CN102447544B - 一种乘客信息系统pis中车地通信的方法及装置 - Google Patents
一种乘客信息系统pis中车地通信的方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种乘客信息系统PIS中车地通信的方法及装置，该方法包括启用多播命令正确应答ACK，轨旁无线接入点AP与移动节点STA建立关联后，以固定速率向多播组中的移动节点STA发送多播数据流，并接收STA返回的ACK信号；根据接收到的ACK信号个数确定与自身连接的通信链路，比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；根据预先确定的信噪比与传输速率对应关系确定所述最小信噪比对应的多播传输速率，并应用该多播传输速率替换所述固定速率进行多播数据传输。本发明公开的方法和装置使用ACK控制帧作为数据传输成功的响应，提高了服务的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种乘客信息系统PIS中车地通信的方法及装置。
背景技术
乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）是地铁里为乘客提供各类资讯的服务系统。随着无线局域网（Wireless Local Area Network；WLAN）移动通信等相关技术日益受到青睐，PIS系统作为地铁公司与乘客之间最直观的信息交互平台，既确保了列车的运行安全又增加了乘客的舒适感。除了能在车厢内显示乘车须知、列车时刻表等文本信息以外，还可播放股票信息、新闻、赛事直播、广告等实时动态信息，发生火灾、阻塞及恐怖袭击等非正常情况。
为了满足多辆列车同时接收赛事、股票等实时信息的转播需求，列车PIS系统均要求支持组播技术，组播能有效减少网络和主机开销，较单播和广播有其独特优越性，从而得到了广泛的应用。如图1所示，由于列车在快速行驶过程中车载移动节点(STA，station)设备与轨旁接入点(AP，access point)存在漫游切换，而车载网络却无法及时感知这个过程，会依然试图从原有轨旁AP接收数据，最终导致组播数据流的中断，如何保障车辆移动过程中的组播报文不丢失，也是PIS系统成功应用的关键。
在最初的无线局域网(WLAN)标准IEEE802.11中，所有的帧都以单一的速率发送。而IEEE802.11a和802.11b、g在物理层都提供多速率传输的能力，所有控制帧及广播、多播帧以基本速率发送，RTS/CTS，ACK都必须以此速率发送，一般为1Mbps，这个速率无法保障多播视频流的正常传输，势必造成严重的丢包，引起图像不清晰、不流畅的现象。随着技术的发展，单播传输时由于采用了速率控制算法使得单播数据帧可以根据信道状况选择不同的速率：当信道具有高信噪比时可以选择高速率发送数据，但是这种方法只依赖于对单个信道状态的估计，不能直接应用在多播服务中。对于多播传输还没有切实可行的速率控制算法可以做到这一点。在802.11b中，允许使用的速率有1Mbps，2Mbps，5.5Mbps和11Mbps；在802.11a中，允许使用的速率有6Mbps，9Mbps，12Mbps，18Mbps，…，54Mbps。802.11标准没有规定如何根据信道状态选择和切换合适的发送速率。
由于多播传输不使用ACK控制帧来作为数据传输成功的响应。这种缺乏反馈的机制大大影响了为用户提供服务的可靠性。现有的速率自适应都只针对单播通信，对单个信道条件进行统计。而多播应用的难点在于AP和多播组内每个STA间的信道状况是不同的，并且缺乏ACK等反馈机制，AP不能确定多播组中每个STA的链路状况。
发明内容
本发明实施例提供一种乘客信息系统PIS中车地通信的方法及装置，用于解决现有技术中轨旁无线接入点(AP)不能根据信道状态选择和切换合适的发送速率，导致在数据传输时丢包或引起图像不清晰的问题。
一种乘客信息系统PIS中车地通信的方法，包括：
启用多播命令正确应答ACK，轨旁无线接入点AP与移动节点STA建立关联后，以固定速率向多播组中的移动节点STA发送多播数据流，并接收STA返回的ACK信号；
确定多播组中移动节点STA的数量，如果接收到的ACK信号数量大于等于2，则比较每条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
如果接收到的ACK信号数量小于等于1，包括：
进行第一次退避，如果退避操作后接收到ACK信号数量大于等于2，则比较各条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
如果进行第一次退避操作后接收到的ACK信号数量小于等于1，则进行第二次退避，若第二次退避操作后，接收到ACK的数量大于1，则比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；若接收到ACK的数量等于1，根据收到ACK的通信链路的信噪比作为最小信噪比；
若第二次退避后仍没有接收到ACK，则进行数据重传；
根据预先确定的信噪比与传输速率对应关系确定所述最小信噪比对应的多播传输速率，并应用该多播传输速率替换所述固定速率进行多播数据传输。
一种乘客信息系统PIS中车地通信的装置，包括：
ACK信号应用模块，用于启用多播命令正确应答ACK，轨旁无线接入点AP与移动节点STA建立关联后，以固定速率向多播组中的移动节点STA发送多播数据流，并接收STA返回的ACK信号；
第一判断单元，用于确定多播组中移动节点STA的数量，如果接收到的ACK信号数量大于等于2，则比较每条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
第二判断单元，用于如果接收到的ACK信号数量小于等于1，进行第一次退避，如果退避操作后接收到ACK信号数量大于等于2，则比较各条通信链路的信噪比确定最小信噪比；如果进行第一次退避操作后接收到的ACK信号数量小于等于1，则进行第二次退避，若第二次退避操作后，接收到ACK的数量大于1，则比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；若接收到ACK的数量等于1，根据收到ACK的通信链路的信噪比作为最小信噪比；
第三判定单元，用于若第二次退避后仍没有接收到ACK，则进行数据重传；
速率更新模块，用于根据预先确定的信噪比与传输速率对应关系确定所述最小信噪比对应的多播传输速率，并应用该多播传输速率替换所述固定速率进行多播数据传输。
应用本发明实施例提供的方法及装置，在保证高可靠带宽的前提下，通过改变车载设备和轨旁AP间的传输策略，实现多播视频数据的实时传输；根据反馈所得信道的信噪比选择最佳的传输速率而不是系统固有的最低传输速率，实现多播速率自适应。
附图说明
图1为现有技术中AP和STA通信示意图；
图2为本发明实施例一种乘客信息系统PIS中车地通信的方法的流程图；
图3为本发明实施例一种乘客信息系统PIS中车地通信的装置的结构图；
图4为本发明实施例最小信噪比获取模块的结构图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种乘客信息系统PIS中车地通信的方法，该方法包括：启用多播命令正确应答ACK，轨旁无线接入点AP与移动节点STA建立关联后，以固定速率向多播组中的移动节点STA发送多播数据流，并接收STA返回的ACK信号；根据接收到的ACK信号个数确定与自身连接的通信链路，比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；根据预先确定的信噪比与传输速率对应关系确定所述最小信噪比对应的多播传输速率，并应用该多播传输速率替换所述固定速率进行多播数据传输。
如图2所示，本发明实施例提供一种乘客信息系统PIS中车地通信的方法，实现该方法的具体步骤包括：
步骤201，启用多播命令正确应答ACK；
启用多播命令正确应答ACK的具体设置包括：
将帧控制域的类型设置为10（即帧控制域的类型设置为数据类型）和将帧控制域的子类型域0001（即帧控制域的子类型设置为接收到数据帧后返回ACK信号）。将多播数据帧的TO DS域置为0，FROM DS域置为1（确定了一种网络模型，即AP→STA）。
步骤202，轨旁无线接入点AP与移动节点STA建立关联后，以固定速率向多播组中的移动节点STA发送多播数据流，并接收STA返回的ACK信号。
步骤203，根据接收到的ACK信号个数确定与自身连接的通信链路，比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；
步骤203可以通过一下方式实现，但不局限于下述这一种方式：
确定多播组中移动节点STA的数量，如果接收到的ACK信号数量大于等于2，则比较每条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
如果接收到的ACK信号数量小于等于1，包括：
进行第一次退避，如果退避操作后接收到ACK信号数量大于等于2，则比较每条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
如果进行第一次退避操作后接收到的ACK信号数量小于等于1，则进行第二次退避，若第二次退避操作后，接收到ACK的数量大于1，则比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；若接收到ACK的数量等于1，根据收到ACK的通信链路的信噪比作为最小信噪比；
若第二次退避后仍没有接收到ACK，则进行数据重传。
步骤204，根据预先确定的信噪比与传输速率对应关系确定所述最小信噪比对应的多播传输速率，并应用该多播传输速率替换所述固定速率进行多播数据传输。
本发明实施例中，确定所述信噪比与传输速率对应关系的方法包括：
A、对不同信道条件某一传输速率下，将多个ACK信号设置为一个测量组，AP在接收到所述多个ACK后，确定所述多个ACK信号的信号强度平均值，根据平均值确定信噪比与传输速率的对应关系。
信噪比是信号强度平均值与固有噪声的比值，传输速率是某一信噪比时实测的结果，当然丢包率要达到指标。
确定在设定时间内发送数据的误帧率、ACK成功接收次数、吞吐量，进一步确定通信链路的信道质量，并根据该信道质量更新信噪比与传输速率的对应关系。
B、确定所述信噪比与传输速率对应关系包括：测量信道的信噪比(SNR)，根据该信噪比确定信道状态，确定信噪比与传输速率的对应关系。
确定在设定时间内发送数据的误帧率、ACK成功接收次数、吞吐量，进一步确定通信链路的信道质量，并根据该信道质量更新信噪比与传输速率的对应关系。
在具体实施时，本发明实施例可以通过对不同信道条件某一传输速率下，每10个ACK帧做一次统计，对10个ACK数据包中获取的信号强度做统计平均。具体参数如表1所示（注：信噪比的噪声N为归一化噪声-96dbm）：
| 调制方式 | OFDM | OFDM | OFDM | OFDM | CCK | CCK | DQPSK | DQPSK |
| 传输速率Mbps | 54 | 48 | 36 | 24 | 11 | 5.5 | 2 | 1 |
| 信噪比（S/N） | -68 | -70 | -75 | -79 | -83 | -87 | -91 | -94 |
表1
本发明实施例步骤203中，数据丢失可能由信道的信噪比太低引起，也可能由碰撞产生。
因为系统应用的一个要求就是保证整个路线都覆盖到，所以每个STA都会关联一个AP，而且每一时刻只会选择一个通信质量好的AP进行关联，在一般情况下与AP关联的STA为1～3个。
一个AP关联3个STA的实现流程涵盖了1个AP关联的1个或者2个STA的实现方式，所以本因此针对一个AP关联3个STA的应用进行具体说明，3个STA在同一多播组内（前提：STA能够选择通信连路相对好的AP进行关联），分以下几种情况：
1、AP收到3个STA返回的ACK信号
2、AP收到1或2个ACK信号，具体种情况包括：
（1）AP和某个或某两个STA间的通信质量太差，导致通信无法进行；
（2）AP同某两个STA的通信链路之间的通信冲突。
3、AP没有收到ACK信号，具体原因包括：
（1）AP和三个STA间的通信质量差，导致通信无法进行；
（2）AP同其中一个STA间的通信质量差，另外两个链路存在通信冲突；
（3）三条通信链路的冲突。
针对以上三种情况，确定最小信噪比的实现方法包括：
情况1时，AP根据接收到的ACK信号，确定三条链路上信道的信噪比，比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比（即取出通信质量最差的一个）。
情况2时，若AP收到两个ACK信号，将未收到ACK视为信号质量差放弃，根据两个通信链路的信噪比确定最小信噪比；
若AP收到一个ACK信号，首先进行退避，如果还没有接收到其他ACK响应，则视为冲突，进行二次退避，退避两次后，若收到ACK信号的总数为3，则根据情况1确定最小信噪比；若仍有ACK没收到，则视为因通信质量太差放弃，选择较差的通信链路，直接将收到的ACK信号对应通信链路的信噪比作为最小信噪比。
情况3时，首先采用退避策略，若收到ACK，则按照情况2；若二次退避后仍没有响应，则进行数据重传。若重传后仍没有响应则视为没有通信链路，不进行通信，这种情况在实际应用中出现概率几乎为零。
如图3所示，根据上述方法本发明实施例还提供一种乘客信息系统PIS中车地通信的装置，包括ACK信号应用模块301、最小信噪比获取模块302、速率更新模块303：
ACK信号应用模块301，用于启用多播命令正确应答ACK，轨旁无线接入点AP与移动节点STA建立关联后，以固定速率向多播组中的移动节点STA发送多播数据流，并接收STA返回的ACK信号；
最小信噪比获取模块302，用于根据接收到的ACK信号个数确定与自身连接的通信链路，比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；
速率更新模块303，用于根据预先确定的信噪比与传输速率对应关系确定所述最小信噪比对应的多播传输速率，并应用该多播传输速率替换所述固定速率进行多播数据传输。
另外，为了设置第一信噪比与传输速率对应关系该装置还包括：
第一信噪比与传输速率对应关系确定模块304，用于对不同信道条件某一传输速率下，将多个ACK信号设置为一个测量组，AP在接收到所述多个ACK后，确定所述多个ACK信号的信号强度平均值，根据平均值确定信噪比与传输速率的对应关系。
第二信噪比与传输速率对应关系确定模块305，用于测量信道的信噪比(SNR)，根据该信噪比确定信道状态，确定信噪比与传输速率的对应关系。
优化模块306，用于在确定信噪比与传输速率的对应关系之后，确定在设定时间内发送数据的误帧率、ACK成功接收次数、吞吐量，进一步确定通信链路的信道质量，并根据该信道质量更新信噪比与传输速率的对应关系。
如图4所示，本发明实施例中的最小信噪比获取模块302还包括：
第一判断单元401，用于确定多播组中移动节点STA的数量，如果接收到的ACK信号数量大于等于2，则比较每条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
第二判断单元402，用于如果进行第一次退避操作后接收到的ACK信号数量小于等于1，则进行第二次退避，若第二次退避操作后，接收到ACK的数量大于1，则比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；若接收到ACK的数量等于1，根据收到ACK的通信链路的信噪比作为最小信噪比；
第三判定单元403，用于若第二次退避后仍没有接收到ACK，则进行数据重传。
本发明所提供的方法和装置涉及车外多播数据传递到车内，根据多播接收节点反馈的信道信噪比估值动态调整源端的物理层发送速率。使用ACK控制帧作为数据传输成功的响应，提高了服务的可靠性。
另外，应用本发明实施例提供的方法及装置，在保证高可靠带宽的前提下，通过改变车载设备和轨旁AP间的传输策略，实现多播视频数据的实时传输；根据反馈所得信道的信噪比选择最佳的传输速率而不是系统固有的最低传输速率，实现多播速率自适应。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其它的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
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 (8)
1.一种乘客信息系统PIS中车地通信的方法，其特征在于，包括：
启用多播命令正确应答ACK，轨旁无线接入点AP与移动节点STA建立关联后，以固定速率向多播组中的移动节点STA发送多播数据流，并接收STA返回的ACK信号；
确定多播组中移动节点STA的数量，如果接收到的ACK信号数量大于等于2，则比较每条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
如果接收到的ACK信号数量小于等于1，包括：
进行第一次退避，如果退避操作后接收到ACK信号数量大于等于2，则比较各条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
如果进行第一次退避操作后接收到的ACK信号数量小于等于1，则进行第二次退避，若第二次退避操作后，接收到ACK的数量大于1，则比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；若接收到ACK的数量等于1，根据收到ACK的通信链路的信噪比作为最小信噪比；
若第二次退避后仍没有接收到ACK，则进行数据重传；
根据预先确定的信噪比与传输速率对应关系确定所述最小信噪比对应的多播传输速率，并应用该多播传输速率替换所述固定速率进行多播数据传输。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述信噪比与传输速率对应关系包括：
对不同信道条件某一传输速率下，将多个ACK信号设置为一个测量组，AP在接收到所述多个ACK后，确定所述多个ACK信号的信号强度平均值，根据平均值确定信噪比与传输速率的对应关系。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述信噪比与传输速率对应关系包括：测量信道的信噪比(SNR)，根据该信噪比确定信道状态，确定信噪比与传输速率的对应关系。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，确定信噪比与传输速率的对应关系之后，进一步包括：
确定在设定时间内发送数据的误帧率、ACK成功接收次数、吞吐量，进一步确定通信链路的信道质量，并根据该信道质量更新信噪比与传输速率的对应关系。
5.一种乘客信息系统PIS中车地通信的装置，其特征在于，包括：
ACK信号应用模块，用于启用多播命令正确应答ACK，轨旁无线接入点AP与移动节点STA建立关联后，AP以固定速率向多播组中的移动节点STA发送多播数据流，并接收STA返回的ACK信号；
第一判断单元，用于确定多播组中移动节点STA的数量，如果接收到的ACK信号数量大于等于2，则比较每条通信链路的信噪比确定最小信噪比；
第二判断单元，用于如果接收到的ACK信号数量小于等于1，进行第一次退避，如果退避操作后接收到ACK信号数量大于等于2，则比较各条通信链路的信噪比确定最小信噪比；如果进行第一次退避操作后接收到的ACK信号数量小于等于1，则进行第二次退避，若第二次退避操作后，接收到ACK的数量大于1，则比较各通信链路的信噪比确定最小信噪比；若接收到ACK的数量等于1，根据收到ACK的通信链路的信噪比作为最小信噪比；
第三判定单元，用于若第二次退避后仍没有接收到ACK，则进行数据重传；
速率更新模块，用于根据预先确定的信噪比与传输速率对应关系确定所述最小信噪比对应的多播传输速率，并应用该多播传输速率替换所述固定速率进行多播数据传输。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
第一信噪比与传输速率对应关系确定模块，用于对不同信道条件某一传输速率下，将多个ACK信号设置为一个测量组，AP在接收到所述多个ACK后，确定所述多个ACK信号的信号强度平均值，根据平均值确定信噪比与传输速率的对应关系。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，第二信噪比与传输速率对应关系确定模块，用于测量信道的信噪比(SNR)，根据该信噪比确定信道状态，确定信噪比与传输速率的对应关系。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
优化模块，用于在确定信噪比与传输速率的对应关系之后，确定在设定时间内发送数据的误帧率、ACK成功接收次数、吞吐量，进一步确定通信链路的信道质量，并根据该信道质量更新信噪比与传输速率的对应关系。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
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Owner name: ZTE ITS LTD. Free format text: FORMER NAME: ZHONGXING INTELLIGENT TRANSPORT SYSTEM BEIJING CO., LTD. |
|
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Inventor after: Liu Haifeng Inventor after: Deng Hua Inventor after: Huang Jianhua Inventor after: Li Xiang Inventor before: Jia Lin Inventor before: Liu Jiani |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: JIA LIN LIU JIANI TO: LIU HAIFENG DENG HUA HUANG JIANHUA LI XIANG |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 214135 Jiangsu province Wuxi city Wuxi District Taihu international science and Technology Park Linghu Road No. 200 China Sensor Network International Innovation Park building A Patentee after: ZTE ITS LTD. Address before: 214135 Jiangsu province Wuxi city Wuxi District Taihu international science and Technology Park Linghu Road No. 200 China Sensor Network International Innovation Park building A Patentee before: Zhongxing Intelligent Transport (Wuxi) Co.,Ltd. |
|
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 214135 Jiangsu province Wuxi District Road No. 200 Chinese Linghu Sensor Network International Innovation Zone A building 6 floor Patentee after: ZTE ITS CO.,LTD. Address before: 214135 Jiangsu province Wuxi city Wuxi District Taihu international science and Technology Park Linghu Road No. 200 China Sensor Network International Innovation Park building A Patentee before: ZTE ITS LTD. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140430 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |