（深圳地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518026）

淺談地鐵信號(hào)系統(tǒng)無線通訊傳輸?shù)目垢蓴_措施

張赟昀

（深圳地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518026）

文章著重對(duì)無線通訊傳輸抗干擾技術(shù)中數(shù)據(jù)通訊的安全性進(jìn)行分析，并通過對(duì)當(dāng)前無線通信中遇到的幾種典型干擾源進(jìn)行了介紹，針對(duì)性的提出了集中可行的防范措施。為地鐵信號(hào)無線通訊系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)發(fā)展提出了一些合理化的建議。

地鐵信號(hào)；無線通訊；數(shù)據(jù)傳輸；抗干擾

1 系統(tǒng)概述

在地鐵CBTC信號(hào)通訊系統(tǒng)中，車-地?zé)o線通訊子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，并且隨著信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展，該CBTC的子系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)變成了信號(hào)獨(dú)立組網(wǎng)，同之前的通信專業(yè)組網(wǎng)大為不同。該系統(tǒng)利用車載天線以及軌道旁無線AP將車同地面之間的信號(hào)連接起來，令車-地之間的信號(hào)形成了一個(gè)有機(jī)整體。該子系統(tǒng)的構(gòu)成主要有：車載天線、無線AP、車載路由器、環(huán)網(wǎng)接入交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及服務(wù)器等。需要提到的是無線服務(wù)器同軌道旁無線AP之間的有效連接是通過光纜等設(shè)備因此被稱為地面有線網(wǎng)。此外車載頭尾通過光纜將信息冗余進(jìn)行連接，因此被稱作車載有線網(wǎng)。而車-地之間的信息連接則通過自由波，因此被稱作無線網(wǎng)。

相對(duì)于無線網(wǎng)，有線網(wǎng)的技術(shù)成熟度以及安全度較高，因此在子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的安全傳輸問題在車地?zé)o線網(wǎng)中相對(duì)較為集中。所以對(duì)其無線部分的數(shù)據(jù)傳輸安全性研究便成為了技術(shù)研究工作的核心內(nèi)容，文章也主要針對(duì)此類問題進(jìn)行了分析論述。

2 安全性需求

作為列車的狀態(tài)以及移動(dòng)授權(quán)信息，車地的無線通訊直接影響了列車的形式安全以及運(yùn)行效率。想要保證信號(hào)系統(tǒng)安全可靠、高效可行，該無線信息通信子系統(tǒng)需要滿足下述五點(diǎn)安全要求：第一，可用性高、可靠性高、安全性高；第二，數(shù)據(jù)在進(jìn)行傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性高；第三，信息在列車高速移動(dòng)中的傳輸速率能夠滿足系統(tǒng)要求；第四，在信息傳輸過程中丟包率不能對(duì)系統(tǒng)有效性造成影響；最后，具備防止非法接入和無線攻擊的安全措施。

3 干擾源概述

目前的列車調(diào)度以及控制信息傳輸在CBTC系統(tǒng)中都是通過列車同軌道旁的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞的，但是無線網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)開放性較強(qiáng)，因此容易受到外界信號(hào)源的干擾以及外界攻擊，因此無線信息的傳輸安全性成為了CBTC系統(tǒng)的最大問題。由于無線通訊系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔⒕鶠榭刂坪驼{(diào)度信息，因此信息的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故以及隱患，系統(tǒng)可用性會(huì)因此降低，是對(duì)列車運(yùn)行安全的嚴(yán)重威脅。從目前所遇到的實(shí)際狀況分析，典型的干擾源有以下幾種：乘客信息系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的干擾；站臺(tái)換乘信號(hào)的信號(hào)頻率干擾；乘客使用的電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾；列車告訴移動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)；隧道多徑效應(yīng)以及開放空間中相同頻段、協(xié)議的設(shè)備物理干擾等。以下針對(duì)其中四種干擾影響較大的干擾源提出了相關(guān)解決方案。

4 安全防護(hù)措施

針對(duì)信息傳輸過程中系統(tǒng)的安全要求以及干擾主要來源，結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀況提出了以下解決方案。

4.1 防范PIS系統(tǒng)安全干擾

主要的防范措施有兩種，一種是通過頻點(diǎn)隔離予以解決，另一種則是通過補(bǔ)空的方式進(jìn)行解決。前者是通過對(duì)二者的輸出頻率進(jìn)行分離的方式，但是會(huì)在一定程度上由于帶寬的減少對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率造成影響。而后者是針對(duì)PIS系統(tǒng)的，從理論上該種方式可行性較高，但由于PIS實(shí)際上分屬的供貨商不同，因此實(shí)施起來較大。但是可以通過令信號(hào)系統(tǒng)采用5.8Hz頻段，PIS系統(tǒng)采用2.4Hz頻段的方式徹底解決沖突以及干擾。

4.2 防范站臺(tái)換乘頻率干擾

由于物理空間的開放性造成了同站臺(tái)換乘站發(fā)出的換乘信號(hào)會(huì)在頻率上對(duì)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信造成干擾，可以通過以下方式對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行處理。

（1）令無線通信系統(tǒng)的本線同相鄰線采用不同的信號(hào)制式設(shè)備以此區(qū)分信號(hào)頻點(diǎn)。

（2）若采用的頻段均相同時(shí)，需要采用下面的方式減少干擾：首先，應(yīng)當(dāng)選擇計(jì)劃方向不同的天線；其次，采用的載波偵聽多址協(xié)議應(yīng)當(dāng)帶有沖突避免；第三，可以選用具有差異性的車地通信方式；最后，可以選用定向天線并對(duì)其方向角進(jìn)行調(diào)整。

4.3 無線攻擊及非法接入的防御

雖然由于無線局域網(wǎng)采用公共的電磁波作為載體，任何人都有條件竊聽或干擾信息，但通過以下相應(yīng)手段，依然可以減弱或是消除非法的接入和攻擊。

（1）采用禁用服務(wù)集標(biāo)志（SSID）廣播功能。以此可減小惡意用戶侵入AP的可能性。

（2）設(shè)置媒體接入子層（MAC）的允許接入用戶列表以防止非法用戶接入網(wǎng)絡(luò)。

（3）使用2 層或更高層的交換機(jī)，把網(wǎng)絡(luò)分成小的區(qū)段來減少惡意用戶通過連接上集線器而侵入網(wǎng)絡(luò)并監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可能性。

（4）采用動(dòng)態(tài)刷新密碼，減少密碼被破獲的可能性。

（5）在無線網(wǎng)絡(luò)部分設(shè)置入侵檢測(cè)系統(tǒng)來檢測(cè)可疑情況和非法侵入等行為。

（6）設(shè)置防火墻以阻止非法用戶接入網(wǎng)絡(luò)。

4.4 多徑效應(yīng)的安全防范

多徑效應(yīng)使得車-地信息傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生衰落失真，最終造成通信的不穩(wěn)定。采用正交頻分復(fù)用等技術(shù)，利用多子載波交織冗余同時(shí)傳遞數(shù)據(jù)。在傳輸?shù)倪^程中，即使某個(gè)子載波出現(xiàn)頻率偏移或者干擾，甚至丟失此載波所有數(shù)據(jù)。但接收端通過子載波的聯(lián)合編碼，可恢復(fù)出丟失子載波數(shù)據(jù)，達(dá)到子信道間的頻率分集的作用，OFDM 技術(shù)增強(qiáng)了對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力，因此具有良好抗多徑效應(yīng)能力。

結(jié)語

通過上面的分析可以看出，地鐵運(yùn)營(yíng)效率以及行車安全的保證幾乎全由車地?zé)o線通信數(shù)據(jù)傳輸予以實(shí)現(xiàn)。因此，其安全性以及可靠性和穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)具有重大意義，這也是各大系統(tǒng)供貨商積極尋求技術(shù)發(fā)展的根本原因。但由于地鐵線路在各地具有差異性，且全國(guó)范圍內(nèi)供貨商的核心技術(shù)也不同，因此系統(tǒng)的性能提高工作仍舊任重道遠(yuǎn)。目前的解決方案中更多的將頻率規(guī)劃以及干擾源的規(guī)避、軟件更新作為主要手段，結(jié)合硬件設(shè)備一定程度的提升，還是取得了一定的成就?？傊?，無線網(wǎng)絡(luò)通信中安全問題永遠(yuǎn)不容忽視。

[1]梁九彪.亦莊線國(guó)產(chǎn)CBTC信號(hào)系統(tǒng)工程應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2010（S2）.

[2]姜慶陽，盧佩玲，劉劍.CBTC移動(dòng)授權(quán)分配研究[J].中國(guó)鐵路，2010（04）.

U231 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A