工業(yè)級WLAN助力城市軌道交通PIS系統(tǒng)建設(shè)精

1、工業(yè)級 WLAN 技術(shù)助力城市軌道交通 PIS 系統(tǒng)建設(shè)摘要 摘要:本文簡要介紹了 PIS 系統(tǒng)的功能、 系統(tǒng)組成以及車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計要點; 詳細(xì)介紹 了 Moxa 針對 PIS 系統(tǒng)車地?zé)o線通訊解決方案的系統(tǒng)架構(gòu)、組網(wǎng)方案、 Moxa 針對無線通訊 的關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)特點。關(guān)鍵字 關(guān)鍵字:PIS 系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng);車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)冗余; Turbo roaming 引言 引言:21世紀(jì)的第一個十年已經(jīng)走過,國內(nèi)眾多城市對軌道交通的建設(shè)熱度持續(xù)增加,目前 包括上海、北京、天津、成都、武漢、杭州等十幾個城市都在紛紛進(jìn)行地鐵、輕軌的規(guī)劃與 建設(shè)。 而近年來一個用于向旅客提供各種資訊從而使旅客可以

2、更安全、 便捷的乘坐軌道交通 的系統(tǒng) PIS 系統(tǒng)(乘客信息系統(tǒng)也越來越多的受到軌道交通公司的關(guān)注,并被列為必要 的系統(tǒng)之一進(jìn)行建設(shè)。PIS 系統(tǒng)在正常情況下提供以下功能,1. 列車運(yùn)營信息,如:乘車須知、軌道交通首末車服務(wù)時間、列車到站時間、列車時 刻表、管理者公告等2. 公共媒體信息如:政府公告、出行參考、媒體新聞、賽事直播、廣告等3. 緊急情況下, 本著運(yùn)營信息優(yōu)先使用的原則可提供動態(tài)輔助性提示, 車載設(shè)備負(fù)責(zé) 介紹系統(tǒng)無線傳輸?shù)男畔? 經(jīng)處理后轉(zhuǎn)發(fā)給車輛專業(yè), 以便在列車客室內(nèi)音視頻播 放等。PIS 系統(tǒng)中 系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng):PIS 系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上一般分為四個子系

3、統(tǒng):控制中心子系統(tǒng)、備用控制中心子系統(tǒng)、車站 子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(包括有線網(wǎng)絡(luò)和車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò) ,而網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)用來向 PIS 系統(tǒng)提供 網(wǎng)絡(luò)通道, 該通道用來傳輸中心與各車站、 車輛之間的各種數(shù)據(jù)信息、 視頻信息和控制信息。 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括有線網(wǎng)絡(luò)和車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)兩個部分, 其中有線網(wǎng)絡(luò)由于采用已經(jīng)非常成 熟和普及的 IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn),在本文中不做重點描述。而車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)由于采用無線射頻進(jìn)行通訊,因此成為用戶關(guān)心的重點!車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò) 車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)需求分析 需求分析 需求分析:帶寬: 網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)不僅是數(shù)據(jù)信息,還包括視頻和音頻信息,因此對通訊帶 寬有著較高的要求,一般要求 16Mbps 以

4、上的帶寬漫游 速移動情況下車載無線設(shè)備會不斷的與建制在軌旁的無線基站進(jìn)行通訊, 考 慮到 PIS 主要為視頻數(shù)據(jù), 因此即便是短暫的通訊中斷便會導(dǎo)致視頻的效果, 因此 就要求車載無線設(shè)備的漫游切換時間非常短。丟包率:為保證視頻流的通暢; 要求無線通訊的丟包率在一個范圍內(nèi), 一般為<1% 管理維護(hù):由于 PIS 系統(tǒng)主要提供為旅客提供一個信息化的平臺, 因此對車地?zé)o線 通訊的維護(hù)和管理也提出了較高的要求工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性:由于設(shè)備安裝環(huán)境為多振動、 潮濕等復(fù)雜的環(huán)境下, 因此對設(shè)備 的抗沖擊、振動、電磁兼容也有較高的要求。Moxa 車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò) 車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)解決方案 解決方案Moxa 車地?zé)o線

5、網(wǎng)絡(luò)解決方案提供完整的三網(wǎng)合一(車載有線網(wǎng)、車地?zé)o線網(wǎng)、地面有 線網(wǎng) , 采用 Moxa 獨有的冗余備份、 Turbo Ring、 Turbo Roaming 以及統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理等技術(shù), 其系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如下: 車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)設(shè)計:每 200-400m 設(shè)置軌旁 AP 安置點每個安置點放置 1臺 AP,通過光纖連接到相鄰的車站交換機(jī)上各車站中心通過車站管理軟件實現(xiàn) AP 的區(qū)域控制車載網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)設(shè)計:1. 車頭車尾各放置一臺 AP2. 兩臺車載 AP 分別連接到車載流媒體計算機(jī)及其他終端設(shè)備3. 車載 AP 支持 Moxa Turbo Roaming技術(shù),可在 50ms 時間內(nèi)實現(xiàn)漫游切換M

6、oxa 針對車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù):Moxa 車地?zé)o線解決方案采用產(chǎn)品全部為工業(yè)級, 操作溫度為 -40-75、 IP30(IP68 防護(hù)等級、同時抗震對以及電磁干擾的設(shè)計完全符合國際及國家鐵道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 AWK5222系列產(chǎn)品通過 EN50155以及 EN50121-3-2等權(quán)威認(rèn)證, 如在沖擊及振動 部分可承受的加速度如下表: 振動測試的部分測試結(jié)果如下: 小于 50ms 漫游切換時間, AWK5222搭配 Wireless Controller將密鑰交換過程簡化, 同時特殊的漫游切換機(jī)制(High>Low以及 Low>High切換門檻可設(shè)定以及 在獲取門檻(場強(qiáng)值或信噪比值時

7、間上的優(yōu)化可從容確保小于 50ms 的切換時間 專利設(shè)計的 Dual-RF 技術(shù),確保無線鏈路的可靠。 AWK5222具有 2個射頻模塊, 每個射頻模塊與另一臺 AWK5222之間可同時建立兩條無線通道; 而這兩條無線通 道是完全同時在工作, 當(dāng)終端設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)時這兩條無線通道同時進(jìn)行傳送, 而在 接收端 Moxa 通過底層硬件做特殊的處理從而完成數(shù)據(jù)的接受, 同時, 此兩條通道 可以選擇 2.4GHz 下的 Channel 也可選擇一個 2.4GHz 和一個 5.8GHz ,因此可以有 效的降低開發(fā)頻段的干擾, 另, 兩條鏈路同時受到干擾的幾率也相對較小, 因此可 以在極大程度將干擾降到最低

8、。如下圖: Dual-RF (軌旁無線單元 Dual-RF (車載無線單元 Moxa 在硬件射頻上的優(yōu)化設(shè)計將丟包率在更大程度上降到最低。 Moxa 在權(quán)威實 驗室測得實際丟包率(北京交通大學(xué)智能交通實驗室為:i. 包大小為 200Bytes 時,丟包率為 0.0016%ii. 包大小為 1000Bytes 時,丟包率為 0.2382%極低的丟包率可以確保視頻了數(shù)據(jù)在傳遞過程中的連續(xù)性, 從而保證 PIS 系統(tǒng)視頻的流暢度。AWK5222對數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)化確保車地雙向 16Mbps 的帶寬。從而保證列車在 120km/h移動速度下視頻畫面的清晰和流暢。 AWK5222靜態(tài)環(huán)境下平均帶寬大于 25

9、Mbps 120km/h速度下平均帶寬不小于 16Mbps 同時通過 Routing 、 IGMP Snooping、 Qos 功能對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行優(yōu)化Moxa 無線 AP 在權(quán)威實驗室實測數(shù)據(jù)如下: 支持 QoS 進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)定。 AWK5222支持標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.11e ,可針對不同數(shù)據(jù)類 型設(shè)定優(yōu)先級從而確保重要緊急數(shù)據(jù)有限占用無線通道。 AWK5222通過 Tags 來標(biāo) 注設(shè)定 4級優(yōu)先級,如下圖: 統(tǒng)一集中的網(wǎng)絡(luò)管理1. Moxa 提供專門的無線管控軟件,負(fù)責(zé)集中式的管理、參數(shù)設(shè)定、設(shè)定備份和 還原、 固件升級、安全性設(shè)定、 密碼金鑰更新、客戶端漫游支持和冗余雙網(wǎng)切 換。 此部

10、分可看做是胖 AP 架構(gòu)下的瘦 AP 模式的集中管理。通過網(wǎng)絡(luò)管理 軟件 Management Utility 在控制室即可實現(xiàn)對軌旁所有的 AP 包括 IP 地址、 SSID 、 加密等其他參數(shù)的配置和管理, 減去了胖 AP 架構(gòu)下需要針對軌旁每臺 AP 都要進(jìn)行各自配置和管理的工作量。 Moxa 提供 AWK Management Utility 管理軟件可以支持多達(dá) 1000臺設(shè)備的配置和管理。2. Moxa 提供專業(yè)的交換機(jī)管理軟件 MX View, MX View網(wǎng)管軟件主要提供的功 能包括:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洮F(xiàn)實。 報警管理功能、 報表功能、 交換機(jī)配置、 備份和恢復(fù)、 固件升級等等。系統(tǒng)特

11、點:1. 高安全性 由于 WLAN 通常采用 IEEE802.11g 的技術(shù),因此就不可避免受到其開放性所 帶來的問題如:易被干擾、易被攻擊等,Moxa 無線 AP 可以支持多種方式防范非法用戶 接入系統(tǒng)如:MAC 地址過濾SSID 廣播禁止WEP、WPA、WPA2加密AES 加密QoS、VLAN 功能2. 高可靠性 由于有線網(wǎng)以太網(wǎng)技術(shù)的高帶寬和成熟性,數(shù)據(jù)通訊的丟包問題和延時瓶 頸主要集中在車/地?zé)o線通信系統(tǒng)。無線冗余技術(shù),兩條無線鏈路同時工作,確保零丟包車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)丟包率 Moxa 在國內(nèi)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)(北京交通大學(xué)軌道交通實驗室 的測試數(shù)據(jù)為 2.97采用 Moxa Turbo Roaming技術(shù),搭配 AP 協(xié)作,實現(xiàn)快速 AP 背景搜尋和換手,讓 車地?zé)o線通訊無縫地斷線重連, 并解決 AP 換手不穩(wěn)定的問題, 確保小于 50ms 的漫 游切換時間3. 高帶寬保證 Moxa不僅支持標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.11a/b/g, 同時提供 IEEE802.11n 解決方案, 可以提供高達(dá) 100Mbps 的實際帶寬。完全