CN102209354A - 一种车载通信时的切换方法、系统和无线网卡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载通信时的切换方法、系统和无线网卡，主要内容包括：将一个物理无线网卡虚拟为采用时分复用方式通过两个STA端口与AP进行连接通信的虚拟无线网卡，实现一个物理无线网卡与两个AP之间的切换，由于本实施例的方案不需要额外增加硬件设备，且产生的切换时延不是物理时延，而是只与无线网卡的处理能力相关的时延，因此，产生的时延很短，不会造成数据丢包和通信中断。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种车载通信时的切换方法、系统和无线网卡。
背景技术
随着通信技术特别是无线电技术的发展，人们开始研究以通信技术为基础的轨道交通系统，特别是基于通信技术的列车运行控制系统(communicationbased train control system，CBTC)。
CBTC利用无线通信媒体代替轨道电路，实现列车与地面控制站之间的双向通信，以达到对列车运行控制的目的。CBTC的突出优点是实现列车与地面控制站的双向通信，传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作；还可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应对不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行进行控制等。
在CBTC技术中，是利用在轨道上架设的无线接入点(AP)和列车上用于通信的无线接收装置(STA)之间的无线通信完成车、地的双向通信。但是，由于每个AP的覆盖范围是有限的，随着列车的行驶，列车上的STA在各个AP之间的切换会产生严重的通信时延。
目前，常用的车载通信时的切换方式有如下两种：
第一种：
在列车上设置一个无线网卡，无线网卡通过STA端口与一个AP连接后，STA端口移动后需要通过重新连接，将当前连接从一个AP切换到另一个AP，而在切换过程中，该STA端口仍保持和初始AP的连接，重新连接会改变所建立连接的属性，导致时延的加剧。通过优化算法可以在一定程度上减少该无线网卡和轨道旁架设的AP之间的切换时间。但是由于算法的优化程度有限，使用目前较优的算法最小也会有500ms左右的物理切换时间，该切换延时时长较大，可能造成数据丢包或通信中断。
第二种：
第二种切换方式为双网卡切换，也就是在列车上设置两个无线网卡，通过两个网卡分别与AP的连接实现无缝切换。本方式虽然能够很好地降低切换造成的时延，但是在列车上需要额外设置硬件设备，实现比较困难，同时增加了实现成本。
综上所述，目前需要找到一种新的车载通信时的切换方法，在保证切换延时较小的情况下，减少硬件设备的设置。
发明内容
本发明实施例提供一种车载通信时的切换方法、系统和无线网卡，用以解决现有技术中存在的车载通信切换时，切换时延较长或需要增加硬件设备的问题。
一种车载通信时的切换方法，所述方法包括：
列车内的一个无线网卡通过第一无线接收装置STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接，通过第二STA端口与另一无线接入点连接，其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的；
列车内的控制模块比较两个无线接入点的信号强度，确定与信号强度较低的无线接入点连接时使用的STA端口；
所述控制模块向无线网卡发送针对确定的STA端口的断开指示信息，指示无线网卡断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接。
一种车载通信时的切换系统，所述系统包括：设置在列车内的一个无线网卡、控制模块和设置在轨道旁的多个无线接入点，其中：
所述无线网卡，用于通过第一无线接收装置STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接，通过第二STA端口与另一无线接入点连接，并在接收到控制模块发送的针对一个STA端口的断开指示信息时，断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接，其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的；
所述控制模块，用于比较两个无线接入点的信号强度，确定与信号强度较低的无线接入点连接时使用的STA端口，并向所述无线网卡发送针对确定的STA端口的断开指示信息。
一种无线网卡，应用于车载通信系统中，所述无线网卡包括：
第一连接模块，用于通过第一无线接收装置STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接；
第二连接模块，用于通过第二STA端口与另一无线接入点连接，其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的；
接收模块，用于接收针对一个STA端口的断开指示信息，其中：通过断开指示信息针对的STA端口连接的无线接入点的信号强度小于通过另一个STA端口连接的无线节点的信号强度；
断开模块，用于指示第一连接模块或第二连接模块断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接。
本发明实施例的有益效果如下：
本发明实施例通过将一个物理无线网卡虚拟为采用时分复用方式通过两个STA端口与AP进行连接通信的虚拟无线网卡，实现一个物理无线网卡与两个AP之间的切换，由于本实施例的方案不需要额外增加硬件设备，且产生的切换时延不是物理时延，而是只与无线网卡的处理能力相关的时延，因此，产生的时延很短，不会造成数据丢包和通信中断。
附图说明
图1为本发明实施例一中车载通信时的切换方法示意图；
图2为本发明实施例二中车载通信时的切换系统结构示意图；
图3(a)～图3(d)为本发明实施例三中车载通信时的切换过程示意图；
图4为本发明实施例四中车载通信时的无线网卡结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提出一种新的车载通信时的切换方案，改变列车上的无线网卡的运行方式，将一个物理无线网卡虚拟为采用时分复用方式通过两个STA端口与AP进行连接通信的虚拟网卡，实现一个物理无线网卡与两个AP之间的切换。由于本实施例的方案不需要额外增加硬件设备，且产生的切换时延不是物理时延，而是只与无线网卡的处理能力相关的时延，因此，产生的时延很短，不会造成数据丢包和通信中断。
下面结合说明书附图对本发明实施例进行详细描述。
如图1所示，为本发明实施例一中车载通信时的切换方法示意图，所述方法包括以下步骤：
步骤101：列车内的一个无线网卡通过第一STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接。
由于时分复用是指将一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息，把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。因此，用于与接入点连接的总的时隙资源可以以帧对单位进行分割，假设总的时隙资源划分为多个时隙资源(如第一时隙资源、第二时隙资源等)。无线网卡在第一时隙资源上，通过第一STA端口搜索无线接入点，并与搜索出的信号强度最大的无线接入点建立连接，并在第一时隙资源上与通过第一STA端口连接的无线接入点进行数据通信。
步骤102：所述无线网卡通过第二STA端口与另一无线接入点连接。
其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的。
无线网卡在第二时隙资源上，通过第二STA端口搜索无线接入点，并与搜索出的信号强度最大的无线接入点建立连接，此时，无线网卡通过第二STA端口处于连接状态，通过第一STA端口的状态时空闲。
在本实施例一中，将一个物理的无线网卡通过两个STA端口占用时分复用资源与无线接入点连接的过程，可以看作是两个虚拟的无线网卡分别与无线接入点连接的过程。借鉴网桥的实现方式和无线网卡驱动方式，编写代码并设置相关参数，为虚拟无线网卡配置自身的MAC地址和IP地址，使两个虚拟无线网卡共享系统资源但并不冲突，即两个虚拟无线网卡工作在不同的模式，当其中一个虚拟无线网卡处于连接状态时另一个虚拟无线网卡处于搜索状态。
步骤103：列车内的控制模块比较两个无线接入点的信号强度，确定与信号强度较低的无线接入点连接时使用的STA端口。
在本步骤中，控制模块用于比较的信号强度分别是：
在第一时隙资源上，无线网卡检测到的通过第一STA端口连接的无线接入点的最小信号强度；在第二时隙资源上，无线网卡通过第二STA端口与无线接入点连接时该无线接入点的初始信号强度。
在本步骤中，可以通过比较信号强度直接指示与信号强度较低的无线接入点断开连接，也可以在两个信号强度的差值达到设定阈值时，指示与信号强度较低的无线接入点断开连接，否则，根据当前所在的时隙资源分配的情况，通过该时隙资源分配的STA与无线接入点连接。
步骤104：控制模块向无线网卡发送针对确定的STA端口的断开指示信息，指示无线网卡断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接。
在本步骤中，假设控制模块向无线网卡发送的是针对第一STA端口的断开指示信息，则无线网卡断开通过第一STA端口与无线接入点的连接，并在分配给第二STA端口的时隙资源上，与通过第二STA端口连接的无线接入点进行数据传输。在分配给第二STA端口的时隙资源结束后，无线网卡通过断开连接的STA端口搜索无线接入点。
本发明实施例中涉及的AP可以是无线集线器(也称为瘦AP)，也可以是无线路由器(也称为胖AP)。较优地，在本发明实施例中涉及的AP可以是无线路由器，这样选择的原因是：由于无线路由器本身具有管理功能，无线路由器与列车上的通信设备(如包含控制模块和无线网卡的车载通信控制器)之间的切换操作由列车上的通信设备来控制，相对于AP是无线集线器的情况，采用无线路由器可以使车载通信系统的可靠性不再依赖于无线管理控制器与无线集线器的连接，提高了系统的可靠性。
实施例二：
本发明实施例提供一种车载通信时的切换系统，如图2所示，所述系统包括：设置在列车内的一个无线网卡11、控制模块12和设置在轨道旁的多个无线接入点13，其中：无线网11用于通过第一STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接，通过第二STA端口与另一无线接入点连接，并在接收到控制模块12发送的针对一个STA端口的断开指示信息时，断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接，其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的；控制模块12用于比较两个无线接入点13的信号强度，确定与信号强度较低的无线接入点连接时使用的STA端口，并向所述无线网卡发送针对确定的STA端口的断开指示信息。
所述无线网卡11具体用于在分配给第一STA端口的时隙资源上，通过第一STA端口搜索无线接入点，并与搜索出的信号强度最大的无线接入点建立连接，以及，在分配给第二STA端口的时隙资源上，通过第二STA端口搜索无线接入点，并与搜索出的信号强度最大的无线接入点建立连接。
所述无线网卡11还用于在所述断开指示信息针对的STA端口是第一STA端口时，在分配给第二STA端口的时隙资源上，与通过第二STA端口连接的无线接入点进行数据传输，以及，在分配给第二STA端口的时隙资源结束后，通过第一STA端口搜索无线接入点。
控制模块12具体用于确定在分配给第一STA端口的时隙资源上，无线网卡检测到的通过第一STA端口连接的无线接入点的最小信号强度，和在分配给第二STA端口的时隙资源上，无线网卡通过第二STA端口与无线接入点连接时该无线接入点的初始信号强度，并比较确定的最小信号强度和初始信号强度。
本发明实施例二中的车载通信时的切换系统可以应用于实施例一的切换方法流程中。
通过本发明实施例一和实施例二的方法和系统，在遵循IEEE802.11标准且不新增硬件设备的条件下，采用资源的时分复用的分配方式，将一个物理无线网卡虚拟为两个虚拟无线网卡，每个虚拟无线网卡独立的进行连接(association)和分离(disassociation)，然后通过修改内核代码，实现对两个虚拟无线网卡的控制，通过两个虚拟无线网卡运行在不同的工作模式下，避免了在两个AP之间的切换造成的物理时延，而只有由系统处理能力造成的两帧之间切换的时延，由于时延量很小，不会对车载通信系统的通信过程造成影响；另外，在选择保持连接或需要断开的STA端口时，以无线网卡接收到的各无线接入点的信号强度为选择依据，与系统切换的标准匹配，使得最终是否切换的结果合理而准确。本发明实施例可以应用在不同的领域，实施的范围很广：如应用在地铁方面，CBTC可以突破现有轨道电路行车运行间隔的瓶颈，最低能够达到90秒的运行间隔，提高运输能力；应用在PIS方面，可以实时传送旅客信息、视频以及监控录像等。
实施例三：
下面通过一个具体的实例对本发明实施例的方案进行说明，如图3(a)～图3(d)所示，为列车在运行过程中的切换示意图，其切换过程如下：
第一步：在列车开始启动时，列车处于AP_1覆盖的区域内，如图3(a)所示，此时，列车上的无线网卡通过STA_1与AP_1建立连接，并进行数据通信。
第二步：随着列车的行驶，列车进入了AP_1和AP_2共同覆盖的区域，如图3(b)所示，此时，无线网卡通过STA_1与AP_1建立连接并通信的情况下，无线网卡通过STA_2与AP_2进行连接。
此时，列车上的控制模块需要对当前无线网卡检测到的AP_1和AP_2的信号强度进行比较，假设此时AP_1的信号强度大于AP_2，但差值未达到设定阈值，因此，并不进行切换。
第三步：当列车进入AP_2的覆盖区域时，如图3(c)所示，此时，此时AP_2的信号强度大于AP_1，且差值达到设定阈值，因此，无线网卡根据控制模块的指示断开通过STA_1与AP_1建立的连接，转而切换到通过STA_2与AP_2建立的连接进行数据传输。
第四步：当列车继续运行，进入AP_2和AP_3共同覆盖的区域，如图3(d)所示，在保持通过STA_2与AP_2通信的情况下，无线网卡通过STA_1与AP_3进行连接。
此时，列车上的控制模块需要对当前无线网卡检测到的AP_1和AP_2的信号强度进行比较，假设此时AP_2的信号强度大于AP_1，但差值未达到设定阈值，因此，并不进行切换。
此后重复上述步骤，使得车、地通信的全程都可以保持无物理切换的实时通信。
实施例四：
本发明实施例四还提供一种应用于车载通信系统中的无线网卡，如图4所示，所述无线网卡包括第一连接模块21、第二连接模块22、接收模块23和断开模块24，其中：第一连接模块21用于通过第一无线接收装置STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接；第二连接模块22用于通过第二STA端口与另一无线接入点连接，其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的；接收模块23用于接收针对一个STA端口的断开指示信息，其中：通过断开指示信息针对的STA端口连接的无线接入点的信号强度小于通过另一个STA端口连接的无线节点的信号强度；断开模块24用于指示第一连接模块或第二连接模块断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接。
第二连接模块22还用于在所述断开指示信息针对的STA端口是第一STA端口时，与通过第二STA端口连接的无线接入点进行数据传输；第一连接模块21还用于通过第一STA端口搜索无线接入点。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种车载通信时的切换方法，其特征在于，所述方法包括：
列车内的一个无线网卡通过第一无线接收装置STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接，通过第二STA端口与另一无线接入点连接，其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的；
列车内的控制模块比较两个无线接入点的信号强度，确定与信号强度较低的无线接入点连接时使用的STA端口；
所述控制模块向无线网卡发送针对确定的STA端口的断开指示信息，指示无线网卡断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述断开指示信息针对的STA端口是第一STA端口时，所述控制模块向无线网卡发送断开指示信息后，所述方法还包括：
无线网卡与通过第二STA端口连接的无线接入点进行数据传输，以及，无线网卡通过第一STA端口搜索无线接入点。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制模块比较两个无线接入点的信号强度，包括：
控制模块确定当前无线网卡检测到的通过第一STA端口连接的无线接入点的信号强度，和当前无线网卡通过第二STA端口与无线接入点连接时该无线接入点的初始信号强度；
控制模块比较确定的两个信号强度。
4.一种车载通信时的切换系统，其特征在于，所述系统包括：设置在列车内的一个无线网卡、控制模块和设置在轨道旁的多个无线接入点，其中：
所述无线网卡，用于通过第一无线接收装置STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接，通过第二STA端口与另一无线接入点连接，并在接收到控制模块发送的针对一个STA端口的断开指示信息时，断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接，其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的；
所述控制模块，用于比较两个无线接入点的信号强度，确定与信号强度较低的无线接入点连接时使用的STA端口，并向所述无线网卡发送针对确定的STA端口的断开指示信息。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述无线网卡，还用于在所述断开指示信息针对的STA端口是第一STA端口时，与通过第二STA端口连接的无线接入点进行数据传输，以及，无线网卡通过第一STA端口搜索无线接入点。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述控制模块，具体用于确定当前无线网卡检测到的通过第一STA端口连接的无线接入点的信号强度，和当前无线网卡通过第二STA端口与无线接入点连接时该无线接入点的初始信号强度，并比较确定的两个信号强度。
7.如权利要求4～6任一所述的系统，其特征在于，
所述无线接入点是无线路由器。
8.一种无线网卡，应用于车载通信系统中，其特征在于，所述无线网卡包括：
第一连接模块，用于通过第一无线接收装置STA端口与轨道旁的一个无线接入点连接；
第二连接模块，用于通过第二STA端口与另一无线接入点连接，其中：通过第一STA端口与无线接入点连接时占用的资源与通过第二STA端口与无线接入点连接时占用的资源是采用时分复用方式分配的；
接收模块，用于接收针对一个STA端口的断开指示信息，其中：通过断开指示信息针对的STA端口连接的无线接入点的信号强度小于通过另一个STA端口连接的无线节点的信号强度；
断开模块，用于指示第一连接模块或第二连接模块断开通过指示的STA端口与无线接入点的连接。
9.如权利要求8所述的无线网卡，其特征在于，
第二连接模块，还用于在所述断开指示信息针对的STA端口是第一STA端口时，与通过第二STA端口连接的无线接入点进行数据传输；
第一连接模块，还用于通过第一STA端口搜索无线接入点。
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