地铁乘客信息系统中无线通信的应用

摘要：本文对地铁乘客信息系统进行了概述，讨论了既有无线技术的特点以及其在PIS系统中的应用，并根据地铁运营特点进行了举例分析。

关键词：PIS；无线技术；应用特点

中图分类号：TN92文献标识码： A 文章编号：

1.引言

地铁的发展是城市高速发展的产物之一，城市对地铁交通系统的发展建设投入的精力也在不断增多。乘客信息系统是地铁通信中的重要组成部分，其现代化的发展以及越来越可靠的运行是地铁建设发展的重点之一，相对于有线网络技术，无线通信在地铁乘客信息系统应用的可靠性更需要去研究并加强。我国地铁无线通信采用的是无线局域网通信技术，本文对其在地铁中的应用特点及可靠性进行了探讨和举例分析。

2.地铁乘客信息系统概述

地铁乘客信息系统（PIS）是以计算机技术及多种媒体网络技术为核心的向乘客提供信息服务的系统，主要由控制中心子系统、网络子系统、车站子系统及车载子系统构成，为乘客提供乘客须知、列车公告、媒体实时报道等信息。[1]整个系统分别通过有线和无线两种技术实现其信息传递的功能，如有线网络子系统主要负责将控制中心的控制信息、数据信息等传输到车站站点、隧道接入点等，无线网络子系统负责将地面各类信息传输到运行的列车中。

组成地铁乘客信息系统的各子系统组成及功能各不相同，控制中心子系统由中心服务器、咨询应用服务器及视频音频服务器等组成，主要负责管理控制系统设备及信息，进行数据的采集与处理，监视系统工作状态，维护整个系统的可靠性及安全性。网络子系统由无线路由器、交换机、车载无线单元及入侵检测系统等组成。[2]有线网络子系统与无线网络子系统分别进行控制中心与车站及地面与列车的信息传输管理。车站子系统由播出控制器、显示器、服务器等组成，将控制中心传来的信息及数据在站内自动播放，运行中无需人工操作。车载子系统由服务器、显示器等组成，不仅将控制中心的信息进行有序的播放，且将列车的实时信息向控制中心进行传送。

3.无线技术的应用

3.1无线技术概述

地铁可应用的无线技术主要有无线局域网技术、对等网络技术及微波接入全球互通技术。无线局域网技术主要标准为IEEE802.11，包括IEEE802.11a、IEEE802.11b及IEEE802.11g。其中IEEE802.11a的工作频段位5.8GHz，最高速率可达54Mb/s，但高速率的无障碍接入距离则下降到30m至50m。IEEE802.11b的工作频段为2.4GHz，是通长所称的Wi-Fi，IEEE802.11g与IEEE802.11a同样可支持54Mb/s的速率，但其工作频段为2.4GHz。无线局域网技术需要较好的信息传输空间，否则有效宽带较低，系统稳定性会降低，需要增加设备的投入才能在地铁乘客信息系统中得到应用。[3]

对等网络技术是工作在2.4GHzISMⅡ频段的专网技术，通过正交分割接入技术可支持扩展性高的广域移动宽带网络。此技术具有多信道工作的特点，可使设备降低同频率工作设备的干扰，只是在应用中专有技术性较强。

微波接入全球互通技术是以IEEE802.16为标准的较为新型的无线技术，本技术采用OFDM的调制方式，最高可达75Mb/s的速率，是一种可移动、广覆盖的无线传输技术。微波接入全球互通技术克服了无线局域网安全性低的特点，在应用中可相对减少设备的投入。

3.2无线局域网的应用

目前地铁乘客信息系统通过无线网络实现车地之间的实时信息交换，采用的是无线局域网技术的IEEE802.11g标准，工作频段设为5.8GHz或2.4GHz。由于无线通信传输介质的开放性，其信息传输质量受到传输空间环境的影响，为使无线通信在地铁乘客信息系统中的到应用，无线网络的安全性和可靠性是首先要解决的问题。[4]

为保障地铁乘客信息系统的安全，在无线通信的基础上首先应用了无线传输信号扩频技术，此技术使普通用户难以接入地铁应用无线网络，无线信号传输的安全性有了极大的提高。同时将无线网络通过有线等效保密信道加密算法对网络信号进行加密，是可随机配置的高效加密技术，保密效果较好，是对系统稳定的又一安全保障。IEEE802.11i协议对密钥动态更新式的管理以及在高层采用数据加密等均使无线网络安全性有了更多的保障。二层隔离技术可实现同一无线设备与不同终端用户的安全通信，为严格防止普通用户对系统正常通信的干扰应广泛的采用二层隔离技术保证通信安全。[5]无线局域网的交换机对允许接入的用户及设备会罗列出清单，对于清单外非法接入点或用户有防御功能，设备或用户非法接入网络后，交换机即刻可确认此用户或设备的非法性，会立即关闭该设备接入点来除去安全威胁，同时向网络管理中心发出预警信息。[6]

4.地铁应用特点与工程实例分析

地铁车载子系统与地面的信息双向传输是通过无线通信技术，车载系统具有将控制中心发送的视频、文字等信息进行实时下载及播放的功能，车载射频监视能将通过摄像机采集的实时视频传输给控制中心，传输信号受到干扰时也可进行录播等方式的信息传递。[7]根据车载子系统的功能，对其进行信息传输的无线网络要有支持快速移动通信及漫游切换的功能才能保持高速移动的列车与地面间的实时传输能力。

深圳地铁1号线无线通信系统的构成分为三层网络结构，分别是列车100M Ethernet LAN、100M Ethernet光环接入网及54M无线接入网。车站交换机通过1000M Ethernet接入主干网络，车站交换机与隧道接入点通过100M Ethernet光环接入网连接，最终由54M无线接入网将隧道AP传输的信息送到列车上实现车地信息传输。隧道传输子系统采用的是西门子工业的交换机技术，在每两站上下行隧道组成一个密封光环网，是较为可靠和稳定的工业级传输网络。光环网的宽带网络为100Mbps,可满足列车同时占用网络带宽的要求。选用系统设备具有工业防护功能，易于工程续建或改造，并采用单光纤冗余环网，使发生故障的线路对整个网络产生的影响降低到极小，且系统网络能在短时间自动恢复通信。车载子系统同样以西门子工业以太网交换机，以100M bps的传输速率对数据进行高速的存储转发，有效实时性高。同步采用双频支持和异频信道布设，避免了其他无线信号及同频信号的干扰。相邻轨道节点AP交替使用信道1、6和11，对列车的客户端的扫描时间相对减少。[8]

5.总结

地铁运输行业发展要求的不断提升使对地铁乘客信息系统的数据传输质量也有了更高的要求，无线通信技术是地铁乘客信息系统的重要应用，其可靠性也在不断的探索和实践中逐步提高。同时无线通信技术给地铁乘客信息系统带来了更多的功能，满足了现代生活中越来越数字化的需求，是地铁通信技术中的重要发展。

参考文献：

[1] 张昊.城市轨道交通中无线局域网的应用[J].城市轨道交通研究，2007(2)：61.

[2] 周芳俊.地铁列车国产化PIS 系统通信可靠性研究［J］．铁道机车车辆工人，2010(3): 20-24．

[3] 钟章队,赵红礼,吴吴,等.无线局域网[M].北京:科学出版社,2004.

[4] 王琦,徐岩.城市轨道交通旅客信息系统的设计[J].黑龙江信息科技，2008(13)：83.

[5] 刘刚,韩熠,戴未央.WLAN在旅客信息系统中的应用[J].现代城市轨道交通2006(4):8l-82.

[6] 李佳祎,黄纯昉.地铁PIS 系统车地无线技术[J].铁道工程学报， 2009(4):104-107．

[7] 阚庭明.城市轨道交通乘客信息系统技术发展趋势探讨[J].轨道交通信息系统,2009,18(1):37-39.

[8] 池睿泉.无线通讯在深圳地铁PIS系统试验的应用[J].无线通讯的应用,2008.