如何建设轨道交通车地无线通信网络？详解车地无线技术工作原理

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Wi-Fi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Wi-Fi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Wi-Fi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Wi-Fi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Wi-Fi速率。

五、典型应用

采用Wi-Fi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，由锐捷轨道交通无线接入点共同构成了锐捷智慧城轨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Wi-Fi信号稳定性、提升了Wi-Fi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。 
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