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城市综合管廊通信方案研究

摘要:针对目前城市综合管廊的功能需求,研究隧道区间常见的无线通信设计方案,分析400M虚拟集群方案和无线局域网(WLAN)方案的优势和适用场景。

关键词:综合管廊;400M虚拟集群;无线局域网

无线信号覆盖系统作为移动通信的设备之一,为管廊移动用户与移动用户之间提供可靠的通信手段,对于日常检修、提高运营效率和管理水平、保证服务质量、应对突发事件提供重要保证。本文根据综合管廊功能需求研究400MHz虚拟集群方案和无线局域网(WLAN)方案,对比隧道区间内常见的无线通信方案,分析不同方案的优势和适用场景。

1综合管廊无线通信功能需求分析

综合管廊对于无线通信系统的主要功能需求是语音通信,另外无线通信系统还可以提供一部分扩展性的功能,主要定位于辅助管廊内部的监测和运营管理,包括人员定位和管廊内移动设备(如巡检机器人)的监测数据采集以及回传等。无线通信系统面向的用户主要是现场固定周期(间隔一至两周)巡检和维修的工作人员和少量的内部管理人员。

2400MHz虚拟集群方案

400MHz虚拟集群系统属于窄带无线传输,由分布式对讲中继覆盖(DRS)基站和天馈分布系统两部分组成。DRS基站作为系统的核心部件,可以根据天线的数量分区部署基站,并将基站利用无线网状网技术连到统一的无线中继网络,DRS基站将接收到的对讲机信号在基站之间中继,回送到对讲机终端,起到对讲机之间的桥接作用。天馈分布系统使信号覆盖管廊各个位置,通过天线来发射和接收附近对讲机终端的信息,考虑综合管廊的实际需求和投资成本,本文并不考虑采用泄露电缆做信号覆盖。主要功能:为对讲机提供多个信道的呼叫(半双工)的功能,支持对讲终端编号,分组;支持群呼,组呼,监听,强插,强拆通话调度;支持第三方软件供应商开发软件实现的平台管理功能;支持多个基站和工作站的IP跨区域互联;相比高频段的无线传输方案,400MHz无线设备信号强,传输距离长,穿透、绕射能力强,传输过程衰减较小。同时400MHz方案结构功能简单,天线和基站设备投资成本较低。同时单个天线覆盖距离长,在无绕射无防火门遮挡的管廊综合舱区间内能达到3公里。电力,燃气等舱室常见的防火分区间距在数百米的量级,一般用单个天线满足覆盖要求。无线对讲系统可以满足管廊现场的语音通讯和日常运营管理需求,但是受到窄带传输协议的限制,辅助的监控功能和智能化的可扩展性低。

3无线局域网(WLAN)方案

WLAN是短距离无线线传输技术,是一种全世界公开通用使用的无线频段,全球各种无线产品均可以使用这个频段。正是由于这种特性,目前大部分无线路由器等无线产品都在这个频段上工作。方案的主要设备包括接入控制器(AC)和接入点(AP),采用集中式网络架构,采用AC旁挂于监控中心核心交换机一侧,集中管理整个管廊内部的AP,目前主流的AC具有强大的多AP管理能力,可以通过多AC互为备份保障整个WLAN系统的可靠性。无绕射无遮挡的管廊区间结构下,AP可达到200米的布置间隔,在区间转弯处增加接入点调整间距。主要功能:可承载多媒体业务IP分组数据,支持自助设备(BYOD)的专用客户端软件,提供通话监听、语音视频会议、录音等基本通讯要求。系统管理功能:支持系统配置管理,支持用户管理,支持统计报告等。支持通过WiFi终端人员定位;支持移动监控设备(如巡检机器人)的接入。通过AC统一配置,对用户业务实施优先级分组、调度、阻断、限速等策略控制。AP间负载均衡:按照用户数量和用户流量,将用户分配到同一组但负载不同的AP上,实现不同AP之间的负载分担,保证AP性能的稳定性。安全特性1):支持包括WEP、WPA/WPA2–PSK、WPA/WPA2–802.1X、WAPI四种认证/加密方式来保证无线网络安全。2)终端无线接入加密:可以对无线链路的数据进行加密,以保证无线网络数据只被所期望的用户接收和理解。3)非法设备监测:支持WIDS/WIPS攻击检测,对非法设备进行监测、识别、防范、反制,精细化管理控制。就管廊内部的用户数量和业务需求而言,双频WLAN传输标准带宽很大,其中2.4G整体频宽优于其它无线频段,使得整体数据传输速率提高。WLAN不限于无线语音和短数据业务,通过业务工作站和管理工作站,WLAN系统方案自身有完善的中心平台管理功能,可以提高系统的运营管理效率。而且由于协议的开放性具有很高的可扩展性,WLAN方案可以拓展综合管廊辅助监控功能和智能化功能。

4方案对比

800MHz频段TETRA数字集群系统和400MHz虚拟集群系统同为窄带无线传输,同时民用通信LTE传输和WLAN同为宽带无线传输。把两者加入对比可以阐明400MHz虚拟集群系统和WLAN在不同的管廊应用需求下的优势。TETRA数字集群系统稳定性很高,在指挥调度方面考虑的比较多,可完成话音、电路数据、分组数据业务的通信及以上业务的直通模式,广泛应用于水利、电力、民航、铁路等部门。但是,不同于400MHz虚拟集群系统的通用IP分组数据传输,TETRA系统采用专用的集群控制核心网设备,网络对外互联部分技术不完全开放,系统功能可扩展性和灵活性低。另外,TETRA的系统设备采购和建网成本高,天线覆盖距离相对400M方案较小,集群控制核心网设备、终端设备和无线基站许可费用昂贵。作为一种宽带的专用无线传输,民用通信LTE传输可以支持多运营商通话及多种业务。由于其很高的安全性,目前在轨道交通行业主要应在于车地无线通信(CBTC)。民用通信移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分,由移动运营商投资建设。通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。LTE通信设备专用性强,设备及基站维护成本远高于WLAN系统。另外,民用通信系统并非属于管廊内部专用系统,运营管理效率低,同时无法扩展人员定位等辅助监控功能。结合上表分析,400MHz、800MHz方案仅能提供语音集群通讯,无法提供多媒体传输业务,但是400MHz虚拟集群方案投资成本更优。民用通信建设投资成本高昂,同时引入必须运营商同意,并且需要运营商提供基站设备,无法提供综合管廊专用的无线通信管理平台。虽然WLAN系统投资成本较高,但是对于大规模管廊而言WLAN运营管理功能更完善,同时辅助监控功能和智能化功能扩展性最强。

5结语

在一般的城市共和管廊应用场景之下,400MHz虚拟集群系统和WLAN系统相比800MHz频段TETRA数字集群系统和民用通信LTE传输都有各自的优势。在综合管廊建设过程中,两者可以作为备选方案,结合管廊区间的形状结构和两者覆盖范围、业务功能等设置无线覆盖通信系统。

作者:曾登科 单位:广州地铁设计研究院有限公司

参考文献:

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[4]隋宇,程小蓉,陈辉煌.基于TD-LTE的宽带集群通信系统研究[J].重庆邮电大学学报(自然科学版),2016(06).

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