地鐵通信領域中WLAN技術應用探究

李永洪（重慶烽火廣合信息技術有限公司，重慶　400015）

地鐵通信領域中WLAN技術應用探究

李永洪
（重慶烽火廣合信息技術有限公司，重慶400015）

摘要：隨著城市化與科學技術的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代化城市建設過程中大量的軌道交通被建立起來，就此怎樣提高乘客服務質(zhì)量就隨之出現(xiàn)，隨之在地鐵通信領域中就有了乘客信息服務系統(tǒng)，但是此系統(tǒng)需要一定的車地無線通信技術來完成，在地鐵通信領域中逐漸使用WLAN技術已經(jīng)成為了主要發(fā)展趨勢，為了更好地滿足乘客信息系統(tǒng)以及閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)需求，WLAN技術可以為其提供良好的環(huán)境。本文主要研究基于IEEE802.11標準建立的車載AP與軌旁AP無線傳輸網(wǎng)絡，以此達到為地鐵沿線車輛及乘客提供信息服務的目的。

關鍵詞：地鐵；通信領域；WLAN技術

（一）地鐵中WLAN組網(wǎng)方式

在地鐵通信系統(tǒng)中用WLAN進行組網(wǎng)的時候，應該采用軌旁AP和車載AP的合理組合方式進行設置。無線網(wǎng)絡系統(tǒng)主要由設置在車輛段和沿區(qū)間的軌旁AP及天線、設置在控制中心的無線控制器及管理設備，以及設置在列車的車載AP及天線、交換機、車載控制服務器等設備組成。無線接入點（AP）與車站接入層以太網(wǎng)交換機通過單模光纜采用光纖收發(fā)器相連，控制中心的無線控制器通過GE鏈路與控制中心的以太網(wǎng)交換機相連。

無線網(wǎng)絡系統(tǒng)作為有線網(wǎng)絡信息傳送的延伸，提供地面與列車的通信，可采用基于IEEE802.11a/g/n/ac標準的2.4GHz或5.8G頻段無線通信技術，實現(xiàn)全線區(qū)間車地之間和地車之間信息實時、無縫的傳輸。

根據(jù)AP和天線的性能，以及現(xiàn)場的情況合理的選擇AP的位置和數(shù)量，以保證WLAN系統(tǒng)的無線信號能夠在全線無縫覆蓋，場強滿足車地通信需求，達到無線網(wǎng)絡提供的雙向傳輸?shù)挠行捲诹熊?0km/h行駛速度下不低于15Mb/s。

（二）車載局域網(wǎng)

在地鐵通信領域中，列車上無線AP、無線網(wǎng)橋、（車載乘客信息及閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)）接口服務器、車載控制服務器、硬盤錄像機、視頻編碼器、攝像頭等車載設備經(jīng)位于各車廂的工業(yè)交換機接入車載局域網(wǎng)。每組列車內(nèi)組建基于屏蔽雙絞線的以太網(wǎng)，交換機設置于車頭車尾及車廂，組成冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為車載無線AP及車載視頻服務器提供接入，車載無線網(wǎng)橋可以有效地實現(xiàn)地鐵高速運行中軌旁AP和車載AP的無縫連接，從而確保在無線局域網(wǎng)發(fā)生信號強度變化的時候，能及時的進行切換。通過AP實現(xiàn)車地無線傳輸即通過車載播放控制設備進行解碼后，在本列車的所有顯示屏上實時播放控制中心乘客信息系統(tǒng)下發(fā)的有關信息，同時實現(xiàn)列車內(nèi)視頻監(jiān)視圖像傳遞到控制中心。

（三）分析WLAN技術性能

地鐵閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)需要可以在控制中心進行隨機調(diào)取地鐵運行列車攝像頭拍攝到的車廂內(nèi)部實際視頻圖像，因此地鐵WLAN系統(tǒng)就需要能夠把運行的地鐵列車車廂內(nèi)部圖像信息傳送到車站，然后通過傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡輸送到控制中心。因此，需要充分滿足以下標準：第一，這種方式建立的網(wǎng)路系統(tǒng)具有一定的安全性和穩(wěn)定性，可以符合地鐵通信領域的不同業(yè)務需要，保證有線設備能夠沒有單點故障，保證無線網(wǎng)絡之間可以進行冗余備份；第二，通過利用WLAN技術傳輸和處理的視頻數(shù)據(jù)和信息不會出現(xiàn)失幀、抖動、斷點以及馬賽克等問題，而且在播放附帶音頻的時候，不會出現(xiàn)滑碼或者噪音。第三，為了給乘客信息系統(tǒng)以及電視監(jiān)控系統(tǒng)給提供符合要求的視頻圖像，在使用802.11系列進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，應該保證最小有效寬帶大于等于15Mbps。第四，需要滿足地鐵在80km/h運行的時候，可以正常傳遞視頻圖像數(shù)據(jù)信息。第五，無線設備應該具備相應的抗干擾能力；第六，形成的無線網(wǎng)絡應該保證容易管理和擴展。

（四）分析網(wǎng)絡鏈路

在地鐵通信領域中，一般地鐵運營都會要求WLAN網(wǎng)絡為乘客信息系統(tǒng)的信息發(fā)布及車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像的上傳提供傳輸通道：①為列車傳送1路標清晰數(shù)字音視頻信息，視頻編碼采用MPEG-2、MPEG-4或H.264格式，每路占用帶寬一般為4-6Mbps。即通過不低于6Mb/s帶寬的傳輸通道將1路數(shù)字視頻信息傳送給列車。②為地鐵運營人員能在控制中心能看到通過車地無線網(wǎng)絡上傳的網(wǎng)絡視頻圖像，盡量保證監(jiān)控圖像不出現(xiàn)馬塞克和滯屏現(xiàn)象，視頻圖像的壓縮格式采用MPEG-4或H.264，每路視頻圖像占帶寬為512Kbps-1.5Mbps（可調(diào)），圖像質(zhì)量達到D1（720*576），每列車按上傳2路視頻圖像，共占最高帶寬為3Mbps；在緊急情況下列車上所有監(jiān)控圖像12路（一般不考慮司機室的2路圖像上傳）同時上傳，采用CIF格式或MPEG4，要達到監(jiān)控圖像質(zhì)量要求，每路至少需要512Kbps，12路總需要6Mbps。

（五）WLAN主要技術標準應用分析

目前WLAN技術已經(jīng)廣泛應用于地鐵或軌道交通行業(yè)，包括信號系統(tǒng)以及車地無線網(wǎng)絡：①IEEE802.11a工作在5GHz頻段上，使用OFDM調(diào)制技術可支持54Mbps的傳輸速率；②IEEE802.11g工作在2.4GHz頻段上，使用OFDM調(diào)制技術可支持54Mbps的傳輸速率；③IEEE802.11n工作在2.4GHz或5GHz頻段上，使用MIMOOFDM調(diào)制技術可支持最高300Mbps的傳輸速率；④IEEE802.11ac工作在5GHz頻段上，使用MIMOOFDM調(diào)制技術可支持最高500Mbps的傳輸速率；⑤其他專用無線網(wǎng)絡技術如：華為TD-LTE或烽火RailView技術。因此，基于IEEE802.11設備的優(yōu)點在于與目前普遍的信號車地無線系統(tǒng)及民用通信系統(tǒng)干擾小；IEEE802.11g設備雖然價格低，但與地鐵信號無線及民用的WIFI信號干擾風險比較大；其他專用無線網(wǎng)絡技術封閉專一、為受限使用的頻率，不容易申請，對其帶寬的使用也就有限制；IEEE802.11n或IEEE802.11ac設備價格比較高，目前地鐵應用開通的業(yè)績比較少。

結(jié)語

總而言之，地鐵通信領域中WLAN技術應用研究已經(jīng)逐漸成為未來發(fā)展的重要方向和趨勢，在IEEE802.11模式下的WLAN具有投入速度快、傳輸帶寬、傳輸距離近以及容量大等特點，可以實時的、準確的為乘客提供各種信息，不斷滿足地鐵運行過程中的實際需求。

參考文獻

[1]田偉.WLAN技術在地鐵通信領域中的應用研究[J].科技信息，2014（10）：155-155，156.

[2]田海超，于孝安，王通，等.地鐵PIS車地無線技術方案研究[J].鐵路計算機應用，2015，24（01）：46-49.

中圖分類號：U231

文獻標識碼：A