PIDS
乘客信息显示系统
是实现一人为本、进一步提高地铁为乘客服务质量、加快各种信息（如：乘客行车、地铁公益广告、安防反恐、运营紧急救灾、天气预报、新闻、交通信息等）传递及实现列车视频监控的的重要设施，是提高地铁运营管理及经营开发水平，扩大对乘客服务范围的有效工具。
PIDS系统的功能定位是主播运营、安防反恐信息，适当插播地铁公益广告、天气预报、新闻、交通信息，实现列车视频监控，在紧急情况下运营紧急救灾信息优先使用。
PIDS系统无线局域网技术概述
在地铁中,高速运行的列车作为一个移动的物体,如何能够实时地从地面获取最新最快的信息,成为城市轨道交通行业的乘客信息显示系统发展的必然趋势。如果按照以往的做法,用固定介质作为载体等到每天收车后再将文件复制到列车上的播放服务器,那样既需要耗费很多的时间和人力,并且信息的获取实时性也得不到保证,恰好无线局域网技术的实施将彻底改变这种情况,PIDS移动宽带传输网采用无线局域网技术802.11g标准,作为PIDS系统无线传输信息的基础平台,为信息流从线网控制中心,再到各车站、各列车提供了高速、稳定、可靠的传输服务,把列车和地面的信息流网络无缝的连接成一个整体,从而保证了车地信息传输的安全性、实时性。
PIDS移动宽带传输网系统主要由无线交换机、分线交换机、车站交换机、车辆段交换机、光端机、铺设在隧道和车辆段中的无线基站设备(AP,含定向天线)、列车中的无线接入设备(含天线)等等构成。其中除了无线交换机、无线基站设备之外,其他设备都属于分线OCC子系统、车站设备子系统、车辆段设备子系统和车载设备子系统。
线网控制中心设置本线移动宽带无线传输网的无线交换机,管理和控制本线移动宽带无线传输网的工作,以达到在全线范围内,实时、无缝的完成车、地间的图像和数据传递。
由无线交换机、无线AP和无线网桥构建无线局域网,符合WLAN 802.11g标准。无线AP是不需和无线网络交换机直连,它们之间是可以透过以太网交换机(不管是二层或三层)、路由器或其它网络设备互通。当无线AP插入到网络上启动后,无线AP是会自动和无线网络交换机建立GRE隧道的连接,之后从无线终端所发出到数据都回会经无线AP的GRE隧道传到无线网络交换机。同样当数据须发送到无线终端上时,则必先经过无线网络交换机和AP建立的GRE数据隧道,然后再经AP发送到无线终端。
系统结构如图1所示。
装在列车上的车载设备终端从分线服务器接收数据时,需要经过分线交换机、无线交换机、车站交换机(或者车辆段交换机)、光端机、无线基站、无线接入设备。其中从无线交换机到无线基站的链路属于有线链路,从无线基站到无线接入设备的链路属于无线链路。
2 PIDS无线局域网传输链路的计算
2.1 有线链路的各个路径如下:
分线服务器和分线交换机之间的链路为光纤,带宽为1000Mbps,分线交换机和分线服务器通信的交换端口固定的;无线交换机和分线交换机之间的链路为光纤,带宽为1000Mbps,分线交换机和无线交换机通信的交换端口固定的;
分线交换机和车站交换机(或者车辆段交换机)之间的链路为光纤,带宽为1000Mbps,分线交换机和车站交换机(或者车辆段交换机)通信的交换机端口是固定的,但由于车载设备会漫游到属于不同车站交换机的AP范围内,因此从车载设备的数据接收链路来说,从分线交换机到车站交换机的链路是变化的;
车站交换机(或者车辆段交换机)与AP之间的链路是光纤以及5类线(通过光端机进行光电转换),带宽为100Mbps,通信的交换机端口是固定的,但由于车载设备的漫游特性,从车载设备的数据接收链路来说,从车站交换机到AP的链路是变化的。
2.2 隧道中无线链路的场强变化情况如下:
无线信号的场强与距离的2.6次方成反比。
以AP为中心向隧道两边扩散(因为采用的是向正反两个方向辐射信号的定向天线);
在两个AP之间的重叠覆盖区域会出现场强消和涨的情况。 隧道中无线AP信号的场强变化情况如下图所示。
在2.4GHz频段上,当AP端的天线增益为15dB,网桥的天线增益为8dB,网桥和AP的发射功率均为20dBm,则当网桥和AP天线直接没有障碍且天线完全对准的情况下,接收到的功率与其距离的关系如下表所示。
接收设备输入端接收到的信号强度:
Pin=Pt+Gt+Gr-Lp-Lf
其中:Pt为发射功率(20dBm);Gt为发射天线增益(15dB);Gr为接收天线增益(8dB);Lp为传输路径损耗;Lf为总的馈线损耗和车体损耗(10db)。
隧道内长直隧道传输路径损耗可按下列模型计算:
Lp=32.45+20lg(f)+23lg(d)(dB)(1)
上式中,频率f 单位为GHz(2.45GHz),距离d 单位为米。
隧道信号强度分布
地面高架线路长直轨道传输路径损耗可按以下模型计算:
Lp=32.45+20lg(f) +20lg(d) (dB)(2)
上式中,频率f 单位为GHz(2.45GHz),距离d 单位为米。
实际上,无论隧道线路还是高架地面线路,传输路径损耗还与收发天线的高度,轨道的转弯半径,发射天线与接收天线的角度等实际情况有关,实际损耗将大于自由空间模型计算的损耗。
对于网桥或AP,当工作在802.11g 54Mbps的速率情况下,接收灵敏度为-73dBm。
基于802.11g标准的PIDS移动宽带传输网系统,可达到的净吞吐量数据如下表所示:
因此根据上述链路预算,我们选择每200米基准布置一个无线AP,并根据实际环境灵活调整AP间距,通过上面数学计算,无线信号覆盖完全能满足数据传输的需要,从而保证了视频文件传输带宽的要求。使从控制中心下发的视频流能够有效地传递到列车上并接收,同时列车上的视频监控系统文件也能够实时地上传到控制中心,使控制中心能够及时地监控到运行列车中车厢里的状态,对行车安全方面有了更全面的保障。