无线局域网技术在地铁轨道交通建设中的应用

摘   要：新时期人们的生活水平不断提升，带来的交通出行需求也持续增长，大大增加了地面交通的压力。为了解决这个问题，地铁轨道交通工程的建设不断增加，规模不断扩大，覆盖面更加广泛，为缓解地面交通压力作出不可替代的贡献。但是地铁运营需要控制系统的支持，乘客和乘务人员也需要维持通信服务，而传统的有效网络无法满足运行中地铁的需求，因此提出无线局域网技术的应用。WLAN可以增加终端设备使用与网络搭建的灵活性，并支持地铁控制系统的不间断运行，防止影响地铁的运行。对于地铁单位来讲，积极利用WLAN技术，提高无线通信服务质量与水平，则成为新形势下的必然工作，本次就对此进行分析。

关键词：无线局域网技术;地铁轨道交通建设;应用

1引言

互联网的出现与应用，改变了很多行业的发展模式，也改变了很多人的生活方式。而随着时代的发展，地铁轨道交通工程也不断增加，规模逐渐扩大，覆盖领域逐渐拓展，在减轻交通压力，便利群众出行上发挥了重要作用。但在地铁运行时，也需要保证运行的稳定性以及为乘务人员、乘客等提供通信服务，而因为地铁的特殊性，传统的有线网络无法支持在地铁上使用，所以凸现出无线局域网技术（WLAN）的优势。WLAN借助地面AP等的打造，连接起地铁和地面，建立稳定的信道通道，支持对数据信息的稳定传输。对此，文章就WLAN在地铁轨道交通建设中的应用问题进行简单分析，为地铁轨道通信事业的发展提供参考。

2无线局域网技术概述

WLAN是利用无线的方式连接网络与设备，使信号传输更加灵活。WLAN构建的系统，利用RF技术，借助电磁波构建无形的通信信道，实现信号传输。这样WLAN可以借助十分简单的存取架构使用户可以实现随时随地的连接网络。过去的通信方式是有线通信，即使发展出光纤通路，也不能避免有线网络成本高、代价大、不容易改建和调整布局等缺陷，因此逐渐发展出WLAN的组网方式。发展到现在，已经出现5G通信技术，相对来说速率更高，时延更低，连接范围更广泛。WLAN的原理，主要是对传统的网络传输模式进行优化和完善，增加通信系统的功能，实现无线传输容量以及传输速度的提升。相比传统的网络传输模式，WLAN更加灵活，覆盖范围广泛，虽然速率不是很高，但传输受到的阻碍较少，支持随时随地的传输。

WLAN的优点是灵活性高，可以移动，安装十分方便，支持随时的网络布局调整，方便进行故障定位，而且有很大的拓展空间。但WLAN也有一定的缺陷，性能不够稳定，很容易受建筑、车辆、树木等的阻碍，造成信号干扰;速率相对来说不高，个人或小规模使用可以，如果是大规模使用无法支撑;安全性不高，因为信号容易受到干扰，所以也可能被监听，导致传输的信息容易被泄露。

3无线局域网技术在地铁轨道交通建设中的具体应用

3.1特征

在地铁中应用WLAN，对信号稳定性提出了严格要求。在5G网络逐渐覆盖的背景下，乘客移动设备自身携带的移动信号会造成对其的干扰，使地铁方面接收到的信号出现异常，进而做出错误指令，比如急停等，带来安全风险。这是因为地铁WLAN的信号稳定性不够，会受外界因素的干扰而出现错误指令。所以相关部门在应用WLAN时，首先需要考虑容错水平、实时化水平、覆盖范围等因素，不断提升应用时的抗干扰性能。相对来说，WLAN分为公用网络和专用网络，而且这两种网络形式提供的服务并不相同，后者是专门用于地铁与地面之间进行运行控制的联通，相对来说受到的干扰少一点;前者是为乘务人员与乘客服务，允许他们访问信道来传输信息，参与设备众多，所以更容易受到干扰。

3.2地铁WLAN的现状

过去地铁的通信系统一般使用的是ISM2.4GHz频段，全球免费开放，用户量很大，但在地铁通信服务需求逐渐增长的趋势下，这个频段会干扰地铁的通信系统，影响传输信号的稳定性。WLAN的研发和应用主要是取代了过去的通信系统。随着时代的发展，地铁建设范围扩大，覆盖面积增加，列车数量日益增多，而且运行速度也在提升，开展地铁交通业务对于无线通信就提出了更高的要求。传统模式下，是通过上述系统联系车站值班人员和进入管辖区域的列车的驾驶与管理人员，但随着时间的流逝，该模式已无法满足现代化通信需求，整体来说工作效率低、很容易受外界因素的干扰。而WLAN的应用，可以帮助建立一套更先进的系统，改变上述出现的问题。WLAN支持的系统推动行车过程中实现无纸化自动办公，并且在段、车间、班组间提供大流量数据业务，容许更大的流量以及更清晰的视频业务等的使用，同时行车控制中心可以对每个车辆以及车厢都进行实时监控，不仅可以获得实时的画面传输，也同时可以获得声音信息，这对于解决行车过程的突发事件有积极意义。

3.3地铁工程WLAN的功能

在地铁中应用WLAN，主要目标就是保持地铁网络线路的通信稳定性，提高信息传输质量，尽量排除外界因素的干扰。在地铁中，新的WLAN架构方式，可以支持地铁运行过程中，列车驾驶员与调度中心进行实时联系与交流，有效排除外界因素的干扰，更便于调度中心调度功能的实现。同时，WLAN的新架构方式，也有助于地铁部门捕捉网络上出现的异常状态，分析得出导致出现异常状态的原因，进行针对性处理，最终实现对地铁的整体管理。

3.4地铁WLAN架构

一是车地通信系统架构。该系统的设备支撑就是地铁上建设的无线单元以及地面上布设的无线AP。该系统主要负责向控制中心传输地铁运行信息以及实时监控视频等信息，接受控制中心给出的指令，或者实时进行广播、电视播放等。所以应用WLAN时，为了保证带宽可以支撑使用需求，在地铁高速行驶80km/h的条件下，双向带宽平均>15Mbps，这样可以降低数据丢包率，降到<1%;同时这样也能够更清晰的画面传输结果，不会出现模糊、卡频等问题;而且支持的无线设备切换时间≤50ms。需要注意的是，地面上布设的相邻AP之间，所覆盖的区域需要有一定的重叠范围，这样在某个AP故障时，系统依然可以在其他AP的支持下稳定运行。这也决定了地面AP的密度相对较大，而未来需要思考研究覆盖面更大、信号更强的AP设备，以减少AP使用数量，节约成本。

二是车载双天线无缝切换。主要是地铁运行过程中，需要经过的站点很多，而在接近这些站点时，行进速度需要适当放缓，这样在切换速度时会出现延迟问题。如果本身地铁行驶速度就比较慢，此时进行切换带来的延迟并不会影响通信信道;但如果本身行驶速度很大，比如≥100km/h，此时进行切换操作造成的延迟会带来一定阻碍，阻隔信号传输，导致地铁与地面的信号中断。这个问题是地铁建设需要解决的问题之一，在应用WLAN后，要想解决这个问题，需要提升地面AP的布设密度，保证其沿着轨道行进的布设密度达到线覆盖百分百。并且，在应用WLAN时，可以搭建双天线，使得切换时出现无缝切换，排除切换延迟带来的不良影响。而这个目标要想达成，需要遵循IEEE802.11n的标准，可以防止切换时出现数据丢包问题。在具体建设时，需要在地铁两端安装相应设备，支持不同IP、MAC层和地面AP之间同时实现连接，再配备光纤线路连接到控制中心。这样一来，地铁行进过程中需要切换速度时，头部执行切换信号，尾部会受此影响同时执行切换信号，这样一致性与地面AP交换通信数据，保证了车地之间通信的稳定性。

三是列车控制系统。为了满足通信要求，CBTC一般设置了自动保护、操作和控制三个子系统，第一个自动保护主要是保证地铁在行车过程中的安全间隔;第二个自动操作是事先设置自控程序，保证程序的实时运行，借此控制地铁运行，程序中有设定的对突发状况的应对方案，如果出现此种状况，会控制地铁适时进行应对，防止人工操作带来的应急延迟问题;第三个自动监控是在地铁车厢内布设监控设备，利用WLAN支持运行，可以实时监控每个车厢的动态，并将画面实时传输给控制中心，这样执勤人员就可以从控制中心实时监督地铁的运行。在CBTC中应用WLAN，建立起无线通信子系统，连接车载ATC单元以及地面AP，利用B/S结构以及其他技术和程序，方便操作人员进行分布式处理。

四是乘客信息系统。这是地铁坚持人性化理念，为乘客提供服务，借助网络、多媒体、显示等技术提供通信服务。该系统是在特定时间段，将信息发送给对应人群，并利用监控设备收集每个乘客的乘车情况，将视频实时传输给地面AP，营造出良好有秩序的乘车环境。但对于该系统的设计，需要利用无线通信子系统，连接车载子系统与地面AP，形成数据传输通道，并保证这个通道在地铁持续行车过程中的稳定性。

3.5地铁WLAN测试

地铁WLAN系统架构完成进行测试时，主要包括几个方面，包括设备性能、系统WLAN接入口稳定性、控制中心反馈速度等。经过测试发现WLAN系统运行合格后，才能在地铁运行时投入使用，否则需要对系统进行调整。工作人员还要全面检查地面AP的动力状况，保证动力充足，可以持续运行，才能保障测试结果的准确性。另外，除了WLAN结构需要测试之外，WLAN条件下地铁的通信性能也需要进行测试，这个环节需要在系统组成结构测试工作结束后进行，采取联通测试的方式，通过控制地面AP的质量，提高数据传输的效率。

4无线局域网技术在地铁轨道交通建设中的应用建议

4.1坚持优化布局

如果是新建线路，要设置更少的地面AP，但要扩大每个AP的信号覆盖范围，这样不仅可以减少成本的投入，还能减少交换网分级，优化入网结构。建设时使用的各种设备尽量选择同一个厂家的，按照安装要求筛选，并定期维护。同时选择AP设备要保证能够升级，功能多样化。WLAN是地铁无线通信的基础，其质量直接影响到网络通信的效率，所以要重视对相关设备组件的维护与保养，建立起严格的维修检修制度，安排专业技术人员定期检修。特别是其他WIFI信号对此有一定影响，WLAN信号可能会受其干扰而出现信号传输错误问题，影响其稳定运行。对此地铁部门需要结合WLAN的应用要求，制定科学的质量管理计划，安排专人负责，严格按制度要求进行运维管理，确保职责落实到位，定期进行保养与检修，有效避免故障问题的出现。

4.2保证地铁通信WLAN的质量

WLAN的安全性直接影响着通信质量。而就目前来说，WLAN应用主要表现出的问题就是信号干扰问题。从干扰产生的角度分析，无线干扰最为普遍，如果接收到过多的无线信号，会影响其作出正确的判断;按照干扰形成的机理，可以分成乘性/加性2种，乘性是多径效应，源自于系统内部，表现出分散、反、衍生等现象，加性属于类噪声源，是其他系统或系统内部产生的噪声，可以是同频、邻频、互调等类型。从干扰源分析，分为系统外的干扰和内部的干扰，前者是来自于外部系统的干扰因素，比如有大量设备应用同一个ISM频段内，这些设备的系统之间会相互产生干扰;后者是存在于系统内部的干扰，一般是因为在同一个无线通信系统里，多个用户在同一时间出现通信需求，但此时不能将相互信号之间形成的干扰因素彻底隔离。

解决上述干扰问题的措施，一种是为地铁的CBTC系统建立专门的线路和频谱，这样就有专门的抗干扰措施，可以保证地铁行车过程中的信号传输稳定性。另一种是使用IEEE802.11标准下的私有协议，借助其MAC层及物理层的作用，优化2.4 GHz频段下的数据输送操作，或者利用特殊的分频等方法，提升抗干扰能力。

4.3强化工程建设施工管理

地铁的规模较大，技术性要求很高，所以在建设过程中构建WLAN系统时，需要准备高水平的技术人员。同时，这个工程的建设周期很漫长，而WLAN的应用会受到外界因素的干扰，所以需要配合进行科学的管理，避免出现故障问题。同时WLAN的构建是地铁建设工程的关键内容之一，所以要在施工前做好合理地技术交底，保证各方面的施工人员都了解WLAN技术图纸的内容，掌握施工注意事项和要点，明确施工程序，掌握先进的施工技术，按照工程建设标准制定完善的制度，确保每个人都可以严格按规划进行安装。另外，WLAN系统建设结束后要按规定进行测试，单独或整体进行，保证WLAN可以稳定运行，并能及时发现潜在的隐患问题，进行处理。

5结语

随着时代的发展，网络通信技术不断创新和改革，从过去的有线传输逐渐发展出无线技术，而无线传输从1G持续发展到现在的5G技术，技术越来越先进，覆盖面越来越广泛，为通信服务带来的便利也越来越突出。而地铁轨道交通也在新时期表现出智能化发展趋势，要想保证行车的安全性，并为乘客提供及时的通信服务，需要保证地铁与地面之间数据信息传输的稳定性以及实时性。而这就依赖于无线局域网技术的支持。在建设地铁轨道交通工程时，配套安装无线局域网技术与设备，建立起更加便捷稳定的网络信道，为地铁的稳定运行提供高质量服务。

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