軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：軌旁運行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括軌旁通信控制模塊，用于控制軌旁AP的開與關(guān)及調(diào)節(jié)軌旁AP的功率；車載運行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括車載通信控制模塊，用于控制車載天線與不同的軌旁AP進行通信；所述軌旁通信控制模塊通過冗余的有線網(wǎng)絡(luò)與軌旁AP相連；車載控制模塊通過冗余的有線通信網(wǎng)絡(luò)與車載天線相連；軌旁AP與車載天線通過無線信號相連。該方法包括以下步驟：首先，車載運行控制系統(tǒng)獲取列車運行的位置并傳送給軌旁運行控制系統(tǒng)；然后，軌旁運行控制系統(tǒng)根據(jù)列車運行的位置決定切換的下一個目標(biāo)AP以及切換的時機并由軌旁運行控制系統(tǒng)和車載運行控制系統(tǒng)共同完成切換時的認(rèn)證和地址更新過程。
【專利說明】軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線局域網(wǎng)方式因其標(biāo)準(zhǔn)開放、組網(wǎng)靈活、性價比高等優(yōu)點受到各信號廠商的青睞，在城市軌道交通信號系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在大多數(shù)先進的移動閉塞系統(tǒng)都已采用無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的通信。
[0003]城市軌道交通的數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:
[0004]1、軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)
[0005]提供各軌旁運行控制系統(tǒng)(區(qū)域控制器ZC，自動列車監(jiān)控子系統(tǒng)ATS等)和軌旁設(shè)備(聯(lián)鎖控制器等)接入數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)的接口。
[0006]2、骨干網(wǎng)絡(luò)
[0007]將接入交換機連接起來，集IP的智能化、以太網(wǎng)的經(jīng)濟性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率、可靠性于一體。
[0008]3、車載網(wǎng)絡(luò)
[0009]提供各車載運行控制系統(tǒng)(自動列車保護子系統(tǒng)ATP，自動列車運行子系統(tǒng)ATO等)和車載設(shè)備(司機駕駛臺TOD等)通信接口。
[0010]4、車地雙向通信網(wǎng)絡(luò)
[0011]提供車地之間雙向、可靠、安全的數(shù)據(jù)交換。無線接口采用國際先進的IEEE802.1lg技術(shù)，并遵循IEEE802.1li無線網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議。
[0012]在城市軌道交通的數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)中，車載移動電臺MR安裝在列車上，多個AP沿途鋪設(shè)幾十公里，列車在高速行駛過程中需要在多個AP間切換?，F(xiàn)有的城市軌道交通系統(tǒng)中，運行控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)是分開設(shè)計實現(xiàn)的，對于運行控制系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)僅提供“透明”的傳輸通道，運行控制系統(tǒng)不控制數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)?，F(xiàn)有的無線通信AP切換實現(xiàn)方法是MR根據(jù)空間信號質(zhì)量，選擇其中信號最強的AP為切換目標(biāo)接入點。由此帶來一些問題:
[0013]I)不必要的切換。由于城市軌道交通站內(nèi)大廳存在立柱、滾梯等多種障礙物，對軌旁AP和車載天線信號連接的干擾尤其明顯，在列車的行進過程中，軌旁AP和車載電臺MR之間的信號強度不斷變化，根據(jù)現(xiàn)有的AP切換方法往往造成車載電臺MR與本隧道內(nèi)的多個AP間切換，還會造成車載電臺MR與另一個隧道內(nèi)的AP間進行切換。這個問題往往讓參與城軌線路投入正式運營前調(diào)試的工作人員頭疼。隨意的切換還會給負(fù)載均衡等優(yōu)化過程帶來不必要的困難。
[0014]2)切換時間變長。為了滿足城市軌道交通的高可用性，現(xiàn)有實現(xiàn)均要求在車頭和車尾的駕駛艙內(nèi)分別部署一套車載無線單元。列車行進過程中，車頭的車載MR經(jīng)過的無線信號覆蓋強度是由強到弱的，在這種情況下，當(dāng)車載MR進入到切換點附近的時候，相鄰2個AP的無線信號的場強差異很小，現(xiàn)有的實現(xiàn)方法中車載MR很難做出判斷，會產(chǎn)生一小段猶豫比較過程，從而增加了切換時間。
[0015]由此產(chǎn)生的延遲和丟包問題勢必會影響到無線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，而某些監(jiān)控、管理信息的丟失甚至可能造成整個通信環(huán)境的紊亂，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是如何降低延遲和減少丟包。
[0017]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化系統(tǒng)，包括:
[0018]軌旁運行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括軌旁通信控制模塊，用于控制軌旁AP的開與關(guān)及調(diào)節(jié)軌旁AP的功率；
[0019]車載運行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括車載通信控制模塊，用于控制車載天線與不同的軌旁AP進行通信；
[0020]所述軌旁通信控制模塊通過冗余的有線網(wǎng)絡(luò)與軌旁AP相連；車載控制模塊通過冗余的有線通信網(wǎng)絡(luò)與車載天線相連；軌旁AP與車載天線通過無線信號相連。
[0021]本發(fā)明還公開了一種城市軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化方法，包括以下步驟:首先，車載運行控制系統(tǒng)獲取列車運行的位置并傳送給軌旁運行控制系統(tǒng)；然后，軌旁運行控制系統(tǒng)根據(jù)列車運行的位置決定切換的下一個目標(biāo)AP以及切換的時機并由軌旁運行控制系統(tǒng)和車載運行控制系統(tǒng)共同完成切換時的認(rèn)證和地址更新過程。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0024](I)本發(fā)明把軌道交通運行控制系統(tǒng)與無線通信系統(tǒng)作為一個整體考慮，充分考慮運行控制系統(tǒng)對列車位置、軌旁AP安裝位置以及軌旁AP狀態(tài)和天線狀態(tài)的實時掌握，不再單純依靠軌旁AP與車載天線之間信號的強弱作為唯一的切換依據(jù)，可以降低AP切換的次數(shù)；
[0025](2)無線切換過程包括掃描、認(rèn)證和重連接三個過程。本發(fā)明采用的一體化實現(xiàn)方法，由運行控制系統(tǒng)根據(jù)列車運行的位置直接決定切換的下一個目標(biāo)AP以及切換的時機，不用再查找尋找新的AP，既可以避免與另一個隧道內(nèi)的AP進行不必要切換，同時這可以省去掃描的過程，使切換速度加快；由運行控制系統(tǒng)利用已掌握的列車的位置、所有車載MR和軌旁AP的信息，統(tǒng)一完成切換時的認(rèn)證過程，使切換速度加快；與新AP連接成功后由運行控制系統(tǒng)主動向上游設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)更新漫游主體的地址，使切換速度加快；
[0026](3)降低了 AP切換次數(shù)和加快切換速度后，可以有效減少延遲和丟包問題，提高無線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，降低交通事故的發(fā)生可能性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中:[0028]圖1城市軌道交通無線通信環(huán)境模型示意圖。
【具體實施方式】
[0029]參照圖1對本發(fā)明的實施例進行說明。
[0030]其中:I軌芳運彳丁控制系統(tǒng)，2軌芳幾余以太網(wǎng)絡(luò),3車載運彳丁控制系統(tǒng),4接入交換機，5列車，6軌道，7車站。
[0031]為使上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。
[0032]如圖1所示，一種城市軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化系統(tǒng)，包括:
[0033]位于車站7的軌旁運行控制系統(tǒng)1，該系統(tǒng)包括軌旁通信控制模塊，用于控制軌旁AP的開與關(guān)及調(diào)節(jié)軌旁AP1、AP2、AP3的功率；
[0034]為于列車5上的車載運行控制系統(tǒng)3，該系統(tǒng)包括車載通信控制模塊，用于控制車載天線與不同的軌旁AP1、AP2、AP3進行通信，列車5運行在軌道6上；
[0035]所述軌旁通信控制模塊通過接入交換機4接入冗余的有線網(wǎng)絡(luò)2，并通過接入交換機4與軌旁AP1、AP2、AP3相連；車載控制模塊通過冗余的有線通信網(wǎng)絡(luò)與車載天線MRl、MR2相連；軌旁AP1、AP2、AP3與車載天線MR1、MR2通過無線信號相連。
[0036]一種城市軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化方法，包括:
[0037]1、為了滿足城市軌道交通的高可用性，現(xiàn)有實現(xiàn)均要求在車頭和車尾的駕駛艙內(nèi)分別部署一套車載無線單元。本發(fā)明方法與現(xiàn)有其它方法根本的不同點就是AP切換的策略不同；在車載電臺MRl和MR2與軌旁APl或AP2通信連接正常后，車地通信與已有城市軌道交通系統(tǒng)中通信方法一致；
[0038]2、無線AP切換過程，需要三個方面的處理開銷:
[0039]①決定切換一尋找合適的新AP—重新關(guān)聯(lián)；
[0040]②如果實施了 802.lx/EAP，快速重認(rèn)證和將會話密鑰送給新AP ；
[0041]③有線網(wǎng)絡(luò)對漫游主體的轉(zhuǎn)發(fā)地址更新過程。
[0042]3、在列車行進的過程中，本發(fā)明方法由運行控制系統(tǒng)根據(jù)列車運行的位置直接決定切換的下一個目標(biāo)AP(如圖1中的AP3)以及切換的時機，不用再查找尋找新的AP，也可以避免與另一個隧道內(nèi)的AP之間進行反復(fù)切換，同時這可以省去AP切換過程的第①類開銷，使切換速度加快；
[0043]4、運行控制系統(tǒng)了解列車的位置、所有車載MR和軌旁AP的信息，切換時認(rèn)證過程也由運行控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一完成，這可以減少AP切換過程的第②類開銷，使切換速度加快；
[0044]5、切換結(jié)束后對漫游主題的地址轉(zhuǎn)發(fā)更新由運行控制系統(tǒng)主動通知上游設(shè)備完成，而不再象現(xiàn)有實現(xiàn)中被動等待數(shù)據(jù)流觸發(fā)學(xué)習(xí)更新和AP的關(guān)聯(lián)信息的超時，這也可以大大縮短了 AP切換過程的第③類開銷，使切換速度加快；
[0045]任何兩個相鄰AP的覆蓋區(qū)域彼此交疊，以確保覆蓋的連續(xù)性和無縫漫游。當(dāng)一個AP (如AP2)出現(xiàn)故障時，軌旁運行控制系統(tǒng)發(fā)出命令提高其兩側(cè)的兩個AP (如APl和AP3)的發(fā)射功率，從而彌補由于故障AP而出現(xiàn)的無線覆蓋“黑洞”。從而保證全線無縫覆蓋。
[0046]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些【具體實施方式】僅是舉例說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的情況下，可以對上述方法和系統(tǒng)的細(xì)節(jié)進行各種省略、替換和改變。例如，合并上述方法步驟，從而按照實質(zhì)相同的方法執(zhí)行實質(zhì)相同的功能以實現(xiàn)實質(zhì)相同的結(jié)果則屬于本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
【權(quán)利要求】
1.一種軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化系統(tǒng)，其特征在于，包括: 軌旁運行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括軌旁通信控制模塊，用于控制軌旁AP的開與關(guān)及調(diào)節(jié)軌旁AP的功率； 車載運行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括車載通信控制模塊，用于控制車載天線與不同的軌旁AP進行通信； 所述軌旁通信控制模塊通過冗余的有線網(wǎng)絡(luò)與軌旁AP相連；車載控制模塊通過冗余的有線通信網(wǎng)絡(luò)與車載天線相連；軌旁AP與車載天線通過無線信號相連。
2.一種城市軌道交通運行控制與車地?zé)o線通信一體化方法，其特征在于，包括以下步驟: 首先，車載運行控制系統(tǒng)獲取列車運行的位置并傳送給軌旁運行控制系統(tǒng)； 然后，軌旁運行控制系統(tǒng)根據(jù)列車運行的位置決定切換的下一個目標(biāo)AP以及切換的時機并由軌旁運行控制系統(tǒng)和車載運行控制系統(tǒng)共同完成切換時的認(rèn)證和地址更新過程。
【文檔編號】H04W4/04GK103763679SQ201310751461
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】劉湘黔, 徐洪澤, 仲維鋒, 張文靜, 岳強, 楊光 申請人:北京交通大學(xué)