西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）格式规范
3 WLAN 及其在城轨交通中的应用
3.1无线局域网（WLAN）概述
信息技术已经成为当今社会的主流技术。及时、准确地得到需要的信息是很多客户的要求。无线局域网 ( Wireless Local Area Networks, 简为WLAN)是相当便利的数据民用通信传输系统 ,它利用射频(Radio Frequency ,简为 RF技术 ,取代旧式双绞铜线所构成的局域网络 ,使得 WLAN 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。
基于国际领先水平的 WLAN 方案能为乘客提供快速、无处不在的资讯信息传递、网络构建 ,维护也变得异常方便 ,而且不会影响建筑物原有的美观和布局。无线网络具有先天活性、移动性、接入和撤收方便等特点 ,可以解决传统的有线网络所带来的问题。相信随着 WLAN 的建设 ,旅客的资讯需求将会获得无所不在的支持。城市轨道交通会在网络时代的挑战下显得更加靓丽迷人。
按与有线局域网的关系 ,WLAN 分为独立式和非独立式两种。目前非独立式 WLAN 居于 WLAN的主流;在有线局域网的基础上 ,通过无线访问节点、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得以实现。其本身要依赖于有线局域网 ,是有线局域网的扩展和补充。这种方案具有成本低、速度快、稳定性好的优点。例如提供基于 IEEE 802.11G的非独立式 WLAN。
事实上 ,由于众多的笔记本厂商意识到 WLAN的发展趋势 ,在旗下越来越多的产品中嵌入支持WLAN 的 802. 11b 模块。因此目前很多商务乘客的新款笔记本就已经内置了对 IEEE 802.11b 无线网的支持。他们对流动场所提供 WLAN 产生了非常主动的需求。正是这种需求推动了 WLAN 服务的终端设备的普及化 ,进而推进了整个 WLAN 业务的发展。
具体来讲 ,构建 WLAN 的基本配置就是无线网卡及无线接入点(AP) 。通过 AP 实现无线网络内部及无线网络与有线网络之间的互通 ,从而达到无缝覆盖 ,与无线网卡连接的设备可以共享无线与有线网络的资源(见图 1) 。
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3.2 WLAN标准
WLAN 是指在局部区域内以无线媒体或介质进行通信的无线网络。目前比较通用的 WLAN 技术标准是 802.11 系列标准 ,它是 20 世纪 80 年代末期开始由 802.11 工作组制定的。随着通信技术的不断发展 ,802.11 工作组相继推出了 802.11、802.11b、802.11a802.11g、802. 11h、802. 11i 等一系列的标准。其中 ,802.11、802.11b、802.11a、802.11g 等标准的 WLAN产品比较成熟 ,应用也比较多。
a) 802.11:物理层定义了两种无线电射频传输方式:DSSS(直接序列扩频)和 FHSS(跳频扩频) ;支持的最高速率为 2 Mb/ s;与后续标准兼容较差;工作频段为 2.4 GHz。 b) 802. 11b:是 802. 11 的补充和修改 ,物理层主要采用 DSSS 调制方式中基于 CCK(补码键控) 的QPSK(正交相移键控)调制技术;支持的最高速率为11 Mb/ s;802. 11b 系统与 802. 11 DSSS 调制方式的系统以及与 的系统兼容 工作频段为802. 11g ; 2. 4GHz。
c) 802.11a: 是802.11B的后续标准，物理层采用OFDM (正交频分复用) 技术 ，支持的最高速率为54 Mb/ s，与802.11b不兼容，工作频段为5 GHz。 d) 802.11g:为了与802.11b的后续兼容以及能够达到 802.11a 的速率,主要采用 CCK和 OFDM 两种可选调制方式 ;支持的最高速率为11Mb/ s(CCK) ,54 Mb/ s(OFDM) ;能与 802. 11b 很好地兼容 ,目前虽不能与 802. 11a 兼容 ,但可以设计和实现具有双频模式(2.4 GHz 和5 GHz)的产品;工作频段为2.4 GHz。
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目前已成功应用于列车自动控制系统的无线网络技术标准有如下3 种:Alcatel 公司采用的基于802.11FHSS的技术标准;Simens 公司采用的基于 802. 11b的技术标准;Alstom 公司采用的基于 802. 11 a/ g 的技术标准。
3.3 WLAN基本结构
WLAN 主要由多个小区(cell) 构成,每个小区也称为无线BSS(基本服务集) 。每个无线 BSS 包含一个无线 AP(接入点)和若干个移动终端 ,其中移动终端通过无线网络适配器(SA)连接到 AP ,其结构如图1 所示。这类网络通常被称为自组 WLAN ,因为它不需要太多规划就能被快速建立。
上述BSS结构只能满足较小区域建立 WLAN 的需要 ,为了满足超过BSS范围限制的要求 ,WLAN 又定义了一个 ESS(扩展服务集)局域网(LAN) ,如图 2所示。一个 ESS WLAN 包括多个小区 ,图中包含BSS1、BSS2 两个小区 ,它们由 AP 和一个 DS(分布式系统)相互联通而成。DS 可以是以太网、令牌环等LAN。ESS 结构可满足任意大小、复杂度高、大范围覆盖的网络需要。在 WLAN 网中 ,一般是通过 AP以及DS将多个BSS相互联接构成 ESS。
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3.4 WLAN方式实现车地双向通信
车地双向通信是实现移动闭塞的关键。由于轨道交通的路径都是预定的、距离较长的线状路径 ,WLAN 的 ESS拓扑结构的多蜂窝漫游的工作方式比较适合轨道交通的特点 ,即沿轨旁线性布置多个无线AP 以构成与移动电话微蜂窝系统相似的一套微蜂窝 系统。微蜂窝系统允许一个用户在不同的 AP 覆盖区域内任意漫游 ,随着位置的变换 ,信号会由一个 AP 自动切换到另外一个 AP。整个漫游过程对用户是透明的 ,虽然提供连接服务的 AP发生了切换 ,但对用户的服务却不会被中断。另外 ,在轨道交通中 ,车载 ATP/ATO(列车自动运行)和轨旁 ATP/ ATO 的移动通信路径是预定的 ,随着列车的移动 ,车载 SA 能够基于有方向、速度和可预测的线性无线漫游。这种漫游方式缓和了基于多目标选择的 AP 选择程序。图 3 为基于802.11 WLAN 方式的车地通信系统结构原理图。
在 WLAN 方式的车地通信系统中 ,SA 的主要功能就是负责启动与 AP 的连接 ,SA 一次只能与 1 个AP 连接 ,以保证 SA 和网络只有1 个连接;而1 个 AP同时可以和多个 SA 建立连接。小区间的切换对车载ATP/ ATO 和轨旁 ATP/ ATO 来说是自动和透明的。一个移动的 SA 会寻访小区内一个固定的 AP 并与其连接 ,它根据上一个AP 的离开门限值(LT) 和下一个AP 的进入门限值 (J T)来决定是否离开上一个 AP 的覆盖区。当一个小区的信号强度没有降到离开门限值LT 值之下时 ,即使 SA 接收到的下一个 AP 的信号强度大于进入门限值 J T 值 ,SA 也不会与当前小区分离。当一个 SA 在某小区中时 ,它会鉴别下一个小区并发起小区切换的流程。一旦一个 SA 与一个 AP 连接 ,该 AP 就会在 WLAN 发送一个报文,用于说明该SA 已经在自己的路由表中 ,而其他 AP 可在路由表中删除该 SA。
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3.5 WLAN方式的优点
采用 WLAN 方式实现移动闭塞是目前比较先进的技术 ,具有广阔的前景。这主要是因为它有其他方式无法比拟的一些优点。其主要优点如下:
a) 装便捷:采用 WLAN 方式的车地通信系统 ,在轨旁只需安装无线 AP 设备 ,而无需全线沿钢轨布置漏缆、感应环电缆和波导管 ,省去了许多不必要的电缆或波导管的架设、固定工作 ,还省去了大量的现场维护工作。
b) 展灵活:在有线通信中 ,通信设备的安放位置受信息点位置的限制 ,线路建成后如要扩展就可能受到限制 ,而 WLAN 方式的扩展就很容易 ,只需在扩展线路的轨旁安装无线 AP 设备 ,就能扩大信号系统的覆盖区域。
c) 节约:由于 802. 11 WLAN 方式采用开放的技术标准 ,其无线 AP 和移动台设备都有现成的比较成熟的产品 ,这就减少了初期开发成本 ,同时克服了专用产品产量少而带来生产成本高的缺点;另外 ,由于是使用现成的产品 ,备品备件数量充分 ,而且价格相对便宜 ,这就减少了客户的维护和保养成本。
d) 段使用自由:2. 4 GHz 和 5 GHz 频段是WLAN产品比较通用的频段 ,而2. 4 GHz频段和5 GHz 频段在大部分国家和地区都是无需申请 ,可以自由使用的频段。因此 ,802.11 的一些产品在许多国家都可以使用 ,省去了麻烦的申请工作。 e) 准开放:随着通信和网络技术的发展 ,802.1WLAN 技术也不断地向前发展。由于 WLAN 方式采用的是开放的技术标准 ,因此 ,它能够在支持移动通信的同时又防止过时,这就克服了专用技术标准不能随时发展的缺点。
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