談無線通信在地鐵乘客信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

張永宏

（華鐵工程咨詢有限責(zé)任公司 北京 100071）

談無線通信在地鐵乘客信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

張永宏

（華鐵工程咨詢有限責(zé)任公司 北京 100071）

隨著地鐵無線通信系統(tǒng)的運(yùn)用及發(fā)展，地鐵的乘客信息系統(tǒng)得到了充分的使用。本文在問題探究的基礎(chǔ)上，將無線通信的特點(diǎn)進(jìn)行了結(jié)合，對(duì)地鐵乘客信息進(jìn)行了系統(tǒng)性的闡述，旨在實(shí)現(xiàn)無線通信在地鐵乘客信息處理中的安全及穩(wěn)定，并為地鐵行業(yè)的綜合性發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

無線通信；地鐵乘客信息；應(yīng)用

隨著城市交通的需求不斷的上漲，地鐵逐漸成為人們生活之中最基本的交通工具。在地鐵建設(shè)過程中就應(yīng)投入更快捷、方便、高效率的基本設(shè)施，以滿足人們的基本需求。乘客信息系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)車站以及列車在運(yùn)行中為廣大客車提供大量圖文信息的最好方式，隨著通信技術(shù)迅速發(fā)展，尤其是利用無線局域網(wǎng)絡(luò)資源向移動(dòng)中的列車提供實(shí)時(shí)、不間斷的圖文信息得到大量的應(yīng)用，也為PIS的技術(shù)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

1 PIS系統(tǒng)組成分析

PIS系統(tǒng)透過通信網(wǎng)絡(luò)可以向車站、列車提供大量的圖文實(shí)時(shí)信息，如：在車站可以顯示列車到站信息、緊急信息等內(nèi)容，在列車上可以實(shí)現(xiàn)圖文信息的不間斷播放等。整個(gè)PIS系統(tǒng)主要由控制中心、車站設(shè)備、車載設(shè)備以及通信網(wǎng)絡(luò)組成，以下對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析：

1.1 控制中心

控制中心主要作用是圖文信息編播、信息源處理和下發(fā)、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)等。主要設(shè)備由編播設(shè)備、中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)交換機(jī)、高（標(biāo)）清播放器、監(jiān)控管理設(shè)備等組成。

編播設(shè)備是對(duì)需要播發(fā)的報(bào)文進(jìn)行畫面編輯，如：版面設(shè)計(jì)、播放順序等；中心服務(wù)器用來儲(chǔ)存、編解碼各種信息；數(shù)據(jù)交換設(shè)備用來進(jìn)行車站、中心數(shù)據(jù)交換；監(jiān)控設(shè)備用來在線實(shí)時(shí)監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行情況，如：交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、區(qū)間AP是否在線、車站設(shè)備運(yùn)行及故障情況等?？刂浦行氖荘IS運(yùn)行的“大腦”，可以有效提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，為乘客信息的運(yùn)用提供有效依據(jù)。

1.2 車站設(shè)備

地鐵車站是人員聚集的場(chǎng)所，也是PIS系統(tǒng)最直接面對(duì)公眾的區(qū)域。其系統(tǒng)的組成主要包括車站級(jí)工作站、服務(wù)器、交換機(jī)、視頻分配器、高清播控器以及顯示屏等組成。

車站級(jí)工作站是車站工作人員查看某區(qū)域?qū)崟r(shí)播放的內(nèi)容，一般情況下車站級(jí)工作站沒有操作權(quán)限，只有在緊急情況下車站工作人員通過車站級(jí)工作站下發(fā)緊急通知，如火災(zāi)、故障等內(nèi)容；車站服務(wù)器用來編解碼數(shù)據(jù)包；交換機(jī)和視頻分配器是將中心下發(fā)的報(bào)文區(qū)分出車站信息、列車信息，分別傳送到相應(yīng)的設(shè)備；高清播放器、顯示設(shè)備共同向車站各區(qū)域傳送和顯示高清圖像。通過整個(gè)車站系統(tǒng)的運(yùn)行，可以接收下載控制中心的各類信息以及相關(guān)參數(shù)，本站顯示器會(huì)自動(dòng)對(duì)內(nèi)容進(jìn)行播放，如果系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，中心設(shè)備或傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，車站設(shè)備會(huì)根據(jù)服務(wù)區(qū)預(yù)存的信息，進(jìn)行節(jié)目順序的播放，不需要在人工干預(yù)。

1.3 車載設(shè)備

車載子系統(tǒng)（設(shè)備）是完全依賴無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，設(shè)備組成主要包括：車載交換機(jī)、視頻服務(wù)器、接收設(shè)備及顯示裝置，其具體的系統(tǒng)可以通過圖1展示。通過該系統(tǒng)的運(yùn)用，可以有效接收并下載控制中心下發(fā)的各種信息，然后在通過列車上的顯示器將內(nèi)容進(jìn)行播放。車載系統(tǒng)的另外一個(gè)功能就是將各車廂的實(shí)施監(jiān)控畫面，通過無線網(wǎng)絡(luò)及時(shí)上傳到控制中心，以便于工作人員了解各列車車廂人員的狀態(tài)。

圖1 PIS系統(tǒng)解決方案圖

1.4 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

PIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可以在PIS系統(tǒng)內(nèi)自行建設(shè)，也可利用通信專業(yè)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，一般情況下控制中心至各車站利用通信系統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)，車載部分由PIS系統(tǒng)自行在區(qū)間布置AP點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的無線覆蓋，主要由交換機(jī)、區(qū)間無線設(shè)備、光纖等基礎(chǔ)性的設(shè)備組成。該系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)功能：①控制中心將圖文信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳送至各車站，這一部分網(wǎng)絡(luò)不易受干擾，可傳送高（標(biāo)）清圖像。②通過區(qū)間無線網(wǎng)絡(luò)，將控制中心的標(biāo)清圖像實(shí)時(shí)顯示在運(yùn)行中的列車上。③將運(yùn)行中列車的監(jiān)控圖像實(shí)時(shí)傳送至控制中心。區(qū)間采用無線通信技術(shù)時(shí)，為了避免在列車運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)畫質(zhì)降低，應(yīng)合理選擇無線傳輸頻點(diǎn)以及區(qū)間AP布置。

2 無線通信在地鐵乘客信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

通過對(duì)PIS系統(tǒng)組成分析來看，無線系統(tǒng)的在PIS中的運(yùn)用主要集中在車載圖文信息的傳送，列車在高速運(yùn)行過程中，傳送大量的視頻信息，對(duì)無線寬帶的需求量很大，另外地鐵區(qū)間無線信號(hào)比較復(fù)雜且干擾大，如：民用通信在900MHz～4GHz范圍內(nèi)均有無線覆蓋，專用通信與公安通信無線系統(tǒng)工作在400～800MHz頻段，信號(hào)系統(tǒng)工作在2GHz范圍，在如此密集的無線覆蓋下，保證PIS系統(tǒng)的無線覆蓋，是PIS無線通信的關(guān)鍵。

2.1 服務(wù)質(zhì)量的技術(shù)分析

區(qū)間無線覆蓋情況下，PIS車載設(shè)備收到的圖像需要連貫、不打頓、不出現(xiàn)馬賽克等，與數(shù)據(jù)的承載能力有著非常重要的關(guān)聯(lián)性。PIS系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，通過有線網(wǎng)絡(luò)千兆骨干寬帶將車載圖文信息傳送到各車站，通過車站的交換設(shè)備、區(qū)間的AP進(jìn)行PIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的傳播。所以，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，傳送質(zhì)量決定了PIS的基本性能以及表現(xiàn)能力。PIS無線傳播主要是基于IEEE802.11系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)族上的無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN）的應(yīng)用，根據(jù)地鐵無線環(huán)境，選用802.11n標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率108Mbps以上，最高速率可達(dá)300Mbps甚至600Mbps，工作頻段支持2.4GHz和5.8GHz兩個(gè)頻段，可以滿足PIS無線帶寬的要求。

2.2 帶寬的應(yīng)用

在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，通常情況下，列車與地面之間的數(shù)據(jù)傳輸需要經(jīng)過Probe-Request等多個(gè)系統(tǒng)的多次協(xié)商，這種狀況下會(huì)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)交換。因此，在現(xiàn)階段技術(shù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)該通過技術(shù)的改造進(jìn)行帶寬的安全性運(yùn)用。通過技術(shù)的改進(jìn)，其內(nèi)容包含了多種傳輸報(bào)文的發(fā)送以及長(zhǎng)報(bào)文的發(fā)送，這一現(xiàn)象有效減少了短報(bào)傳遞過程中所出現(xiàn)的報(bào)文數(shù)量控制，綜合性的提升了WLAN環(huán)境下，帶寬技術(shù)的有效運(yùn)用。通過對(duì)1列車和1個(gè)車站的實(shí)時(shí)信息帶寬分析（見表1），所需帶寬總和為171.4Mb/s。

表1 控制中心到車站的實(shí)時(shí)信息帶寬分析表

其次是信息在無線信道中的傳播方式，目前方式有單播、組播、廣播方式，需要對(duì)眾多的信息進(jìn)行分類，避免單一方式存在。

2.3 網(wǎng)絡(luò)安全的問題分析

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷深入和廣泛，安全問題成為越來需要重視的問題。802.11n提供了MAC中的訪問權(quán)限及相關(guān)的加密處理機(jī)制，通過無線網(wǎng)絡(luò)以及有線網(wǎng)絡(luò)的安全控制，可以提高系統(tǒng)訪問控制的基本權(quán)限，并在系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，通過對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的編寫進(jìn)行編號(hào)的處理，其中的編號(hào)內(nèi)容需要進(jìn)行無線客戶端設(shè)備的有效設(shè)置。與此同時(shí)，在訪問系統(tǒng)接入的過程中，可以對(duì)訪問的數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶接入點(diǎn)的控制，只有在訪問控制列表中擁有MAC地址的客戶端，才可以進(jìn)行系統(tǒng)的訪問。在數(shù)據(jù)加密處理的過程中，其基本的加密方式采用了公鑰算法，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

2.4 信號(hào)干擾的分析

在地鐵運(yùn)行的過程中，為了可以實(shí)現(xiàn)車載客戶端區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出無漫游的運(yùn)行狀態(tài)，在工作的過程中其相鄰的AP覆蓋率都應(yīng)該進(jìn)行有效性的重疊，但是，如果重疊區(qū)域中的無線信號(hào)出現(xiàn)了頻道重疊的現(xiàn)象，一定會(huì)對(duì)信號(hào)造成干擾，例如：WMM協(xié)議通過對(duì)802.11協(xié)議的增強(qiáng)，改變了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)完全公平的競(jìng)爭(zhēng)方式，將BSS（Basic Service Set，基本服務(wù)集）內(nèi)的數(shù)據(jù)報(bào)文分為4個(gè)AC，高優(yōu)先級(jí)的AC占用信道的機(jī)會(huì)大于低優(yōu)先級(jí)的AC，從而使不同的AC能獲得不同級(jí)別的服務(wù)，其服務(wù)的先后順序可以通過圖2所示。在通信的過程中不會(huì)出現(xiàn)干擾的現(xiàn)象，但是，在實(shí)際工作的過程中，其載波對(duì)干擾幅度的影響是相互的，當(dāng)一方受到干擾時(shí)，另一方會(huì)受到一定的阻塞，從而使信號(hào)的傳輸出現(xiàn)了一些限制因素。

3 結(jié)束語

總而言之，在現(xiàn)階段地鐵行業(yè)運(yùn)行及發(fā)展的過程中，其無線通信技術(shù)在PIS系統(tǒng)的運(yùn)用逐漸成為信息優(yōu)化處理的基本內(nèi)容，隨著無線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，PIS系統(tǒng)發(fā)也得到了綜合性的發(fā)展，PIS的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也促進(jìn)了無線通信技術(shù)的發(fā)展。因此，在現(xiàn)階段地鐵通信技術(shù)應(yīng)用的過程中，為了實(shí)現(xiàn)乘客信息系統(tǒng)的有效構(gòu)建，就應(yīng)該構(gòu)建科學(xué)化的信息管理理念，通過新技術(shù)的引用，促進(jìn)地鐵通信技術(shù)的綜合性發(fā)展。

[1]高光瑞，汪彬.淺談無線通信在地鐵乘客信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].通信管理與技術(shù)，2011，03：28～31+44.

[2]趙偉東.地鐵乘客信息系統(tǒng)中無線通信的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2012，03：8～9+11.

[3]房杰.LTE-M技術(shù)在地鐵乘客信息系統(tǒng)的應(yīng)用[J].通訊世界，2015，24：45～46.

[4]周芳俊.地鐵列車國(guó)產(chǎn)化PIS系統(tǒng)通信可靠性研究[J]．鐵道機(jī)車車輛工人，2010（3）：20～24．

TN92

A

1004-7344（2016）07-0156-02

2016-2-10

張永宏（1975-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事工程監(jiān)理工作。