對(duì)利用AP數(shù)據(jù)庫(kù)排除車(chē)載無(wú)線電臺(tái)干擾的研究

左振魯，王大衛(wèi)

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司 軌道交通技術(shù)分公司，南京 210032）

對(duì)利用AP數(shù)據(jù)庫(kù)排除車(chē)載無(wú)線電臺(tái)干擾的研究

左振魯，王大衛(wèi)

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司 軌道交通技術(shù)分公司，南京 210032）

介紹CBTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，根據(jù)CBTC系統(tǒng)骨干網(wǎng)的雙網(wǎng)特性，為軌旁AP建立2個(gè)AP數(shù)據(jù)庫(kù)，與列車(chē)車(chē)頭和車(chē)尾的2套車(chē)載無(wú)線電臺(tái)相對(duì)應(yīng)。車(chē)載設(shè)備中設(shè)計(jì)一個(gè)車(chē)載無(wú)線電臺(tái)管理模塊，利用軌旁AP數(shù)據(jù)庫(kù)排除非法的無(wú)線干擾，實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋區(qū)域間的越區(qū)切換，保證切換的安全性和穩(wěn)定性。

AP數(shù)據(jù)庫(kù)；無(wú)線干擾；越區(qū)切換

隨著我國(guó)城市建設(shè)的不斷發(fā)展，各個(gè)城市地鐵建設(shè)的步伐也在不斷加快?；谕ㄐ诺牧熊?chē)控制（CBTC）系統(tǒng)作為地鐵信號(hào)控制系統(tǒng)，成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞相比，CBTC系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是利用車(chē)地雙向的無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)閉塞。

目前國(guó)內(nèi)地鐵使用的無(wú)線通信技術(shù)多為基于IEEE802.11的無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)，這種技術(shù)要求在列車(chē)上安裝車(chē)載無(wú)線電臺(tái)，在軌旁設(shè)置無(wú)線接入點(diǎn)（AP）。車(chē)載無(wú)線電臺(tái)在軌旁AP的覆蓋范圍內(nèi)移動(dòng)和自由切換。為保證通信的可靠性和安全性，需要設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線管理模塊對(duì)車(chē)載無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行管理。

1 CBTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)簡(jiǎn)介

CBTC系統(tǒng)是基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)，它不依賴軌道電路對(duì)列車(chē)進(jìn)行高精度定位，利用能夠執(zhí)行安全功能的車(chē)載和軌旁處理器以及先進(jìn)的無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行大容量、雙向車(chē)地?cái)?shù)據(jù)傳輸，突破了傳統(tǒng)固定閉塞的局限，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)閉塞，在技術(shù)和成本上較傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢(shì)。CBTC系統(tǒng)與傳統(tǒng)列車(chē)控制系統(tǒng)最大的區(qū)別就是，利用無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)閉塞。

CBTC系統(tǒng)大體上可以分為列車(chē)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)2部分，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)又可以分為車(chē)地?zé)o線通信網(wǎng)和骨干網(wǎng)2部分，它們都采用雙網(wǎng)冗余確保通信的可靠性。CBTC利用（網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)NMS）對(duì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)進(jìn)行管理。典型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在圖1的CBTC數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中，骨干網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，分為藍(lán)網(wǎng)和紅網(wǎng)，每個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)設(shè)2個(gè)AP設(shè)備，一個(gè)通過(guò)交換機(jī)連入藍(lán)網(wǎng)，另一個(gè)通過(guò)交換機(jī)連入紅網(wǎng)。與之對(duì)應(yīng)的，列車(chē)車(chē)頭和車(chē)尾各安裝一個(gè)無(wú)線電臺(tái)，車(chē)頭的無(wú)線電臺(tái)和藍(lán)網(wǎng)AP進(jìn)行通信連接，車(chē)尾的無(wú)線電臺(tái)和紅網(wǎng)AP進(jìn)行通信連接。這樣，即使其中一個(gè)無(wú)線通道失去連接，系統(tǒng)仍然能夠正常工作。

圖1 CBTC數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

2 車(chē)載無(wú)線電臺(tái)管理

2.1 軌旁AP數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

在地鐵中，無(wú)線接入點(diǎn)沿地鐵線路布置，相鄰的無(wú)線接入點(diǎn)無(wú)線覆蓋范圍彼此重疊，達(dá)到對(duì)列車(chē)冗余覆蓋的目的。列車(chē)的無(wú)線電臺(tái)在無(wú)線接入點(diǎn)的無(wú)線覆蓋范圍內(nèi)移動(dòng)，既要接入AP設(shè)備，又要進(jìn)行越區(qū)切換，所以需要知道無(wú)線接入點(diǎn)的情況。本文將地面AP的信息做成了2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表存放藍(lán)網(wǎng)AP的信息，為車(chē)頭無(wú)線電臺(tái)使用；一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表存放紅網(wǎng)AP的信息，為車(chē)尾無(wú)線電臺(tái)使用。存放的信息包括：AP設(shè)備的SSID、密碼。因?yàn)闊o(wú)線電臺(tái)是根據(jù)AP設(shè)備的SSID來(lái)識(shí)別不同的AP設(shè)備，所以每個(gè)AP設(shè)備的服務(wù)集標(biāo)識(shí)（SSID）不可重復(fù)。密碼是無(wú)線電臺(tái)接入軌旁AP的安全認(rèn)證，無(wú)線電臺(tái)搜索到軌旁AP后，需要輸入密碼才能進(jìn)行連接。出于安全性的考慮，每個(gè)AP設(shè)備的密碼最好都不一樣，不過(guò)如果為了方便管理，也可以使用統(tǒng)一的密碼。具體如何設(shè)置，可根據(jù)實(shí)際工程的具體要求執(zhí)行。

2.2 無(wú)線干擾的排除

隨著WLAN技術(shù)的普及使用，地鐵乘客的手持WIFI接入設(shè)備日益增多，其中尤以手機(jī)無(wú)線熱點(diǎn)功能的使用為甚，大大增加了對(duì)車(chē)載無(wú)線電臺(tái)的干擾。例如乘客手機(jī)設(shè)置了WIFI熱點(diǎn)且沒(méi)有設(shè)置安全保護(hù)機(jī)制時(shí)，當(dāng)乘客距離車(chē)載電臺(tái)很近，車(chē)載電臺(tái)可能會(huì)搜索到此WIFI熱點(diǎn)并誤接進(jìn)去，從而失去軌旁AP的連接。所以在車(chē)載無(wú)線電臺(tái)接入軌旁AP之前，需要排除空間內(nèi)其他AP設(shè)備的干擾。

為了管理車(chē)載無(wú)線電臺(tái)，需要為車(chē)載設(shè)備設(shè)計(jì)一個(gè)和車(chē)載無(wú)線電臺(tái)的接口模塊，此模塊的主要接口函數(shù)有：WlanGetInformation，WlanScan，WlanConnect，WlanDisconnect。WlanGet-Information函數(shù)可以獲取無(wú)線電臺(tái)的信息，包括性能參數(shù)、當(dāng)前連接狀態(tài)等；WlanScan函數(shù)掃描空間內(nèi)的無(wú)線接入設(shè)備，并返回這些無(wú)線設(shè)備的SSID、信號(hào)強(qiáng)度等信息；WlanConnect函數(shù)用于連接一個(gè)無(wú)線接入設(shè)備；WlanDisconnect函數(shù)用于斷開(kāi)當(dāng)前連接的無(wú)線接入設(shè)備。

車(chē)載無(wú)線電臺(tái)接入軌旁AP設(shè)備，首先車(chē)載設(shè)備利用WlanGetInformation取得無(wú)線電臺(tái)的當(dāng)前信息：是否已經(jīng)有建立連接的AP設(shè)備，如果有，則返回此AP設(shè)備的SSID以及強(qiáng)度等信息。接下來(lái)利用WlanScan函數(shù)搜索空間內(nèi)的AP設(shè)備，得到可用AP的SSID、信號(hào)強(qiáng)度等信息，然后根據(jù)SSID查找AP數(shù)據(jù)庫(kù)。如果搜索到的AP設(shè)備在數(shù)據(jù)庫(kù)中，則將此AP設(shè)備SSID及其信號(hào)強(qiáng)度等信息加入一個(gè)可信表中；如果此AP設(shè)備不在數(shù)據(jù)庫(kù)中，則予以排除。流程如圖2所示。這樣除了排除非法無(wú)線干擾之外，車(chē)頭無(wú)線電臺(tái)排除了紅網(wǎng)AP干擾，車(chē)尾無(wú)線電臺(tái)排除了藍(lán)網(wǎng)AP干擾，車(chē)頭和車(chē)尾的無(wú)線電臺(tái)實(shí)現(xiàn)了和軌旁紅藍(lán)網(wǎng)的相互對(duì)應(yīng)。

2.3 越區(qū)切換

列車(chē)的車(chē)載電臺(tái)在AP之間移動(dòng)存在著信號(hào)量衰減的現(xiàn)象，信號(hào)量衰減到一定程度則必然對(duì)通信質(zhì)量造成影響，所以應(yīng)該在當(dāng)前連接AP的信號(hào)衰減到影響通信質(zhì)量之前進(jìn)行越區(qū)切換。

進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)，需要知道當(dāng)前空間內(nèi)所有軌旁AP的信息，也就是上一章排除干擾后得到的可信表。車(chē)載無(wú)線管理模塊每隔一定時(shí)間利用WlanScan函數(shù)進(jìn)行一次信號(hào)搜索，更新可信表，然后根據(jù)可信表中AP設(shè)備的信息判斷是否需要進(jìn)行AP切換。當(dāng)需要進(jìn)行切換時(shí)，利用WlanDisconnect 函數(shù)切斷原有連接，利用WlanConnect函數(shù)和需要連接的AP設(shè)備進(jìn)行連接。切換流程如圖3所示。

圖3 AP切換流程

圖3中，之所以不直接選擇信號(hào)最強(qiáng)的AP進(jìn)行切換，是考慮到無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度的不穩(wěn)定性。無(wú)線信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度受地形和環(huán)境的影響較大，一般不可能完全隨距離呈線性衰減分布，如果直接選擇信號(hào)最強(qiáng)的AP進(jìn)行切換，就會(huì)發(fā)生某段區(qū)間內(nèi)AP頻繁切換的問(wèn)題。為了避免這種問(wèn)題，設(shè)置了一個(gè)切換閾值。同樣的，因?yàn)闊o(wú)線信號(hào)受天氣等條件的影響，設(shè)置一個(gè)固定的閾值也是不合適的，例如當(dāng)某區(qū)段的AP設(shè)備受天氣環(huán)境的影響較大，信號(hào)強(qiáng)度很小達(dá)不到切換閾值時(shí)，無(wú)線電臺(tái)就會(huì)忽略此AP設(shè)備，可能導(dǎo)致無(wú)線電臺(tái)在此段空間內(nèi)失去連接。因此本文的閾值選擇為百分比值，這樣就算是因環(huán)境影響導(dǎo)致AP信號(hào)強(qiáng)度很小，車(chē)載電臺(tái)也可以可靠切換。需要指出的是，本文設(shè)定的閾值只是一個(gè)參考值，由于不同地鐵工程的環(huán)境不同，此閾值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況選取。

3 結(jié)束語(yǔ)

車(chē)地?zé)o線通信是CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的關(guān)鍵，在實(shí)際的地鐵運(yùn)行中，車(chē)地?zé)o線通信甚至是影響CBTC系統(tǒng)安全性和可靠性的主要因素。本文通過(guò)建立軌旁AP數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)車(chē)載無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行管理，排除無(wú)線干擾，實(shí)現(xiàn)越區(qū)切換，保證了車(chē)地?zé)o線通信的安全性和可靠性。

[1] 朱光文. 地鐵信號(hào)系統(tǒng)中車(chē)-地?zé)o線通信技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2012（2）.

[2] 徐茜亮，王 維. 基于WiFi 的漫游切換無(wú)縫接入技術(shù)研究[J]. 工礦自動(dòng)化，2011（2）.

[3] 張雙健，吳壽莊. 地面無(wú)線通信信號(hào)覆蓋地鐵的研究和實(shí)踐[J]. 城市軌道交通研究，2002（2）.

責(zé)任編輯 方 圓

Research on exclusion of on-board radio interference by AP database

ZUO Zhenlu, WANG Dawei
( Urban Transit Technology Branch, NARI Technology Development Co., Ltd., Nanjing 210032, China )

This paper introduced the CBTC Data Communication Network. According to the redundancy of backbone network, it was established two AP databases, which corresponded to two set of on-board radio. The on-board radio management module was designed in on-board equipment to exclude the illegal radio interferences by the AP databases, implemented the handoff between wireless coverage areas, ensure the handoff safety and stability.

AP database; radio interference; handoff between wireless coverage areas

U285∶TP39

A

1005-8451（2014）02-0039-03

2013-09-13

左振魯，助理工程師；王大衛(wèi)，助理工程師。