專利名稱：一種基于ap切換的列車通信系統(tǒng)及通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于AP切換的列車通信系統(tǒng)，本發(fā)明還 涉及采用該通信系統(tǒng)進(jìn)行通信的方法。
背景技術(shù)：
基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CBTC)通過車_地雙向數(shù)據(jù)通信方式對(duì)列車進(jìn)行 控制和監(jiān)督，增強(qiáng)了列車運(yùn)行安全的操作與管理，提高了列車的安全性和運(yùn)輸效率，是列車 運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。歐洲一些國(guó)家已經(jīng)將無線通信技術(shù)應(yīng)用于CBTC的通信子系統(tǒng)， 其中IEEE802. IlB技術(shù)由于其成熟、成本低廉、高帶寬等特點(diǎn)，逐漸成為了無線CBTC通信子 系統(tǒng)的首選。但是將無線通信技術(shù)應(yīng)用到CBTC通信子系統(tǒng)的過程中，由于無線易受環(huán)境 (地形、同頻干擾)影響、覆蓋范圍有限的缺點(diǎn)，無線CBTC通信子系統(tǒng)的穩(wěn)定性、漫游能力都 受到極大的考驗(yàn)。在目前已有的大多數(shù)基于WLAN的CBTC通信系統(tǒng)中，各無線接入點(diǎn)之間是相互獨(dú) 立的，即將無線局域網(wǎng)的物理層功能、用戶數(shù)據(jù)加密、用戶認(rèn)證、QoS、網(wǎng)絡(luò)管理和漫游技術(shù) 等功能集于一身。而且AP之間各自獨(dú)立，互相之間沒有直接聯(lián)系，STA(列車車載無線單元) 需要給每個(gè)AP進(jìn)行單獨(dú)的配置，給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和效率造成了很大的麻煩，這就是傳統(tǒng)的 基于FAT AP架構(gòu)的CBTC系統(tǒng)。選擇FAT AP架構(gòu)的CBTC系統(tǒng)，是因?yàn)樵摷軜?gòu)技術(shù)成熟，且 初期資金投入不多，但是隨著列車的運(yùn)行速度的提高、無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，基于FAT AP 架構(gòu)的CBTC系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行和維護(hù)過程面臨的問題逐漸顯現(xiàn)
(1)面對(duì)逐漸增加的AP時(shí)，缺乏集中的配置管理手段；
(2)缺乏智能的RF管理，難以進(jìn)行RF設(shè)置；
(3)各AP“冷熱”不均，無法實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡；
(4)缺乏對(duì)漫游的很好支持；
(5)難以定制有效的接入和控制策略。根據(jù)IEEE 802. 11協(xié)議規(guī)范，一個(gè)STA切換邏輯上可分為三個(gè)階段，即探測(cè)階段 (Probe)、認(rèn)證階段(Re-authentication)和重新關(guān)聯(lián)階段(Re-association)。其中探測(cè)時(shí) 間占到總切換時(shí)間的90%左右。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)AP快速切換策略進(jìn)行了研究，這些策 略主要集中在減少信道掃描時(shí)間和AP的負(fù)載均衡上，但都是基于FAT AP架構(gòu)的，即各個(gè)AP 將所有的功能基于一身、相互獨(dú)立，隨著列車速度的提高和無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模的擴(kuò)大，無線網(wǎng) 絡(luò)的擴(kuò)展能力、漫游能力就成了提高列車行車安全的瓶頸。因?yàn)樵诨贔AT AP架構(gòu)的CBTC 系統(tǒng)中，隨著列車的高速移動(dòng)，沿軌道分布的AP數(shù)量較多，各自獨(dú)立的工作，缺乏集中管理 和配置，當(dāng)STA (列車車載無線單元)移動(dòng)到AP覆蓋邊緣時(shí)，STA將會(huì)與下一個(gè)已知的AP 關(guān)聯(lián)(AP是沿軌道線性分布的)，但在關(guān)聯(lián)前，必須首先探測(cè)合適的信道，這個(gè)探測(cè)過程不僅 影響無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展能力和漫游能力，增加了高速行駛的列車所經(jīng)過的盲區(qū)距離，還導(dǎo)致 CBTC系統(tǒng)面臨通信時(shí)延、報(bào)文重傳、甚至丟失等威脅，直接威脅到軌道交通對(duì)高速行駛中的 列車安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于AP切換的列車通信系統(tǒng)，通過在該架構(gòu)下的控制 中心層加入無線控制器以及在軌旁層的無線網(wǎng)絡(luò)中的通信信道的規(guī)劃，解決了現(xiàn)有控制系 統(tǒng)AP切換的時(shí)延較大的問題。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于AP切換的列車通信方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于AP切換的列車通信系統(tǒng)，包括依次通過無 線通信的中心層、軌旁層及車載層，中心層包括分別通過主干網(wǎng)與服務(wù)器相連接的主無線 控制器及從無線控制器，軌旁層包括在軌道旁線性分布的至少兩個(gè)的AP，車載層通過STA 與AP通信。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種基于AP切換的列車通信方法，采用基于AP 切換的列車通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為包括依次通過無線通信的中心層、軌旁層及車載 層，中心層包括分別通過主干網(wǎng)與服務(wù)器相連接的主無線控制器及從無線控制器，軌旁層 包括在軌道旁線性分布的至少兩個(gè)AP，
所述的基于AP切換的列車通信方法是車載層通過STA與AP通信來實(shí)現(xiàn)，具體按照以 下步驟實(shí)施
STA不發(fā)生AP切換時(shí)，車載層通過AP將列車位置、速度和線路參數(shù)信息傳輸給服務(wù)器； 服務(wù)器通過AP將列車的目標(biāo)位置、速度和線路參數(shù)信息發(fā)送給列車；
STA發(fā)生AP切換時(shí)，當(dāng)列車移動(dòng)到AP邊緣，STA連接到當(dāng)前的AP信號(hào)強(qiáng)度減小，信噪 比增大，不能滿足STA的需求，STA選擇相鄰的AP關(guān)聯(lián)，完成列車與控制中心的雙向通信， 其中STA選擇相鄰的AP關(guān)聯(lián)，具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 :STA選擇與相鄰的AP預(yù)連接STA向AP發(fā)送預(yù)連接請(qǐng)求； 步驟2 =AP與無線控制器連接； 步驟3 =STA認(rèn)證； 步驟4 STA與AP重關(guān)聯(lián)。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
其中STA不發(fā)生AP切換時(shí)，車載層通過AP將列車位置、速度和線路信息傳輸給服務(wù) 器，具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 :STA將列車位置、速度和線路信息發(fā)送給軌旁層中的AP ； 步驟2 軌旁層中的AP通過LWAPP隧道將列車信息發(fā)送給主無線控制器； 步驟3 主無線控制器通過主干網(wǎng)將列車信息傳輸?shù)街行膶樱?步驟4 中心層對(duì)車載層發(fā)送的信息進(jìn)行計(jì)算。其中STA不發(fā)生AP切換時(shí)，服務(wù)器通過AP將列車的目標(biāo)位置、速度和線路信息發(fā) 送給列車，具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 中心層通過主干網(wǎng)將列車的目標(biāo)位置、速度和線路信息傳輸?shù)街鳠o線控制器； 步驟2 主無線控制器與AP建立LWAPP隧道進(jìn)行信息傳輸； 步驟3 :STA通過AP接受中心層發(fā)送的列車信息。其中STA發(fā)生AP切換時(shí)，AP與無線控制器連接，具體按照以下步驟實(shí)施 步驟1 :AP發(fā)起DHCP服務(wù)請(qǐng)求以獲得IP地址；步驟2 =AP發(fā)送接入無線控制器請(qǐng)求，獲取可供接入的控制器列表； 步驟3 =AP從控制器列表中選擇主無線控制器和從無線控制器，并將選擇的主無線控 制器地址信息發(fā)送到從無線控制器中；
步驟4 =AP分別同主無線控制器和從無線控制器建立LWAPP隧道； 步驟5 =AP在與主無線控制器連接正常時(shí)，選擇與主無線控制器建立的LWAPP隧道進(jìn)行 通信，在與主無線控制器連接中斷時(shí)，選擇與從無線控制器建立的LWAPP隧道進(jìn)行通信，轉(zhuǎn) 到步驟8開始執(zhí)行；
步驟6 主無線控制器同AP建立LWAPP隧道，響應(yīng)AP的通信請(qǐng)求，通過建立的LWAPP隧 道與AP進(jìn)行通信；
步驟7 主無線控制器將默認(rèn)的配置模板下載到與它通信的AP上； 步驟8 =AP與無線控制器完成連接；
步驟9 從無線控制器接受AP發(fā)送的主無線控制器的地址信息； 步驟10 從無線控制器與AP處于非通信狀態(tài)時(shí)，從主無線控制器同步AP信息以及用 戶信息；
步驟11 從無線控制器同AP建立LWAPP隧道，響應(yīng)AP的請(qǐng)求，通過建立的LWAPP隧道 與AP進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)到步驟8開始執(zhí)行。其中STA發(fā)生AP切換時(shí)，STA認(rèn)證，具體按照以下步驟實(shí)施
如果STA是剛進(jìn)入無線網(wǎng)絡(luò)，則STA向第一個(gè)AP發(fā)送請(qǐng)求，該AP把該STA的信息發(fā)送 給無線控制器，請(qǐng)求無線控制器對(duì)STA進(jìn)行認(rèn)證，AP根據(jù)無線控制器的認(rèn)證結(jié)果來對(duì)STA做 出“接受”或“拒絕”的響應(yīng)；
如果STA已經(jīng)成功的通過其他AP的驗(yàn)證，僅是從一個(gè)AP切換到另一個(gè)AP，該STA在向 新AP提出認(rèn)證請(qǐng)求的同時(shí)，將自己的信息傳送給該AP，AP根據(jù)傳送消息中是否包含前一個(gè) AP的信息來做出對(duì)STA的“接受”或“拒絕”。其中STA發(fā)生AP切換時(shí)，STA與AP重關(guān)聯(lián)，具體按照以下步驟實(shí)施STA認(rèn)證成功 后，向新AP發(fā)送重新關(guān)聯(lián)的請(qǐng)求幀，當(dāng)STA移動(dòng)到AP的覆蓋范圍后，AP向STA發(fā)送重新關(guān) 聯(lián)的響應(yīng)幀，STA與AP完成了重新關(guān)聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明的有益效果是，首先從CBTC系統(tǒng)體系架構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，在列車的控制中 心層引入了無線控制器，簡(jiǎn)化了 AP的功能配置，使得AP其他的功能配置往上移交，集中在 無線控制器中實(shí)現(xiàn)；其次是設(shè)計(jì)了 AP和STA的通信信道，無需使STA在探測(cè)階段去尋找合 適的信道。


圖1為本發(fā)明基于AP切換的列車通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明基于AP切換的列車通信系統(tǒng)中信道的設(shè)計(jì)圖3為本發(fā)明基于AP切換的列車通信系統(tǒng)中無線控制器與沿軌道線性分布的AP之間 的連接圖4為本發(fā)明基于AP切換的列車通信方法的STA的認(rèn)證機(jī)制圖； 圖5為本發(fā)明基于AP切換的列車通信方法的切換時(shí)延結(jié)果圖。圖中，1.中心層，2.軌旁層，3.車載層，4.服務(wù)器，5.主干網(wǎng)，6.主無線控制器，7.從無線控制器，8. AP。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明基于AP切換的列車通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括依次通過無線通信 的中心層1、軌旁層2及車載層3，中心層1包括通過主干網(wǎng)5與控制中心服務(wù)器4相連接 的主無線控制器6及從無線控制器7，軌旁層2包括在軌道旁線性分布的多個(gè)AP8，車載層 3包括采集列車運(yùn)行的狀態(tài)信息的設(shè)備以及無線通信設(shè)備，車載層3通過STA (列車車載無 線單元)與多個(gè)AP8通信。一、車載層3中的STA (列車車載無線單元)在不發(fā)生AP切換時(shí)，正常的通信步驟 如下列車在軌道上正常高速行駛時(shí)，車載層3通過沿軌道線性分布的AP8，將列車位置、速 度和線路參數(shù)等信息實(shí)時(shí)地傳輸給列車控制中心的服務(wù)器4 ；服務(wù)器4通過AP8周期地將 列車的目標(biāo)位置、速度和線路參數(shù)等信息發(fā)送給列車，以實(shí)現(xiàn)雙向連續(xù)、大容量的車_地之 間數(shù)據(jù)通信。具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 列車在軌道上高速行駛時(shí)，車載層3將實(shí)時(shí)采集到的列車位置、速度和線路等 信息，利用軌旁層2中的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備AP8傳遞給中心層1 ；具體按照以下步驟實(shí)施
(1)車載層3中的STA(列車車載無線單元)將列車位置、速度和線路等信息發(fā)送給軌 旁層2中的AP8 ；
(2)軌旁層2中的AP8通過LWAPP隧道將列車信息發(fā)送給主無線控制器6；
(3)主無線控制器6通過與中心層1連接的主干網(wǎng)5將列車信息傳輸?shù)搅熊嚳刂浦行?層1 ；
(4)列車控制中心層1對(duì)車載層3發(fā)送的信息進(jìn)行計(jì)算；
步驟2 中心層1通過AP8周期地將列車的目標(biāo)位置、速度和線路參數(shù)等信息發(fā)送給后 行列車，以實(shí)現(xiàn)雙向連續(xù)、大容量的車-地之間數(shù)據(jù)通信。具體通信按照以下步驟實(shí)施
(1)中心層1通過主干網(wǎng)5將列車的目標(biāo)位置、速度和線路參數(shù)等信息傳輸?shù)街鳠o線控 制器6中；
(2)主無線控制器6與AP8建立LWAPP隧道進(jìn)行信息傳輸；
(3)車載層3中的STA(列車車載無線單元)通過AP8接受中心層1發(fā) 送的列車信息。二、車載層3中的STA (列車車載無線單元)切換到相鄰AP8，保證繼續(xù)連續(xù)的通 信列車在軌道上高速行駛時(shí)，通過軌旁層2中的AP8將列車的位置、速度和線路等信息實(shí) 時(shí)地傳輸給中心層1 ；中心層1通過AP8周期地將列車的目標(biāo)位置、速度和線路參數(shù)等信息 發(fā)送給列車，以實(shí)現(xiàn)雙向連續(xù)、大容量的車-地之間數(shù)據(jù)通信。當(dāng)列車移動(dòng)到AP8邊緣，STA (列車車載無線單元)連接到當(dāng)前的AP8信號(hào)強(qiáng)度會(huì)減小，信噪比會(huì)增大，不能滿足STA (列 車車載無線單元)的需求，如果STA不能及時(shí)切換到下一個(gè)AP8上，就會(huì)使得通信中斷。為 了保證車-地之間的雙向連續(xù)、大容量的數(shù)據(jù)通信，STA (列車車載無線單元)會(huì)選擇相鄰的 AP8與之關(guān)聯(lián)。具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 車載層3中的STA (列車車載無線單元)選擇與相鄰的AP8預(yù)連接STA (列車 車載無線單元)向AP8發(fā)送預(yù)連接請(qǐng)求。此時(shí)STA (列車車載無線單元)無需選擇會(huì)與哪個(gè)AP8 (AP8沿軌道線性分布)連接。步驟2 :AP8與無線控制器的連接；
參見圖3，此圖為無線控制器與沿軌道分布的AP的連接圖。(1) AP8發(fā)起DHCP服務(wù)請(qǐng)求以獲得IP地址；
(2)AP8發(fā)送接入無線控制器請(qǐng)求(Request)，獲取可供接入的控制器列表；
(3)AP8從控制器列表中選擇主無線控制器6和從無線控制器7，并將選擇的主無線控 制器6地址信息發(fā)送到從無線控制器7中；
(4)AP8分別同主無線控制器6和從無線控制器7建立LWAPP隧道；
(5)AP8在與主無線控制器6連接正常時(shí)，選擇與主無線控制器6建立的LWAPP隧道進(jìn) 行通信，在與主無線控制器6連接中斷時(shí)，選擇與從無線控制器7建立的LWAPP 隧道進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)到步驟(8)開始執(zhí)行；
(6)主無線控制器6同AP8建立LWAPP隧道，響應(yīng)AP8的通信請(qǐng)求，通過建立的LWAPP 隧道與AP8進(jìn)行通信；
(7)主無線控制器6將默認(rèn)的配置模板下載到與它通信的AP8上；
(8)AP8與無線控制器完成連接；
(9)從無線控制器7接受AP8發(fā)送的主無線控制器6的地址信息；
(10)從無線控制器7與AP8處于非通信狀態(tài)時(shí)，從主無線控制器6同步AP8信息以及
用戶fe息；
(11)從無線控制器7同AP8建立LWAPP隧道，響應(yīng)AP8的請(qǐng)求，通過建立的LWAPP隧道 與AP8進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)到步驟(8)開始執(zhí)行。此步驟中無線控制器需將默認(rèn)的配置模板下載到AP8上，此模板參數(shù)包括服務(wù) 集標(biāo)識(shí)符、安全參數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸速率、無線信道和發(fā)射功率等。其中無線信道規(guī)劃原理為在 民用無線局域網(wǎng)中，AP8的排布是呈蜂窩狀的，為了避免相鄰小區(qū)之間的干擾，相鄰AP8 2 間采用不同的信道，即在多個(gè)有相鄰AP8的重疊的區(qū)域內(nèi)，同一個(gè)信道內(nèi)不能出現(xiàn)兩個(gè)或 兩個(gè)以上的AP8。沿軌道分布的AP8排布方式，與民用無線網(wǎng)絡(luò)中AP8的不同，它是呈線性 分布的。IEEE 802. Ilb標(biāo)準(zhǔn)工作在2. 4GHz 2. 483GHz頻率之間，共有13個(gè)無線頻點(diǎn)，只有 1,6,11頻點(diǎn)不相互重疊，如果相鄰的兩個(gè)AP8設(shè)置為同一個(gè)頻點(diǎn)或者相互重疊的頻點(diǎn)，那 么這兩個(gè)AP8小區(qū)就互相干擾，影響正常的AP8切換。因此如果給相鄰的AP8分別設(shè)置不 相交的頻點(diǎn)，則可以減少AP8間的相互干擾。因此，考慮到CBTC系統(tǒng)中的AP8沿軌道呈線性分布及WLAN的信道設(shè)計(jì)頻點(diǎn)多這 些特點(diǎn)，為了減小相鄰的AP8之間相互干擾，本發(fā)明在無線控制器里，為相鄰的AP8靜態(tài)配 置無頻率交叉的頻道，如1，6，11頻道。如圖2所示。步驟3 =STA (列車車載無線單元)的認(rèn)證； 參見圖4，此圖為STA (列車車載無線單元)的認(rèn)證機(jī)制
STA的認(rèn)證機(jī)制是根據(jù)STA是否跟前一個(gè)AP8認(rèn)證過而設(shè)計(jì)的，具體的認(rèn)證過程為 (1)如果STA是剛進(jìn)入無線網(wǎng)絡(luò)(WLAN)JP STA是第一次提出請(qǐng)求加入或者以前沒有 跟任何一個(gè)AP8進(jìn)行過認(rèn)證，則STA向第一個(gè)AP8發(fā)送請(qǐng)求，該AP8把該STA的信息發(fā)送給 無線控制器，請(qǐng)求無線控制器對(duì)STA進(jìn)行認(rèn)證，AP8根據(jù)無線控制器的認(rèn)證結(jié)果來對(duì)STA做 出“接受”或“拒絕”的響應(yīng)。
(2)如果STA已經(jīng)成功的通過其他AP8的驗(yàn)證，僅是從一個(gè)AP8切換到另一個(gè)AP8。 該STA在向新AP8提出認(rèn)證請(qǐng)求的同時(shí)，將自己的信息傳送給該AP8，AP8根據(jù)傳送消息中 是否包含前一個(gè)AP8的信息來做出對(duì)STA的“接受”或“拒絕”。步驟4 =STA (列車車載無線單元)與AP8重關(guān)聯(lián)；
STA (列車車載無線單元)認(rèn)證成功后，就向新AP8發(fā)送重新關(guān)聯(lián)的請(qǐng)求幀，當(dāng)STA (列 車車載無線單元)移動(dòng)到AP8的覆蓋范圍后，AP8就向STA (列車車載無線單元)發(fā)送重新 關(guān)聯(lián)的響應(yīng)幀，這樣STA (列車車載無線單元)就與AP8完成了重新關(guān)聯(lián)，STA (列車車載無 線單元)就可以在網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。圖5為使用本發(fā)明方法后，各次AP8切換試驗(yàn)及時(shí)延圖，本發(fā)明使用OPNET仿真工 具模擬了 10次AP8切換，表1是仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，其中Start time(s)是開始時(shí)間，End time (s)是本次切換結(jié)束時(shí)間，Last time (ms)是本次AP8切換延時(shí)。從表1中可以得出，優(yōu)化 后的AP8切換時(shí)延遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于優(yōu)化之前的，取得了良好的效果。圖5為各次AP8切換實(shí)驗(yàn)及 其時(shí)延圖，可以看出本發(fā)明提出的AP8切換方法是有效的、可行的。
權(quán)利要求
1.一種基于AP切換的列車通信系統(tǒng)，其特征在于，包括依次通過無線通信的中心層 (1)、軌旁層(2)及車載層(3)，所述的中心層(1)包括分別通過主干網(wǎng)(5)與服務(wù)器(4)相 連接的主無線控制器(6 )及從無線控制器(7 )，所述的軌旁層(2 )包括在軌道旁線性分布的 至少兩個(gè)的AP (8)，所述的車載層(3)通過STA與AP (8)通信。
2.一種基于AP切換的列車通信方法，其特征在于，采用基于AP切換的列車通信系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為包括依次通過無線通信的中心層(1)、軌旁層(2)及車載層(3)，所述的中 心層(1)包括分別通過主干網(wǎng)(5)與服務(wù)器(4)相連接的主無線控制器(6)及從無線控制 器(7)，所述的軌旁層(2)包括在軌道旁線性分布的至少兩個(gè)AP (8)，所述的基于AP切換的列車通信方法是車載層(3)通過STA與AP (8)通信來實(shí)現(xiàn)，具 體按照以下步驟實(shí)施STA不發(fā)生AP切換時(shí)，車載層(3)通過AP (8)將列車位置、速度和線路參數(shù)信息傳輸 給服務(wù)器(4)；服務(wù)器(4)通過AP (8)將列車的目標(biāo)位置、速度和線路參數(shù)信息發(fā)送給列 車；STA發(fā)生AP切換時(shí)，當(dāng)列車移動(dòng)到AP (8)邊緣，STA連接到當(dāng)前的AP (8)信號(hào)強(qiáng)度減 小，信噪比增大，不能滿足STA的需求，STA選擇相鄰的AP (8)關(guān)聯(lián)，完成列車與控制中心 的雙向通信，其中STA選擇相鄰的AP (8)關(guān)聯(lián)，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1 :STA選擇與相鄰的AP (8)預(yù)連接STA向AP (8)發(fā)送預(yù)連接請(qǐng)求； 步驟2 :AP (8)與無線控制器連接； 步驟3 =STA認(rèn)證； 步驟4 :STA與AP (8)重關(guān)聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于AP切換的列車通信方法，其特征在于，所述STA不發(fā)生 AP切換時(shí)，車載層(3)通過AP (8)將列車位置、速度和線路信息傳輸給服務(wù)器(4)，具體按 照以下步驟實(shí)施步驟1 :STA將列車位置、速度和線路信息發(fā)送給軌旁層(2)中的AP (8)； 步驟2 軌旁層(2)中的AP (8)通過LWAPP隧道將列車信息發(fā)送給主無線控制器(6)； 步驟3 主無線控制器(6)通過主干網(wǎng)(5)將列車信息傳輸?shù)街行膶?1)； 步驟4 中心層(1)對(duì)車載層(3)發(fā)送的信息進(jìn)行計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于AP切換的列車通信方法，其特征在于，所述STA不發(fā)生 AP切換時(shí)，服務(wù)器(4)通過AP (8)將列車的目標(biāo)位置、速度和線路信息發(fā)送給列車，具體按 照以下步驟實(shí)施步驟1 中心層(1)通過主干網(wǎng)(5)將列車的目標(biāo)位置、速度和線路信息傳輸?shù)街鳠o線 控制器(6);步驟2 主無線控制器(6)與AP (8)建立LWAPP隧道進(jìn)行信息傳輸； 步驟3 :STA通過AP (8)接受中心層(1)發(fā)送的列車信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于AP切換的列車通信方法，其特征在于，所述STA發(fā)生AP 切換時(shí)，AP與無線控制器連接，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1 :AP (8)發(fā)起DHCP服務(wù)請(qǐng)求以獲得IP地址； 步驟2 =AP (8)發(fā)送接入無線控制器請(qǐng)求，獲取可供接入的控制器列表； 步驟3 =AP (8)從控制器列表中選擇主無線控制器(6)和從無線控制器(7)，并將選擇的主無線控制器(6)地址信息發(fā)送到從無線控制器(7)中；步驟4 =AP (8)分別同主無線控制器(6)和從無線控制器(7)建立LWAPP隧道； 步驟5 =AP (8)在與主無線控制器(6)連接正常時(shí)，選擇與主無線控制器(6)建立的 LffAPP隧道進(jìn)行通信，在與主無線控制器(6)連接中斷時(shí)，選擇與從無線控制器(7)建立的 LffAPP隧道進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)到步驟8開始執(zhí)行；步驟6 主無線控制器(6)同AP (8)建立LWAPP隧道，響應(yīng)AP (8)的通信請(qǐng)求，通過建 立的LWAPP隧道與AP (8)進(jìn)行通信；步驟7 主無線控制器(6)將默認(rèn)的配置模板下載到與它通信的AP (8)上； 步驟8 :AP (8)與無線控制器完成連接；步驟9 從無線控制器(7)接受AP (8)發(fā)送的主無線控制器(6)的地址信息； 步驟10 從無線控制器(7)與AP (8)處于非通信狀態(tài)時(shí)，從主無線控制器(6)同步AP (8)信息以及用戶信息；步驟11 從無線控制器(7)同AP (8)建立LWAPP隧道，響應(yīng)AP (8)的請(qǐng)求，通過建立 的LWAPP隧道與AP (8)進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)到步驟8開始執(zhí)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于AP切換的列車通信方法，其特征在于，所述的AP(8)， 相鄰靜態(tài)配置為無頻率交叉的頻道，優(yōu)選1，6，11頻道。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于AP切換的列車通信方法，其特征在于，所述STA發(fā)生AP 切換時(shí)，STA認(rèn)證，具體按照以下步驟實(shí)施如果STA是剛進(jìn)入無線網(wǎng)絡(luò)，則STA向第一個(gè)AP (8)發(fā)送請(qǐng)求，該AP (8)把該STA的 信息發(fā)送給無線控制器，請(qǐng)求無線控制器對(duì)STA進(jìn)行認(rèn)證，AP (8)根據(jù)無線控制器的認(rèn)證 結(jié)果來對(duì)STA做出“接受”或“拒絕”的響應(yīng)；如果STA已經(jīng)成功的通過其他AP (8)的驗(yàn)證，僅是從一個(gè)AP (8)切換到另一個(gè)AP (8)，該STA在向新AP (8)提出認(rèn)證請(qǐng)求的同時(shí)，將自己的信息傳送給該AP (8),AP (8)根 據(jù)傳送消息中是否包含前一個(gè)AP (8)的信息來做出對(duì)STA的“接受”或“拒絕”。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于AP切換的列車通信方法，其特征在于，所述STA發(fā)生AP 切換時(shí)，STA與AP (8)重關(guān)聯(lián)，具體按照以下步驟實(shí)施STA認(rèn)證成功后，向新AP (8)發(fā)送 重新關(guān)聯(lián)的請(qǐng)求幀，當(dāng)STA移動(dòng)到AP (8)的覆蓋范圍后，AP (8)向STA發(fā)送重新關(guān)聯(lián)的響 應(yīng)幀，STA與AP (8)完成了重新關(guān)聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于AP切換的列車通信系統(tǒng)及通信方法，包括依次通過無線通信的中心層、軌旁層及車載層，中心層包括分別通過主干網(wǎng)與服務(wù)器相連接的主無線控制器及從無線控制器，軌旁層包括在軌道旁線性分布的兩個(gè)或兩個(gè)以上AP，車載層通過STA與AP通信。本發(fā)明基于AP切換的列車通信系統(tǒng)及通信方法，首先從CBTC系統(tǒng)體系架構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，在列車的控制中心層引入了無線控制器，簡(jiǎn)化了AP的功能配置，使得AP其他的功能配置往上移交，集中在無線控制器中實(shí)現(xiàn)；其次是設(shè)計(jì)了AP和STA的通信信道，無需使STA在探測(cè)階段去尋找合適的信道。
文檔編號(hào)H04W36/08GK102118813SQ20111002415
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者張志剛, 王磊, 馬維綱, 高金梨, 黑新宏 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)