地鐵WiFi系統(tǒng)方案對(duì)比研究

◆王 琰

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地鐵WiFi系統(tǒng)方案對(duì)比研究

◆王 琰

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 廣東 510220）

地鐵作為高密度人員的社會(huì)公共場(chǎng)所，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋具有重要的意義。地鐵WiFi是一個(gè)無(wú)線WiFi熱點(diǎn)覆蓋和管理系統(tǒng)，通過(guò)WiFi路由器及網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，為用戶帶來(lái)安全上網(wǎng)、用戶資源搜集、精準(zhǔn)廣告推送、客戶營(yíng)銷、多樣化媒體應(yīng)用等一系列的服務(wù)?；诖?，本文結(jié)合地鐵WiFi的實(shí)際需求進(jìn)行分析，并對(duì)WiFi系統(tǒng)的完善方案進(jìn)行研究。

地鐵；WiFi系統(tǒng)；方案

1 概述

地鐵WiFi是一個(gè)無(wú)線WiFi熱點(diǎn)覆蓋和管理系統(tǒng)，通過(guò)WiFi路由器及網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，為用戶帶來(lái)安全上網(wǎng)、用戶資源搜集、精準(zhǔn)廣告推送、客戶營(yíng)銷、多樣化媒體應(yīng)用等一系列的服務(wù)。

2 地鐵WiFi方案介紹

2.1 WiFi 4G方案

車地?zé)o線采用與民用通信系統(tǒng)共用漏纜的方案，在每輛列車車頭、車尾安裝無(wú)線路由器、無(wú)線控制器、交換機(jī)、4G信號(hào)轉(zhuǎn)換器和每節(jié)車廂內(nèi)部安裝AP組成。AP之間通過(guò)無(wú)線橋接（WDS）連接至車頭、車尾無(wú)線路由器。無(wú)須在隧道中另外布設(shè)天線，節(jié)省建設(shè)成本和維護(hù)成本。

2.2 WiFi車地?zé)o線方案

通過(guò)建設(shè)車地?zé)o線系統(tǒng)對(duì)車廂進(jìn)行無(wú)線覆蓋。由隧道和高架區(qū)間每隔一段距離安裝軌旁AP與在每節(jié)車廂內(nèi)安裝的AP組成。

車地?zé)o線方案主要由兩種方式實(shí)現(xiàn)：

( 1 ) WiFi系統(tǒng)與PIS車地?zé)o線共用PIS無(wú)線傳輸通道。

此方案與獨(dú)立建設(shè)車地?zé)o線通道方案區(qū)別僅在于車地?zé)o線通信承載網(wǎng)的建設(shè)與使用。本方案車地?zé)o線共享PIDS系統(tǒng)的車地?zé)o線傳輸網(wǎng)，其余子系統(tǒng)組成都與獨(dú)立建設(shè)車地?zé)o線通道方案相同。

( 2 ) WiFi獨(dú)立建設(shè)車地?zé)o線通道。

采用集中式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使用AP組網(wǎng)，采用光交換機(jī)。AP上聯(lián)到數(shù)據(jù)機(jī)房的AC無(wú)線控制器，地下站采用室內(nèi)放裝分布式對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行高質(zhì)量的覆蓋。

按照核心層、匯聚層、接入層三層架構(gòu)組網(wǎng)。其中，核心層設(shè)置于控制中心，配置核心層設(shè)備；在各線車輛段設(shè)置匯聚層，配置匯聚層設(shè)備；在各線車站、車輛段、停車場(chǎng)配置接入層設(shè)備，負(fù)責(zé)完成本地用戶的接入。

3 方案分析

3.1 WiFi系統(tǒng)組成

地鐵WiFi系統(tǒng)覆蓋區(qū)域主要由下面幾個(gè)方面：

方案一：4G方案。由于共用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，只需在車廂增加相關(guān)設(shè)備，組成較簡(jiǎn)單。

方案二：與PIS系統(tǒng)共用無(wú)線傳輸通道的方案。

方案三：獨(dú)立建設(shè)車地?zé)o線通道。

3.2 WiFi覆蓋區(qū)域

( 1 ) 車站（站廳層付費(fèi)區(qū)、站臺(tái)層）及隧道區(qū)間；

( 2 ) 控制中心辦公區(qū)域（不含設(shè)備區(qū)）及生活區(qū)域；

( 3 ) 車輛段/停車場(chǎng)的綜合樓、停車列檢庫(kù)附屬用房等辦公區(qū)域和生活區(qū)域；

( 4 ) 所有列車車廂乘客區(qū)域。

3.3 WiFi頻點(diǎn)占用

方案一租用運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，采用的是運(yùn)營(yíng)商的4G頻點(diǎn)

根據(jù)無(wú)線局域網(wǎng)的國(guó)際規(guī)范和國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，WLAN 移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用項(xiàng)目車站的無(wú)線設(shè)備的工作頻段為：2.4GHz和5GHZ。

車地?zé)o線系統(tǒng)可選用頻段為：5150—5350MHz頻段和5725—5850MHz頻段。方案二和方案三兩個(gè)頻段都可使用，建議采用方案三時(shí)，PIS系統(tǒng)和WiFi系統(tǒng)分別使用不同頻段，彼此不會(huì)相互影響。

3.4 WiFi傳輸速率

802.11ac每個(gè)通道的工作頻寬將由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大約10%的實(shí)際頻率調(diào)制效率提升，最終理論傳輸速度將由802.11n最高的600Mbps躍升至1Gbps。實(shí)際傳輸率可能在300Mbps～400Mbps之間。地鐵實(shí)際應(yīng)用中速率在150Mbps左右。

3.5 WiFi系統(tǒng)容量

在滿足覆蓋要求的情況下，按每個(gè)AP最大可接入并發(fā)60個(gè)客戶端，計(jì)算系統(tǒng)可支持的用戶數(shù)。

( 1 ) 普通站（站廳付費(fèi)區(qū)、站臺(tái)區(qū)域內(nèi)）AP數(shù)量一般站廳2個(gè)，站臺(tái)4個(gè)，可以提供不少于60*6=360人/站無(wú)線接入并發(fā)能力；

( 2 ) 換乘站（站廳付費(fèi)區(qū)、站臺(tái)區(qū)域內(nèi)）AP數(shù)量一般站廳3到4個(gè)，站臺(tái)4個(gè)，可以提供不少于60*7=420人/站（60*8=480人/站）無(wú)線接入并發(fā)能力；

( 3 ) 控制中心、車輛段、停車場(chǎng)的辦公區(qū)域根據(jù)實(shí)際AP數(shù)量計(jì)算，AP數(shù)量為n，可以提供不少于60*n人/站無(wú)線接入并發(fā)能力；

( 4 ) 列車內(nèi)部區(qū)域每節(jié)車廂設(shè)置2個(gè)AP，可以提供不少于60*2=120人/節(jié)車廂接入并發(fā)能力。

3.7　WiFi系統(tǒng)干擾分析

從中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、專用無(wú)線集群TETRA、TD-LTE車地?zé)o線系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)、地鐵WiFi系統(tǒng)的頻段使用情況，只有PIS系統(tǒng)和地鐵WiFi系統(tǒng)是使用5G頻段，5G頻段有5150—5350MHz頻段和5725—5850MHz頻段兩個(gè)頻段可以使用。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)使用同一頻段時(shí)，所選用的5G頻點(diǎn)不能重復(fù)。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)使用不用的頻段時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)互不干擾。

4 方案比選

WiFi系統(tǒng)方案對(duì)比見表1。

表1 WiFi系統(tǒng)方案對(duì)比

從表1可以看出，對(duì)比各方面，方案一只有在維護(hù)方面占優(yōu)勢(shì)。方案二和方案三在覆蓋區(qū)域、頻點(diǎn)占用、系統(tǒng)容量等幾個(gè)方面大致一樣。方案三相比于方案二，需要考慮區(qū)間AP布點(diǎn)，投資比方案二大。方案二雖然節(jié)省了設(shè)備投資，但需要地鐵建設(shè)方借用內(nèi)部運(yùn)營(yíng)的PIS系統(tǒng)，有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 總結(jié)

綜上所述，方案三：獨(dú)立建設(shè)車地?zé)o線通道更具有優(yōu)勢(shì)。方案三采用光纖傳輸WiFi信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光纖長(zhǎng)距離傳輸與無(wú)線靈活接入的融合；采用接入點(diǎn)的集中控制和管理，具有很好的安全性和可靠性；遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)非常簡(jiǎn)單，大大降低遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜度及故障率，提高遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的可靠性，其安裝維修和保養(yǎng)也非常方便；由于信號(hào)源集中管理，系統(tǒng)升級(jí)與擴(kuò)容簡(jiǎn)單方便，可附加各類增值業(yè)務(wù)；WiFi光載無(wú)線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，系統(tǒng)擴(kuò)展容易、方便。相比方案二，方案三對(duì)地鐵通信各子系統(tǒng)無(wú)影響，更安全。

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