CN102264591A

CN102264591A - 用于在至少一个导引车和地面网之间路由数据的方法

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Publication number: CN102264591A
Application number: CN2008801325075A
Authority: CN
Inventors: R.德拉朱迪-德泽吕; A-S.沙扎尔
Original assignee: Siemens SAS
Current assignee: Siemens SAS
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2011-11-30
Also published as: US20110222426A1; US8681773B2; PT2342114E; EP2342114B1; DK2342114T3; ES2401976T3; KR20110086123A; CA2741456A1; PL2342114T3; WO2010049595A1; BRPI0823203A2; EP2342114A1

Abstract

本发明涉及一种用于在至少一个导引车（T1）和地面网之间路由数据的方法，其中所述车辆在沿轨道安置在地面上的至少第一和第二通信终端（AP1，AP2）之间在轨道上移动，所述终端能够在地面网和车辆上的至少一个路由模块（r1t1，r2t1）之间交换数据流，其特征在于，周期性地执行用于第一终端（AP1）和路由模块之间的第一信号的传输质量测量，周期性地执行用于第二终端（AP2）和路由模块之间的第二信号的传输质量测量，周期性地执行用于地面网和路由模块之间的第一信号的可用数据吞吐率的测量，周期性地执行用于地面网和路由模块之间的第二信号的可用数据吞吐率的测量，还通过通信终端中的至少一个来周期性地确定用于地面网和路由模块之间的数据的至少一部分的路由路径，如果其呈现出高于预定阈值的所测量的信号质量以及高于预定阈值的数据吞吐率的话。

Description

用于在至少一个导引车和地面网之间路由数据的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于在至少一个导引车和地面网之间路由数据的方法。

借助“导引车”，本发明特别意指公共运输方法，例如列车、地铁、有轨电车、无轨电车、公共汽车等，并且更具体地说是在导轨/轴承上运行的轨道车辆或胶轮车，并且具有中央导轨牵引力，其轨道通过在橡胶轮的两个轴承之间的单个中央金属轨来实现。车辆引导可以是自动的（不需要驾驶员在车辆上，而是使用链接到地面通信网络的车载控制系统本身用于其控制）或者是手动的。本发明还可应用于通过陆地、水或空中的任何其它运输方式。

背景技术

地面通信网络和导引列车之间的无线电连接在地面上的发射/接收通信终端和车上的发射器/接收器之间实现。车载发射器/接收器本身连接到车载通信网络，这个网络包括至少一个数据流量管理路由器（在车辆内、旁和外部）。在细长形的车辆中，例如公共汽车，或在耦合车辆的组件中，例如列车，至少两个路由器通常布置在所述车辆或列车的两侧并且连接到无线电发射器/接收器，以便于与沿轨道安置在地面上的通信终端中的一个或另一个通信。

根据该方案，与无线电信道相组合的路由路径由此通常被使用。该信道因而可能在可用容量方面呈现出局限性，例如在吞吐率方面，并且因此可能延迟或者甚至阻止正确实施这样的应用，这样的应用对于传输视频数据（所需的高吞吐率）、音频数据或临界数据被需要。在高移动性环境中，传输数据的物理条件还可能改变得非常快，尤其是，另一所谓的“掩蔽”车辆的存在，可能减少或者甚至阻止车辆和地面上的通信终端之间的通信信号。

对这种涉及输出速率/掩蔽的成对问题的一种解决方案是使地面上的通信终端更靠近。这不可避免地对这样的安装的实施复杂性具有影响，并且当然对其成本也具有影响。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出一种在至少一个车辆和地面网之间具有宽范围的吞吐率的数据路由方法（通过无线电传输），而不需要修改现有车载通信元件（例如布置在地面上的通信终端）的基础设施以及在车辆和地面网之间形成接口。该路由方法还应当充分利用所实施的基础设施的可用通信容量，例如在质量、吞吐量、安全性等方面。

本发明的另一目的是，根据诸如上述那些的数据传输所需的各种吞吐率，关于在车辆与至少一个通信终端之间由其他车辆或障碍物掩蔽的问题，确保动态可靠路由（和由此确保链路的可用性）。

本发明由此提供一种根据权利要求1的用于在至少一个导引车和地面网之间路由数据的方法，其中所述车辆在至少第一和第二通信终端之间的轨道上移动，所述第一和第二通信终端沿该轨道安置在地面上。

本发明的优点还在一组子权利要求中被呈现。

由此，基于用于在至少一个导引车和地面之间路由数据的方法（隐含在地面上通信的装置，例如地面网），其中所述车辆在至少第一和第二通信终端之间的轨道上移动，所述第一和第二通信终端沿该轨道安置在地面上，所述终端能够在地面网和车辆上的至少一个路由模块之间交换数据流，所述方法包括以下步骤：

－周期性地执行用于第一终端和路由模块之间的第一信号的传输质量测量，

－周期性地执行用于第二终端和路由模块之间的第二信号的传输质量测量，

－周期性地执行用于地面网和路由模块之间的第一信号的可用数据吞吐率的测量，

－周期性地执行用于地面网和路由模块之间的第二信号的可用数据吞吐率的测量，

－对于地面与路由模块之间的数据的至少一部分，至少一个路由路径同样地通过通信终端中的至少一个周期性地被确定，如果其呈现出高于预定阈值的所测量的信号质量和高于预定阈值的数据吞吐率的话。

换句话说，根据涉及质量和吞吐率的测量，数据的初始路由被周期性地选择性地重新分配给两个终端中的至少一个，同时还根据所述数据的吞吐率选择性地将数据传送到一个或另一个路径。应当注意，有利地，除了已经存在的材料基础设施以外，该方法不需要任何材料基础设施。至多，使用普通重路由算法，例如基于已知的网状网络技术（根据在OLSR协议下的MESH型标准）的算法。这些算法可以被自主地应用在车载计算单元中，其本身与车辆或列车上的一个或多个路由装置通信。

由此，任何麻烦的掩蔽假象可以根据需要通过多个路由路径被动态地绕过，如果此种情况对于相关车辆存在的话。

特别地，本方法还非常有利地提供前面的动态路由以扩展至路径的创建，其对于车辆的使用可能具有掩蔽作用，作为受本发明方法影响的车辆和预期通信终端之一之间的新中间桥接终端。

实际上，如果至少一个所述掩蔽车辆频繁出入轨道，使得所述掩蔽车辆位于从通信终端之一所隐蔽的车辆和所述终端之间，则路由路径通过在掩蔽车辆上的第二路由模块而被转向，所述第二路由装置在如下条件下被选择：

－所述第二路由装置和通信终端之间的第三信号的传输质量测量呈现出高于预定阈值的所测量的信号质量，以及

－地面网和第二路由模块之间的第三信号的可用数据吞吐率的测量呈现出高于预定阈值的数据吞吐率。

根据本发明，此方法的这些附加步骤可以有利地应用于多个掩蔽车辆，且一旦将足够的路由条件聚到一起，该传输就可以通过使用多个路径来有效地实现。根据通过一个或另一有效路径的可用的吞吐率的不同范围，不同的数据流（例如视频、音频、临界数据）通过这些路径有选择地且单独地被重路由（或传输），以便最后到达地面上的一个或多个通信终端，而没有障碍物或延迟（或者反之，如果本发明的方法应用于地面上的路由元件，其中植入前述算法以便搜索从终端到车辆的路由路径）。

由此，根据高度灵活的动态，路由路径可以被细分成多个同时的且分开的数据路径，其宽带中的每一个都依赖于其传输质量和其最小保证吞吐率的测量的值。

为了优化数据类型（吞吐率）和可能的路径之间的选择，所传输的数据已经被预先分成多个数据类型，其具有不同的吞吐率范围，例如临界车辆或流量数据、视频数据或音频数据。该预防措施可以在路由装置的层面采取。由此，根据数据类型，每个路由模块动态地将数据传输分成不同的路由路径，根据其可用传输容量和由要传输的每一个数据类型所要求的吞吐率来选择所述路径。

对于所使用的每个路由路径，一个路由路径（独立于其它路径）可以通过在两个通信终端之间移动的车辆上的至少一个无线电中继而被传送。

在本发明的上下文内，根据服务质量测量的可能路径上的路由算法可能从而与数据流分布算法相关，其符合需要临界数据吞吐率的应用类型。依据期望的流的类型，可能的路径中的一个或另一个可能因此被给予适当的特权。

目前，通过列车的一侧的数据流量和提供给用户的吞吐率（＝车载通信装置或乘客的移动通信装置）对应于范围界限内可用的吞吐率。由于本发明的方法，提供给用户的吞吐率可以被大大增大，因为“特制的”资源可以在精确的时刻被利用，或者提供适于需要的高吞吐率的链路，或者提供适于需要的低吞吐率的链路，或者在后者的情况下，两个路径可以与通信网络的均衡负载共享一起同时被使用。

特别地，本发明的方法使得可以特别有利于设想出路由路径，该路由路径被细分成几个分离的路径，在所述分离的路径上传输冗余数据。涉及安全性和非常高的可用性的该方面，对于正确控制车辆，特别是在导引车（即没有驾驶员的车辆）的情况下，是基本的。

还可以设想在地面上的先验的通信终端之一可能实际上被布置在本身“被布置”在地面上的附加车辆中。实际上，当前导引车具有车载通信终端的所有方式。因此，在这个意义上，非常值得提出所使用的本发明的路由方法以便在第一车辆和第二车辆之间路由数据，并且在链接到车辆的应用中实施所述数据。本发明的路由方法除了其在车辆和地面网之间的通信方面以外，因此还提供用于在几个车辆之间路由所传输的数据的可能用途。在这个意义上所述应用是很多的，例如以确保表示自导引车之间的距离的信息和安全数据的更可靠传输以防止它们之间的冲突。

附图说明

借助下面描述的附图来提供示例性实施例和应用：

图1A、1B、1C：通过用于车辆的几个路径的根据本发明的路由方法，

图2：用于具有针对车辆和掩蔽车辆的高吞吐率的应用的根据本发明的路由方法，

图3：在针对车辆和掩蔽车辆的带宽占用标准之下根据本发明的路由方法，

图4A、4B、4C：具有针对车辆的各种数据吞吐率的路由管理的根据本发明的路由方法，

图5A、5B、5C：具有针对车辆和中继车辆的各种数据吞吐率的路由管理的根据本发明的路由方法。

具体实施方式

图1A、1B、1C示出根据本发明的路由方法，用于在导引车之间经由三个可能的路径路由数据，所述导引车在这种情况下是列车（T1），其在沿两个轨道（V1，V2）之一布置在地面上的至少第一和第二通信终端（AP1，AP2）之间在所述轨道上移动，所述终端能够在地面网（未示出）和车辆上的至少一个路由模块（r1t1，rct1，r2t1）之间交换数据流。在该示例中，存在多个类型的路由模块是可能的，例如连接到车载通信网络的路由器和无线电发射器/接收器类型（r1t1，r2t1）的模块，其本身包括中央车载路由器（rct1）。理想地，无线电模块（r1t1，r2t1）布置在车辆（例如列车）的上游/下游末端并且因此根据其与通信元件（非车载的且在所述车辆外部）的距离而具有不同的无线电传输质量。

在图1A和1C中所示的情况下，当列车（T1）接近无线电通信终端之一（r1t1或r2t1）时，所接收的信号的质量非常好（例如在评估出信号质量处于在控制器路由器rct1中预定义的质量阈值之上之后），在信道上的物理吞吐率因此增大。

在图1B中所示的情况下，当列车近似在无线电通信终端之间时，无线电覆盖范围得以实现，使得列车通过其在列车的前/后的每个末端处的两个路由装置之一可以与具有中等质量的信号的两个终端通信。每个无线电信道的物理吞吐率则比图1A和1C中所示的情况下低得多。

本发明的方法于是提出同时利用两个无线电信道来增大吞吐率并将其以完全透明的方式供给应用。

作为示例，可以设想下面的情形，其中：

－在图1A中，对激活的无线电链路AP1-r1t1测量的质量非常好；可用的吞吐率是54M。

－在图1B中，即通过路由到多个同时路由路径来转换（commuté）的形式，对激活的无线电链路AP1-r1t1、AP2-r2t1测量的质量具有中等水平；根据本发明在同时的模式下，对每个链路可用的吞吐率是36M，或72M。

－在图1C中，对激活的无线电链路AP2-r2t1测量的质量非常好；可用的吞吐率是54M。

图2来自图1B，并且适于根据本发明的路由方法，用于具有针对列车（这里公知为其轨道（V1）上的第一列车（T1））的高吞吐率的应用。两个其它的车辆或第二和第三掩蔽列车（T2、T3），分别在轨道（V1、V2）之一上行进，然后在列车（T1）和第二通信终端（AP2）之间移动。

两个掩蔽列车的存在大大削弱了由第一列车（T1）从第二无线电终端（AP2）接收的信号的水平。来自第一列车（T1）的路由装置（r2t1）的直接路径r2t1-AP2因此不再提供充足的吞吐率。通过使用如基于OLSR标准的网格算法，两个掩蔽列车的路由装置（r1t2、r2t2、r3t1、r2t3）中的至少一个可以用作第一列车（T1）的路由装置（r2t1）和第二无线电终端（AP2）之间的中继。这里假定路由装置根据轨道方向被成对地布置在每个列车的上游和下游。

本发明的方法于是允许通过经过掩蔽列车（T2和T3）可用的链路的利用，由此提供远大于用于与地面网通信的初始吞吐率的吞吐率。

在这种情况下，从列车（T1）向地面网通过无线电终端（AP1、AP2）的路由包括多个可能的同时的路径：由此，作为示例，从列车向地面的高数据流吞吐量可以从第一列车（T1）上游侧经由r1t1-AP1路径以及从另一侧、即列车移动的下游经由r2t1- r1t2- r2t2-AP2和/或r2t1- r1t3- r2t3-AP2路径被分散。本发明提出同时利用这些不同的路径，这能够使得提供给应用的吞吐率增大。

对于示例，可以拟定这样的结论，其中对于第一列车（T1），对激活的无线电链路AP1-r1t1测量的质量是中等的；可用的吞吐率是36M。对第二无线电链路r2t1-AP2测量的质量非常差并且还可能具有低吞吐率6M。对于具有高吞吐率的数据，这些后面的值低于能够建立到第二无线电终端（AP2）的直接路径的测量阈值。这就是为什么掩蔽列车能够用作第一列车（T1）的传输中继的原因。由此变成中继的列车（T2、T3）也具有非常高质量且具有高吞吐率（54M）（这可能是因为它们接近第二无线电终端（AP2）而导致的）的内部和外部链路（r1t2- r2t3-AP2，r1t3- r2t3-AP2）。

图3在根据本发明的路由方法的程度上与图2一样，但是在该情况下必须考虑第一车辆（T1）和掩蔽车辆（T2、T3）的带宽占用标准。

在这种情况下，在第二轨道（V2）上的第三列车（T3）已经利用来自链路（r2t3-AP2）的所有可能带宽以便在其第二下游路由装置（r2t3）和第二无线电终端（AP2）之间传输高流吞吐量。

本发明的方法于是使第一列车（T1）能够从路由装置（r2t3）识别该链路的占用，以及利用第一路由装置（r1t1）从第一列车（T1）和第一无线电终端（AP1）通过替代链路（r1t1-AP1）路由其数据流的一部分，以及通过利用路由装置从第二列车（T2）路由该数据流的另一部分，并且不再从第三列车（T3）路由所述数据流（或至多通过利用路由装置之一（r1t3），关于根据本发明的定义的阈值，其仍没有任何测量的和过度限制的占用标准）。

类似于前面图的描述部分，可以提供定量的示例来说明根据图3的这种占用标准的条件：

－无线电链路AP1-r1t1的质量中等（可接受的质量阈值），可用的吞吐率：36M（可接受的吞吐率阈值），

－无线电链路AP2-r2t1的质量差（低于质量阈值），可用的低吞吐率：6M（低于吞吐率阈值，由于被列车掩蔽并且甚至在没有掩蔽的情况下，质量和吞吐率中等，因此本发明的方法的实施借助列车中继T2、T3是必要的），

－无线电链路AP2-r2t3的质量非常好，可用的非常高的吞吐率：54M，但是频带已经被第三列车（T3）和地面网之间的流量部分地占用（因此占用标准存在！），

－无线电链路AP2-r2t2的质量非常好，可用的非常高的吞吐率：54M，

－无线电链路r2t1-r1t2的质量非常好，可用的非常高的吞吐率：54M，

－无线电链路r2t1-r1t3的质量非常好，可用的非常高的吞吐率：54M。

图4A、4B、4C描述了具有针对车辆（在这种情况下是例如在图1A、4C、4B中分别示出的第一列车（T1））的各种数据吞吐率的路由管理的根据本发明的路由方法。

本发明的方法还包括根据数据流的临界性和数据流的吞吐率要求对数据流的管理。

例如可以想得到在列车和地面网之间要交换的数据具有多种类型：

·临界数据，其具有：最小损失率，中等信号质量，没有负载共享，通过多个分离的路径传输冗余数据的可能性，例如由于可用性的缘故（或甚至其中针对数据安全性所需要的）。

·音频数据，其具有：最小等待时间，因此最小跳跃数，没有负载共享。

·视频数据，其具有：最大吞吐率，较好的信号质量，共享负载。

所有这些限制一起，结合吞吐率要求，在本发明中被考虑，以便根据尤其由临界性定义的其应用类型和固有吞吐率要求来路由数据分组。

例如，如果列车（T1）（或另一列车Ti，= =2，3，4…）希望向地面网传输下述：

·语音电话数据P1X（或PiX），

·临界数据C1X（或CiX），

·视频数据V1X（或ViX）。

根据其在轨道上的位置和地面网的直接布局以及其无线电终端（甚至在附近其它列车存在方面），因实施本发明的方法而产生的和由分组借入的路由路径在其应用类型方面将是不同的。特别地，这方面在图4C中被说明，其中对于具有高吞吐率的视频数据类型V1X，从列车（T1）向每个无线电终端（AP1，AP2）的两个路径V1X-1、V1X-2将被同时激活，而对于具有较低的吞吐率的两个其它数据类型P1X、C1X，将可能只保留路径之一（在这种情况下，具有第一无线电终端AP1）。

图5A、5B、5C示出具有对于车辆和中继车辆的各种数据吞吐率的路由管理的根据本发明的路由方法。简而言之，这些后面的图类似于前面的情况，特别是从图2或3（掩蔽列车）以及从图4C（具有各种吞吐率的数据）获取的那些情况。

图5A、5B、5C由此描述了在存在掩蔽列车T2、T3的情况下受本发明影响的以及根据每个列车和地面网之间的流量的路由选择算法的性能。

图5A：示出存在不传输具有高吞吐率的视频数据ViX的两个掩蔽列车（T2，T3）的情况。根据本发明，视频数据桥V1X-2可以因此在第一列车（T1）和第二无线电终端（AP2）之间例如通过经由第三列车（T3）转向路由路径而被容易地激活，以确保较好的质量和高列车地面吞吐量。

图5B：示出存在两个掩蔽列车的情况，其中一个列车（第三列车T3）传输视频流（V3X），假定每个列车仍传输其临界数据（CiX）。图5A的经由第三列车（T3）的初始路由桥V1X-2在这种情况下被经过第二列车（T2）且不传输视频数据的分离的路由桥代替，并且因此仍具有充足的吞吐量可用性（且比第三列车T3更好），以便从第一列车（T1）传送视频数据（V1X）。

图5C：示出存在分别传输视频流（V2X，V3X）的两个掩蔽列车的情况，假定每个列车仍传输其临界数据（CiX）。假定用作中继的掩蔽列车的视频信道的吞吐量是中等的，本发明的方法将划分经由中继列车和第二无线电终端（AP2）的两个平行路径从第一列车（T1）对视频数据（V1X）的传送。

Claims

1. 一种用于在至少一个导引车（T1）和地面之间路由数据的方法，其中所述车辆在沿轨道布置在地面上的至少第一和第二通信终端（AP1，AP2）之间在轨道上移动，所述终端能够在地面网和车辆上的至少一个路由模块（r1t1，r2t1）之间交换数据流，

其特征在于，

－周期性地执行用于第一终端（AP1）和路由模块之间的第一信号的传输质量测量，

－周期性地执行用于第二终端（AP2）和路由模块之间的第二信号的传输质量测量，

－还通过通信终端中的至少一个来周期性地确定用于地面和路由模块之间的数据的至少一部分的路由路径，如果其呈现出高于预定阈值的所测量的信号质量以及高于预定阈值的数据吞吐率的话。

2. 如权利要求1所述的方法，其中，如果至少一个所述掩蔽车辆（T3）经常出入轨道，使得所述掩蔽车辆位于从而从通信终端（AP1，AP2）之一被掩蔽的车辆（T1）与所述终端之间，则路由路径通过在掩蔽车辆上的第二路由模块（r1t3，r2t3）被转向，所述第二路由装置在条件下被选择，使得：

3. 如权利要求1至2之一所述的方法，其中路由路径被细分成多个同时的且分开的数据路径，其宽带中的每一个都依赖于其传输质量和其最小保证吞吐率的测量的值。

4. 如前述权利要求之一所述的方法，其中所传输的数据被分成具有不同吞吐率范围的不同数据类型，例如临界车辆或流量数据，视频数据或音频数据。

5. 如权利要求4所述的方法，其中，根据数据类型，每个路由模块将数据传输分到不同的路由路径，根据其可用传输容量和要传输的数据类型中的每一个所要求的吞吐率来选择所述路径。

6. 如前述权利要求之一所述的方法，其中路由路径通过在两个通信终端之间移动的车辆上的至少一个无线电中继而被传送。

7. 如前述权利要求之一所述的方法，其中路由路径被细分成多个分离的路径，在所述分离的路径上传输冗余数据。

8. 如前述权利要求之一所述的方法，其中通信终端之一布置在附加车辆中。

9. 根据前述权利要求之一所述的路由方法的应用，用于在第一车辆和第二车辆之间路由数据，以及用于在链接到车辆的应用中实施数据。