摘要：以车地通讯(TWC)体系为中心，完结其间数据通讯(DCS)子体系的规划，特别是用于轨旁设备和车载设备间信息传输的车地无线通讯(TWC)网络的规划，侧重考虑无线接入点(AP)的安置、无线局域网(WLAN)规范的挑选等要素，并经过比较选出适用于DCS体系的WLAN规范。最终对该体系的网络安全进行剖析，并阐明所选的解决方法，使体系的可用性大大进步。
关键词：车地通讯；数据传输体系；无线通讯；无线局域网
车地数据传输体系(DCS)是完成移动阻塞的重要保证。它选用开放式架构，以完成车载设备和地上设备之间双向、牢靠、安全的数据交流。在此首要是经过对依据无线通讯的车地通讯网络的剖析，规划车地数据传输信体系，对其结构进行规划，包含对无线接入点(Access Point，AP)的安置距离的评论、对WLAN所运用的规范的挑选等。经过对信号传达模型和体系安全的剖析，使体系的牢靠性、有效性、安全性到达网络的要求。
1 概 述
1．1 车地通讯体系
整个TWC体系由非安全逻辑仿真(NVLE)、轨旁TWC和车载TWC组成。轨旁TWC包含电源板、轨旁串行通讯操控板(SCC)、轨旁TWC接纳发送(Px／Tx)板、轨旁TWC耦合单元(CU)和轨旁TWC环线。轨旁TWC装置在车站和折返线内。车载TWC包含电源板、车载串行通讯操控板(SCC)、车载
TWC接纳发送(Rx／Tx)板、TWC天线。体系框图如图1所示。
TWC体系是在整个ATC信号体系中，完成车载设备与轨旁设备之间数据信息的非安全通讯子体系。它的功用一是坚持大部分信息在轨旁TWC和车载TWC之间的通讯进程中不变，二是支撑列车在ATO程序泊车进程中精确定位。
1．2 WLAN技能
WLAN(Wireless Local Area Network，WLAN)，无线局域网，是指以无线信道作为传输介质的计算机局域网，它是适当便当的数据传输体系，运用射频(RF)技能，替代双绞铜线所构成的局域网络，使得局域网络能运用简略的存取架构让用户透过它到达“信息随身化，便当走全国”的理想境界。
无线局域网由无线网卡、无线接入点(AP)、计算机和有关设备组成，选用单元结构，将整个体系分红许多单元，每个单元称为一个根本服务组(BSS)，BSS的组成有以下3种方法：1)集中操控方法，每个单元由一个中心站操控，网中的终端在该中心站的操控下与其他终端通讯。虽然BSS区域较大，但其所建中心站的费用较贵重；2)散布对等式，BSS中恣意两个终端可直接通讯，无需中心站转接。虽然BSS区域较小，但这种方法的结构简略，运用便利；3)集中操控式与对等式相结合的方法。无线局域网的架构图如图2所示。
无线局域网是适当便利的数据传输体系，它替代双绞铜线作为局域网新的物理衔接方法，具有以下几大特色：具有高移动性、抗搅扰性强、安全功用强、高吞吐量、扩展才干强、建网简单，办理便利、开发运营成本低、受自然环境、地势及灾祸影响较小。
2 数据通讯体系的规划
2．1 DCS全体结构
DCS体系由轨旁数据通讯网络、车载双向通讯网络和车载数据通讯网络构成。轨旁数据通讯网络由轨旁主干网、接入交流机和轨旁设备3部分组成。DCS的全体结构如图3所示。
轨旁数据通讯网运用IEEE802．3以太网规范，轨旁设备以以太网电缆的方法接入到接入交流机中，接入交流机选用多模光纤的方法接入主干网，组成接入网。轨旁数据通讯网经过轨旁无线接入点(AP)和列车进行双向通讯。主干网是冗余的高速单模光纤以太网，它由100Mbps或1 Gbps的第2层网络交流机构成。主干网选用了双向自愈的环形拓扑结构。
主干网络有必要具有的首要特性有：传输推迟小、传输带广大、便于办理、具有抗毁／自恢复才干、能习惯工业操控环境。为使地上主干网络具有抗毁／自恢复才干，应在衔接交流机的链路上进行冗余衔接，然后构成冗余的自恢复环形结构。当某条线路产生毛病时，其备份线路主动由备份状况转化到作业状况，然后保证通讯的继续进行。除了交流机之间的线路，其他一切衔接到交流机上的设备，都应当选用冗余衔接，以进步整个DCS子体系的牢靠性；除交流机之间的衔接运用光纤，其他衔接到交流机上的设备可依据需求运用双绞线或许光纤。
2. 2 车地双向通讯体系
车地无线通讯体系首要由二部分组成：轨旁无线接入点(AP)、空间无线通道。轨旁无线接入点AP经过接入交流机接入到轨旁接入网中，轨旁接入网衔接在主干网上，而AP的另一端经过天线组的辐射，以空间自在波为介质，与列车车载通讯单元进行通讯。因为车一地无线网络传输的是列车方位、速度、方向及运转指令等重要信息，因而对传输的实时性、丢包率等都有严格要求。
2．2．1 轨旁无线接入点AP
为避免无线单元毛病致使体系遭到影响，如图4所示，轨旁AP应包含一个(或两个)彻底冗余的无线单元协同作业，即轨旁无线掩盖是彻底的双层掩盖。轨旁AP应跟据本地拓扑条件与一组或两组含2～4个天线的天线组衔接。每个AP经过光纤以太网UDP／IP层，别离衔接到相应的接入交流机。每个接入交流机直接与其所属的主干交流机衔接，然后接入到主干网。
AP的掩盖区应没有缝隙乃至冗余，又不能太多，因而，依据IEEE802．11g规范的物理层参数，结合ISM 2．4 GHz频段的信号传达模型，进行AP距离的规划。当车地距离是300 m，传输速率是18 Mbit／s时不同传输速率的列车接纳信号电平低于灵敏度的概率都大于99％。因而AP安置距离应规划为300 m，此距离对包丢掉率的规范也彻底符合。
2．2．2 空间无线通道
空间无线通道首要由规范的无线局域网组成，遵从IEEE802．11g无线局域网规范。该区域由铺设在轨旁的无线接入点AP的辐射区域组成，以轨迹为中心呈带状散布在轨迹沿线，IEEE802．11g规范以其大信道容量、高吞吐量、高传输速率和强抗搅扰才干，成为体系的首选规范。无线信息的传输选用OFDM技能，OFDM技能因为频谱运用率高，抗多径搅扰和频率挑选性式微才干强，所以在ATC体系中遭到广泛的运用。
铁路列车主动操控体系的信号发送设备输出的二进制串行数据，经过信道编码、数字调制、串／并改换构成频域信号并进行傅立叶反改换，刺进维护距离，再进行D／A转化，以射频的方法发送到信道中。铁路列车主动操控体系的接纳端是发送进程的逆进程。
2．3 车载数据通讯网
相同为了缩短毛病恢复时间，每列车上的无线体系包含两个彻底冗余的车载通讯单元，它们是轨旁AP的通讯客户端(从AP传来的信号由它们接纳)，别离装置在接近车头和车尾的车载设备机架内。车载通讯单元包含两个冗余的无线单元，它们之间协同作业。每个无线单元都与两个一组的车载天线相连。
每个车载通讯单元都有自己固定的IP地址，每个列车单元就像一个一般的路由器直接衔接在轨旁网络上。各个设备经过仅有的IP地址(源／目的地标识)解析来接纳和发送信息，冗余的设备也是相同，都具有自己共同的IP地址。
3 DCS体系网络安全的剖析
运用先进的加密算法保证数据安全，选用数据发送方校验、数据过滤和数据完整性查验等安全办法以削减损害，不只保证信息安全传输，并且约束接入，使体系满意CENELEC50159—2的安全规范。办法如下：
1)AP(不包含外置天线)，放置在习惯环境和防偷盗的密闭盒中，保证有授权的人员才干发动。
2)禁用服务集标志(SSID)播送功用，减小歹意用户侵入AP的可能性。
3)动态改写暗码进步暗码的安全性，削减暗码被破获的可能性。
4)传往AP的远程办理数据需求经过加密的有线网络。
5)运用先进的加密维护手法。
4 结束语
文中以车地通讯为布景，要点规划数据传输体系的组成，以及各组成部分的接入方法以及规范，首要考虑车地双向通讯网的无线AP的安置、WLAN技能和OFDM技能以及网络安全问题。依据地铁环境下的传达模型，将体系中AP的距离设为300 m，WLAN技能选用IEEE802．11g，无线传输选用OFDM技能，然后满意网络需求。
