專利名稱：一種基于wlan的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法。
背景技術(shù)：
由于軌道交通具有運(yùn)カ大、運(yùn)行準(zhǔn)時(shí)的特點(diǎn)，已經(jīng)逐步成為大型城市公共交通核心的組成部分，其運(yùn)行控制和運(yùn)行安防都是軌道交系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)的實(shí)施都是基于列車與地面的車地通信系統(tǒng)。最初的軌道交通系統(tǒng)的車地通信系統(tǒng)是采用國外成套的設(shè)備，這些國外設(shè)備主要是采用了遵循IEEE802. 11系列協(xié)議的無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Networks,WLAN)技術(shù)。WLAN是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它利用射頻(Radio Frequency,RF)的技術(shù)， 取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線(Coaxial)所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡單的存取架構(gòu)讓用戶透過它，達(dá)到“信息隨身化、便利走天下”的理想境界。WLAN技術(shù)具有帶寬大、頻譜開放、技術(shù)成熟、成本低等優(yōu)點(diǎn)，其被廣泛用于軌道通信系統(tǒng)。但由于IEEE802. 11系列協(xié)議自身的設(shè)計(jì)是針對無線覆蓋應(yīng)用提供的，對移動(dòng)性支持不佳，特別是當(dāng)列車在運(yùn)行中進(jìn)行無線越區(qū)切換時(shí)，WLAN對切換無法提供無縫漫游，這就造成列車與地面之間的通信系統(tǒng)瞬間或短時(shí)間內(nèi)中斷。雖然通過減產(chǎn)切換中斷的時(shí)間可以滿足列車的基本運(yùn)行控制需求，但隨著列車運(yùn)行控制要求的不斷提高，以及車地通信數(shù)據(jù)的增量，短時(shí)的通信中斷就可能對列車的運(yùn)行控制或是信息服務(wù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在軌道通信系統(tǒng)中，WLAN設(shè)備需要分別部署在列車上和軌道旁。列車上的節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)的過程中需要與不同的地面固定節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行切換，為了保證切換的可靠性，需要進(jìn)行較快的無線切換。此外，隨著通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，現(xiàn)有軌道交通上不僅需要語音信號(hào)的傳輸，還需要視頻圖像的傳輸。一般的切換方法會(huì)導(dǎo)致視頻圖像出現(xiàn)不連貫等問題，到目前為止，缺乏能支持WLAN快速切換的成熟產(chǎn)品。雖然單個(gè)無線鏈路不具備快速切換功能，但是可以利用多個(gè)WLAN設(shè)備同步處理視頻數(shù)據(jù)，如果讓這些多個(gè)WLAN鏈路切換時(shí)間能完全錯(cuò)開，則整體效果就是無縫切換。實(shí)際應(yīng)用中，考慮到列車長度以及成本等因素，在車頭和車尾分別安裝ー個(gè)WLAN設(shè)備，然后將這兩個(gè)WLAN設(shè)備和車載服務(wù)器鏈接，另外地面上還需要部署ー個(gè)軌旁服務(wù)器，其中軌旁服務(wù)器和車載服務(wù)器可以從兩條無線鏈路中挑選出較優(yōu)數(shù)據(jù)，具體情況如圖I所示。事實(shí)上，由于列車運(yùn)行速度很快以及軌旁無線接入點(diǎn)間距不夠長，車載節(jié)點(diǎn)與軌旁節(jié)點(diǎn)間就會(huì)頻繁發(fā)生切換，于是很難保證車頭和車尾無線節(jié)點(diǎn)和軌旁無線接入間兩個(gè)切換時(shí)間完全錯(cuò)開，最終會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行過程中通信數(shù)據(jù)丟失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，該方法通過保證車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)不同時(shí)與軌旁無線節(jié)點(diǎn)間發(fā)生切換從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫切換傳輸和無中斷傳輸。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，所述軌道交通通信系統(tǒng)包括安裝在列車頭的車頭無線節(jié)點(diǎn)、安裝在列車尾的車尾無線節(jié)點(diǎn)、安裝在軌道上的軌旁節(jié)點(diǎn)；所述無縫切換方法包括以下步驟步驟一，在車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)間建立TCP鏈接，用以同步車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)的切換狀態(tài)；步驟ニ，同步車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)到對端節(jié)點(diǎn)；所述車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)互為對端節(jié)點(diǎn)；步驟三，車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)在發(fā)生切換前首先查詢保存在自身節(jié)點(diǎn)的對端節(jié)點(diǎn)的切換狀態(tài)，判斷是否可以進(jìn)行切換；若可以則進(jìn)行切換；否則停止切換。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟一中，車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)向?qū)Χ斯?jié)點(diǎn)發(fā)出心跳發(fā)起消息后，會(huì)收到來自對端節(jié)點(diǎn)的心跳應(yīng)答消息，此時(shí)TCP鏈接處于建立狀態(tài)；若多次發(fā)出心跳發(fā)起消息均沒有收到心跳應(yīng)答消息，則認(rèn)為所述TCP鏈接中斷，此時(shí)需要重新發(fā)起鏈接。作為本發(fā)明的另ー種優(yōu)選方案，步驟ニ的具體實(shí)現(xiàn)過程為當(dāng)車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)和軌旁節(jié)點(diǎn)發(fā)生切換時(shí)，發(fā)送切換開始消息給對端節(jié)點(diǎn)；當(dāng)切換結(jié)束時(shí)，發(fā)送切換結(jié)束消息給對端節(jié)點(diǎn)。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，步驟三中，車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)查詢保存在自身節(jié)點(diǎn)中的對端節(jié)點(diǎn)切換狀態(tài)，如果狀態(tài)顯示對端節(jié)點(diǎn)已經(jīng)切換完畢，仍然需要主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息，以便確保狀態(tài)的準(zhǔn)確性；車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)如果已接收到對端節(jié)點(diǎn)的切換開始消息,但仍未接收到切換結(jié)束消息，則暫停進(jìn)入切換狀態(tài)，一直等待直到收到對端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的切換結(jié)束消息后，再進(jìn)行切換；車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)如果超過某ー設(shè)定時(shí)間，仍沒有接收到對端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的切換結(jié)束消息，則向?qū)Χ斯?jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息，主動(dòng)詢問是否可以進(jìn)行切換。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，步驟三中如果車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息后，及時(shí)接收到對端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答消息，且如果應(yīng)答消息表明對端節(jié)點(diǎn)正在切換，則停止切換，過一段時(shí)間重新發(fā)出切換查詢消息；如果應(yīng)答消息表明對端節(jié)點(diǎn)切換結(jié)束，則車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)開始切換；如果車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息后，沒有及時(shí)接收到對端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答消息，則等待一段時(shí)間后重新發(fā)出切換查詢消息；當(dāng)切換查詢消息發(fā)出次數(shù)超過一定數(shù)量后，則認(rèn)為對端節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常，進(jìn)入正常切換狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果在于在車載節(jié)點(diǎn)與軌旁節(jié)點(diǎn)間頻繁切換的情況下，本發(fā)明所述的基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法保證了車頭和車尾無線節(jié)點(diǎn)與軌旁節(jié)點(diǎn)無線接入間兩個(gè)切換時(shí)間的完全錯(cuò)開，避免了運(yùn)行過程中通信數(shù)據(jù)的丟失，實(shí)現(xiàn)了軌道交通的無縫切換。


圖I為傳統(tǒng)的軌道交通通信系統(tǒng)的通信場景示意圖2為本發(fā)明所述方法中同步節(jié)點(diǎn)切換狀態(tài)到對端節(jié)點(diǎn)的流程示意圖；圖3為本發(fā)明所述方法中向?qū)Χ斯?jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息的流程示意圖；圖4為本發(fā)明所述方法中切換查詢消息接收異常的流程示意圖；圖5為本發(fā)明所述方法中建立TCP鏈接的流程示意圖；圖6為本發(fā)明所述方法中TCP鏈接異常的流程示意圖；圖7為本發(fā)明所述的基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為了克服單條WLAN無線鏈路切換會(huì)導(dǎo)致軌道通信質(zhì)量下降的缺陷(比如實(shí)時(shí)視頻圖像出現(xiàn)停頓或者馬賽克等現(xiàn)象)，在車頭和車尾分別安裝ー個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過兩條不同鏈路往地面?zhèn)魉拖嗤瑪?shù)據(jù)，軌旁服務(wù)器和車載服務(wù)器從中挑選出較優(yōu)數(shù)據(jù)。但是由于無線切換的頻繁性會(huì)導(dǎo)致兩條無線鏈路同時(shí)發(fā)生切換。為了實(shí)現(xiàn)無縫切換，本發(fā)明提供一種基于WLAN的軌道通信系統(tǒng)的無縫切換的方法，用來避免兩條鏈路同時(shí)發(fā)生切換。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。實(shí)施例一為了克服車頭和車尾切換時(shí)間不能完全錯(cuò)開的缺陷，本實(shí)施例提供一種基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，該方法提高了車輛運(yùn)行過程中的通信質(zhì)量，具體步驟為I)在車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)間建立TCP鏈接，通過該可靠的TCP連接鏈路來同步車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)的切換狀態(tài)。對于TCP鏈接，啟用心跳發(fā)起消息；車頭無線節(jié)點(diǎn)(或車尾無線節(jié)點(diǎn))向車尾無線節(jié)點(diǎn)(或車頭無線節(jié)點(diǎn))發(fā)出心跳發(fā)起消息后，會(huì)收到來自車尾無線節(jié)點(diǎn)(或車頭無線節(jié)點(diǎn))的心跳應(yīng)答消息，此時(shí)TCP鏈接建立成功，如圖5所示。當(dāng)心跳發(fā)起消息累計(jì)出現(xiàn)多次異常(即多次發(fā)出心跳發(fā)起消息均沒有收到心跳應(yīng)答消息)，則認(rèn)為該TCP鏈接中斷，重新發(fā)起鏈接，如圖6所示。2)同步節(jié)點(diǎn)切換狀態(tài)到對端節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。所述車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)互為對端節(jié)點(diǎn)，即車頭無線節(jié)點(diǎn)為車尾無線節(jié)點(diǎn)的對端節(jié)點(diǎn)，車尾無線節(jié)點(diǎn)為車頭無線節(jié)點(diǎn)的對端節(jié)點(diǎn)。當(dāng)車頭無線節(jié)點(diǎn)和軌旁節(jié)點(diǎn)發(fā)生切換時(shí),發(fā)送切換開始消息給車尾無線節(jié)點(diǎn)；當(dāng)切換結(jié)束時(shí)，發(fā)送切換結(jié)束消息給車尾無線節(jié)點(diǎn)。當(dāng)車尾無線節(jié)點(diǎn)和軌旁節(jié)點(diǎn)發(fā)生切換時(shí)，發(fā)送切換開始消息給車頭無線節(jié)點(diǎn)；當(dāng)切換結(jié)束時(shí)，發(fā)送切換結(jié)束消息給車頭無線節(jié)點(diǎn)。3)車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)在發(fā)生切換前，需要查詢保存在自身節(jié)點(diǎn)的對端節(jié)點(diǎn)的切換狀態(tài)，判斷是否可以進(jìn)行切換。如果已接收到對端節(jié)點(diǎn)的切換開始消息，但仍未接收到切換結(jié)束消息，則暫停進(jìn)入切換狀態(tài)，一直等待直到收到對端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的切換結(jié)束消息后，向?qū)Χ斯?jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息，主動(dòng)詢問是否可以進(jìn)行切換。如果超過某ー設(shè)定時(shí)間，仍沒有接收到對端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的切換結(jié)束消息，則向?qū)Χ斯?jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息，主動(dòng)詢問是否可以進(jìn)行切換。
車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)向?qū)Χ斯?jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息，主動(dòng)詢問是否可以進(jìn)行切換，對端節(jié)點(diǎn)回復(fù)應(yīng)答消息，如圖3所示。如果應(yīng)答消息表明對端節(jié)點(diǎn)正在切換，則所述主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息的車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)停止切換，過一段時(shí)間重新發(fā)起切換查詢消息；如果應(yīng)答消息表明對端節(jié)點(diǎn)切換結(jié)束，則所述主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息的車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)開始切換。如果車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息后，沒有接收到對端節(jié)點(diǎn)及時(shí)應(yīng)答，則等待一段時(shí)間后重新發(fā)出切換查詢消息；當(dāng)切換查詢消息發(fā)出次數(shù)超過ー定數(shù)量后，則認(rèn)為對端節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常，進(jìn)入正常切換狀態(tài)，如圖4所示。本發(fā)明所述的基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法保證了車頭和車尾無線節(jié)點(diǎn)與軌旁節(jié)點(diǎn)無線接入間兩個(gè)切換時(shí)間的完全錯(cuò)開，避免了運(yùn)行過程中通信數(shù)據(jù)的 丟失，實(shí)現(xiàn)了軌道交通的無縫切換。本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，所述軌道交通通信系統(tǒng)包括安裝在列車頭的車頭無線節(jié)點(diǎn)、安裝在列車尾的車尾無線節(jié)點(diǎn)、安裝在軌道上的軌旁節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述無縫切換方法包括以下步驟 步驟一，在車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)間建立TCP鏈接，用以同步車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)的切換狀態(tài)； 步驟ニ，同步車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)到對端節(jié)點(diǎn)；所述車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)互為對端節(jié)點(diǎn)； 步驟三，車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)在發(fā)生切換前首先查詢保存在自身節(jié)點(diǎn)的對端節(jié)點(diǎn)的切換狀態(tài)，判斷是否可以進(jìn)行切換；若可以則進(jìn)行切換；否則停止切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，其特征在干步驟一中，車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)向?qū)Χ斯?jié)點(diǎn)發(fā)出心跳發(fā)起消息后，會(huì)收到來自對端節(jié)點(diǎn)的心跳應(yīng)答消息，此時(shí)TCP鏈接處于建立狀態(tài)；若多次發(fā)出心跳發(fā)起消息均沒有收到心跳應(yīng)答消息，則認(rèn)為所述TCP鏈接中斷，此時(shí)需要重新發(fā)起鏈接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，其特征在于，步驟ニ的具體實(shí)現(xiàn)過程為當(dāng)車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)和軌旁節(jié)點(diǎn)發(fā)生切換時(shí)，發(fā)送切換開始消息給對端節(jié)點(diǎn)；當(dāng)切換結(jié)束吋，發(fā)送切換結(jié)束消息給對端節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，其特征在干步驟三中，車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)查詢保存在自身節(jié)點(diǎn)中的對端節(jié)點(diǎn)切換狀態(tài)，如果狀態(tài)顯示對端節(jié)點(diǎn)已經(jīng)切換完畢，仍然需要主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息，以便確保狀態(tài)的準(zhǔn)確性； 車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)如果已接收到對端節(jié)點(diǎn)的切換開始消息，但仍未接收到切換結(jié)束消息，則暫停進(jìn)入切換狀態(tài)，一直等待直到收到對端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的切換結(jié)束消息后，再進(jìn)行切換； 車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)如果超過某ー設(shè)定時(shí)間，仍沒有接收到對端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的切換結(jié)束消息，則向?qū)Χ斯?jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息，主動(dòng)詢問是否可以進(jìn)行切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，其特征在于，步驟三中 如果車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息后，及時(shí)接收到對端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答消息，且如果應(yīng)答消息表明對端節(jié)點(diǎn)正在切換，則停止切換，過一段時(shí)間重新發(fā)出切換查詢消息；如果應(yīng)答消息表明對端節(jié)點(diǎn)切換結(jié)束，則車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)開始切換； 如果車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起切換查詢消息后，沒有及時(shí)接收到對端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答消息，則等待一段時(shí)間后重新發(fā)出切換查詢消息；當(dāng)切換查詢消息發(fā)出次數(shù)超過一定數(shù)量后，則認(rèn)為對端節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常，進(jìn)入正常切換狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于WLAN的軌道交通通信系統(tǒng)的無縫切換方法，該方法包括步驟一，在車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)間建立TCP鏈接，用以同步車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)的切換狀態(tài)；步驟二，同步車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)到對端節(jié)點(diǎn)；所述車頭無線節(jié)點(diǎn)和車尾無線節(jié)點(diǎn)互為對端節(jié)點(diǎn)；步驟三，車頭無線節(jié)點(diǎn)或車尾無線節(jié)點(diǎn)在發(fā)生切換前首先查詢保存在自身節(jié)點(diǎn)的對端節(jié)點(diǎn)的切換狀態(tài)，判斷是否可以進(jìn)行切換；若可以則進(jìn)行切換；否則停止切換。本發(fā)明保證了車頭和車尾無線節(jié)點(diǎn)與軌旁節(jié)點(diǎn)無線接入間兩個(gè)切換時(shí)間的完全錯(cuò)開，避免了運(yùn)行過程中通信數(shù)據(jù)的丟失，實(shí)現(xiàn)了軌道交通的無縫切換。
文檔編號(hào)H04W36/18GK102869061SQ20111019002
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者汪亮友, 龔勇, 吳國東, 徐浩煜 申請人:上海中科高等研究院