CHb5磁浮G车地通信技术课件

4.5 磁浮磁浮38G车地通信技术车地通信技术磁浮列车不同于一般轮轨式列车，它利用电磁感应的作用，沿导轨漂浮于空气中，与其轨道没有直接的接触，没有旋转部件，靠磁力推进，时速最高可达450-500公里。磁浮技术的发展与应用磁浮技术的发展与应用l1922年，德国人赫尔曼（Hermann）最早提出了电磁浮原理，并在1934年获得了世界上第一项与磁浮技术相关的专利。l1969年开始，德国联邦政府资助工业界开始进行磁浮铁路的开发工作。至1999年TR08型磁浮列车研制成功，德国在常导磁浮列车研究上的技术已经成熟。l日本早在1962年就开始研究常导磁浮技术。随着超导技术的迅速发展，从70年代初，日本开始转而研究超导磁浮技术，并于1997年12月在山梨县的试验线上创造出时速为550 kmh的世界最高记录。l2000年底，中国政府决定引进德国常导高速磁浮技术，在上海建设示范运营线。2002年12月31日正式开始试运行，安全运行至今。l运行控制系统与磁浮车辆、牵引、线路及道岔等设备或系统相连，完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及调度管理等任务。l运行控制系统在整个磁浮交通系统中起着对列车进行自动控制与安全防护的核心作用。l运行控制系统一般无需人工干预列车的运行，只在需要清除故障时才需运行控制人员按操作顺序进行人工干预。磁浮运行控制系统功能磁浮运行控制系统功能l运行控制系统包括三层：一是位于控制中心的中央控制系统；二是位于牵引变电站或道岔房，与牵引区段对应的分区控制系统；三是位于列车上的车载运行控制系统。磁浮运行控制系统组成磁浮运行控制系统组成l磁浮38G车地通信系统在车辆与地面之间传输操作控制、牵引控制、诊断及旅客信息等数据，同时为车辆与中心的操作人员提供语音服务。l图中OVC操作语音通信、PVC旅客语音通信、WAN广域网。磁浮磁浮38G38G车地通信技术车地通信技术 38G38G毫米波毫米波l毫米波属于高频段微波，波长范围1mm10mm，频率覆盖30G300GHz。与光波在频谱表上相距甚近，因而具有类似于光波的特性。l毫米波非常有利于射频设备的小(微)型化和获得强的方向性，抗干扰、抗截获能力很强。同时可获取较高可用带宽。l38GHz频段错开WLAN(无线局域网)频段及毫米波频段中的ISM(工业、科学、医用频断)区域，可保障频段使用的可用性和安全性。l38GHz频段避开了毫米波段上受大气衰减较严重频段(如60GHz)，且处于毫米波较低频段系统，实现比较容易。l在理想情形下，毫米波传播为视距传播方式，基本不存在反射与折射现象。l但当磁浮列车高速移动（最高500km/h）时，不同障碍物(如隧道、列车、建筑物和地面等)会使电磁波传播产生复杂折射、反射效应，从而引起多径传输效应，产生严重的短暂时变衰落。l同时，磁浮列车高速移动产生的多普勒效会使接收终端产生频率偏移和展宽，从而引起码间干扰。l针对上述问题，首先采用了具有恒包络特性、相位连续以及对多普勒频移和频率容差不敏感的相位连续FSK（CPFSK）调制。nCPFSK信号由于其相位的连续性,不仅具有实现容易、适用频带宽、抗干扰能力强、解调无需相干载波等优点,而且避免了一般FSK信号频率转换点相位不连续导致的功率谱很大的旁瓣分量,带限后会引起包络起伏的缺点。l其次，采用分集技术对抗多径衰落的影响。n分集技术是利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径传输相同信息，并在接收端对这些信号进行适当的合并，以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。n上海磁浮运营示范线使用了2种分集方法。一种是地点分集(Location diversity)，即一列车上有两处位置相差较远的天线；另一种是空间分集(Space diversity)，即每个无线电收发器上有两根位置垂直、相距约10cm的天线。这些不同位置的天线构成不同的分集技术。l磁浮38G车地通信系统包括中央无线电控制单元(CRCU)、分区无线电控制单元(DRCU)、光纤网(OFN)、地面无线电基站(RBS)和车载无线电系统五个部分。通信天线沿轨道及在列车的两端架设。磁浮磁浮38G38G车地通信系统构成车地通信系统构成 l中央无线电控制单元亦称中央无线电系统(CRS)，位于中央控制室。它是传输旅客信息(PIS)、诊断信息及语音信息的接口。l中央无线电控制单元可以收集无线电系统的诊断信息，并结合自己的信息向诊断系统报告情况。可以在中央无线电控制单元上直接查看简单的无线电系统各部件的状态。l另外，在中央无线电控制单元计算机上，可以对无线电系统进行配置，如基站工作范围、IP地址等。中央无线电控制单元中央无线电控制单元(CRCU)(CRCU)l分区无线电控制单元亦称分区无线电系统(DRS)，可以最多连接2个分区控制系统，并在一个包含1条或多条轨道的特定区段内控制无线电传输。l无线电光纤网的结构与分区控制系统的区域相对应。分区无线电控制单元与该区域内的所有无线电基站(RBS)相连，控制无线电基站连接，即仅触发列车所在的一个无线电基站建立与列车的连接。l为了保持与列车的不间断通信，并提高通信稳定性，每一辆磁浮列车同时与轨道旁的两个无线电基站保持通信。这两个无线电基站处于不同的网络里，它们接收几乎同样的信息。这样可以保证在任何一个单独基站或网络发生故障时，都不会影响车地之间的通信。分区无线电控制单元分区无线电控制单元(DRCU)(DRCU)列列车与地面基站之与地面基站之间的冗余通信的冗余通信光纤网光纤网(OFN)(OFN)l光纤网用于连接无线电基站和分区无线电控制单元。l无线电基站以梳状连接成一个环结构，即2组无线电基站内部相联并使用不同的光纤网络连接到分区无线电控制单元，以实现较高的可用性。无线电基站无线电基站(RBS)(RBS)l无线电基站架设在轨道的旁边，每隔一段距离架设一根，架设时必须做到无线电无盲区覆盖。无线电基站的间距为0.31.1km，使用频率为37.138.5 GHz，输出功率约0.05w(每个方向)。l无线电基站由天线杆、连接盒、基站收发器、基站控制器及基站天线组件等组成。l连接盒位于天线杆的底端，内有电源变压器，为各种无线电基站设备提供电源。l基站控制器置于连接盒中，它接收网络中的数据报文，如果是发生合本站，则接收，如果不是，则转发出去。另外，它还将基站收发器收到的信号经光电转换后利用光纤网发送出去。l基站收发器控制天线信号的收发功能。n当该无线电基站没有激活时，只作为光纤信号的中继器(提供光电转换)。n每个基站有四个天线，两根天线是作为两个相反方向的发送和接收用；另外两根天线(一个方向一根)是接收天线，是附加的接收通道以获得空间分集。n每对天线(一个方向)能够单独调整以沿轨道方向获得最佳的无线电波束。n使用两种工厂预制的天线类型：一种设计成用于弯道使用的宽辐射角度类型，另外一种设计成用于长直线运行的窄辐射角度类型以获得较高的增益。基站天线基站天线车载无线电系统车载无线电系统l车载无线电系统包括整流罩、组合天线、车载无线电控制单元。l整流罩是车载无线电系统的可见部分，位于车辆两端顶部。在500 kmh以上速度下工作时，具有航空动力学上的低阻、低噪声发送、坚固设计以及在毫米波频率的低插入损耗。l组合天线位于整流罩的正下方，提供4根天线(仍然是为了空间分集和反方向的接收)。移动式天线设计成中等的方位发射角，因为它们必须在轨道的曲线和直线路段都能得到最佳的工作效果。数据和控制信号通过RS-422接口连接到车载无线电控制单元。l车载无线电控制单元控制着无线电系统的移动部分，提供移动用户的各种接口。数据传输数据传输l从CRCU到DRCU的数据是通过广域网（WANl）传输的。两个系统通道A和B使用WANl的不同光缆。l要传输的数据在无线设备间通过两个系统通道A和B中同时并行发送。l无线数据传输系统沿线分到各个无线区段中（无线区段与一条或两条轨道的DOCS区段相一致）。每个无线区段由DRCU管理，DRCU利用车辆管理无线传输基站。每个分区无线控制中心有两个连接基站A1、A2，An和B1、B2、Bn的局域网A和B（LAN-A中基站的编号可不同于LAN-B的编号）。两个局域网环的基站形成沿线的梳状结构。l一个基站发送和接收来自沿线与天线排列一致的两个方向的信息。所有局域网A的基站用统一频率发射接收。为避免相互干扰，LAN环B的基站用其他频率传输。l图中MAA移动天线组件，MST移动台收发器。无线传输与越区切换无线传输与越区切换l无线电系统现使用三组频率。分区无线电控制单元只要距离足够远，就可以使用相同的无线电频率，不会导致相互干扰。l如图所示，在一个无线电区域内，信道A无线电基站以频率f1向车载电台发射，信道B则以频率f2 向车载电台发射；相反车载电台以频率f3 向信道A基站传输信息，以频率f4向信道B基站传输信息。当列车向前运行时，无线电信道An、Bn的基站将切换到无线电基站An+1、Bn+1。l运行控制系统分区设备除无线电基站数量不同外，其它完全一致，所不同的是在分区内无线电信道频率不同而已。l无线电基站的切换由无线电系统自身控制，使用的是PRW定位数据。当然该定位数据将与运行控制系统的定位数据进行比较，如果误差大于20m，系统将认为PRW信息不可用，将使用OCS定位信息。l系统设定了分区交接区域。例如，当列车从龙阳路开往浦东国际机场，运行在A轨，那么当列车到达一定位置时，系统就启动无线电分区交接，先切换A通道，一定时间(例如几百ms)后切换B通道。因此在分区切换过程中，也始终是存在无线电连接的。TDMATDMA通信机制通信机制l车地通信系统为了实现DRCU能同时与无线区段内的多个MRCU通信，采用时分多址接入方式（TDMA），循环周期为20ms，每个周期分为8个时隙，传输速率为4Mbps。l在每20ms时间间隔内，共分为8个时隙，其中有2个时隙用于“运行”列车、2个时隙用于“停止”列车、3个时隙用于“存车”列车、第8个时隙用于内部测试。lDRCU可管理13个列车，可与分区内的两辆“运行”状态列车、两辆“停止”状态列车和三辆“存车”状态列车同时通信，其他处于“存车”状态的列车通过轮询的方式通信。l通过TDMA机制，将数据、状态、话音及诊断等信息按一定的规则，复接到每个时隙，以实现DRCU能同时与无线区段内的多个MRCU通信。同时，将一些重要信息按一定的规律复接到每个时隙，以提高传输的可靠性和误码率。4.6 城轨城轨CBTC系统系统WLAN车地通信技术车地通信技术l基于通信的列控系统（简称CBTC）是集现代计算机、通信及控制技术与传统信号技术为一体的复杂系统。其系统装备分别安装在每列列车、分布在每个车站，并覆盖整条线路，实现列车运行全过程的安全防护、速度控制以及精确停车，是列控技术发展方向。自由波天线AP覆盖约300-350米特点：技术成熟造价低应用：北京亦庄线，昌平线漏泄波导管AP覆盖最大1600米特点：抗干扰能力强安装工作量大应用：北京亦庄线，昌平线漏泄电缆AP覆盖最大800米特点：抗干扰能力强安装较为简便应用：北京一号线52号站试验城轨CBTC系统基于无线局域网WLAN实现车地双向实时数据通信发展中的发展中的802.11协议协议IEEE802.11协议分布PHY802.11(1/2 Mbps)802.11b(5.5/11 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g/11n MAC802.11e QoS802.11i 安全增强安全增强802.11n(300 Mbps)802.11f 漫游和切换漫游和切换802.11h 动态调整动态调整802.11s meshISM频段频段 lISM频段即工业，科学和医用频段。一般来说世界各国均保留了一些无线频段，以用于工业、科研、医疗方面的应用。应用这些频段无需许可证，只需要遵守一定的发射功率（一般低于1W），并且不要对其它频段造成干扰即可。lISM频段在各国的规定并不统一，例如，在美国有三个频段902-928 MHz、2400-2484.5 MHz及5725-5850 MHz，而在欧洲900MHz的频段则有部份用于GSM通信。而2.4G频段为各国共同的ISM频段。ITU-R指定的指定的ISM频段段频率范率范围中心中心频率率可用性可用性6.7656.795MHz6.780MHz13.55313.567MHz13.560MHz26.95727.283MHz27.120MHz40.6640.70MHz40.68MHz433.05434.79MHz433.92MHz仅限ITURegion1902928MHz915MHz仅限ITURegion22.4002.500GHz2.450GHz5.7255.875GHz5.800GHz2424.25GHz24.125GHz6161.5GHz61.25GHz122123GHz122.5GHz244246GHz245GHz802.11b/g工作频段划分图工作频段划分图2.4122.4172.4222.4322.4422.4522.4622.4722.4842.4272.4372.4472.4572.4672345178910611121314l20M信道带宽下，只能有3组任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如1、6、11频道；2、7、13频道等等。802.11a/n工作频段的信道划分l在中国，只能使用5.7255.850GHz频段，20M信道带宽下，149、153、157、161、165这5个信道在任意相邻区域使用无频率交叉。蜂窝无线覆盖蜂窝无线覆盖l任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如2.4G频段的1、6、11频道；l适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰；l蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。独立型网络模式（independentBSS）基础结构型网络模式基础结构型BSS(infrastructureBSS)扩展服务集合ESS(ExtendedServiceSet)WLAN网络模式网络模式无需AP支持，站点间可相互通信独立型网络模式（独立型网络模式（Ad Hoc）站点间不能直接通信，必须依赖AP进行数据传输。AP提供到有线网络的连接，并为站点提供数据中继功能。以太网BSS基础结构型基础结构型BSS扩展服务集合扩展服务集合ESS属属 Infrastructured 网网(Distribution SystemDistribution System:分布式系统；分布式系统；APAP：接入点；接入点；SSIDSSID：ESSESS扩展服务集标识符。扩展服务集标识符。一个一个移动节点使用某移动节点使用某 ESS 的的 SSID 加入到加入到该扩展服务集中，一旦加入该扩展服务集中，一旦加入ESS，移动节点便可实现从该移动节点便可实现从该ESS的一个的一个BSS到到另一个另一个BSS的的漫游漫游)WLAN、LAN、Internet 连接连接Portal：门桥门桥(作用相当于网桥作用相当于网桥)DS（Distribution System）：分布式系统，可以是以太网、点对点链路或）：分布式系统，可以是以太网、点对点链路或其它无线网其它无线网802.11 MAC层工作原理层工作原理概述概述l802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。n主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。l802.11MAC报文分类：n数据帧：数据帧：用户的数据报文用户的数据报文n控制帧：控制帧：协助发送数据帧的控制报文，例如：协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS、ACK等等n管理帧：管理帧：负责负责STA（station）和）和AP之间的能力级的交互，认证、关之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作，例如：联等管理工作，例如：Beacon、Probe、Association及及Authentication等等802.11 MAC层工作原理层工作原理用户接入管理过程用户接入管理过程STAAP发现（Discovery）选择AP(采用侦听Beacon帧或发送Probe帧)认证（Authentication）关联（Association）和建立Association关系的AP收发数据1234802.11 MAC层工作原理层工作原理Scanningl802.11MAC使用Scanning功能来完成Discoveryn寻找和加入一个网络n当STA漫游时寻找一个新的APlPassiveScanningPassiveScanning通过侦听通过侦听AP定期发送的定期发送的Beacon帧来发现网络。帧来发现网络。lActiveScanningActiveScanning在每个信道上发送在每个信道上发送Probe request报文，从报文，从Probe response中获取中获取BSS的基本信息。的基本信息。漫游漫游STAAPAP移动ESSlSTA可以在属于同一个SSID的AP接入点接入；l lSTASTA可以在可以在WirelessWireless网络中任意移动；网络中任意移动；l l保证已有的业务不中断，用户的标识（保证已有的业务不中断，用户的标识（IPIP地址）不改变。地址）不改变。无线客户端的漫游无线客户端的漫游客户端的漫游更多的是取决于客户端驱动程序算法，客户端的漫游更多的是取决于客户端驱动程序算法，RSSI、SNR、上一次接入终端等因素都会带来影响，当然，最主要的因素还是从上一次接入终端等因素都会带来影响，当然，最主要的因素还是从一台一台AP到另一台到另一台AP的信号强度变化。的信号强度变化。网卡的漫游主动性网卡的漫游主动性802.11 MAC层访问机制层访问机制（CSMA/CA）l在802.11无线局域网协议中，冲突检测（CD）的使用存在一定的问题。这是因为：要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而在无线系统中是无法办到的。l鉴于这个差异，在802.11中对CSMA/CD进行了一些调整，采用了新的协议CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)，并在此基础上实现DCF(DistributedCoordinationFunction)。lCSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的地址。CSMA/CA(CSMA/CA(续续)q 如只使用如只使用 CSMA，侦听到信道听到信道“闲”可能可能结果果不正确不正确:q(a)隐终端端问题-在在发送方送方侦听不到听不到:A,C 不不能互相听到，中能互相听到，中间有障碍物、信号衰减，有障碍物、信号衰减，A、C 于是都于是都发给 B，B 处此此时会会产生冲突。生冲突。(b)信号信号强度衰减度衰减问题-C 在在发送送，由于信号由于信号传输衰减，衰减，传到到 A 处时，A 听不到，听不到，A 以以为听到信道听到信道闲，也也发，接收站接收站 B 处此此时产生冲突。生冲突。隐终端是指是指在接收者的通信范围内而在发送者通信范围外的终端在接收者的通信范围内而在发送者通信范围外的终端。LocationSignal strengthABCq暴露终端效应暴露终端效应:当节点当节点B向节点向节点A发送数据时，节点发送数据时，节点C也希也希望向节点望向节点D发送数据。发送数据。根据根据CSMA协议，节点协议，节点C侦听信道，侦听信道，它将听到节点它将听到节点B正在发送数据，于是错误地认为它此时不正在发送数据，于是错误地认为它此时不能向节点能向节点D发送数据，发送数据，但实际上它的发送不会影响节点但实际上它的发送不会影响节点A的数据接收，这就导致节点的数据接收，这就导致节点C所谓暴露终端问题的出现。所谓暴露终端问题的出现。暴露终端是指在发送者的通信范围之内而在接收者通信范围之外的终端是指在发送者的通信范围之内而在接收者通信范围之外的终端。ABCDCSMA/CA(CSMA/CA(续续)ABCD改进改进 CSMACSMAq 目的目的:为了尽可能避免冲突，要进一步为了尽可能避免冲突，要进一步 改进改进CSMAq 改进改进:CSMA CSMA/CA CSMA/CA:CSMA with Collision AvoidanceCSMA/CACSMA/CA:增加增加 RTS-CTS RTS-CTS 交互交互进一步改进进一步改进:qCSMA/CA:信道预约信道预约l发送站发送站:发出短的发出短的 RTS幀幀(request to send)预约信道预约信道l接收站接收站:应答短的应答短的 CTS幀幀(clear to send)同意预约同意预约qCTS 为发送站保留信道为发送站保留信道,起了起了通知其它通知其它(可能隐蔽的可能隐蔽的)站点的站点的效果效果q避免避免了隐蔽站点造成的冲突了隐蔽站点造成的冲突 隐终端问题的解决隐终端问题的解决1.节点节点A欲发送一数据包给节点欲发送一数据包给节点B,首先首先A发送一发送一RTS给给B;2.B发送发送CTS;3.A收到收到CTS后发送数据后发送数据;4.C监听到监听到CTS，知道有节点在发送数据，知道有节点在发送数据，A和和B数据传输时数据传输时间间C不会发数据包。不会发数据包。暴露终端问题的解决暴露终端问题的解决1、发送者发送发送者发送 RTS。2、接收者返回、接收者返回 CTS。3、邻居节点：、邻居节点：如果收到如果收到 CTS则保持安静，不能传输数据。则保持安静，不能传输数据。如果只收到如果只收到 RTS 而没收到而没收到 CTS,可以传输数据。可以传输数据。l开放系统认证开放系统认证n缺省的认证方式，不使用缺省的认证方式，不使用WEP加密，所有认证消息都加密，所有认证消息都以明文方式发送。以明文方式发送。n决定认证是否成功的依据有许多，比如访问控制列表决定认证是否成功的依据有许多，比如访问控制列表(ACL)、业务组标识、业务组标识(SSID)等。等。l共享密钥认证共享密钥认证n参与认证的双方拥有相同的密钥，使用该密钥对质询文参与认证的双方拥有相同的密钥，使用该密钥对质询文本进行本进行WEP、WPA(TKIP)、WPA2(AES)加密（请求认加密（请求认证方）和解密（认证方），以决定认证是否成功。证方）和解密（认证方），以决定认证是否成功。lWAPI（中国国家标准）（中国国家标准）安全与认证安全与认证52lWEP 是是IEEE 802.11 标准的一部分。标准的一部分。2001年年8月，月，Fluhrer et al.发表了针对发表了针对 WEP 的密码分析，利用的密码分析，利用 RC4 密码算法和密码算法和 IV 的使用方式的特性，结果在网络上偷听几个小时之后，就的使用方式的特性，结果在网络上偷听几个小时之后，就可以把可以把 RC4的钥匙破解出来。的钥匙破解出来。l2005年，美国研究人员发现了年，美国研究人员发现了3分钟内破解分钟内破解104位位WEP的技的技术术l2007年德国达姆施塔特科技大学计算机系研究员年德国达姆施塔特科技大学计算机系研究员Erik Tews 展示了利用一台普通计算机展示了利用一台普通计算机3秒内破解秒内破解WEP的技术的技术l针对针对WPA-PSK、WPA2-PSK的字典攻击技术很成熟，的字典攻击技术很成熟，aircrack-ng（解密（解密WEP和和WPA工具）声称能工具）声称能10秒内破解它秒内破解它们。们。l2008年在日本的年在日本的PacSec会议上，会议上，Erik Tews 展示了展示了15分钟分钟内对内对WPA的破解，有效撼动了的破解，有效撼动了WPA安全基础。安全基础。802.1xWLAN最后的防线最后的防线lIEEE 于于2004年公布了新一代年公布了新一代WLAN安全标准安全标准IEEE 802.11i，定义了，定义了RSN（Robust Security Network）和）和pre-RSN的概念，并且针对的概念，并且针对WEP加密机制的各种缺陷做了多方面的改进。其中加密机制的各种缺陷做了多方面的改进。其中 pre-RSN即即Wi-Fi中的中的WPA,RSN即即Wi-Fi中的中的WPA2。lIEEE 802.11i规定使用规定使用802.1x认证和密钥管理方式，在数据加密方面，定认证和密钥管理方式，在数据加密方面，定义了义了TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）、）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）和）和WRAP（Wireless Robust Authenticated Protocol）三种加密机制。其中）三种加密机制。其中CCMP机制基于机制基于AES（Advanced Encryption Standard）加密算法和）加密算法和CCM（Counter-Mode/CBC-MAC）认证方式，使得）认证方式，使得WLAN的安全程度大大提高，是实现的安全程度大大提高，是实现RSN的强制性要求。的强制性要求。l目前，公认基于目前，公认基于802.1x认证和密钥管理的认证和密钥管理的802.11i RSN（WPA2)是唯一安是唯一安全的全的WLAN接入技术。接入技术。天线天线802.11 a/802.11 a/b/gb/g加密加密802.1X802.1X认证认证漫游漫游网管网管FAT AP将将WLAN的物理层，用户数据加密、的物理层，用户数据加密、认证、漫游、网络管理等功能集于一身。认证、漫游、网络管理等功能集于一身。WLAN设备设备FAT AP家庭或soho网络组网模式：ADSL MODEM企业网络组网模式：Internet企业有线网络企业有线网络FAT AP应用应用无线网桥是能够利用无线技术进行网络互连的AP点到点方式点到点方式点到多点方式点到多点方式FAT AP应用无线网桥应用无线网桥利用FATAP组建大、中型无线网络时，配置工作量大。对网络中的FATAP进行软件升级时，需要手工逐台进行升级，维护工作量大。FATAP上保存着设备配置信息，当设备失窃时造成配置信息泄漏。FATAP难于实现自动无线盲区修补、流氓AP检测等功能。FAT AP适用于小型无线网络部署，不适用于大规模网络部署。适用于小型无线网络部署，不适用于大规模网络部署。FAT AP组网的局限性组网的局限性Fat APThin AP集中化管理、简化配置、易于部署、提高安全性无线交换机无线交换机802.11a/b/g天线安全移动状态防火墙无线IDP加密认证策略控制WLAN设备无线交换机和设备无线交换机和Thin AP二层网络二层网络三层网络三层网络直接连接直接连接二层互连二层互连三层互连三层互连无线交换机与无线交换机与Thin AP的典型连接方式的典型连接方式AAAAAA认证、计费平认证、计费平台台PortaPortal l城域网城域网BASACFit AP典型典型应用方案用方案无线控制器无线控制器B汇聚交换机汇聚交换机PPPoE或Portal认证城域网核心路由器城域网核心路由器城域网城域网BAS无线控制器无线控制器AADSL猫猫DSLAM汇聚交换机汇聚交换机汇聚交换机汇聚交换机ADSL猫猫DSLAM汇聚交换机汇聚交换机骨干城域网两台控制器可互为备份城域网核心路由器城域网核心路由器PPPoE或Portal认证城轨CBTC系统应用举例l考虑AP的信号覆盖范围时需要考虑许多因素：传播环境 发射功率 发射天线增益 信噪比 列车速度 AP重叠覆盖区域 切换中断时间 接收天线增益 接收机灵敏度 信号传播特性 无线信号覆盖l传播环境n城市轨道交通为沿轨道的线状覆盖n由于是线状覆盖，故轨旁和车载均采用方向性天线。n小区的覆盖范围为200-230m，亦庄线列车长度为118米。通常情况下在一个小区覆盖范围内只有一列列车，不需要考虑列车争用信道的问题轨旁、车载方向性天线波瓣宽度：方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角.3dB 波瓣宽度波瓣宽度-3dB点点-3dB点点10dB 波瓣宽度波瓣宽度-10dB点点-10dB点点峰值方向峰值方向（最大辐射方向）（最大辐射方向）峰值方向峰值方向（最大辐射方向）（最大辐射方向）发射功率l发射功率受相关规定的限制，同时考虑到同道干扰等问题也不是越大越好l接收机灵敏度：是指为达到一定的QoS指标(例如：误包率10%或等效误码率10-5)，接收信号功率应达到的最低门限。下图为802.11g的接收机灵敏度。接收机灵敏度跟传输速率和调制方式有关。l设计AP的覆盖范围时，需保证在小区覆盖边缘，接收信号的强度高于接收机灵敏度，且保留足够的裕量。l信噪比：信号强度不能反映信号的质量，信噪比最终影响了传输的性能。在信号强度大于接收机灵敏度的前提下，提高信噪比才是改善传输性能的关键。l根据仙农的信道容量理论，信噪比越高则同等带宽的信道容量越大，可支持的传输速率则越高。lIEEE 802.11b for BER better lthan 10-5 then min S/NlIEEE 802.11a for BER better lthan 10-5 then min S/N列车速度增加将产生以下影响：l信号的多普勒频移加大l信道估计误差加大l深衰落出现的频率和l幅度加大l列车越区切换的持续l时间缩短l列车速度增加导致小l区驻留时间缩短p列车速度增加将导致接收性能下降，传输时延和丢包率的上升AP重叠覆盖区域lAP重叠覆盖区域过小，将导致未切换至目标小区列车已驶离原小区，列车与地面通信中断，需重新扫描目标小区，建立连接lAP重叠覆盖区域过大，将AP有效覆盖范围减小，缩短了AP的架设间隔，提高造价。同时，由于列车切换时，原小区的信号强度很高，容易发生乒乓切换，严重影响传输性能。pAP重叠覆盖区域应考虑列车速度、切换时间、信号强度、切换机制等诸多因素！l障碍物反射信号，使接收端收到多个不同延迟的信号拷贝。障碍物反射信号，使接收端收到多个不同延迟的信号拷贝。l如果收到的多个信号相位破坏性叠加，则相对噪声来说信号强度下降（信如果收到的多个信号相位破坏性叠加，则相对噪声来说信号强度下降（信噪比减小），导致接收端检测困难。噪比减小），导致接收端检测困难。直接信号直接信号反射信号反射信号反射信号反射信号信号传播多径传播信号传播多径传播l电磁波的穿透性与频率有关，频电磁波的穿透性与频率有关，频率越低穿透性越强率越低穿透性越强l频率越高，衰减越严重，发射机频率越高，衰减越严重，发射机需要更大的功率，传输范围更短需要更大的功率，传输范围更短原始信号原始信号被衰减的信号被衰减的信号不同材质对无线电波的影响不同材质对无线电波的影响信号传播衰耗信号传播衰耗CBTC系统的数据通信子系统系统的数据通信子系统CBTC车地通信网络结构车地通信网络结构双网、双覆盖，车头车尾各安装一个STA分别与红、蓝网关联，当一个STA切换时，另一个STA保持关联，消除切换的影响。作业题作业题1.GSM-R的主要技术有何特点？2.基于GSM-R的列控系统结构有何特点？3.应用于列控系统的GSM-R承载业务有何特点？4.GSM-R组网共有几种方案？各有何特点？5.Euroradio通信功能模块通信服务有何特点？6.CTCS-3级中的GSM-R网络结构有何特点？7.ITCS系统中的GSM-R网络结构有何特点？8.机车综合通信设备（CIR）基于GSM-R传输无线车次号、调度命令各有何特点？9.磁浮运行控制系统有何功能？其结构组成有何特点？10.磁浮38G车地通信有何特点？11.磁浮38G车地通信系统构成有何特点？作业题作业题12.城轨CBTC系统WLAN使用哪些通信介质？其工作频段使用上有何特点？13.城轨CBTC系统WLAN MAC层工作有何特点？14.WLAN使用的CSMA/CA原理。15.WLAN网络安全有何特点？16.城轨CBTC系统使用WLAN时需要主要考虑哪些因素？17.CBTC车地通信网络结构有何特点？