China )

This paper introduced the CBTC Data Communication Network. According to the redundancy of backbone network, it was established two AP databases, which corresponded to two set of on-board radio. The on-board radio management module was designed in on-board equipment to exclude the illegal radio interferences by the AP databases, implemented the handoff between wireless coverage areas, ensure the handoff safety and stability.

AP database; radio interference; handoff between wireless coverage areas

U285∶TP39

A

1005-8451（2014）02-0039-03

2013-09-13

左振魯，助理工程師；王大衛(wèi)，助理工程師。