动车组无线局域网技术研究

动车组无线局域网技术研究

梅家鑫

武汉高速铁路职业技能训练段湖北武汉430000

摘要：本文着重于动车组无线局域网技术的研究，在动车组内设计和建设无线局域网系统，使得车厢内覆盖WLAN无线局域网，增加乘客的乘车体验，有利于动车组综合服务质量的提升。

关键词：动车组；无线局域网；技术

1无线局域网技术的概述

无线局域网，是指应用无线传输媒体的计算机局域网，在当前传输媒体应用中，无线局域网有微波、红外线等不同形式。其中，与可见光比，红外线频率相对较低，且对障碍物穿透能力较弱，相应传输距较短，因此应用较少。无线局域网中，传输媒体使用微波，有不同调制方式，包括窄带调制、扩展频谱等。其中，和窄带调制相比，扩频通信的频带带宽较低，但是，其安全性能相对较高，且抗干扰性能较强。可以通过不同渠道实现扩频通信，如跳时、直接序列、跳频等。直扩的方式为主动占有，多次扩展字频段信号，不会损耗。

跳频方式为被动适应，利用多个频点，连续间断跳跃，对频点噪声干扰加以判断，如果没有干扰，正常对信号传输，如果有干扰，向下一个频点跳跃。扩频无线局域网，通常使用ISM频段，适用于短距离无线通信，保证无线设备符合规定的带外敷设、发射功率等，即可应用。和传统网络通信技术相比，无线通信技术发展和应用的时间并不很长，因此从严格意义上来说，仍不具有完全统一的标准。目前，欧洲ETSI的HIPERLAN、美国的IEEE802.11等标准比较常见。当前对后者具有更为广泛的应用，但同时也存在一定的问题，由于采用了微波炉、蓝牙设备等共用的2.4GHz频段，因此未来发展空间仍有待研究。

2无线局域网远程控制原理

工业领域中，通常利用无线局域网技术，实现工程机械的远程控制，提供信号检测和指令传输。在无线局域网远程控制系统当中，主要分为现场控制系统、主控计算机系统等。由操作台、无线收发机、控制面板、主控制器、主控计算机、监视计算机等，共同构成了主控计算机系统。操作人员使用主控计算机，通过人机交互控制面板，将控制信号发送给现场控制系统，并借助监控计算机，对控制对象状态随时了解。

主控制器向现场控制器发送指令，判断后由执行机构作用，并且检测执行状况，汇报给主控制器。就地控制系统中，能够拥有部分自主性，让系统实时性、灵活性等都更加良好。可以使用三元组模型描述无线局域网远程控制系统，其中整个控制系统的所有构成元素，即所有控制节点组合，是由现场控制点、主控计算机系统等构成的集合；控制系统中不同构成元素的关系，各个控制节点之间的通信关系等；各个控制节点的自身属性。在对问题进行描述的过程中，三元组模型是一个比较有效的方法，利用这一模型描述无线局域网远程控制系统，能够在系统分析中应用商空间理论、三元组理论等。

3动车组无线局域网系统设计

为动车组无线局域网系统结构框架，整个系统包括运营管理中心、地面网络、车载局域网等部分，各部分承担着相应的运行任务。其中，运营管理中心主要负责系统运行、维护和管理工作，包括铁路沿线公网、卫星通信、宽带专网以及客站与车库Wi-Fi网络等组件；车载局域网主要负责车内用户终端与车内内容服务系统的连接，包括单车服务器、中心服务器、无线网桥以及接入AP等组件，并在实际应用中具备以下功能：

3.1网络接入功能

该系统可以利用运营商3G/4G网络、卫星网络或专用宽带网络接入公众互联网，以安全管理需要为基准，建立列车局域网与互联网之间的VPN通道，以实现互联网的实时接入。

3.2网络服务与互通功能

一方面，车载无线局域网应提供车内通信网络，局域网内用户终端可共享车载无线局域网系统的内容服务；另一方面，该系统与客站或是车库无线局域网互通，提供无线局域网互通接口，使得乘客利用客站、车库内无线局域网与运营管理中心进行信息交互。

3.3认证鉴权功能

在实际应用中，该系统可以对用户身份进行认证，在用户接入车载局域网时提供PORTAL服务，可导航到指定的页面，并提供用户接入互联网的鉴权功能，对用户的身份、权限及访问内容进行认证。

3.4安全防护功能

在实际应用中，该系统遵循互联网安全防卫要求进行操作执行，并在互联网通道安装防火墙，防止病毒入侵、黑客攻击等恶意破坏行为，对用户行为进行记录与追溯，用户信息、用户行为和故障报警等重要数据应保存60天以上，阻断和监测非授权AP，并同时具备互联网出口端口防护功能和黑白名单设置功能，安全防护等级高。

1.5维护管理功能

该系统具备管理、维护旅客列车局域网设备的功能，对车载中心服务器、单车服务器、AP、网桥等设备状态、设备配属位置进行监控和管理，对设备参数进行远程设置；具备对车载中心服务器、单车服务器进行本地及远程内容更新、内容管控的功能；具备检测外部设备授权状态的功能，能够拒绝未授权设备的接入，防止恶意攻击、信息篡改，信息被篡改后可自动修复；具备车载局域网位置管理功能，能够利用北斗/GPS进行定位。

4动车组无线局域网组网技术分析

4.1车载局域网组网技术

在车载局域网组网中，单个车厢内选择无线AP无线覆盖方式，车内Wi-Fi信号应连续覆盖，单个车厢内，座车AP数量应不多于4个，卧车AP数量应不多于10个，AP与单车服务器之间采用有线连接。针对有线组网而言，通过同轴电缆、以太网线以及光纤等传输介质进行有线组网，尽量选择光纤或是以太网进行有线组网，以保证传输效率。

针对无线组网而言，其结构设计以无线网桥为核心，在最长20辆编组条件下，中心服务器至车头或车尾最远端单车服务器的无线链路最小可用带宽不小于50Mb/s。

4.2无线网接入技术

在动车组无线局域网设计中，以运营商网络为主要的无线网接入方式，互联网接入设备必须拥有4G网络能力，每列车中心服务器上应统一配置一套互联网接入设备，支持每个运营商不少于3张SIM卡的配置能力，具备多信道带宽汇聚并在车载局域网内进行自适应分配的功能；车载互联网接入设备的天馈系统应不多于2套，车顶天线应满足所装配车型最高运行速度条件下天线风荷载的相关要求；系统应配置互联网接入网关，保证互联网接入的可靠性和可管理性。

5车载设备的技术标准及选择

5.1车载中心服务器

在车载中心服务器设计与选择中，必须支持第三方应用，提供Wi-FiSTA，支持IEEE802.11a/b/g/n/ac，支持断点续传及缓存功能；支持断电自保护、防反接、防短路、防过压、防欠压等功能，并具备上电自启动功能。

5.2单车服务器

在单车服务器设计与选择中，必须支持内置应用服务器和本地存储功能，内置的应用服务器支持至少120路本地视频流服务，支持加载第三方应用程序，提供车载局域网组网接口，各接口应支持QoS及VLAN，最大额定功率应不超过100W，不应在设备之外额外增加其它散热装置。

5.3AP系统

在型号选择中，按照《无线电发射设备型号核准证》中的相关要求，系统要工作在2.4GHz或5.8GHz频段，空中接口物理层协议应符合GB15629.11系列标准和ISO/IEC/IEEE8802-11标准。设备应能够在802.11b/g/n和802.11a/n模式下支持20M/40M频宽自适应模式，在802.11ac模式下支持40M/80M频宽自适应模式。

结论

无线局域网远程控制，其最大的优势就是通过无线局域网，实现远程控制的要求，目前在社会诸多行业领域中被广泛运用。在应用中，对无线局域网加以利用，满足各种指令信息数据传送要求，通过计算机系统，远程控制现场执行系统，完成各项作业操作，为提高生产工作效率、提升效益提供了有效支撑。应用中要注意无线局域网和现场执行系统的可靠安全，保证应用良好。

参考文献：

[1]宫兴琦，姜会增，周用贵.旅客列车无线局域网带宽分配系统的研究与实现[J].铁路计算机应用，2018，27（02）：47-51.

[2]张杰.基于通信的列车控制无线网络构架与安全性研究[J].中国高新技术企业，2015（30）：100-101.