基于WLAN的CBTC数据通信系统.docVIP

基于无线通信的CBTC数据传输系统设计 通信工程 200709220 夏淑奇 指导教师 刘晓娟（教授） 摘 要 本论文以基于通信的列车控制（CBTC）系统为核心，完成其中数据通信（DCS）子系统的设计，特别是用于轨旁设备和车载设备间信息传输的车地无线通信（TWC）网络的设计，着重考虑无线接入点（AP）的部署、WLAN标准的选择、数据丢失率和时延等因素。 在收集和整理了大量相关资料之后，分析了CBTC系统中DCS网络的构成和作用，在此基础上构建了TWC的结构，对其各部分进行了说明，并经过分析和比较选出了适用于TWC系统的WLAN标准。在最后，对该系统的丢包率和时延问题进行了分析，且说明了所选的解决方法，使系统的可用性大大提高。 关键字：CBTC，无线通信，无线局域网，车地通信 1 前言 基于通信的列车（Communication Based Train Control，CBTC），CBTC系统不依靠轨道电路判定列车位置，实现了列车速度、停站时间、区间运行时间的精确控制，能进一步缩小列车间隔，并提高系统节能水平和运营服务质量。此篇论文主要是通过对基于无线通信的车地通信网络的分析，设计基于无线通信的车地无线通信系统，对其结构进行设计，包括对无线接入点（Access Point，AP）的布置间隔的讨论、对WLAN所使用的标准的选择等。通过对城市轨道交通中信号传播模型的分析，对车地无线通信系统的包丢失率和系统延时进行分析使系统的可靠性、有效性、安全性达到CBTC系统的要求。 2 CBTC系统与WLAN技术基本原理 2.1 CBTC系统 基于通信的列车控制（CBTC）系统定义为：利用（不依赖于轨道电路的）高精度列车定位、双向大容量车地数据通信和车载、地面的安全功能处理器实现一种连续自动列车控制系统。 图2.1 CBTC系统基本原理 图2.2 无线局域网的系统架构 无线CBTC采用无线通信系统，通过开放的数据通信网络实现了列车与轨旁设备实时双向通信，信息量大，并通过采用基于IP标准的列车运行控制结构，可以在实现列车运行控制的同时附加其他功能（如安全报警、员工管理及乘客信息发布等）。CBTC系统基本原理如图2.1所示。 采用CBTC技术后带来的具体经济和社会效益优势有： = 1 \* GB2 ⑴ 高效性——提高系统运行效率。 = 2 \* GB2 ⑵ 经济性——节约整体投资成本（生命周期成本）。 = 3 \* GB2 ⑶ 更短的项目实施周期。 2.2 WLAN技术 WLAN（Wireless Local Area Network，简称WLAN），无线局域网，是指以无线信道作为传输介质的计算机局域网，它是相当便利的数据传输系统，利用射频（Radio Frequency，RF）技术，取代双绞铜线所构成的局域网络，使得局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它达到“信息随身化，便利走天下”的理想境界。 无线局域网是相当方便的数据传输系统，他取代双绞铜线作为局域网新的物理连接方式，具有以下几大特点：具有高移动性、抗干扰性强、安全性能强、高吞吐量、扩展能力强、建网容易，管理方便、开发运营成本低、受自然环境、地形及灾害影响较小。 无线局域网由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成，采用单元结构，将整个系统分成许多单元，每个单元称为一个基本服务组（BSS），BSS的组成有以下三种方式：一是集中控制方式，每个单元由一个中心站控制，网中的终端在该中心站的控制下与其他终端通信。尽管BSS区域较大，但其所建中心站的费用较昂贵；二是分布对等式，BSS中任意两个终端可直接通信，无需中心站转接。尽管BSS区域较小，但这种方式的结构简单，使用方便；三是集中控制式与对等式相结合的方式。无线局域网的架构图如图2.2[1]所示。 3 数据通信系统的设计与实现 3.1 DCS整体结构 DCS系统包括地面有线和车地无线两部分，地面无线又分为骨干网和轨旁接入网，骨干网是由冗余的光纤环网构成，轨旁接入网则是基于IEEE802.3标准的以太网。图3.1所示是DCS的整体结构，在此图中粗线框中的部分是要详细讨论的车地无线通信系统。 图3.1 CBTC系统的数据通信网图 3.2 车地无线通信系统结构 有线部分使用IEEE802.3以太网标准，由接入网和骨干网两部分组成。通过轨旁无线接入点（AP）和列车进行双向通信，并通过多模光纤与接入交换机相连，组成接入网。骨干网是冗余的高速单模光纤以太网，它由100Mbps或1Gbps的第2层网络交换机构成。骨干网采用了双向自愈的环形拓扑结构。自愈协议在一个交换机失效后的很短时间内（在多达50个节点的环网中，小于500