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交通行业移动无线宽带技术白皮书1 项目概述为了满足xx高速公路车辆移动无线宽带通信系统、高速公路沿线维护和应急通信系统的需求，提升高速移动下的宽带无线视频、语音和数据通信能力，本方案中采用第三代无线Mesh（网状网技术）高速移动无线宽带技术，配合高速路收费站和服务区等处现有的光纤网络，提供高速公路沿线的宽带无线网络通信平台。建成的移动宽带无线通信系统做为综合性的通信平台，可为交通系统广泛的应用：1. 数据和语音通信 道路周边区域的通信 维护保养队的通信 货运公司（FOC）操作 货运公司传真服务 货运公司驾驶员工作表更新服务 营运公司(TOC)驾驶员工作表更新服务 全部车辆和列车诊断服务 2. 综合的车站/服务区服务 电子票务 时间表更新 电子座位预订 车载/站点电子广告 (新的收入来源)3. 跟踪和遥感测试服务 列车跟踪服务 出租车/公交车辆跟踪和定位 租赁公司监测4. 安全和监控 站点视频监控 交叉路口视频监控 事故多发路段/山体滑坡区域等视频监控5. 移动用户服务 乘客Email服务 互联网接入服务2 无线Mesh技术介绍2.1 无线Mesh技术发展无线Mesh网络具有诸多优于其它类型无线部署的优势。这些优势主要集中在降低网络关键环节的成本安装、维护以及运行维护等方面。以某些情况下，由于网络拓扑结构、缺少有线基础设施、或者是在客户室内或室外位置布线成本高等原因，无线Mesh网络成为部署网络基础设施的唯一可行方案。在发展历程上，业界中有三种Wi-Fi方案：第一代集中式网络模式是一种非智能的网络，相互独立的多个接入点（AP）连接到同一个有线局域网中。集中式网络模式第二代集中式网络模式是对已有交换机最简单的一种扩展方式，大多数有线交换机设备均支持。这种模式倾向于将智能功能从AP剥离出来放到交换机中。然而，这种方法产生了许多意想不到的后果（例如，单点故障、带宽瓶颈以及缺乏扩展性和灵活性）。此外，要是增加AP设备使得现有的WLAN交换机端口不够用时，就必须购买新的交换机。这两种Wi-Fi方案还存在着一个共性的问题它们不是真正的无线，只是“更少的”有线。连接AP的以太网还是必要的。第三代Wi-Fi Mesh网络是一种智能网络。由于网络节点间能够通过802.11无线链路相互连接，因此它们不需要通过有线连接到交换机上。Mesh网络架构可以扩展通信传输区域，也可以同时为无线用户和网络节点提供接入服务。如果设计的合理，Mesh网络可以成为高性能、高可靠并具有冗余能力，并且能够扩展到包含成千上万个设备。这种类型的网络安装快捷，并且不要求精细的规划和位置选择即可获得可靠的通讯。简单地移动某个网络节点或者增加一个节点就可以立即完善一个信号较弱或无信号的区域。在无线Mesh网络中，每个节点都会维持到最邻近节的最优路径。当无线环境发生变化时，比如加入新节点或者发生拥塞，数据路径会根据时延、吞吐量、噪声等因素进行重新评估，并且Mesh网络会自动地进行自我调节将性能维持在最佳性能。如果某个数据路径丢失，或者RF干扰影响了性能，网络会通过重路由流量实现自我修复，这样节点既可以保持连接，而且数据路径也始终是最优的。所有的自我调节和自我修复过程都是动态的，在后台执行并且是实时的对用户而言是透明的，不需要人为干预。绕过障碍物在室外环境中部署网络时，Mesh体系架构允许无线网络绕过大的物体（比如建筑物和树木）进行流量交换。无线Mesh网络能够很容易地通过中间中继节点绕过障碍物转发数据包，而不是试图直接穿过障碍物。尤其在有很多障碍物的城市环境或者有丘陵或山区等传统无线网络覆盖有困难的乡村区域，该方案都非常有效。2.2 实现无线Mesh的方案无线Mesh的方案有很多种，但是大部分的方案都来源于最初的无线分布式系统（Wireless Distribution System, WDS）概念。WDS是一种使用无线桥接和无线repeating的无线AP模式，无线桥接也就是只能在AP之间进行通讯，AP不接受无线客户端的访问；而无线repeating既允许AP之间互相通讯，AP也可以与无线客户端进行通讯。所有的Mesh网络在本质上都是用户流量在离开网络（比如到达有线的LAN）之前通过多个节点。用户流量到达目的地所要经过的跳数取决于网络的设计、链路的长度、使用的技术以及其它一些因素。第一代单模块Mesh方案 (single-radio)所有信息都在同一信道上单模块模式是无线Mesh最脆弱的方案。接入点仅使用一个信道，此信道由无线客户端和回程流量（在AP之间转发）共享。当更多的AP加入到网络中的时候，用于回程流量的带宽将会占据越来越高的比例，仅仅留很少一部分容量给无线客户端。此现象的原因是由于无线是一个共享的媒质。本方案的AP不能同时发送和接收数据。而且在其覆盖范围内另一个AP正在传输的时候，该AP也不能发送数据。这种对可用共享带宽的竞争是基于类似以太网的无线冲突避免原则(CSMA/CA)。简单计算一下就会发现，在单模块方案中每个无线客户端只能获得很有限的吞吐量。举例来说，假设你有5个AP，每个AP有20个无线客户端与之相连，所有的AP和客户端共享同一个802.11b信道（5Mbps），这样等价于每个用户只能获得少于50Kbps的吞吐量比拨号连接还要慢。而且由于所有的无线客户端和AP必须工作在同一个信道上，无线资源的竞争和RF干扰还会导致不可预期的时延。第二代双模块方案(dual-radio)回程共享在双模块方案中，一个频道专门用来连接无线客户端，而另一个频道专门用来进行无线回程传输回程信道同时由ingress和egress流量共享。这意味着什么呢？无线客户端流量将得到一些的改善，但是全网的性能仍然由于回程的瓶颈问题而不理想。第三代多频方案 (multi-radio) 结构化的无线Mesh在多频（或者称作结构化Mesh）方案中，每个网络节点至少使用三个频道的专用无线链路接口，其中一个频道用于客户端的流量，第二个频道用于ingress无线回程流量，第三个频道用于egress无线回程流量。这个无线Mesh网络的方案与单模块或双模块方案相比提供了很好的性能。因为每个链路都工作在独立的信道上，专用的回程链路可以同时发送和接收数据。分离的Ingress/Egress回程链路2.3 Mesh多跳难题分析随着无线Mesh网络的普及，其规模和复杂程度持续发展。然而多跳的Mesh网络遇到越来越多的难题，比如带宽降低，无线干扰以及网络时延等。譬如，在网络中的每一跳吞吐量会下降多达50%，连续多跳情况下吞吐量下降得更迅速，其结果将导致网络性能的严重降低。在语音和视频应用大量运行的极端情况下，时延和RF干扰将达到不可接受的程度，而导致连接完全中断。传统的Mesh网络只能提供有限的扩展性，多跳自身的难题使得它对于大规模网络部署还存在诸多疑问。因而需要一种新型结构化的无线Mesh，在其网络中无论跳数多少，都能够提供高性能和高可靠性。为了具有可实施性，无线Mesh必须是低时延的网络，为ingress和egress回程流量提供单独的无线带宽链路（类似于全双工连接），并自动地使用最高的可用吞吐量。它必须是多频、多信道、多RF的系统，还应该是模块化的，并且具有扩展为未来技术的灵活性。这种低时延的Mesh网络已经在实验室环境（无噪声）和真实环境（有噪声）中进行了测试。测试跳数逐步从1跳增加到10跳，结果表明即使达到10跳，无噪声情况下网络回程吞吐量只有4%的丢失，而实际噪声环境也仅丢失了40%。时延测试结果也同样令人满意完全在语音（VoIP）和视频应用可接受的范围内。带宽下降测试结果是与为回程流量使用单模块的Mesh网络的最佳情况进行比较的。单模块Mesh网络在无噪声情况下经过5跳后带宽就会令人吃惊地丢失了80%。带宽降低当回程被共享的时候，多跳带来的带宽降低的问题尤为严重，比如单模块和双模块方案。在这些情况下，每个从AP到AP“跳越”的流量，其吞吐量都几乎会被削减了一半。对于这类带宽降低模式主要有两个原理。不管选择最佳情景原理的降低为1/n（其中n是跳数），还是选择最坏情景原理的降低为1/2n-1，带宽降低的数量都是现实存在的，参见下表。最佳情况的场景是假设所有的节点都以线性的方式排列，类似于一个珍珠串，每个节点只能和它两个邻接的节点通信。但是在实际部署的Mesh网络中，任何一个节点都能“侦听”到至少3个或4个邻接的节点。这时，带宽降低更加类似于最坏情况的情景。下图说明了802.11a/g和802.11b采用单模块方案在最佳情况的场景下吞吐量降低的情况。在802.11b情况下，此表的起始吞吐量为5 Mbps因为802.11b任何信道的毛数据速率为11 Mbps，其有效吞吐量接近于5 Mbps。类似地，802.11a/g的有效吞吐量接近于24 Mbps。正像前表中所显示的一样，即使在最佳情景的时候，对于中等规模和大规模环境，带宽的损失也是不可接受的。无线干扰无线干扰是一个十分重要的问题，它将影响到无线网络的性能。简单地说，无线干扰可以定义为非期望的信号干扰了其他无线通信设备的正常操作。在当今的无线网络中，802.11b和802.11g是企业和服务提供商向用户提供无线覆盖最常用的技术。而大部分无线Mesh部署都是使用802.11b作为无线回程的基础架构，这些网络回程带宽很容易受到来自于相同频段内工作的邻近设备无线干扰的影响。无线干扰还会导致传输错误，这些错误可能会混合。而且需要注意的是，在网络不同的部分干扰也千差万别。就像前面所提到的，单模块和双模块方案在网络中使用同一个回程信道，当网络中任何部分受到了干扰的影响，整个网络的性能将会降低。而且，这些方案不能修改网络中该部分的配置（比如调整信道）来避免干扰。Wi-Fi网络并不是工作在免许可的2.4 GHz和5 GHz频段的唯一无线设备。还有其他类型设备工作在这些频段，包括安全系统、对讲系统、无绳电话以及其他很多设备。另外，也有一些电子设备会在免许可频段内泄露无线信号（比如微波炉、计算机和移动电话）。这些设备会导致不同方式的干扰，可能是暂时的（比如微波炉）或持续的（比如无线视频监控摄像机）。网络时延VoIP的应用是Wi-Fi的一个关键驱动力。建立和部署Wi-Fi和IP电话融合的解决方案可同时支持语音和数据服务，该解决方案可能会使得WLAN在企业中得到广泛应用。为了支持这些语音和视频应用，就要求网络具有很小的时延和抖动。当分组包在网络节点之间转发的时候，一定会存在处理时延。在大规模广域Mesh网络中，通常需要很多到有线网络的终止点来避免过多的时延但是这样就不能充分发挥无线Mesh网络的优势。而且，随着时延的增加，语音和视频应用将受到严重的影响（尤其当无线客户端漫游的时候），甚至可能会导致连接完全中断。当Mesh使用layer 3（路由）协议的时候将会引入另一个问题，也就是在使用layer 3协议的时候，帧头开销可能会很小，因此数据比较适合小规模或中等规模部署的网络，而不适合支持很多用户的大规模环境，这些用户会漫游并使用语音和视频应用。时延会影响整个无线网络的性能，而导致时延的原因有很多种，包括啁啾声，拥塞，超时和重传。带宽时延产品（Bandwidth Delay Product，BDP）是用来测量网络链路能力的一个产品可以考虑在设计和部署大规模网络时应用。2.4 第三代多模块无线Mesh解决多跳难题对于大规模无线网络部署，尤其在语音、视频和数据漫游应用很关键的时候，将需要新型的无线Mesh技术提供专用的无线链路、802.11a用于回程流量、低时延交换、蜂窝状的客户端覆盖。要想在任何时候都提供最佳的性能，这样的网络必须是模块化的、多频、多信道、多RF 的Mesh。同时具有以下特点：非常灵活，完全可扩展的，而且是面向未来技术的，比如WiMAX、802.11n (MIMO)或者 Ultra-Wideband (UWB)。多接口无线Mesh节点vs有线交换机专用无线链路在建立一个高级的Mesh网络时，使用方法一定是与其它类型解决方案所不同的。它将应用模块化的方案，使用专用的带宽链路来完成AP的功能（客户端连接）或回程功能（网络级连）。注意图中理想的无线Mesh节点和有线VLAN交换结构设计上的相似性。他们都为用户接入提供接口，都为回程链路提供了专门的接口客户端连接（Client Connect）的下行方向回程和网络级连（Network Connect）的上行方向回程。客户端连接无线模块必须设计为或者与无线客户端连接（用户接入）关联，或者使用分离的模块与其他Mesh节点（回程）关联。网络级连无线模块必须根据到网络egress（有线网络）的最佳可能路径为中继回程流量（ingress和egress）建立与另一个Mesh节点的链路。对于repeater或者用来扩展网络范围的节点，需要包含3个或更多的无线模块一个用于ingress流量（回程），一个用于egress流量（回程），还有一个用于无线终端（用户接入）。下图阐明了这一概念。终端连接与网络连接802.11a无线回程这个新型结构化的无线Mesh需要支持不同类型的无线技术。一些原则决定了针对某一特定的用途，哪一种技术应用更为广泛。正如前面所提到的，802.11b和802.11g仅有三个可能的非重叠信道。然而802.11a没有此限制，并且该频段无线干扰更小（来自于其它笔记本电脑，无绳电话等），频谱更宽。鉴于以上原因，802.11a非常适合用于回程Mesh架构。可获得的802.11a信道个数依赖于监管区域，比如美国FCC监管区域在5GHz范围内为免许可应用保留了4个频段。这四个频段指定为UNII (Unlicensed National Information Infrastructure)频段，总共有24个可能的信道。802.11a与802.11b或802.11g相比较的另一个优势就是所有可获得的信道都是非重叠的。因此你可以让无线节点工作在临近信道而会不产生相互干扰。在一些国家，也许不能利用802.11a的频谱。然而在网络中，节点之间的无线连接也可以像使用802.11a一样使用802.11g。这两种技术提供了相似的带宽和吞吐量特性，并都支持高速模式（11g的Super G，11a的Turbo）将连接速度从54 Mbps提高到108 Mbps。802.11a Turbo信道被指定为42, 50, 58, 152和160信道。低时延交换理想的Mesh网络必须支持语音应用和快速漫游切换，这就是为什么网络应该设计为layer 2交换。这将会保持时延和开销最小，并提高多跳的性能。许多现在的Mesh网络都集中在layer 3路由，这种方案的问题是路由开销最终会限制网络的可扩展性。蜂窝状覆盖Mesh网络还应该允许使用多个、分离的扇区状天线（非常类似蜂窝网络中无线小区站点天线）同时向不同的方向发射信号，每个方向都使用不同的信道。蜂窝状覆盖可以支持向所有相连的客户端同时进行无冲突的传输意味着在更大范围内，更多的用户可以与同一个节点进行关联，并且获得更高的吞吐量，这是因为用户之间发生更少的冲撞。概念的验证为了验证新型无线Mesh网络的有效性，可分别在无噪声环境和真实环境中做了一系列测试，跳数从1到增加到10。测试的目标是表征流量经过多跳后的降低程度，流量通过了从客户端相连的节点到流量发生服务器这个菊花链上的多个节点。服务器用于测量TCP和UDP带宽性能（比如最大带宽），并允许调整不同的参数和特征，它还可以报告带宽、时延和丢包率。网络测试场景说明在所有场景中都通过几种类型的测试来对流量进行表征。在理想的Mesh网络中增加或减少节点的情况下，为了确定流量将受到什么影响的目的，这些测试可以认为是精确的。下图给出了这个测试场景的基本网络架构。测试场景第一组测试场景是在无噪声、无干扰环境中进行的，可以认为是最优情况。目的是在没有外部资源和干扰影响下，精确地分析Mesh网络的行为。第二组测试场景引入了真实环境，也就是网络暴露在充满噪声的环境中。为了表征流量通过Mesh网络的行为，所有测试都是使用802.11a作为无线回程的情况下完成的。网络测试结果在每一跳都要通过有线以太网终端获取测试结果。结果表明，即使在10跳的情况下，这个网络在无噪声环境中只丢失了4的回程吞吐量，而在真实环境中也仅仅丢失40回程吞吐量。时延结果也是同样令人振奋的，32 byte的分组包的时延只有15ms，1400 byte的分组包时延为25ms。这两个结果都在VoIP和视频应用可接受的时延限制即100ms以内。带宽降低测试结果与单模块和双模块Mesh网络最佳情景相比较，单模块和双模块Mesh网络在无噪声环境下的结果显示了仅仅5跳带宽就会有80%丢失。结论多跳大规模无线Mesh网络对带宽降低，无线干扰和网络时延等问题十分敏感。如果没有使用多频结构化的无线Mesh，每一跳的吞吐量可能会下降多达50%。特别是在更大规模部署情况下，网络时延和漫游也是需要着重考虑的问题。在广域、高利用率环境中，当无线客户端使用的语音和视频应用需要漫游（比如在汽车或火车上）时，时延和带宽问题将变得不可接受。选择单频、双模块甚至某些多频Mesh网络将会导致网络性能降低、扩展性差、不能支持大范围的应用。显然，需要一种新型的无线Mesh网络来解决多跳的难题。这一新型网络需要使用模块化的、多频、多信道、多RF的Mesh网络系统，使用蜂窝状覆盖来展示高级的系统回程。使用该系统可部署高性能、高扩展性的网络，并支持实时的语音、视频和数据应用。交通系统移动无线宽带网络设计2.5 无线网络设计无线网络组网架构为了便于对方案的讨论，我们建立如下图所示的交通无线系统建设模式(下面以铁路为线路为例)：2km普通杆Mesh基站杆运行方向有线网络连接车辆 交通移动无线宽带系统的核心网络是交通沿线架设的 Mesh基站 固定Mesh基站的间距平均为2公里-弯道区域Mesh基站间距略大，而山区和隧道区域所需要的Mesh基站间距小 固定Mesh基站之间的互联采用5.8GHz技术，对车辆的接入也采用5.8GHz频段技术；多模块Mesh基站提供多个专用的模块，分别用于Mesh基站互联上行通路、Mesh基站互联下行通路以及对车辆的无线接入 固定Mesh基站经过多跳无线组网之后，进入到就近的光纤节点处 为了保证车辆高速移动的情况下能够在固定Mesh基站之间快速切换，必须在车辆上安装移动车载Mesh设备 支持移动速度高达280公里时速下的漫游切换组网网络架构图如下所示：传输网络和交换机交通专网互联网路由器站点站点有线网络配置交通移动无线宽带系统中的每个车站/收费站/高速服务区处都是该区间的无线网络汇聚点，交通沿线架设的固定Mesh基站会就近的连接到站点的光纤处有线网络，并且通过有线网络内的交换机和路由器设备将交通系统内部的视频、语音和数据流量分别送达至相应的交通专网内。站点之间均采用传输网络互联(可利用现有的传输资源)，每个站点的有线网络配置有如下的要求： 站点之间采用传输系统相连，每站点的传输设备为无线宽带提供提供有线网络接口(以太网或者光纤接口，可采用现有的传输系统) 每站点处专门配置一台数据交换机l 上连接口与传输系统相连以太网口或者光纤接口l 下连接口与站点处的无线Mesh基站相连100兆以太网接口固定Mesh基站配置交通移动无线宽带系统中主要使用两种Mesh基站: 交通站点处的高性能无线核心点采用SU-7300-2ZK基站 交通线路沿线的中继无线节点采用SU-7200-2ZK基站光纤点光纤点无线核心点 SU-7300-2ZK每个交通站点均须放置一台SU-7300-2ZK，该Mesh基站内置了3块802.11a模块和3块802.11g模块，可以为系统提供更高的整体性能。按照实际环境的经验值，每个802.11a扇区在1公里内可提供15Mbps以上的汇聚吞吐量，每个802.11g在1公里内可提供10Mbps以上的汇聚吞吐量；因此，SU-7300-2ZK的配置可提供45Mbps的无线网络汇聚带宽和30Mbps的无线终端覆盖带宽。该基站的具体配置如下： SU-7300-2ZK每个站点处放置一台该基站，作为无线核心设备l SU-7300-2ZK有线接口与站点处的交换机相连100兆以太网l SU-7300-2ZK无线空中接口汇聚站点周边的固定Mesh基站802.11a空中接口 内置3块5.8GHz 11a模块和3块2.4GHz 11g模块 多扇区组区l 每个射频模块均外接一个120度扇区天线l 3个2.4GHz扇区覆盖站点2.4GHz终端用户l 3个5.8GHz扇区汇聚该区间内的固定Mesh基站和移动车载Mesh设备 本地交流供电，支持110-240VAC和12-24VDC供电方式设备接口和天线配置如下图所示：无线中继点 SU-7200-2ZK交通沿线的无线中继基站使用SU-7200-2ZK设备。该设备内置2块802.11a模块和2块802.11g模块。两块5.8GHz模块分别处理Mesh上行、Mesh下行的通信，保证了无线网络多跳的高带宽和低时延。该基站的具体配置如下： SU-7200-2ZK 内置2块5.8GHz 11a模块和2块2.4GHz 11g模块 多模块节点作为多跳Mesh骨干中继节点 1个802.11a 模块用于Mesh上行无线链路 1个802.11a 模块用于Mesh下行无线链路和移动Mesh车载设备的接入 1个802.11g模块用于固定基站周边的2.4GHz手持终端和应急通信的使用 每个802.11a无线模块均两个5.8GHz定向天线，背靠背指向交通线路两侧；定向天线组之间的垂直距离应不小于50公分，天线距地面的最低高度为3.5米(若丘陵地带，必须提高天线安装高度) 支持110-240VAC和12-24VDC供电方式，支持第三方太阳能电池供电设备接口和天线配置如下图所示：SU-7200-2ZK实际工程安装图如下所示：对于交通沿线的树木以及山体丘陵等障碍物的区间的组网，在交通沿线安装的固定Mesh基站尽量采用之字形安装方式，如下所示：固定Mesh基站安装在专用的抱杆之上，配合5.8GHz定向天线进行设备无线互联和车辆的无线接入。如下图所示：车载Mesh设备配置为了保证车辆在高速移动的情况下仍然能够一直在线并且保持无线连接，必须在车辆上安装移动车载设备SU-WS100。SU-WS100作为最新的车载Mesh设备，专门用于车载设备的接入，保证车载设备高速移动和快速切换下依然保证无间断的通讯。SU-WS100设备内置1个无线板卡，提供1个2.4GHz 802.11g无线模块和1个5.8GHz 802.11a无线模块，设备提供1个10/100兆以太网接口，用于连接车载设备。该车载Mesh设备的配置如下： SU-WS100 内置1块5.8GHz 11a模块和1块2.4GHz 11g模块 双模多用途车载Mesh节点 1个802.11a 模块用于Mesh上行无线链路车地通信 1个802.11g模块用于车辆内的WiFi手机无线终端的覆盖 10/100兆网口连接车载网关，接入其他视频、语音和数据终端 使用专业的5.8GHz全向天线 (HUBER+SUHNER SENCITY专用天线)，安装在车厢顶部，用于车地无线通信 车载供电10-48VDC车载设备配置如下图所示：无线网络冗余特性当所有无线Mesh基站启动运行后，各个基站将自动决策到有线网络的最优路径，随之产生的Mesh拓扑将基于网络性能进行流量的负载平衡。如下图所示：当交通沿线任何一个光纤点发生故障，该区间内的固定Mesh基站将自动的调整无线链路，重新汇聚到就近的另外一个光纤点处，如下图所示：当交通沿线任何一个固定基站发生故障时，受到影响的固定Mesh基站将自动的调整无线链路，按照性能最优的方式重新进行汇聚，如下图所示：无线网络设计要点目前的设计的基站间距为2公里，当某一基站出现故障时，可能会存在出现车地通信暂时中断的情况；可以根据实际需求，增加Mesh基站数量，减少相邻基站间距，以实现移动无线宽带系统的高可用性和冗余性。5.8GHz无线组网链路预算采用5.8GHz 802.11a技术的主要原因是增加可用的非重叠信道的数量，同时消除使用2.4GHz频段受到潜在干扰的干扰。所有的Mesh基站都被连接到交换机网络并通过路由器连接到交通专网或者互联网。出于扩展性的考虑，交换机基于层次化的方式组网，所有的Mesh基站都连接到交换网络(Layer-2)，允许广播和组播数据的透传以保证mesh网络的构建和管理。固定Mesh基站之间的无线链路预算802.11a开放空间损耗 (2km)-113db发射天线增益18db接收天线增益18db发射功率26 dbm接收信号强度-51 db车地无线通信链路预算802.11a开放空间损耗 (1km)-107db发射天线增益18db接收天线增益8db发射功率26 dbm接收信号强度-55 db实验测试表明在接受信号强度在-80dBm的情况下可以得到12Mb/s以上的吞吐量。如上的解决方案可以取得-51-55dBm的接收信号强度，为实际应用中线缆损耗和开放空间损耗等提供了更多的余量，保证了固定Mesh基站之间通信和车地通信的稳定性。 以上设计也同时保证了对多条铁轨的支持，以及同时经过的多列火车。站台、隧道、山丘等区域的网络构架将基于各自的规模、限制和地理环境再进行深入的考虑。2.6 无线基站分布XX交通线路长度和线路情况如下所示： 根据4.1网络设计，按照平均每2公里的方式进行无线网络建设，则基站分布表如下所示：这样，XX线沿线共需200个Mesh基站，其中隧道部分平均每500米放置一个基站。考虑到实际环境因素和树木等障碍物的阻挡，在现有设备基础之上增加20%的余量，即总体需要约240的固定Mesh基站。2.7 无线网络系统容量交通移动无线宽带系统采用了多模块高性能Mesh无线系统进行组建，系统兼顾了无线网络的可达性和性能，系统整体容量计算方式如下： 光纤点处单个802.11a 5.8GHz射频模块提供15Mbps汇聚吞吐量(平均吞吐量) 无线Mesh网络最大跳数不超过15跳，每跳设计损耗按照10%保守计算 网络性能指标n 采用信号强度、网络时延等参数的加权平均值来作为评估无线链路性能的指标n 无线基站之间链路总是选择性能最佳的做为主链路，其他链路作为备选 无线基站n 采用多模块高性能Mesh基站无线网络实际最大容量（单区间）这样，每个站点(光纤点)处可提供的5.8GHz汇聚吞吐量大于30Mbps；考虑到视频业务和语音业务对于时延的敏感性，每个站点区间的无线网络可承载稳定业务的带宽为15Mbps，可支持的最大视频、语音业务数量： 最大20路并发固定视频监控，分辨率D1、码流25桢 最大60路并发WiFi语音呼叫以上的性能指标是建立在单独业务情况下的最大并发数量，实际使用中可根据视频监控业务、语音业务的优先级别，进行服务质量的设定，保证优先级别高的业务优先处理。无线网络额定容量（单区间）考虑到无线网络同时需要承载站点区间周边的手持终端用户、车载Mesh设备或者应急通信的需要，建议每个站点区间的无线网络额定承载业务量为： 10路并发固定视频监控，分辨率D1、码流25桢 20路并发WiFi语音呼叫 (按照20%峰值业务率，实际可支持100部WiFi手机终端) 1-2路车载Mesh移动设备接入 以及其他低带宽的数据业务光纤网络容量要求每个站点传输系统需要为无线网络提供最低30兆以上的带宽。传输系统需要将各个站点的业务汇聚到中心机房，按照48个站点、每个站点30兆业务统一汇聚到中心机房，以及中心机房向不同站点的业务推送，传输系统骨干带宽应不小于2.5Gbps。2.8 方案解决的问题大规模无线部署的组网拓扑和非视距问题通常说来，大规模的部署无线网络都会遇到非视距(Non Line of Sight)问题，导致无线网络的中心基站与边缘基站之间存在着无线网络无法穿越或绕射的障碍物。传统的点到多点的拓扑结构无法解决非视距问题，这也使传统的点到多点的拓扑结构无法满足大范围的网状或者链状部署中的非视距需求。Mesh拓扑结构引入了网状网络的概念，完全不需要所谓的中心点 - 任意两个无线节点之间都可以连接，对于每个无线节点都有一条到多条的无线链路可供选择。Mesh无线网状网的特性轻易地解决了组网拓扑的和非视距问题。光纤成本和Mesh多跳后的吞吐量损耗问题利用Mesh拓扑结构的特点，对于进行大规模无线网络所遇到非视距问题，可以非常容易进行规避。但是，Mesh拓扑将在无线网络中引入更多的无线跳 (hop，每经过一个无线设备叫做一跳)；如果每跳带来的吞吐量损耗过大(如单模Mesh或者双模Mesh解决方案，每跳加入50%以上的吞吐量损耗)，就势必需要更多的光纤等有线回程线路，从而导致项目整体成本的飙升。 Mesh 采用独特的 multi-radio Mesh （多无线射频网状网）技术，极大的降低了每跳的吞吐量损耗，单光纤点可支持高达60个无线Mesh基站，链状组网无线跳数可达15跳以上。移动车载切换过程中的数据流中断问题当数据包在网络中传输的时候，组成有线网络基础构架的交换机需要时间来学习每个MAC地址的位置，然后决定数据的交换（Switching）路径。在一个快速移动的平台下，PC终端发送和接收数据的过程中移动车辆需要在多个Wi-Fi节点之间不断的高速切换。当PC终端的Wi-Fi网络连接已经跳转的时候，去往PC终端的数据流仍将指向错误的目标地址，这种情况会一直持续直到交换机学习到该PC终端新的位置（或连接） 这将导致最终用户的数据流持续中断。网络可以有效的解决这个问题。Access/One系统中的每个无线回程模块都会自动广播自己的交换表（switching table），该交换表包括所有与之相连的回程模块和PC，这样交换网络中的数据交换路径可以自动的、动态的调整整个交换网络。事实上，这种更新交换表的方式允许最大程度的无中断数据服务。在解决方案中， 动态实时的网络选择和切换问题为了保证车辆在Wi-Fi节点之间的及时的切换，系统需要进行持续的扫描。当速度增加的时候，切换时间就会成为一个主要的问题。网络通过每个无线回程模块的背景扫描 （Background Scanning）来解决这个问题，系统采用layer 2方式完成上联链路选择和快速切换，仅需50ms即可完成，网络之间的切换对于最终用户是透明的。2.9 网络运行维护建议2.9.1 无线网络运维建议专业的无线网络依靠稳定的物理层作为基础，而大规模无线网络日常运行维护与GSM/CDMA等移动通信网络有着非常相似之处，都需要定期的无线频谱分析和覆盖范围测试，以排出潜在故障和提供网络性能质量。因此，建议选用专业的勘测测试工具来科学准确地为2.4GHz、4.9GHz和5.8GHz进行规划，使用多种方式获取关键的Wi-Fi和射频信息，由此生成的无线性能图可以简化网络管理、故障排除、容量规划和网络优化。如图所示，通过频谱分析和测试检查无线干扰情况、信道利用率、CRC误码率等信息，与GSM移动通信类似的方式，如采用调整天线倾角、信道规划和发射功率控制等方式，在网络运行维护中不断优化网络，为用户提供稳定的、高质量的无线网络接入服务。对于无线网络中出现的故障，建议采用专用的故障排除流程来解决问题。用户接入故障排除流程无线Mesh回程故障排除流程2.9.2 管理维护建议为了方便网络管理和日常维护，建议采用自有网管结合SNMP管理。作为随设备附带的自有网管平台，可实现多种灵活的无线基站管理，包括逻辑拓扑结构显示、无线终端信息和基站工作状态监控；同时，无线基站配置的统一管理和批量配置也方便了日常的运行维护，减少网络管理开销。无线基站同时支持SNMP管理，利用SNMP主动轮询和Trap结合的方式，可以更有效的进行网络设备监控，并且根据需要触发警告，通过短信或者电子邮件的方式提示管理员，加快网络管理人员的响应速度。34 交通移动无线宽带应用系统设计移动无线宽带系统做为综合性的通信平台，可为交通系统广泛的应用：固定无线应用固定Mesh基站提供无线“走廊”，也将提供广泛的交通沿线应用： 支持语音和数据通信 n 在交通沿线，手持笔记本和车载Wi-Fi设备均可得到接入n 满足日常维护、检修等业务的通信需求 无线视频监控系统n 站点周边、交叉路口或者重要路段的实时视频监控系统 应急联动和救灾通信n 为应急救灾车辆和工作人员提供宽带无线通信，组网快捷迅速能够满足临时组网的需求n 可提供临时视频监控系统，支持即插即用移动无线应用 车地通信 n 车辆高速移动情况下(可高达280公里时速)的宽带无线通信n 支持视频、语音和数据通信光纤点光纤点4.1 视频监控系统视频监控作为交通沿线无线Mesh网络的主要应用将包括固定视频监控、移动使用监控和临时视频监控等三种主要方式。4.1.1 固定视频监控如下图所示固定视频监控的系统架构图。视频监控部分有两种选择： IP摄像头 视频编码器加上模拟摄像头这两种视频监控的设备都具有10/100M以太网线接口。这样在视频监控点的架设上就有两种方式： 视频监控点与室外基站直接用10/100M以太网线相连 视频监控点与无线CPE采用10/100M以太网线相连，通过无线CPE与室外基站之间的高速无线链路回传视频无线CPE与室外基站的传输距离可高达2km，保证了每基站周边的2km半径的区域都可以得到视频监控。甚至通过临时架设的视频监控头，为应急救灾等关键场景提供实时的视频监控。为网络建设带来了极大的灵活性和可迁移性，只需要提供电源并且将设备天线等固定在高杆上即可，提供了快速组网、临时组网的优越性。4.1.2 移动视频监控移动视频监控充分的体现了 Mesh网络支持高速移动和快速切换的特性。在移动车辆上安装视频监控点和移动车载设备，两者用以太网线相连。当车辆在无线Mesh基站覆盖的沿线上高速移动时，车载的无线基站可以迅速进行切换，保证视频信息上传不间断。4.1.3 视频监控系统特点无论是固定视频监控或者车载移动视频监控，所有的视频监控系统都会通过无线Mesh网络汇聚到有线网络，并且采用全数字方式使用网络编解码器将视频直接编码上，通过BVG主机进行全网管理，完整实现数字系统的所有功能。系统框图如下所示：1. 分布式系统构架 层次化组网n 每个节点独立自治，多个节点无缝联结在一起形成一个更大的局部自治区域，多个局部自治区域联结成一个大的网络n 全网中可以设中心节点，也可以不设中心节点；节点之间可以设定上下级关系，即多个节点可以分层级，全网中的层级数没有限制n 节点之间形成层次式节点树结构，节点内部形成层次式对象树结构，节点树和对象树构成全网的所有资源n 所有资源统一命名，全网每个资源有唯一名称，每个资源均有其属性，属性的取值可以有不同类型（统一资源）n 提供一致的界面和操作方式来管理和维护全网所有的资源（统一管理）2. 安全性、权限和级别 分权管理、优先级管理n 用户在任何操作前均必须登录，用户在全系统中只需要登录一次（记住一个密码就行）就可以漫游全网访问任何有权限的资源n 用户可以安全地修改自己的帐号信息如名称、密码等，即系统必须提供加密通信n 用户在全网的漫游必须是安全的，即系统必须提供安全论证机制n 用户可以划分成组，对组进行授权将作用到该组中的所有用户n 系统的权限必须实现继承，分节点间的继承（下级节点继承上级节点的权限）和对象间的继承（子对象继承父对象的权限）n 每个用户拥有一个级别属性（大于等于0的数值，越大实际级别越高），便于处理不同用户对同一个独占式资源竞争控制权。如果两个用户都可以操作某个设备或资源，则级别高者拥有控制权n 级别高的用户可以抢占级别低的用户对某资源的控制权，反之则不行。用户的控制权被抢占时会得到明显的通知n 资源（例如摄像机和监视器）可以被锁定，对锁定的资源，不管用户的级别如何，使用前必须先解锁。n 级别高的用户可以解除级别低的用户对某资源的锁定，反之则不行。n 级别只有在有权限的前提下才有意义，如果用户对某资源没有权限，级别再高也控制不了该资源3. 数字模拟联网n 用户可以把其它节点的摄像机切换到本地的监视器上，并能进行云台控制（模拟矩阵联网）n 用户可以把其它节点的数字摄像机（或者是摄像机编码器）切换到本地的数字监视器（或者是解码器监视器）上，并能进行云台控制（纯数字联网）n 用户可以把其它节点的摄像机先由对方的矩阵再通过对方或本地的编码器进行数字化后在PC电脑上进行直播、录像和回放，并能进行云台控制（模拟系统数字化）n 用户可以把其它节点的摄像机经过或不经过矩阵再通过对方或自己的编码通道或解码通道切换到本地的监视器上，并能进行云台控制（数字模拟联网）n 各种联网方式必须无缝联结在一起，对最终用户而言，其它节点上的共享资源（例如摄像机）与本节点上的资源，只是名称或编号有差异，调用和操作的方法是一致的4. 干线管理n 具备模拟干线和数字干线管理能力，模拟干线定义为节点间的视频连接线，数字干线定义为节点与节点之间的具有带宽限制的网络连接n 干线管理的方式有：路由选择、复用、锁定和抢占、抢占后处理和预留n 干线的路由选择是指每一次需要干线的时候能找到全网中最优（经过的节点数最少、尽可能复用原来干线、抢占的代价最小等）的一系列干线n 干线复用是指多个节点上的用户查看同一个摄像机的时候要尽可能复用原来干线，避免占用新的干线n 在干线被占满，且有高级别用户需要查看新的摄像机的时候，就会发生抢占，抢占时总是抢占路径最短、抢占的代价最小（最高级别最低）的干线；同时，在高级别的用户锁定干线时，要保证低级别的用户不会抢占这些干线n 在高级别的用户抢占了干线时，原来占用干线的用户必须得到友好的通知n 干线可以预留给一些节点和这些节点上的用户5. 视频分发和NATn 数字码流支持一个源分发给一个或多个的用户，其网络连接方式可以为单播（Unicast）、组播(Multicast)和TCP方式n 数字码流在分发过程中支持一些与网络带宽管理相关的有效控制算法n 数字码流在分发过程中的保证图像质量的前提下每个节点的延迟不能超过100msn 转发服务器支持从一个网络地址转发到另一个网段的网络地址（即网络地址转换NAT）n 转发服务器具备数字干线功能6. 统一设备控制接口n 设计统一的设备控制接口，以支持各种类型的矩阵和云台控制n 统一的设备控制接口的目标是只需要增加一些独立的模块（设备驱动），集成到整个系统后即拥有通用设备具有的功能n 支持组合矩阵，即支持通用的几种组合矩阵模型来扩展矩阵的输入输出容量n 支持基于串口的控制设备，也支持基于IP的控制设备n 支持多个厂家的MPEG2、MPEG4、.264等多种编解码器、视频编解码器和DVR7. 实时视频n 网络客户端可实时监视多路实时图像信息并实现一机同屏同时监视；多个网络客户端可以同时监控任一前端图像n 在电视墙上可以实时显示前端任意一个监控点的图像，可以在1、4、6、8、9、10、13、16、全屏等多种画面分割模式中切换显示n 在网络条件支持下，位于不同地点的多个用户可同时在线观看系统内任意网点的实时视频资料，单台主机即可支持100路并发直播码流（最大网络输出带宽200M）n 摄像机分组：支持按照监控区域、管理权限和实际使用情况（如行进路线）分组，设置简单；支持服务器的统一分组（物理分组）和客户端的每个用户自定义分组（逻辑分组）n 轮巡：系统具备视频自动巡视功能，在可设定的间隔时间内对全网的监控点进行图像巡检，参与轮巡的对象可以任意设定，轮巡间隔时间可设置。分为组内轮巡和组间轮巡。n 支持实时设定音视频编解码器的各种参数，如码率、品质、分辨率、制式、帧频、色彩、音量等。n 字符叠加和图像屏蔽：可在图像的任意位置叠加名称、时间、场地等字符信息；可在图像的任意位置叠加图片和黑屏框以屏蔽需隐藏的图像区域 n 云台和快球控制：支持方向控制、自动扫描、预置位管理、光圈焦距管理、镜头缩放；云台速度可调；支持灯光、雨刷、电源开关控制；支持