无线局域网在CBTC系统中可用性及测试方案研究

合集下载

无线CBTC系统车地通信方案研究

2. 2 漏泄同轴电缆
泄漏同轴电缆LCX( Leaky Coaxial Cable) 是在同轴电缆外导体上开有一定形状和间距的糟, 使电磁场的能量集中在同轴电缆的内外导线之间, 部分能量可以从同轴电缆中的槽孔泄漏到空间中, 并和附近的移动电台天线耦合构成无线通道, 同轴电缆外导体上开的槽可以有许多形状, 各种形状在传输损耗和耦合损耗方面各不相同
3) 裂缝波导管
裂缝波导管的安装要求较高, 安装位置受到现场制约, 其与列车车载天线的安装位置要求对应, 故其安装精度要求也比较高. 裂缝波导管可以根据现场条件安装在隧道底部钢轨旁( 适用于地下、地面、高架或混合线路均可) , 或隧道侧墙( 仅适用于全地下线路) , 或隧道顶部( 仅适用于全地下线路, 且三轨供电) . 另外, 对于波导管内部和表面的维护量较大, 要防止沙尘侵入和污物覆盖等.
目前能够采用无线电台进行车地双向通信的系统供货商有加拿大A LCAT EL 公司、法国ASLTOM 公司、德国SIEMENS 公司和美国USSI 公司和BOMBARDIER 公司. 上海地铁8 号线、北京地铁10 号线、广州地铁4、5 号线等项目均采用此方式.
2) 漏泄同轴电缆泄漏同轴电缆上的开槽有着严格的尺寸要求,而且它的收发、中继设备比较复杂, 用它来组成通信信道, 初期投入很高, 这是它的不足之处.
3 无线车地通信方案
1) 无线电台根据IEEE802. 11 无线局域网的标准, 目前广泛采用的是基于2. 4 GHz 的ISM 频带, 无线电台方式传输的最大距离约为400 m, 由于所应用的城市轨道交通线路多穿行于城市区域, 其弯道和坡道较多, 增加了无线场强覆盖的难度, 为了保证场强覆盖的完整性, 保证通信的质量和可靠性, 一般在地下线路200 m 左右设置一套, 在地面和高架线路300 m 左右设置一套

基于 WLAN 的 CBTC 系统中安全通信协议设计与验证

基于 WLAN 的 CBTC 系统中安全通信协议设计与验证陈永刚;罗雅允;贺欢欢【摘要】In recent years,communication based train control (CBTC)system based on WLAN has been used more and more widely in city rail transit.CBTC system belongs to the safety critical system while the wireless communication subsystem using WLAN technology is an open trans-mission system,and it is easy interfered by various uncertain factors when the information is transmitted.To ensure the safe and reliable transmission of security related data,a type of CBTC communication protocol with safe-protection is designed.The model of CBTC security communi-cation protocol is described by the formal modeling language colored Petri net (CPN).The result verified by state space analysis method shows that the designed protocol is correct and it can meet the application requirements of CBTC system.%近年来，基于 WLAN 的 CBTC（communication based train control，基于通信的列车运行控制）系统在城市轨道交通中的应用日益广泛．CBTC 系统属于安全苛求系统，而基于 WLAN 技术的无线通信子系统属于开放传输系统，信息在传输过程中容易受各种未知因素的干扰．为了确保相关数据的安全可靠传输，完成了一种具有安全防护功能的 CBTC 通信协议的设计．运用形式化建模语言 CPN（colored Petri net，有色 Petri 网）对所设计的协议进行了建模描述．状态空间分析法验证结果表明所设计的协议正确，能够满足 CBTC 系统的应用需求．【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】7页(P6-12)【关键词】列车运行控制系统;安全通信协议;无线局域网;有色 Petri 网;状态空间分析【作者】陈永刚;罗雅允;贺欢欢【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】U285.8基于WLAN的CBTC系统是城市轨道交通当前的研究热点[1-2]，其通信子系统使用WLAN(wireless local area network,无线局域网)技术，信息通过无线电波在空气中传播，很容易受各种未知因素的干扰和入侵者的攻击[3]，而WLAN本身定义的安全机制和认证服务存在缺陷，无法确保数据的安全[4].与此相反，CBTC系统对安全性的要求却很高，因为其数据通信子系统中传输的是直接关系到列车安全运行的安全相关数据.因此，迫切需要寻找一种有效的安全防护措施，对列车运行控制信息进行保护.鉴于安全的数据通信在CBTC系统中的重要作用，欧洲电工标准化委员会制定了标准EN 50159.依据该标准，国外一些组织与知名公司已经各自设计了安全通信协议来保障相关数据的可靠传输[5].如ETCS(european train control system,欧洲列车运行控制系统)中的EURORADIO接口规范[6]、ALSTOM公司开发的FSFB/2安全通信协议、德国PROFIBUS用户组织制定的PROFIsafe安全通信协议、CSEE Transport公司针对封闭传输系统设计的CSEE Transport安全通信协议等.我国在CBTC方面的研究起步比较晚，对安全通信设计协议方面的研究要么引进国外的安全通信协议并加以改进[7].要么依据标准EN 50159进行安全通信协议的自主开发[8].但在这两个方面的研究都还不够完善，主要体现在以下两点：一是协议设计过程中，只实现了部分防护功能，并没有说明协议的其他组成元素及协议设计的最终结果；二是协议验证过程中，对验证方法的选取没有一定的原则，协议验证者只采用自己感兴趣的方法对其进行验证，不利于后期协议描述、验证、实现与测试等各个阶段的相互衔接与一体化实现.本文旨在设计符合我国城市轨道交通CBTC系统应用需求的更加完善的安全通信协议，并从网络协议工程的角度考虑，选用最优的协议验证方法进行协议验证，确保协议设计的正确性，为安全相关数据的安全可靠传输提供保障.CBTC安全通信协议是在原有的TCP/IP四层体系结构的基础上增加的安全层中实现的[9]，具体层次结构如图1所示.应用进程下面的安全层就是CBTC安全通信协议所在层，其设置应满足以下两个应用需求：1) 对应用层透明.即协议层只起为应用层提供接口的功能，应用层可以不知道链路的存在与否；同时，应用层也不具备对链路状态的维护作用，它只会在需要的时候发送数据，用这些数据去触发协议连接的建立[10].2) 具备安全传输和安全访问保护功能.虽然CBTC系统车-地之间所采用的WLAN 传输系统本身已经定义有确保信息安全的机制，但由于这些机制中存在着一定的安全漏洞，因此该传输系统是不可信任的传输系统，必须采取一定的安全防护措施来确保数据的正确传输.协议设计是协议开发的第1步，它产生协议文本初稿[11].协议设计质量的好坏直接关系到所开发出来的协议性能、功能是否满足用户需求.一个好的协议设计应遵循简单性、模块化、有界性、自稳定性、自适应性、健壮性和一致性等设计原则. 在充分分析CBTC系统应用需求、协议设计原则，并深入理解标准EN 50159对安全措施提出的要求的基础上，进一步结合协议工程理论的相关知识，设计了CBTC安全通信协议.该协议能够防护接收端所有可能出现的报文错误，达到确保信息安全传输的目的.并且在协议的设计中还引入了一种新的加密算法Rijndael，它比欧洲EuroRadio接口规范中的3-DES算法安全性好，加密速度快.协议设计的内容主要从以下两个方面展开.2.1 协议功能本协议的设计主要是针对接收端可能出现的报文重复、丢失、乱序、延时、插入、伪装、损坏等错误进行有效的防护.防护措施主要包括：序列号、时间戳、超时、源和目的标识、反馈、认证、安全编码以及加密技术[12].这些防护措施中的每一项，可分别针对传输过程中报文错误中的一种或几种进行防护，其对应关系如表1所示.其中，“▽”表示该防护措施可提供对相应威胁的保护.1) 序列号与时间戳：设计中将序列号与时间戳结合起来用双序列号代替.该双序列号机制中是用系统的运行周期作为序列号的，在发送的信息中均加入发送序列号和接收序列号，并且系统每运行一周期就将序列号加1.2) 超时：数据交换过程中，接收端在接收到信息后，要先检查所接收的两个消息之间的时间间隔值，如果这个值超过规定的最大值，则认为发生了超时[13].则应采取重新发送数据等措施，达到故障导向安全的目的.3) 源和目的标识：应用层发送的数据中包含有源和目标设备的设备标识，安全层在接收到数据后，会通过设备标识和设备地址之间的对应关系，将设备标识转化为地址信息附加在原信息上.4) 反馈技术：使用反馈技术有助于设备间的动态校验[14].设计中，反馈也可以通过双序列号来实现，因为本方的接收序列号就代表它成功接收的对方上一帧发送的信息的序列号.5) 认证过程：CBTC安全通信协议中的认证过程分为对等实体认证和信息起源认证两种.对等实体认证发生在请求建立连接的过程中，保证待建立连接的双方身份的正确性；信息起源认证则发生在数据的传输过程中，用来保证所传输信息的完整性.这两种认证方法中均使用EuroRadio接口规范中成熟应用的CBC-MAC认证算法.6) 安全编码：使用安全码的目的是检测信息中的错误.协议设计中釆用32位的CRC循环冗余校验编码技术，其生成多项式形式如下：G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+1.在对数据报文进行校验时，协议会在通信双方所传递的报文信息的尾部添加上循环冗余校验信息，接收端收到初始化报文后，会提取出该校验信息，并将其保存到连接控制块中.7) 加密技术：加密技术采用密钥和算法，可以有效地防止开放式传输系统内的恶意攻击[15].本设计中，选用Rijndael加密算法，它比Euroradio中使用的3-DES 快，且至少和3-DES一样安全[16].它是分组密码的一种，采用代换置换网络的结构，将明文分组与密钥结合后，经过轮变换，进行混乱与扩散变为密文.如图2所示为设计的Rijndael算法程序流程图，其分组长度为128 bit，密钥长度为256 bit，加密轮数为14轮.根据如上算法流程，用VC++将Rijndael加密算法与Socket通信相结合，编程模拟了数据的加解密通信过程.最终的运行测试结果表明：Rijndael加密算法设计正确，安全性好，易于实现，可运用到CBTC安全通信协议中确保数据的安全传输[17].综上，由于认证过程和安全编码所选用的方法技术成熟，并且已经有了符合安全标准的依据[18]，加密技术的应用也已被验证.因此，协议设计完成之后无需再验证这些功能的正确性.另外，鉴于如上协议防护功能的复杂性，设计中又将安全层详细划分为如图3所示的3个子层，每一层中分别实现一部分功能，使协议结构更清晰化.发起方应用层发送的数据，先经安全时间层加上双序列号信息后，送至安全连接层；安全连接层又为该信息加上目标地址等确保数据正确送达的信息后交由冗余管理层；该层则将上层封装好的安全数据进行加密处理，然后在双冗余总线上发送出去.接收方收到该数据后，经过相反的处理过程，逐层去掉安全防护信息后，将纯应用数据交给本方应用层处理.2.2 协议元素协议元素主要包括服务原语及其时序、PDU(protocol data unit,协议数据单元)及其交换时序、协议状态、协议事件、协议变量、协议操作和谓词，这些协议元素基本上涵盖了协议的外部特征及内部运行机制，是实现协议功能必不可少的组成部分.1) 服务原语及其时序：协议提供的服务是协议外部行为的体现.在协议的层次结构中，本层既要向上一层提供服务，也要接收下一层为它提供的服务.协议的服务原语和原语参数则详细准确地描述了协议和它的服务用户之间的接口.本协议中使用的服务原语主要有服务请求原语(Request)、服务指示原语(Indication)、服务响应原语(Response)以及服务证实原语(Confirm)4种.2) PDU及其交换时序：对等实体之间为实现该层协议所交换的信息单元称为协议数据单元.它从语法和语义上详细定义了协议实体之间交换的信息格式.3) 协议状态：主要有初始状态、连接待建状态、正常通信状态以及异常状态等.协议在满足一定条件后，会在这几种状态之间相互转换完成不同的操作.4) 协议事件：主要有收到一个PDU、收到一条服务原语、内部事件触发(如计时器超时)这3类输入事件和发出一个PDU、发出一条服务原语这两类输出事件.5) 协议变量：包括存贮协议运行的历史数据、运行参数的变量，以及协议机制本身所设置的变量.本协议中用到的变量主要有：本方发送序列号LS、本方接收序列号LR、对方发送序列号DS、对方接收序列号DR、目标设备DI、源设备LI、消息Msg1~Msg16、报文类型变量Type、链路状态变量s、系统超时周期T、重发时间间隔tout等.6) 协议操作和谓词：协议操作主要包括产生输出事件、清除和设置计时器、修改协议变量、改变协议状态等.这些操作只有在一定条件下才能够被执行，描述这些约束条件的语句就称为谓词.如上设计的CBTC安全通信协议满足CBTC系统应用需求，能够起到保证CBTC 系统中安全相关数据安全可靠传输的作用.由于上述用自然语言描述的协议文本，不严格、没有描述标准、具有二义性，且很难进行协议的测试与验证，并且不同的人对协议描述的理解也不相同，会导致不同的协议实现之间不能互连，甚至还会出现得出错误的协议等问题.因此，从网络协议工程的角度考虑，为实现协议开发过程的一体化，使协议的描述、验证、实现和测试等技术前后衔接，在同一个开发系统中完成，应该对设计的安全通信协议运用有严格语法和语义定义的形式描述语言CPN进行建模描述，为验证协议的正确性做准备.3.1 CBTC安全通信协议上层模型CBTC系统中，由于链路不区分具体设备，只划分为发起方和跟随方两种角色，并且各设备中通信协议的处理过程是一样的，因此，在具体分析CBTC安全通信协议时，为避免模型的复杂性，可只针对一个ZC(zone controller,区域控制器)和一个VC(vehicle controller,车载控制器)的单链路模型进行研究，并规定VC为发起方，ZC为跟随方.在运用CPN进行建模的过程中，采用自上而下，由简及繁的思想，先建立CBTC安全通信协议上层模型，如图4所示.各个协议模型中用到的颜色集如表2所示.表2中，VC和ZC是两个置换变迁，库所VCSendBuf为列车发送缓冲区，代表了车载发送的信息，它以变量(LS,LR,DI,LI,Type)的形式通过上行链路，即变迁UpLink，传输至库所ZCRcvBuf，即ZC接收缓冲区，再由变迁ZC进行处理，实现上行链路的信息传递.与此类似，下行链路所传递的信息(DS,DR,LI,DI,Type)由ZC发送经ZC发送缓冲区，再经下行链路DownLink传输至列车接收缓冲区中，再由变迁VC进行处理.协议模型中的信道是用变迁来表示的，如下行链路的信道就用DownLink表示，并且可以通过给该变迁加上时延t的方法来模拟信息在信道中的不同传输时延.如图4中，t的值为4代表传输时延为4个时间单位；库所M1和M2用来模拟通信信道的通过率.假定m=98，表示只有当1<n≤98时，信息才能被传递过去，当98<n≤100时，信息丢失，即模拟了CBTC系统中信道通过率为98%的情形.有了协议上层模型，就有了系统运行的外部环境，接下来，就对VC协议子模型和ZC协议子模型进行详细描述.3.2 VC子模型在上层模型的基础上建立的发起方VC的CPN子模型如图5所示.库所AppSendBuf代表上层应用与协议层的发送数据接口；变迁AppSend表示将消息发送出去的动作；对于周期性循环产生信息的模拟是通过在弧上定义延时而实现的，如在信息后面加上@+40，表示时延40个时间单位；库所LnkStatus表示链路当前的状态，它是整个系统的重要影响因素，因为相关的变迁能否发生都取决于当前链路的状态，并且这些变迁发生后还可能会改变链路当前的状态.信息的传输处理过程分两种情况描述如下：1) 刚开始通信时，通信双方还未建立连接，链路状态为空闲态，即s=IDL.当应用层发送第一帧数据时，该数据会被保存在数据发送缓冲区SendBuffer中，而发送请求建立连接信息至列车发送缓冲区VCSendBuf，并将链路状态改为等待确认状态，即s=WCA.接着列车便处于等待接收数据状态，此时需要用到列车接收缓冲区，即库所VCRcvBuf.如果变迁AckRcv发生，则表示收到了连接确认信息，链路状态又会被改为数据态.这就使得变迁BufferSend处于激发状态，而将原先保存的第1帧数据发送到列车发送缓冲区中.2) 数据正常通信时，车载系统从VCRcvBuf收到的是应用数据，此时则会触发AppRcv，即应用数据接收变迁，将收到的数据传送给应用接收缓冲区AppRcvBuf，再交给应用处理.随着车载应用周期性的发送数据，整个过程如此循环进行.需要注意的是，本模型中，为模拟应用周期性发送数据的特性，上层应用发送的信息的颜色集定义为colset AppMsg=product NID*NID* TYPE timed，包含源地址信息、目标地址信息及数据信息，并且带有时间特性.当触发发送信息变迁ProtocolSend发送信息时，会取出保存在LS和LR中的发送序列号和接收序列号，将其加入到信息中，组成带有双序列号的信息帧.接收数据时，用到一个检查序列号合法性的库所SNAllow，收到数据后，先要判断序列号的合法性，若合法，才可应用该数据.序列号合法性的判断主要靠如下函数来实现：fun SN(ls,lr,ds,dr,N)=(ls≥dr)and also(lr≤ds)and also ((ls-dr)≤N)and also((ds-lr)≤N).其中：ls代表本地的发送序列号；dr代表当前信息的接收序列号；lr代表本地的接收序列号；ds代表当前信息的发送序列号；N为给定的最大差值.即如果满足如下两个条件，则认为序列号合法.1) ls≥dr，且ls-dr≤N.2) lr≤ds，且ds-lr≤N.另外，库所IsRcv用来判断应用层本周期是否收到数据.若收到数据，则会触发系统应用接收动作变迁AppRcv，将IsRcv中的值取出并修改为0，表示系统本周期收到一帧数据；如果IsRcv中的值不为0，则变迁TimeCount中的值tout会一直累计，当超过规定的超时时间时，认为连接异常，会将LnkStatus中的值修改为s=HAL，即异常态，且会触发变迁ProtocolSend，发送请求建立连接信息MsgR，尝试建立新会话.3.3 ZC子模型通信协议的跟随方ZC的CPN子模型如图6所示.其中的一些库所、变迁代表的含义以及数据发送处理过程与VC子模型中的均相同.不同点主要体现在以下两个方面：1) ZC是跟随方，该模型只有在收到VC发送的数据后才会被触发.2) ZC的应用层工作周期是VC的两倍，即数据发送间隔为80个时间单位.另外，由于ZC是由VC触发的，因此只要VC周期性地发送数据，ZC也会周期循环地发送信息.至此，完成协议的描述过程，接着为确保协议逻辑的正确性，还需对该协议模型进行验证，便于尽早检测及纠正协议中存在的错误和缺陷.3.4 CBTC安全通信协议的验证在对协议进行验证时，选用CPN Tools自带的状态空间分析工具对如上建立的协议模型进行了状态空间分析，得到了状态空间分析报告单，但由于软件自动生成的状态报告篇幅很长，因此对其主要特性整理后的结果显示如下.静态属性(Statistics)如表3所示.可以看出，模型节点数目为74 186个，弧的数目为74 381条，耗时300 s.可知，该协议系统的状态空间很大，节点数目很多，仿真运行时间也比较长，是一个复杂的系统.因此，当需要扩展研究系统性能等特性时，应该将模型简化，只针对某一待研究特性作具体的分析.家属性(Home)和公平属性(Fairness)的分析结果如表4所示.Home Properties表示库所无论在何种情况下均能够从别的库所的状态到达，即该协议模型具有家属性；Fairness Properties的结果表明协议没有出现无限次发生的序列，不会因为对某一个状态的共享而导致某些变迁之间存在争夺token进而引发不公平现象的产生，即该协议模型又具有公平属性.有界属性(Boundedness)分析结果如表5所示.表中列举了部分库所状态的上下边界，可以看出协议状态有界.活属性(Liveness Properties)分析结果如表6所示.可以看出，协议中不存在死锁与活锁变迁实体，即该协议系统具备正常运行的能力.从如上分析报告可以得出：协议描述过程没有语法和语义错误，整个模型建立过程有界，没有死锁，且具备公平性，即模型检验中的几个重要指标均已得到满足，从而证明协议模型正确，也即CBTC安全通信协议设计正确.本文在对基于IEEE 802.11标准的CBTC系统分析的基础上，发现其无线通信子系统在传输信息的过程中容易受很多因素的干扰.为确保信息的安全传输，主要从协议功能和协议元素构造两个方面展开设计了CBTC安全通信协议.其中，协议功能部分描述了标准EN 50159中所规定的各项安全措施的实现过程.接着采用有严格语法和语义定义的形式描述语言CPN和它的支持工具CPN Tools对设计的协议进行了形式化建模描述，弥补了用自然语言描述时协议中存在的定义不严格、语义有二义性等缺陷.模型建立完之后，又运用CPN的状态空间分析法验证了模型的正确性.结果表明：CBTC安全通信协议设计正确，且满足CBTC系统应用需求.在后续添加一定的实际线路需求，并经代码实现和测试运行后，可运用到CBTC系统中确保安全相关数据的安全可靠传输.【相关文献】[1] 魏赟,鲁怀伟,何朝晖.基于802.11协议的CBTC系统数据通信子系统的探讨[J].铁道学报,2013,35(4):51-56.[2] 朱力,宁滨.基于IEEE 802.1lg标准的CBTC车地通信系统设计[J].中国铁道科学,2010,31(5):119-124.[3] 鲍爱华,李开成.基于IEEE 802.11的CBTC数据安全传输的研究[J].微计算机信息,2006,22(3):37-39.[4] 王潮,刘礼黎,牛志华.适合CBTC系统无线信道加密算法[J].通信学报,2011,32(2):48-52.[5] Lee J D,Jung J I,Lee J H,et al.Verification and conformance test generation of communication protocol for railway signaling systems[J].Computer Standards & Interface,2007(29):143-151.[6] 刘雨.CBTC系统通信协议的设计和形式化分析[D].北京：北京交通大学,2007.[7] Chen L J,Shan Z Y,Tang T.Performance analysis and verification of safety communication protocol in train control system[J].Computer Standards &Interfaces,2011,33(5):505-518.[8] 杨明,邱昕夕,陈祥献,等.CBTC中安全通信协议的设计与仿真研究[J].计算机工程,2012,38(19):241-246.[9] Lee J H,Wang J G,Shin D.Development of verification and conformance testing tools for a railway signaling communication protocol[J].Computer Standards & Interfaces in Elsevier,2009,31:362-371.[10] Chen L J,Tang T,Zhao X Q,et al.Verification of the safety communication protocol in train control system using colored Petri net[J].Reliability Engineering and System Safety,2012，100(2):8-18.[11] 吴礼发.网络协议工程[M].北京:电子工业出版社,2011.[12] 朱力,宁滨.基于802.11g的CBTC车地通信子系统建模与分析[J].铁道学报,2011,33(5):72-77.[13] 刘宏杰,陈黎洁.CBTC列车安全定位中通信中断时间的研究[J].铁道学报,2012,34(6):40-45.[14] 张岩,唐涛,燕飞.CBTC数据通信系统性能分析模型及应用研究[J].铁道学报,2011,33(5):60-65.[15] Maria F,Marek V.Safety evaluation of cryptography module within safety related control system for railway application[J].Advances in Electrical and Electronic Engineering,2011,9(2):103-108.[16] 郑东,李祥学,黄征.密码学：密码算法与协议[M].北京:电子工业出版社,2009:52-63.[17] 罗雅允,陈永刚,张彩珍.Rijndael算法在CBTC安全通信协议中的应用[J].铁道标准设计,2015,59(3):114-118.[18] 张岩,唐涛,马连川，等.基于交换式以太网安全通信协议的模型和仿真研究[J].铁道学报,2010,32(3):43-48.。

论Wi-Fi在地铁CBTC系统中的工程应用

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｗｏｔｒａｉｎ—ｇｒｏｕｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｏｒｔｒａｉｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｅｃｉｓｅｌｏｃａｔｉｏｎ
ｉｎＣＢＴＣｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｒｏｓｓｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｏｏｐｍｏｄｅ（ＩＬ）ａｎｄｗＩＦＩｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅ（ＲＦ），ａｎａｌｙｚｅｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｍａｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓ（ｓｌｏｔｔｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ａｎｔｅｎｎａ，ｌｅａｋｙｃｏａｘｉａｌｃａｂｌｅ）ｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｓｉｇｎａｌ
在波导管传输方式中，其工作本质是一种连续性的加长型天线，车载安装对向波导管的定向天线。车地通信只局限在一个很小的范围内，车地天线的间距一般在３０～４０ｃｍ内，最大不超过５０ｃｍ，通信距离近，受外界干扰可能性较小。波导管只能在小范围（６０。孔径内）空间实现通信，对来自天线背面所有方向允许衰减范围内的输入信号都认为是干扰，对水平方向或超过６０ｃｍ圆柱体的信号衰减很快。波导管虽然采用２．４Ｇ无线频段，由于具有上述无线传输特性，所以抗干扰性能力很强。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可以避免其他无线通信对系统的干扰。目前国内地铁工程中，波导管、无线自由波一

关于地铁CBTC系统无线干扰问题的探讨

关于地铁CBTC系统无线干扰问题的探讨发布时间：2022-09-28T09:49:12.261Z 来源：《科技新时代》2022年9期作者：吴春生[导读] 无线信号干扰问题较为突出，不仅影响了CBTC系统通信质量稳定性，而且给地铁运行造成了安全隐患。

因此，探讨CBTC系统无线干扰问题的解决策略具有非常重要的意义。

（中国铁路通信信号上海工程局集团有限公司，上海200072，工程师专业：轨道交通信号）摘要：无线干扰问题是影响地铁CBTC系统运行的主要因素。

文章简单介绍了地铁CBTC系统无线干扰问题的表现，论述了问题原因，并对问题的解决策略进行了进一步探究，希望为地铁CBTC系统的稳定运行提供一些参考。

关键词：地铁；CBTC系统；无线干扰前言：当前，CBTC系统(Communication Based Train Control System)已成为世界主流地铁控制系统，可以实现车地双向连续无线数据传输，为地铁运行速率的提升提供支持。

但是，在CBTC系统运行过程中，无线信号干扰问题较为突出，不仅影响了CBTC系统通信质量稳定性，而且给地铁运行造成了安全隐患。

因此，探讨CBTC系统无线干扰问题的解决策略具有非常重要的意义。

1 地铁CBTC系统无线干扰问题表现1.1设备间无线干扰在同一信号覆盖区运行多辆地铁时，地铁CBTC系统必须与信号覆盖区域的无线接入点建立通信渠道。

因多地铁通信信道频率一致，极易造成上行链路中全部地铁车辆发送信号信道相互占用，信号之间相互重叠，引发接收端干扰，降低地铁车辆运行安全可靠性[1]。

1.2外部无线干扰无线通信终端接入依据是802.11系列协议，工作频段为2.4GHz~2.4835GHz，每一信道带宽均为22MHz。

若CBTC系统周边运行的无线局域网与系统使用频段重合，则会严重干扰CBTC系统网络，导致CBTC系统工作中断或时断时续。

2 地铁CBTC系统无线干扰问题原因无线电波是在开放空间内传播加载，一次无线通信包括发射机发射特定频率点播、接收机接收特定频率电波两个过程，根据频率差异可以区分有价值信号并接收。

基于无线通信的轨道交通CBTC技术分析

基于无线通信的轨道交通CBTC技术分析首先，CBTC技术采用了双向无线通信，使列车与控制中心之间可以进行实时通信。

控制中心通过无线通信将指令送达到列车上，列车通过无线信号将自身的信息传回到控制中心。

这种通信方式可以实时监控列车的位置、速度和状态，确保列车运行在安全的距离和速度范围内。

与传统的信号设备相比，CBTC技术消除了列车与轨道之间的物理连接，减少了设备的维护和故障率，提高了系统的可靠性。

其次，CBTC技术使用了高精度的定位系统，可以实时跟踪列车的位置和运动状态。

通过全球定位系统（GPS）和地面信标的组合，CBTC系统可以确定列车的位置和速度，并将这些信息传回到控制中心。

这种精确的定位系统可以有效地避免列车之间的碰撞和冲突，提高了列车运行的安全性和效率。

此外，CBTC技术还具有自动列车控制和调度功能。

控制中心可以根据列车的位置和速度信息，自动调度列车的运行路线和速度。

控制中心可以根据实际情况对列车进行灵活的调度，从而最大限度地提高列车运行的效率和容量。

此外，CBTC系统还可以根据列车的运行情况自动调整列车的速度和间距，保证列车的安全性和稳定性。

最后，CBTC技术还具备对列车状态的实时监测和故障诊断功能。

通过无线通信和传感器，CBTC系统可以实时监测列车的各种传感器和设备的状态。

一旦出现故障或异常情况，控制中心将立即发出警报，并采取适当的措施进行处理。

这样可以保证列车的运行安全性和信号设备的可靠性。

综上所述，基于无线通信的轨道交通CBTC技术具有很多优势。

它可以实现列车与控制中心之间的实时通信和数据传输，提高列车的运行安全性、准确性和效率。

它还具备自动列车控制和调度功能，可以根据实际情况进行灵活的调度和安排。

此外，CBTC系统还可以实时监测列车的状态和故障诊断，保证列车的运行安全性和设备的可靠性。

基于无线通信的CBTC技术已经被广泛应用于全球的城市轨道交通系统中，成为未来轨道交通发展的重要趋势。

无线局域网在CBTC系统中可用性及测试方案研究

完整成熟的产品并已经投入使用，国内的相关研究刚刚起步．ＢＣ以其特有的优势，为新一代列车ＣＴ成控制技术的发展方向．最近１年，ＢＣ成为许多０ＣＴ地铁、轻轨项目中列控系统的解决方案口，］并出现了以Ａｃｔ的Ｓｌａ系统为代表的，ｌｅａｌｅｒｃｔ使用频点开放、标准公开（ＥＥ８２１等）ＩＥ０．１的无线局域网作为无线数据传输系统的新型ＣＴＢＣ系统．无线数据通信系统作为ＣＴＢＣ系统重要的组成部分，其可靠性、安全性，需要有高效、准确的评估方法和严格的规范及标准来保证Ｌ．３本文基于ＣＴ］ＢＣ系统的特点及需
１３安装布局．ＣＴＣ要求列车在任何位置能够与控制中心进Ｂ行双向通信，此ＡＰ必须在轨道沿线形成无缝覆因盖，证列车车载Ｓ在任何位置至少能与一个地保Ａ面ＡＰ发生关联．时，同为保证系统可靠性，面ＡＰ地
态信息及控制信号．ＢＣＴＣ系统的特殊性，定了无决
线局域网的设备选取、接入方式、安装布局、传输协
议．
收稿日期：０５１ —７２０ —２２
作者简介：谢
凡（９３）男，１８一，江西赣州人，硕士研究生
维普资讯
求，应用于ＣＴＣ系统的无线局域网设备，出对Ｂ提了可用性、可靠性的要求以及测试方法，为无线局域
无线局域网设备的选取，首先考虑设备所使用的无线协议。１为当前几种主要的无线局域网协表议所支持的传输速率及所使用的频段。从传输速率、配套天线的价格、系统升级扩展空间等因素考虑，符合８２１ｂ或８２１ｇ标准的设备更适合用于０．１０．ｌ

CBTC系统中WLAN干扰分析与优化研究

CBTC系统中WLAN干扰分析与优化研究CBTC系统中WLAN干扰分析与优化研究一、引言随着城市轨道交通的快速发展，CBTC（无线列车控制系统）作为一种先进的列车控制系统得到了广泛的应用。

CBTC系统通过使用无线通信技术，实现了列车与基础设施之间的全时、双向的信息传输，为实现高效、安全的列车运营提供了有力的支持。

然而，在现实应用中，CBTC系统往往会面临WLAN（无线局域网）干扰问题。

WLAN作为一种常见的无线通信技术，其频段也与CBTC系统所使用的通信频段有一定的重叠。

因此，合理分析和优化WLAN干扰对CBTC系统的影响，对于确保CBTC系统的可靠性和稳定性至关重要。

二、WLAN干扰对CBTC系统的影响1. 通信质量下降：WLAN干扰会使CBTC系统的通信质量下降，导致数据传输的可靠性降低。

这可能会导致列车运行信息的延迟或丢失，从而影响列车的运行安全和运行效率。

2. 信号干扰：WLAN干扰会导致CBTC系统中的信号干扰，干扰信号的接收和解码，甚至可能引发误解码，造成误操作或误判断。

3. 系统故障：由于WLAN干扰，CBTC系统可能会遭受系统故障，引发重要数据的丢失或损坏，甚至导致系统崩溃，造成服务中断。

三、CBTC系统中WLAN干扰分析1. 干扰源分析：首先，需要对CBTC系统中存在的WLAN干扰源进行分析。

包括查明WLAN信号源的类型、功率以及传输范围等关键信息。

可以通过频谱分析仪等设备来收集和分析干扰源的参数信息。

2. 干扰特性分析：对干扰源的特性进行深入分析，包括干扰信号的频率、幅度、持续时间等。

通过对干扰特性的分析，可以判断WLAN干扰对CBTC系统的影响程度，并为后续的优化措施提供参考。

3. CBTC系统性能测试：利用专业的测试设备对CBTC系统的性能进行测试，包括数据传输延迟、信号强度、信噪比等指标。

通过测试数据的收集和分析，可以进一步了解WLAN干扰对CBTC系统的影响，并辅助优化研究的进行。

基于无线局域网的CBTC数据通信系统设计

基于无线局域网的CBTC数据通信系统设计随着城市轨道交通的发展，CBTC（基于通信的列车控制系统）已成为主流的列车控制系统。

CBTC系统可以实现列车与控制中心之间的实时通信，从而保证列车的安全、高效运行。

无线局域网技术作为一种成熟的通信技术，已经被广泛应用于CBTC系统的设计中。

一、无线局域网技术无线局域网（WLAN）是一种通过无线方式连接计算机和其他设备的数据通信网络。

与传统的有线网络相比，无线局域网不需要布线，可以灵活地移动设备和增加站点。

在CBTC系统中，无线局域网可以提供高可靠性、高速度和高灵活性的数据通信服务。

二、基于无线局域网的CBTC系统设计1、网络架构基于无线局域网的CBTC系统采用星型网络架构，由一个控制中心和多个车载设备组成。

控制中心负责监控和管理整个系统，包括列车的位置、速度、信号状态等信息。

车载设备安装在列车上，负责采集列车的状态信息，并接收控制中心的指令。

2、数据通信协议在CBTC系统中，控制中心和车载设备之间需要实时传输大量的数据。

为了保证数据传输的可靠性和实时性，需要设计高效的数据通信协议。

基于无线局域网的CBTC系统采用TCP/IP协议作为数据通信协议，可以保证数据传输的稳定性和可靠性。

3、移动性管理在无线局域网中，移动性管理是非常重要的。

为了保证CBTC系统中列车的正常运行，需要设计完善的移动性管理方案。

该方案包括切换控制、位置更新、路由优化等功能，可以保证列车在移动过程中不中断通信。

4、安全性措施CBTC系统的安全性是非常重要的，需要采取一系列措施来保证系统的安全性。

基于无线局域网的CBTC系统采用以下安全性措施：（1）加密措施：为了保证数据的保密性，采用对称加密算法对数据进行加密，并使用密钥管理方案对密钥进行管理。

（2）访问控制：为了防止未经授权的设备接入系统，采用访问控制列表等机制对设备进行管理。

（3）认证机制：为了防止非法设备冒充合法设备进行通信，采用双向认证机制对设备进行认证。

车地无线通信技术在地铁CBTC信号系统中的应用

车地无线通信技术在地铁CBTC信号系统中的应用摘要：对地铁CBTC信号系统的关键技术车地无线通信的应用现状进行了介绍，分析了车地无线通信的原理。

根据实际运营情况分析，发现了车地无线通信存在的不足和问题，并结合深圳地铁3号线工程案例，提出了专用频段通用制式进行技术优化的方案。

关键词：车地无线通信；CBTC；信号系统；漏缆1 车地无线通信系统的组成TWC分别由网络核心设备、TWC轨旁设备（WNRA、漏缆或LoS天线等）、车载无线通信设备组成，并负责地面ATC设备和车载ATC设备之间的数据通信。

Bombardier CITYFLO 650信号系统的数据传输系统根据环境的不同采用两种类型的无线通信系统，每种类型的天线系统都各有自身的特点。

从而保证信号系统能够在任何一种情形下达到最大的无线覆盖率和最小的通讯丢失。

TWC是实现车地间通信的高可靠性、连续性的通信系统，同时也是实现车地间通信的数据传输实时性、安全性、可靠性及抗干扰能力的安全系统。

两个无线接入点的距离现场范围控制在300到600米之间。

其中，漏缆等同于一个通过功率分配器与同轴电缆相连的定位天线。

电缆内部只有一小部分的能量转变为辐射能。

选择相邻漏泄段之间的合适间距，以便为不同频段提供满意的效果。

事实证明，10到50米之间的间距可满足1000MHz以内的所有情形的无线通信。

而采用定向天线的两个特点是增益和前后比抑制。

增益能显著地提高链路余量，而前后比抑制能有效的减小远离天线发射孔的干扰源。

在隧道和站台区域以外，采用可视天线进行信息传输，WNRA A和WNRA B分别与独立的天线进行连接。

天线安装在轨旁天线柱的顶部，WNRA A和WNRA B不共用天线或天线柱。

这样做是为了防止遭遇雷击导致单点故障。

2 车地无线通信的原理TWC子系统是一个无线通信系统，其用于提供列车和轨旁ATP之间的无线通信。

TWC采用全冗余设计，具有很高的可靠性，可以克服单点故障，数据传输速度较快。

CBTC信号系统无线网络的安全性研究

１基于ＷＬＡＮ的ＣＢＴＣ系统
目前国内已开通运营的ＣＢＴＣ信号系统数据通
信子系统（ＤＣＳ）车．地之间通信网络，一般采用
ＡＴＳ之间传递信息。ＤＣＳ使用ＩＥＥＥ８０２．１１作为无
线通信的标准，其基本结构如图１所示。由于ＤＣＳ系统采用了开放式的网络结构，因
无线接人点（ＡＰ）和位于每列车上的站台适配器
（ＭＲ）接收之后，采用一种称作安全器件ＳＤ（ｓｅ — ｃｕｒｉｔｙＤｅｖｉｃｅ）的硬件设备做为边缘网关器件（相当于安全路由器），通过使用ＩＰＳｅｃ协议（ＩＥＴＦＲＦＣ２４０１）和报文鉴定密钥，与ＩＫＥ协议（ＩＥＴＦＲＦＣ２４０９）进行周期性的协商，来保证报文的鉴
关键词：基于通信的列车控制系统；数据通信子系统；密钥；安全性
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆＣＢＴＣｓｉｇｎａｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋｓｅｃｕｉｔｒｙ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｉｂｒｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＢＴＣｓｉｇｎａｌｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍｓａｎｄｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆｔｈｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｋｅｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｉｄｆｅｎｔｉａｌｉｔｙｓｅｃｕｉｔｒｙｄｅｖｉｃｅｓｏｆｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅｓｅ — ｃｕｒｉｔｙｏｆｔｈｅＤＣＳｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋｆｏｒＣＢＴＣｓｉｇｎａｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ．

基于地铁CBTC系统的无线测试浅析

219学术论丛基于地铁CBTC 系统的无线测试浅析邱驰煜杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司摘要：CBTC 系指城市轨道交通在通信的基础上控制列车的系统，此系统是的数据通信体系(DCS)是无线通信，并且是一种车地双向通信系统，其中无线传输的稳定性及可靠性非常关键。

鉴于此，本文对地铁CBTC 系统的无线测试进行了分析，希望能够有效提升地铁CBTC 系统的可靠性及稳定性。

关键词：地铁CBTC 系统；无线测试；无线通信性能如今，随着社会不断发展，城市化进程不断推进，带来了非常严峻的交通压力，因此，地铁应运而生，并且渐渐在国内各大城市建造。

随着地铁工程的不断涌现，地铁通信系统及控制的重要也就得到显现。

而地铁CBTC 系统的稳定性及可靠性是非常重要的，在一定程度上影响着地铁服务的水平及质量，甚至会在一定程度上影响列车运行的安全。

因此，对地铁CBTC 系统的无线测试进行分析是非常有必要的。

1监测软件的设计1.1信道跳转过程通常来说，在CBTC 系统的主用通信设备、备用通信设备与地铁电视的PIS 设备分别对应的是信道1、信道6与信道11，独立的信道，能够有效防止出现系统内部干扰的现象，鉴于此，要想使得CBTC 系统通信状况得到监测，就要有效监测并且详细记录所有信道的实际运用情况。

在接入点及站点的识别上，可以借助监测信道循环跳转技术来完成。

此外，应该有效剖析互联网通信设施的各项数据。

1.2接入点和站点识别过程首先，监测软件和驱动模块共同将读取指示传达出去，之后驱动模块就会自动采集物理层的解码数据及有关信息，这就包括了时间、功率与速率等。

最后，监测软件应该基于数据的MAC 层首部数据，识别该包数据是接入点还是站点中的，要是相应的接入点或是根本未出现，就要把接入点或是在列表存储。

1.3数据存储过程首先，监测软件会基于相关指标，将PCAP 文件的首部数据及信息储存。

之后，物理层就会将相应的监测数据及空白指标信息传输给监测软件。

浅谈FHSS无线标准在CBTC系统中的应用

TECHNOLOGY AND INFORMATION
Laptop2
车载终端SA
信息化技术应用
测试道路
2.2km
AP 1 MM FIBER
AP 2 MM FIBER
AP 3
AP 4
AP 5
AP 6
MM FIBER
MM FIBER
MM FIBER
MM FIBER
AP 7
AP 8
AP 9
MM FIBER
SWITCH 09
SWITCH 10
SWITCH 11
CAT-5 CABLE
图3 测试网络拓扑图
Laptop1
鉴于场地安全等因素，本次测试选择上海通用汽车试车场，一条3车道全长2.2km左右的跑道。在测试阶段，保证8h内的测试期间无外部人员及车辆进入该测试区域。测试的主要内容包括：车辆分别在时速120km、140km、160km、180km及 200km时的车地无线数据通信漫游切换时延以及丢包率。
F10
F9
F8
F7
F6
F5
F4
F3
F2
F1
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
图2 跳频扩频技术避免干扰机制
2 基于802.11FHSS标准的地铁车地通信系统对于基于802.11 FHSS标准的CBTC系统来说，首先，由于轨
旁设备的部署是冗余的，列车在运行轨道的任意一处都能保证被至少2个轨旁无线单元的信号覆盖到，所以单点故障完全不会影响CBTC的安全高效运营；其次，CBTC所使用的无线通信频段的是开放的频段，所以轨旁设备成本以及维护成本相对GSM-R 较低；最后，基于802.11 FHSS标准的CBTC系统，由于有79个信道可供跳变，有26个跳频序列可供设置，因此其抗无线干扰能力相对较强。专业测试中心测试结果：基于802.11 FHSS无线标准的CBTC系统在90%可用信道被白噪声干扰时，仍能继续工作；在80%可用信道被白噪声干扰时，工作状态良好[2]。

CBTC无线传输方式性能分析及现场测试

Lp=42.6+26×lg d+20×lg f 其中，d 为距离(m)；f 为频率
链路预算是信号覆盖范围的量 (MHz)。
值依据，是对1条通信链路中的各种
根据上述计算公式，分别得出城
损耗和增益的核算，使之在保证通市轨道交通隧道内和地面露天开放环
信质量的前提下，确定A P和终端设境中WLAN无线终端设备接收功率随
(1）C B T C车-地无线通信使用 I E E E 802.11标准的W L A N无线局域网技术，工作频段2.4 G H z。轨旁沿线路设置无线接入点(A P)，实现 WLAN无线网络的覆盖和接入。
(2）由于城市轨道交通线路为线性区域，故C B T C车-地无线信号覆盖范围为沿轨道线路的线性覆盖。
40 c m。安装过程中需要用
-70
-80
-90
10
50
150
250
350
450
距离/m
图6 漏隙波导管覆盖条件下终端设备接收功率与AP距离变化曲线
激光测距仪和激光角度尺不断进行复测和修正，以满足技术需求。
漏隙波导管采用专用支架固定在隧道壁或地面上。为了保证漏隙波导
=－69.3 dBmW
管的密封，需要将一段段漏隙波导
表示了天线辐射场强的空间分布特的影响，地下隧道和地面线路需要
性，从图中看出定向天线向空间各采用不同的计算模型进行路径损耗
方向辐射能量的强度不相同，能在的计算。
某单个方向上提供最强的无线信号，
(1）隧道环境。定向天线无线
即将传输能量集中于被要求的方向信号传播路径损耗公式如下：
上，因此，更适合城市轨道交通沿轨道线路走向的线性场强覆盖。

城市轨道交通CBTC车地无线通信改造方案研究

北京市地铁运营有限公司研发中心
2018年4月
目录
1 运营现状 2 方案设计 3 工程实施
一、运营现状Байду номын сангаас
北京地铁CBTC系统中的DCS无线通信大多采用了IEEE 802.11 /b/g/n系列技术；工作在开放的、免授权的2.4GHz ISM频段。覆盖方式主要有，自由无线、裂缝波导管。其中裂缝波导居多，如：1、2、7、9号线、机场线、房山线、昌平线、亦庄线；自由无线如：6、10、15号线、1号线东段、亦庄线地下部分。
二、方案设计
方案二主要组成
序号 1 2 3 4
名称波导同轴波导负载泄漏负载 RF单元
二、方案设计
方案三：裂缝波导管—AP与RRU不共址
解决了WLAN系统和LTE系统共用裂缝波导覆盖距离不一致的问题；共用裂缝波导传输介质，结构相对比较简单；抗干扰能力强；下行无MIMO。
二、方案设计
方案三主要组成
二、方案设计
双极化泄漏电缆
衰减性能好覆盖距离远
信号覆盖均匀
能实现LTE下行 MIMO,提高边缘
吞吐量
网络优化简单维护成本低
低损耗，覆盖距离远，信号均匀，实现下行MIMO，提高上下行边缘吞吐量(1.4倍）。
二、方案设计
方案一：泄漏电缆
WLAN和LTE两套车地通信系统，通过车载双模终端实现平滑过渡；结构相对独立，对原DCS系统影响较小；双极化漏缆，提高下行吞吐量，提高上下行边缘吞吐量。
信号覆盖均匀
抗干扰能力强
网络优化简单维护成本低
低损耗，覆盖距离远，抗干扰强，信号均匀，频谱利用率高,地面、高架、站台上下行可不共小区，相对于共小区方式吞吐量提高1.7倍。

CBTC无线传输方式性能分析及现场测试

（ＬＡＮ）技术实现车Ｗ
地信息覆盖方式进行了详细的理论分析比工程实施中最常用的一种方式。城
交互，其ｗＬＡＮ无线网络性能直较，并在广州地铁运营线路上完成市轨道交通ＣＢＴＣ一无线通信信车地
一
地无线双向通信实现列车控制信统，其中，车一地无线信号覆盖方
２ＷＬＮＡ无线通信场强覆盖方式
息的传输。目前ＣＢＴＣ系统普遍使式选择是研制工作中重点之一。研２１天线．用ＩＥＥＥ８２．Ｉ准的无线局域网制组对天线和漏泄同轴电缆２０１标种信号采用天线进行无线信号覆盖是
径损耗（；Ｇ为终端设备天线增ＣＢｄＢ）Ｔｃ统采用定向天线方式，ＡＰ系益，取ｌ０ｄＢ；Ｌ为综合损耗，取无线信号覆盖距离可以满足４０Ｔ０ＩＩ。
１５ｄＢ。
图１２定向天线垂直方向图 —
建立良好的ｗＬＡＮ车一无线地通信网络，首先需要解决的是无线信号覆盖问题，即无线信号覆
１ＣＴ车一ＢＣ地无线通信特点
（）ＣＢＴＣ一无线通信使用１车地
盖方式的选择。目前ＣＢＴＣ统中系ＩＥＥＥ８２．１准的ＷＬＡＮ无线局０１标
式如下：
ＰＰ＋Ｇ一『＋ＧＬｒｔＪＬ。（）１图３定向天线安装图

基于无线局域网的CBTC数据通信系统设计

基于无线局域网的CBTC数据通信系统设计一、引言二、CBTC 系统概述CBTC 系统是一种利用连续、双向的车地通信来实现列车控制的先进信号系统。

它通过实时获取列车的位置、速度、加速度等信息，并将列车控制命令准确无误地传达给列车，从而实现对列车的精确控制，确保列车运行的安全和高效。

CBTC 系统主要由列车自动监控（ATS）子系统、列车自动防护（ATP）子系统、列车自动驾驶（ATO）子系统和数据通信子系统（DCS）等组成。

其中，DCS 子系统负责在各个子系统之间传输数据，是整个 CBTC 系统的“神经中枢”。

三、无线局域网技术在 CBTC 中的应用优势（一）高带宽WLAN 技术能够提供较高的传输带宽，可以满足 CBTC 系统中大量数据的实时传输需求，如列车的运行状态信息、控制指令等。

（二）灵活性无线局域网的部署相对灵活，不需要铺设大量的线缆，能够适应轨道交通线路复杂多变的环境。

（三）易于扩展当需要增加新的设备或扩展系统功能时，基于 WLAN 的 CBTC 数据通信系统可以方便地进行扩展和升级。

四、基于无线局域网的 CBTC 数据通信系统设计要点（一）网络拓扑结构通常采用星型或网状拓扑结构。

星型拓扑结构简单，易于管理和维护，但单点故障可能会影响整个系统的运行；网状拓扑结构则具有更高的可靠性和容错性，但网络复杂度较高。

（二）频段选择为避免与其他无线设备的干扰，需要选择合适的频段。

常见的频段有 24GHz 和 5GHz。

24GHz 频段应用广泛，但干扰较多；5GHz 频段干扰相对较少，但传输距离较短。

（三）接入点（AP）布局根据轨道线路的特点和列车的运行速度，合理规划 AP 的布局，确保列车在运行过程中能够始终保持稳定的无线连接。

（四）切换机制当列车从一个 AP 的覆盖范围移动到另一个 AP 的覆盖范围时，需要实现无缝切换，以保证数据传输的连续性。

（五）安全机制采用加密、认证等安全措施，保障数据通信的安全性和保密性，防止非法入侵和数据篡改。

城市轨道交通CBTC信号系统无线通信抗干扰技术研究

城市轨道交通CBTC信号系统无线通信抗干扰技术研究城市轨道交通CBTC信号系统无线通信抗干扰技术研究厦门轨道交通集团有限公司陈浩莹工程师（中级）摘要：目前国内城市轨道交通信号系统大多采用基于通信的列车自动控制系统(CBTC)，工程投资少，列车运行间隔短，轨道交通运输能力高，满足了大客流和运能的需求。

实际应用中由于CBTC系统采用2.4GHz公共频段，在城市无线网络覆盖日益广泛的今天，易受外界干扰。

针对当前国内地铁的实际情况，对CBTC系统的抗干扰能力进行分析，指出问题所在，并提出应对策略。

关键词：信号系统；基于通信的列车控制系统；无线通信；抗干扰Abstract: At present most of the signal system of urban rail transit communication based train control system (CBTC), project investment, train interval is short, high rail transport capacity, meet the needs of a large passenger flow and transport capacity. In real-world applications as CBTC system using 2.4GHz public band, in today's urban wireless network coverage increasingly broad, vulnerable to outside interference. For domestic realities of Metro, it’s analyzd the CBTC systemanti-interference ability, problem, and propose strategies.Key words: Signaling system; CBTC; Wireless communication; Anti-interference 目前国内城市轨道交通信号系统大多采用基于通信的列车自动控制系统(CBTC)，工程投资少，列车运行间隔短，轨道交通运输能力高，满足了大客流和运能的需求。

城市轨道交通CBTC系统可用频率分析与无线干扰防护对策

城市轨道交通CBTC系统可用频率分析与无线干扰防护对策摘要：基于通信的列车控制（CBTC）系统作为轨道交通列车运行控制的一种重要方式，目前已在我国多个城市得到了应用。

为保证 CBTC系统通信信道的可用性，必须对 CBTC系统在不同应用场景下的可用频率进行分析。

本文针对城市轨道交通 CBTC系统在不同应用场景下的频率需求，首先分析了无线通信频率使用需求和频率资源分配原则，然后对典型应用场景下不同应用需求和可用频率进行了分析，最后对可用频率提出了建议。

关键词：城市轨道交通；CBTC系统；频率Analysis of available frequency of urban rail transit CBTC system and countermeasures against wireless interferenceTao yeSuzhou Rail Transit Operation Co., Ltd. No.1 Operation Branch Suzhou 215000, JiangsuAbstract: Communication-based train control (CBTC) system, as an important way of train operation control in rail transit, has been applied in many cities in China. In order to ensure the availability of CBTC system communication channel, it is necessary to analyze the available frequency of CBTC system in different application scenarios. Aiming at the frequency requirements of urban rail transit CBTC system in different application scenarios, this paper first analyzes the wireless communication frequency use requirements and frequency resource allocation principles, then analyzes the differentapplication requirements and available frequencies in typicalapplication scenarios, and finally puts forward suggestions on available frequencies.Key words: urban rail transit; CBTC system; frequency引言：城市轨道交通列车运行控制系统（简称 CBTC）是基于无线通信的列车运行控制系统（简称 DCS），是轨道交通列车运行控制的一种重要方式，同时也是轨道交通运营管理中的一项重要技术。

关于CBTC系统无线通信采用UHF低频段的可靠性分析

关于CBTC系统无线通信采用UHF低频段的可靠性分析城市轨道交通基于通信的列车控制(CBTC)系统利用无线通信作为数据通信系统(DCS)车地双向信息通道,首先要考虑无线传输的可靠性。

国外应用CBTC的有北美的ATCS、日本的CARAT和欧洲的ETCS。

国内开展了许多对CBTC通信性能的研究,文献建立了铁路环境信道模型,分析高速铁路环境下无线传输误码率;文献对DCS的结构和可靠性进行具体分析,提出冗余性策略和故障-安全策略;文献综合了随机信道恶化、越区切换、无线接入设备故障等无线信道失效因素,提出了CBTC数据通信子系统非冗余结构和冗余结构的可靠性模型。

深圳地铁出现CBTC 受到WiFi(无线局域网)干扰事件后,CBTC采用专频技术已成为今后的研究方向。

上海申通地铁集团有限公司在张江实训线开展了采用400MHz频段基于漏缆传输的新型CBTC试验,本文针对这种新型的通信模式进行研究,以测试采用UHF(UltraHighFrequency)低频段和基于漏缆传输的专频专网技术的可靠性和可用性。

1系统介绍1.1400MHz系统关键技术现有的DCS工作在2.4GHz,采用了双向自愈骨干网环网和正交频分复用(OFDM)无线扩频技术,轨旁AP(无线接入点)接入方式。

2.4GHz属于UHF的高频段,采用基于802.11标准的WLAN(无线局域网)车地通信方式,无线覆盖范围大致在200m。

本文研究的DCS工作在400MHz,采用了包括码扩正交频分多址(CS-OFDMA)、智能天线、时分双工(TDD)、动态调制、动态信道分配等4G(第四代移动通信技术)主流技术。

轨旁采用基带处理模块(BasebandUnit,BBU)加光纤射频拉远模块(RadioRemoteUnit,RRU)的基站模式,无线覆盖范围大致在1km。

根据应用场景的不同,系统提供不同的组网覆盖方案,分为单网交织冗余组网覆盖和双网交织冗余组网覆盖。

本次张江实训线测试,无线侧覆盖方案采用红蓝双网与之对应。