一、背景

地鐵的發展是城市高速發展的產物之一，城市對地鐵交通系統的發展建設投入的精力也在不斷增多。乘客信息系統是地鐵通信中的重要組成部分，其現代化的發展以及越來越可靠的運行是地鐵建設發展的重點之一。相對于有線網絡技術，無線通信在地鐵乘客信息系統應用的可靠性更需要去研究并加強。隨著智能手機的普及，在地鐵車廂中拿著手機刷微博、瀏覽網頁的乘客越來越多，而當列車在穿越不同的區域時，Wi-Fi信號、Wi-Fi速率也會出現波動，影響乘客的上網體驗。

為了滿足地鐵乘客對無線上網通信技術和無線信息的迫切需要，提高Wi-Fi信號、Wi-Fi速率，提升地鐵信息化建設水平和運營服務水平，基于無線局域網技術的車地通信方案日益被重視。與其他方案相比，無線局域網能夠提供更高的帶寬Wi-Fi信號，同時提供更廣泛的接入控制，滿足運營方的多種業務需求。 

地鐵信息系統的組成

地鐵信息系統的發展趨勢：

1．實時視頻監控： 列車行進過程中車頭、駕駛室、車廂內部的現場圖像能夠實時傳輸到地面調度中心。

2．實時乘客信息： 實時動態的廣告、高清的視頻節目等能夠及時傳遞給乘客，方便旅客的出行，及時的事務通報，讓旅途更加安心。

3．車載Wi-Fi服務：高速移動下仍能順暢地訪問互聯網，瀏覽新聞，查收郵件，即使在旅途中也能方便地辦公；車載大容量網絡和服務器可存儲豐富的多媒體資源，為乘客提供彩的內容服務。
4．車地無線是實現列車與控制中心實時通信的通道，關系著列車運行的安全，不能出現Wi-Fi信號中斷、時延、丟包等導致影響列車運營的情況出現。故要求列車即使在高速運行下，也要保持無線鏈路不能中斷。當車載AP從一個軌旁AP的覆蓋范圍移動到下一個軌旁 AP 的覆蓋范圍時，將發生切換，AP 區之間的無線切換操作是自動的，并且對于列車操作來說是透明的。 

二、Wi-Fi信號車地無線技術概述

隨著城市公共交通的大力發展，除了超大的一線城市外，國內的許多二、三線城市也開始大力建設地鐵網絡系統。由于信息技術的發展，地鐵網絡系統已經發展成為了一個跨多領域，集多種功能于一體的綜合性體系。地鐵系統除了傳統意義上的運輸功能外，還具有了媒體傳播功能。乘客通過地鐵站點的各類顯示終端，能及時了解列車的運行信息、公共信息及安全事項等，同時該系統在列車運行空隙時間可播放天氣預報、時事新聞、娛樂節目等內容。

三、Wi-Fi信號車地無線技術工作原理

通常，802.11n的越區切換時間在500ms到2s之間，在切換期間，車載AP可能與軌旁AP失去連接。這對于列車運行，特別是高速列車運行是不能接受的(按照最高時速 120 公里/小時估算，最壞情況下，列車在大約65米的運行范圍內可能與路邊失去聯系)。為達到零切換時(避免切換過程中任何可能的數據丟失)，采用銳捷開發的高速移動AP多重鏈路通信機制，保證切換過程的通信質量。該通信機制，完成創建和切換鏈路任務，它負責在列車移動過程中的活躍鏈路切換，并保證報文不丟失。 

采用Wi-Fi信號車地無線的AP，多重鏈路機制與標準 802.11n切換算法的不同在于，該算法允許車載AP在與舊AP（如APn）脫離前與新AP建立連接，即在中斷前連接。再加上相鄰AP彼此重疊足夠的區域，就能夠實現零切換時間。那就是說，所有與切換有關的處理，在列車運行在相鄰AP重疊區域內都會完成，而重疊區域的大小應該按照列車全速運行來設計，最快切換時延可以小于10ms，可以“0”丟包切換。

四、技術優勢

1.VSU 虛擬化：將車頭車尾的交換機虛擬成一個交換機單元，可進行統一管理，策略統一下；實現有線鏈路冗余備份。 

2.雙鏈路負載均衡： 經過虛擬化的工業交換機具備 2 條車地鏈路，可基于多種策略進行負載均衡(IP，MAC，端口)； 在一條鏈路中斷的情況下，可在20ms內完成鏈路切換。

3. 高架上下行之間抗干擾：由于高架上空曠，上下行采用同頻信號，會產生干擾，其次高架上軌旁AP信號傳輸較好，導致車載 AP 漫游頻繁，上下行列車交匯時信號遮擋嚴重，導致性能差。方案采用每個行車方向的 AP 間隔 200m，上下行交錯部署，在出現單點故障時，可以相互彌補信號覆蓋。同時部署完成，適當調整 AP 發射功率，提高 beacon 發射速率，減少同頻干擾。另外，上下行 AP 分別規劃在不同group，并同步車載 AP，原則上車載 AP 只在一個group內的軌旁AP漫游，從而減少AP頻繁漫游或者漫游到其它區間，避免列車交匯時信號阻擋導致性能低，導致Wi-Fi速率降低。當車載 AP 在當前組的信號低于 RSSI_low 允許 AP 在所有組中選擇信號最好的軌旁 AP 作為下一個漫游AP，提高Wi-Fi速率。

五、典型應用

采用Wi-Fi信號車地無線技術的骨干網拓撲結構

六、結論

應用車載無線AC技術、11AC千兆鏈路技術、無丟包車地無線切換技術、車地無線雙鏈路備份技術，由銳捷軌道交通無線接入點共同構成了銳捷智慧城軌車地無線解決方案的核心，實現易管理、大帶寬、低丟包、高可靠，確保了Wi-Fi信號穩定性、提升了Wi-Fi速率，同時提供更廣泛的接入控制，滿足運營方的多種業務需求。 
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