地下鉄のWIFI：ネットワークアーキテクチャと地下の石

わずか数年で、地下鉄での白雲母の旅行は日常的なものではなくなりました。 以前は地下鉄の唯一の娯楽が本を読むことでしたが、マスコミとMP3プレーヤーは、今ではオンラインショッピング、テレビ番組の視聴、ビジネス通信、Tinderでのデート、クエストも追加されています。 そして、すべてが地下鉄に無料のWi-Fiネットワークが登場したおかげです。 Muscovitesの約80％は 、メトロのMT_FREEネットワークに定期的に接続しますが、その仕組みとその力については考えていません。 メトロのWi-Fiはメトロ自体を「使用」したという意見がありますが、これは完全に真実ではありません。 ワイヤレスネットワークはMaximaTelecomのプロジェクトです。 同社にとって、これは世界慣行に特有のエンジニアリングおよび技術ソリューションを備えた高速Wi-Fiネットワークを構築した最初の経験でした。 この投稿では、モスクワの地下鉄でWi-Fiネットワークがどのように編成されているかを説明します。

実際、2つのネットワークがあります...

ワゴン内の無線ネットワーク



キャリッジを入力するか、ネットワークの名前が記載されたステッカーを見るか、習慣から電話のWi-Fiをオンにします。 同時に、デバイスはSSID MT_FREEでネットワークに接続します。 各自動車に配置された高密度アクセスポイントで構成され、2つの2.4 GHzおよび5 GHz帯域で動作し、802.11a / b / g / n標準をサポートします。 ヘッドキャリッジのコントローラーがそれらを制御します。 これらの車は2台あります。つまり、2台のコントローラーもあります。 車間を含む車両内のすべての機器は、ツイストペアケーブルで接続されています。





トンネル無線ネットワーク



内部列車ネットワークを通過した後、データは列車トンネル無線チャネルを使用して固定ネットワークインフラストラクチャに送信されます。 各ヘッドキャリッジにあるベースステーションとトンネル内の車両に沿って配置されたベースステーション、およびトラックの開いた部分の間に設置されます。 線路に沿った基地局の位置は、列車が連続的な無線フィールドで移動するようなものです。 このため、通信の中断は最小限です。 列車のベースステーションは、各ヘッドキャリッジのアクセスポイントコントローラと同じ方法で配置されますが、列車の移動中は1つのステーションのみがアクティブになります。 無線チャネルはWi-Fiと同じ周波数範囲-5 GHzで動作しますが、独自のデータ転送プロトコルを使用します。 列車内の機器とは異なり、列車トンネル無線チャンネルの機器は、車両の外やトンネル/線路の開いた部分で見ることができます。

ネットワークアーキテクチャ

列車のルート上の各基地局は、専用の光ファイバーネットワークを使用して、地下鉄のオフィス構内にあるスイッチングノードに接続されます。 基地局の無停電電源も、これらのスイッチングノードに設置された機器の助けを借りて編成されます。



固定データネットワークのアーキテクチャは、通信事業者の一般的なアーキテクチャと変わりません。 これは、通信チャネルと主要機器の地理的冗長性を備えた「二重星」です。 このネットワークには、バックボーン通信事業者との通信チャネルがいくつかあり、合計帯域幅は60 Gb / s以上です。

ヒューストン、問題があります...

技術的課題



地下鉄で働くには、機器が必要です。

• トンネル内の過酷な動作条件（金属粉塵とエンジンオイルの浮遊）および車両（温度と振動の急激な変化）に耐える。
• 地下鉄の要件を満たしている（不燃性材料を使用し、電磁適合性の要件を満たし、非標準の電源で作業する）;
• ネットワークに必要な機能を備えています。

鉄道車両の地下鉄では、定格電圧80Vの直流が使用されます。 ただし、バッテリーの状態とコンタクトレールのギャップ数に応じて、 実際の電圧は30Vから150Vに「ジャンプ」します。



そのようなパラメータを持つ手頃な価格の電源ユニットを見つけることができず、適切なオプションのコストがプロジェクトを不適切にしました。



ここでは、ノボシビルスクのSibcontact社が私たちを大いに助けてくれました。 私たちの要件に合わせて、私たちの同僚は電源を作り、それを正常にテストし、すべての列車で使用しました。 デバイスは非常に信頼性が高く、安価であることが判明し、サプライヤーは通常のように、数ヶ月ではなく数週間で必要な量を生産することができました。



また、トンネル内で非標準の電源、つまり電圧が127Vの2相ネットワークに遭遇しました。 単相220Vネットワークで動作する機器に電力を供給することは不可能であり、ステーションの技術室に設置された独自の電源から新しいケーブルを引き出しました。 これにより、無停電電源装置と自動転送スイッチを使用したため、ネットワークの信頼性が向上しました。







大きな困難は列車の種類の多様性によって引き起こされました。 これは、列車のローカルネットワークの機器の配置の設計に関する作業に影響を与えました-それは巨大でした。 第二に、建設中に、同じシリーズと製造年であっても、ほとんどすべての配合が異なることが判明しました。 これは、それらが絶えずアップグレードされ、追加の機器が設置されたという事実によるものです。 このような作業は、列車ごとに個別に実行され、そのたびに独自の方法で列車に装備しました。



ネットワーク無線の計画中に深刻な問題が発生しました。 それらは、 トンネルが作られているさまざまな材料と、その設計、形状、枝や障害物に関する初期情報の不足の両方に関連していました。



私たちはすべてのトンネルを完全に調査しました。モスクワの地下鉄には330 km以上、複線計算では660 km以上あります。 基地局の配置に特定のメトリックとルールを適用し、運用中の機器の設置と試運転の後、無線カバレッジを測定し、機器の最適な場所を明らかにしました。 インストール後にいくつかの基地局を移転する必要がありました。



これらの困難は、ニジニノヴゴロドの会社であるラジオギガビットの同僚と共に、研究作業を行い、トンネルおよびオープンエリアの輸送無線ネットワークのチャネルおよびシステムレベルのシミュレーション（数学モデリング）に基づくトンネルでの無線計画のユニークな方法を開発することを余儀なくされました。 新しいプロジェクトでは、推測はしませんが、チャネルの指定された特性を得るために機器を配置する方法を正確に知っています。



建築上の困難



列車とトンネルの間の無線チャネルを形成する主な機器は「ヘッド」にあります（2つあることを思い出してください）。 ネットワークは一定の動きで動作します。その結果、同じ構成から同じセッションのトラフィックが通過する間、ネットワークポートと物理デバイスが常に変化します。 これに関して、いくつかのアーキテクチャ上の問題を解決しました。

• 車の交換または順序変更時の列車ネットワークの完全自動構成
• 列車内の2つのW-Fiコントローラー間の車内アクセスポイントの分布
• ユーザーおよび機器によるIPアドレスの正しい受信
• 現在アクティブな正しいベースステーションを介したユーザートラフィックの「終了」
• 列車が移動するときにMACアドレスを固定スイッチのあるポートから別のポートにジャンプする（これは固定ネットワークでは発生しないか、まれにしか発生しない）

別の問題は、ネットワークの監視でした。 従来のネットワーク機器監視システムは、構成が無線カバレッジエリアを離れる状況と構成機器の故障を区別することができません。 これにより、障害警告システムの多数の誤警報が発生します。 さらに、列車は監視およびメンテナンスユニットです（このユニットまたはそのユニットが現在どこにあり、他のネットワーク要素にどのように接続されているかを常に把握する必要があるため）が、実際には地下鉄列車は動的なエンティティであり、車の構成毎日、または1日2回変更することもできます。 カバレッジエリア内の列車の外観を自動的に検出し、それを「バイパス」し、ワゴンとその中に設置されている機器の構成と順序を決定し、実際に路線で運行している列車のコンテキストでネットワークコントロールセンターのオペレータにデータを提示する独自の監視ツールを作成しました。



これらは、ネットワークの計画および作成時にMaximaTelecomが解決した主要な技術的タスクです。 さらに、ネットワーク負荷が増大し、新しい地下鉄駅が出現するにつれて、このプロセスは今日まで続いています。 サンクトペテルブルクの地下鉄でのWi-Fiネットワークの構築中にモスクワプロジェクトで学んだ多くの教訓を適用し、生産性と速度を大幅に向上させました。 ただし、これについては次の投稿で説明します。