中远距WLAN在铁路数据通信的应用

2022-03-15 08:41:09 | 浏览次数：

摘要：本文探讨了WLAN（无线局域网）在中远距离环境下的数据传输,针对WLAN的中远距离数据通信进行分析设计,给出中远距WLAN在铁路数据通信中的应用案例。

关键词：WLAN 铁路数据通信

中图分类号：TP393文献标识码： A文章编号：1007-9416(2011)10-0032-02

1、数据通信改造概述

某无线列调工区有跨铁路数据采集点,每日定期向中心服务器传送数据,采用56Kbps MODEM电话拨号点对点传送,受线路影响,实际平均速率在45 Kbps左右。由于每日生成的数据量在20MB左右,数据传送时间为:20*1024*8÷45=3640.9秒。每日传送数据的时间达到1小时左右。由于该数据采集方法在上世纪90年代设计,通过电话拨号方式传送,存在速度低,时间久,容易断线的缺陷,已经不适应当前铁路数据通信发展的实际需要。

2、数据通信改造方案及分析

根据当前主流的数据通信技术,可以使用光纤、铜缆DSL、中远距离WLAN几类方案来实现互联。具体为:

(1)光纤专线方式,是利用高速光纤链路为网络用户提供高带宽、高质量的网络应用技术。光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、抗电磁干扰和保密性强等一系列优点。采用光纤将数据采集点和中心服务器通过光收发器直连,数据传输速率可以达到100Mbps甚至1000Mbps。

(2)HDSL专线方式,HDSL是High-speed Digital Subscriber Line的英文简称,中文称为高速率数字用户线路。HDSL是XDSL家族中开发比较早,应用比较广泛的一种,采用回波抑制、自适应滤波和高速数字处理技术,使用2B1Q编码,利用两对双绞线实现数据的双向对称传输,传输速率可以达到2048Kbps,传输距离通常可以达到3KM。

(3)中远距离WLAN,利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号。作为传统布线网络的一种替代方案或延伸,通常在可视的情况下,传输距离在100米左右。速率可以达到2-300Mbps。

(1)和(2)为有线通信方式,优点是比原电话拨号方式大幅度提高传输速率,但由于数据采集点跨铁路,光电缆布放存在相当的困难,建设成本高,建设的周期长。(3)为无线通信方式,优点是组网快捷方便,数据采集电可视,但距离将近1KM,超出通常WLAN的传输距离,需要计算分析WLAN中远距离下的相关参数并通过各类措施拓展WLAN的传输距离。经过综合分析及考虑,我们决定采用(3)组网。

3、中远距离WLAN信号强强分析及设计

3.1 无线接收机处信号场强计算

由于WLAN网络采用无线接入的方式,其无线链路的预算显得尤为重要。WLAN AP的输出功率Pt,发射天线增益Gt,空间路径损耗Lo,其他损耗Ld,则接收机处信号场强可表示为P:P=Pt+Gt-Lo-Ld。

自由空间传播模型定义的路径损耗可用以下公式表示Lo=92.4+20log(d)+20log(f),其中d为传输距离,单位为Km;f为工作频率,单位为GHz。由于数据采集点点的传输距离为1KM,WLAN的工作频率为2.4GHz,可以由上述公式计算出Lo(db)=92.4+0+7.6=100 db,其他损耗Ld指天线馈线头、避雷器等器件对信号衰减的影响,通常有2-5db。在WLAN受接受端设备灵敏度的影响,要求覆盖区域边缘信号场强不低于-75db。

3.2 无线AP及天线的选型

由上述公式可知,在损耗一定的情况下,提高接收机处信号场强P的方法是,提高AP的输出功率Pt和发射天线增益Gt,其中Pt+Gt至少满足大于等于30 db的增益才满足2点间WLAN数据传输的要求,普通笔记本网卡或普通家用无线路由器功率为50MW,天线增益为1db左右。根据计算公式计算增益:Pt+Gt =10lg（50mw/1mw)+1=17+1=18db<30 db,这也是为什么普通的WLAN传输距离比较近的原因。

根据上述计算及工程经验,选用500MW的工程级802.11G标准的WLAN AP及14DB的平板天线代替原全向天线。Pt+Gt =10lg（500mw/1mw)+14=27+14=41db>30db,预留有较多的信号强度冗余。

3.3 WLAN的双向改造

WLAN的系统是双向工作的,必须考虑双向数据传输的因素,通过上述改造1KM处的信号强度已经满足无线网卡信号强度的接收要求,但回传数据的信号强度不够。解决的办法是:增加配置1台WLAN AP,启用AP客户模式,相当把AP当成无线网卡使用;如果连接的两端是局域网,则AP启用桥模式或万能中继模式。

4、测试对比及应用

主要通过下载速度,丢包、时延、上下载成功率对WLAN方式的数据通信进行评判,经过实测,证明工作良好,测试数据表1。

经过优化改造,WLAN改为主用方式,20M的数据传送平均为10秒左右,极大地提高了工作效率,原电话拨号方式该为备用临时方式传送数据。

5、结语

通过调整AP的发射功率及选取高增益的天线实现中远距离WLAN的数据传送,在现实的网络组网中,受制于铁路、公路、河流、街道等因素的客观影响,在有线通信无法实现的情况下,中远距离WLAN的组网技术有着重要的意义。

参考文献

[1]胡建人,秦会斌,张智丰.建筑物内WLAN远程无障碍通讯技术研究[J].《仪器仪表学报》,2006年3期.

[2]沈丹萍.校园无线局域网的优化[J],《中国科技信息》,2010年10期.

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