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轨道交通车地通信无线Wi-Fi信号技术

为了满足地铁乘客对无线上网通信技术和无线信息的迫切需要,提高Wi-Fi信号、Wi-Fi速率,提升地铁信息化建设水平和运营服务水平,基于无线局域网技术的车地通信方案日益被重视。

  • 发布时间:2022-07-01

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一、背景

地铁的发展是城市高速发展的产物之一,城市对地铁交通系统的发展建设投入的精力也在不断增多。乘客信息系统是地铁通信中的重要组成部分,其现代化的发展以及越来越可靠的运行是地铁建设发展的重点之一。相对于有线网络技术,无线通信在地铁乘客信息系统应用的可靠性更需要去研究并加强。随着智能手机的普及,在地铁车厢中拿着手机刷微博、浏览网页的乘客越来越多,而当列车在穿越不同的区域时,Wi-Fi信号、Wi-Fi速率也会出现波动,影响乘客的上网体验。

为了满足地铁乘客对无线上网通信技术和无线信息的迫切需要,提高Wi-Fi信号、Wi-Fi速率,提升地铁信息化建设水平和运营服务水平,基于无线局域网技术的车地通信方案日益被重视。与其他方案相比,无线局域网能够提供更高的带宽Wi-Fi信号,同时提供更广泛的接入控制,满足运营方的多种业务需求。 

地铁信息系统的组成

地铁信息系统的发展趋势:

1.实时视频监控: 列车行进过程中车头、驾驶室、车厢内部的现场图像能够实时传输到地面调度中心。

2.实时乘客信息: 实时动态的广告、高清的视频节目等能够及时传递给乘客,方便旅客的出行,及时的事务通报,让旅途更加安心。

3.车载WIFI服务:高速移动下仍能顺畅地访问互联网,浏览新闻,查收邮件,即使在旅途中也能方便地办公;车载大容量网络和服务器可存储丰富的多媒体资源,为乘客提供彩的内容服务。
4.车地无线是实现列车与控制中心实时通信的通道,关系着列车运行的安全,不能出现wifi信号中断、时延、丢包等导致影响列车运营的情况出现。故要求列车即使在高速运行下,也要保持无线链路不能中断。当车载AP从一个轨旁AP的覆盖范围移动到下一个轨旁 AP 的覆盖范围时,将发生切换,AP 区之间的无线切换操作是自动的,并且对于列车操作来说是透明的。 

二、Wi-Fi信号车地无线技术概述

随着城市公共交通的大力发展,除了超大的一线城市外,国内的许多二、三线城市也开始大力建设地铁网络系统。由于信息技术的发展,地铁网络系统已经发展成为了一个跨多领域,集多种功能于一体的综合性体系。地铁系统除了传统意义上的运输功能外,还具有了媒体传播功能。乘客通过地铁站点的各类显示终端,能及时了解列车的运行信息、公共信息及安全事项等,同时该系统在列车运行空隙时间可播放天气预报、时事新闻、娱乐节目等内容。

三、Wi-Fi信号车地无线技术工作原理

通常,802.11n的越区切换时间在500ms到2s之间,在切换期间,车载AP可能与轨旁AP失去连接。这对于列车运行,特别是高速列车运行是不能接受的(按照最高时速 120 公里/小时估算,最坏情况下,列车在大约65米的运行范围内可能与路边失去联系)。为达到零切换时(避免切换过程中任何可能的数据丢失),采用锐捷开发的高速移动AP多重链路通信机制,保证切换过程的通信质量。该通信机制,完成创建和切换链路任务,它负责在列车移动过程中的活跃链路切换,并保证报文不丢失。 

采用wifi信号车地无线的AP,多重链路机制与标准 802.11n切换算法的不同在于,该算法允许车载AP在与旧AP(如APn)脱离前与新AP建立连接,即在中断前连接。再加上相邻AP彼此重叠足够的区域,就能够实现零切换时间。那就是说,所有与切换有关的处理,在列车运行在相邻AP重叠区域内都会完成,而重叠区域的大小应该按照列车全速运行来设计,最快切换时延可以小于10ms,可以“0”丢包切换。

四、技术优势

1.VSU 虚拟化: 将车头车尾的交换机虚拟成一个交换机单元,可进行统一管理,策略统一下;实现有线链路冗余备份。 

2.双链路负载均衡: 经过虚拟化的工业交换机具备 2 条车地链路,可基于多种策略进行负载均衡(IP,MAC,端口); 在一条链路中断的情况下,可在20ms内完成链路切换。

3. 高架上下行之间抗干扰:由于高架上空旷,上下行采用同频信号,会产生干扰,其次高架上轨旁AP信号传输较好,导致车载 AP 漫游频繁,上下行列车交汇时信号遮挡严重,导致性能差。方案采用每个行车方向的 AP 间隔 200m,上下行交错部署,在出现单点故障时,可以相互弥补信号覆盖。同时部署完成,适当调整 AP 发射功率,提高 beacon 发射速率,减少同频干扰。另外,上下行 AP 分别规划在不同group,并同步车载 AP,原则上车载 AP 只在一个group内的轨旁AP漫游,从而减少AP频繁漫游或者漫游到其它区间,避免列车交汇时信号阻挡导致性能低,导致wifi速率降低。当车载 AP 在当前组的信号低于 RSSI_low 允许 AP 在所有组中选择信号最好的轨旁 AP 作为下一个漫游AP,提高wifi速率。

五、典型应用

采用Wifi信号车地无线技术的骨干网拓扑结构

六、结论

应用车载无线AC技术、11AC千兆链路技术、无丢包车地无线切换技术、车地无线双链路备份技术的锐捷轨道交通无线接入点、RG-AP530-I智能无线接入点,共同构成了锐捷地铁车地无线解决方案的核心,实现易管理、大带宽、低丢包、高可靠,确保了wifi信号稳定性、提升了wifi速率,同时提供更广泛的接入控制,满足运营方的多种业务需求。 

相关链接

轨道交通无线接入点

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