CN103763679B

CN103763679B - 轨道交通运行控制与车地无线通信一体化系统及方法

Info

Publication number: CN103763679B
Application number: CN201310751461.8A
Authority: CN
Inventors: 刘湘黔; 徐洪泽; 仲维锋; 张文静; 岳强; 杨光
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2017-06-13
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103763679A

Abstract

本发明公开了一种轨道交通运行控制与车地无线通信一体化系统及方法，该系统包括：轨旁运行控制系统，该系统包括轨旁通信控制模块，用于控制轨旁AP的开与关及调节轨旁AP的功率；车载运行控制系统，该系统包括车载通信控制模块，用于控制车载天线与不同的轨旁AP进行通信；所述轨旁通信控制模块通过冗余的有线网络与轨旁AP相连；车载控制模块通过冗余的有线通信网络与车载天线相连；轨旁AP与车载天线通过无线信号相连。该方法包括以下步骤：首先，车载运行控制系统获取列车运行的位置并传送给轨旁运行控制系统；然后，轨旁运行控制系统根据列车运行的位置决定切换的下一个目标AP以及切换的时机并由轨旁运行控制系统和车载运行控制系统共同完成切换时的认证和地址更新过程。

Description

轨道交通运行控制与车地无线通信一体化系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道交通运行控制与车地无线通信一体化系统及方法。

背景技术

无线局域网方式因其标准开放、组网灵活、性价比高等优点受到各信号厂商的青睐，在城市轨道交通信号系统中得到广泛应用。现在大多数先进的移动闭塞系统都已采用无线通信系统实现各子系统间的通信。

城市轨道交通的数据通信子系统主要由以下几个部分组成：

1、轨旁数据通信网络

提供各轨旁运行控制系统（区域控制器ZC，自动列车监控子系统ATS等）和轨旁设备（联锁控制器等）接入数据通信子系统的接口。

2、骨干网络

将接入交换机连接起来，集IP的智能化、以太网的经济性和光纤环网的高带宽效率、可靠性于一体。

3、车载网络

提供各车载运行控制系统（自动列车保护子系统ATP，自动列车运行子系统ATO等）和车载设备（司机驾驶台TOD等）通信接口。

4、车地双向通信网络

提供车地之间双向、可靠、安全的数据交换。无线接口采用国际先进的IEEE802.11g技术，并遵循IEEE802.11i无线网络安全协议。

在城市轨道交通的数据通信子系统中，车载移动电台MR安装在列车上，多个AP沿途铺设几十公里，列车在高速行驶过程中需要在多个AP间切换。现有的城市轨道交通系统中，运行控制系统与数据通信子系统是分开设计实现的，对于运行控制系统来说，数据通信子系统仅提供“透明”的传输通道，运行控制系统不控制数据通信子系统。现有的无线通信AP切换实现方法是MR根据空间信号质量，选择其中信号最强的AP为切换目标接入点。由此带来一些问题：

1)不必要的切换。由于城市轨道交通站内大厅存在立柱、滚梯等多种障碍物，对轨旁AP和车载天线信号连接的干扰尤其明显，在列车的行进过程中，轨旁AP和车载电台MR之间的信号强度不断变化，根据现有的AP切换方法往往造成车载电台MR与本隧道内的多个AP间切换，还会造成车载电台MR与另一个隧道内的AP间进行切换。这个问题往往让参与城轨线路投入正式运营前调试的工作人员头疼。随意的切换还会给负载均衡等优化过程带来不必要的困难。

2)切换时间变长。为了满足城市轨道交通的高可用性，现有实现均要求在车头和车尾的驾驶舱内分别部署一套车载无线单元。列车行进过程中，车头的车载MR经过的无线信号覆盖强度是由强到弱的，在这种情况下，当车载MR进入到切换点附近的时候，相邻2个AP的无线信号的场强差异很小，现有的实现方法中车载MR很难做出判断，会产生一小段犹豫比较过程，从而增加了切换时间。

由此产生的延迟和丢包问题势必会影响到无线网络的服务质量，而某些监控、管理信息的丢失甚至可能造成整个通信环境的紊乱，导致交通事故的发生。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是如何降低延迟和减少丢包。

为了解决以上技术问题，本发明公开了一种轨道交通运行控制与车地无线通信一体化系统，包括：

轨旁运行控制系统，该系统包括轨旁通信控制模块，用于控制轨旁AP的开与关及调节轨旁AP的功率；

车载运行控制系统，该系统包括车载通信控制模块，用于控制车载天线与不同的轨旁AP进行通信；

所述轨旁通信控制模块通过冗余的有线网络与轨旁AP相连；车载控制模块通过冗余的有线通信网络与车载天线相连；轨旁AP与车载天线通过无线信号相连。

本发明还公开了一种城市轨道交通运行控制与车地无线通信一体化方法，包括以下步骤：首先，车载运行控制系统获取列车运行的位置并传送给轨旁运行控制系统；然后，轨旁运行控制系统根据列车运行的位置决定切换的下一个目标AP以及切换的时机并由轨旁运行控制系统和车载运行控制系统共同完成切换时的认证和地址更新过程。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明把轨道交通运行控制系统与无线通信系统作为一个整体考虑，充分考虑运行控制系统对列车位置、轨旁AP安装位置以及轨旁AP状态和天线状态的实时掌握，不再单纯依靠轨旁AP与车载天线之间信号的强弱作为唯一的切换依据，可以降低AP切换的次数；

（2）无线切换过程包括扫描、认证和重连接三个过程。本发明采用的一体化实现方法，由运行控制系统根据列车运行的位置直接决定切换的下一个目标AP以及切换的时机，不用再查找寻找新的AP，既可以避免与另一个隧道内的AP进行不必要切换，同时这可以省去扫描的过程，使切换速度加快；由运行控制系统利用已掌握的列车的位置、所有车载MR和轨旁AP的信息，统一完成切换时的认证过程，使切换速度加快；与新AP连接成功后由运行控制系统主动向上游设备转发更新漫游主体的地址，使切换速度加快；

（3）降低了AP切换次数和加快切换速度后，可以有效减少延迟和丢包问题，提高无线网络的服务质量，降低交通事故的发生可能性。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1城市轨道交通无线通信环境模型示意图。

具体实施方式

参照图1对本发明的实施例进行说明。

其中：1轨旁运行控制系统，2轨旁冗余以太网络，3车载运行控制系统，4接入交换机，5列车，6轨道，7车站。

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种城市轨道交通运行控制与车地无线通信一体化系统，包括：

位于车站7的轨旁运行控制系统1，该系统包括轨旁通信控制模块，用于控制轨旁AP的开与关及调节轨旁AP1、AP2、AP3的功率；

为于列车5上的车载运行控制系统3，该系统包括车载通信控制模块，用于控制车载天线与不同的轨旁AP1、AP2、AP3进行通信，列车5运行在轨道6上；

所述轨旁通信控制模块通过接入交换机4接入冗余的有线网络2，并通过接入交换机4与轨旁AP1、AP2、AP3相连；车载控制模块通过冗余的有线通信网络与车载天线MR1、MR2相连；轨旁AP1、AP2、AP3与车载天线MR1、MR2通过无线信号相连。

一种城市轨道交通运行控制与车地无线通信一体化方法，包括：

1、为了满足城市轨道交通的高可用性，现有实现均要求在车头和车尾的驾驶舱内分别部署一套车载无线单元。本发明方法与现有其它方法根本的不同点就是AP切换的策略不同；在车载电台MR1和MR2与轨旁AP1或AP2通信连接正常后，车地通信与已有城市轨道交通系统中通信方法一致；

2、无线AP切换过程，需要三个方面的处理开销：

①决定切换——寻找合适的新AP——重新关联；

②如果实施了802.1x/EAP，快速重认证和将会话密钥送给新AP；

③有线网络对漫游主体的转发地址更新过程。

3、在列车行进的过程中，本发明方法由运行控制系统根据列车运行的位置直接决定切换的下一个目标AP(如图1中的AP3)以及切换的时机，不用再查找寻找新的AP，也可以避免与另一个隧道内的AP之间进行反复切换，同时这可以省去AP切换过程的第①类开销，使切换速度加快；

4、运行控制系统了解列车的位置、所有车载MR和轨旁AP的信息，切换时认证过程也由运行控制系统通过网络统一完成，这可以减少AP切换过程的第②类开销，使切换速度加快；

5、切换结束后对漫游主题的地址转发更新由运行控制系统主动通知上游设备完成，而不再象现有实现中被动等待数据流触发学习更新和AP的关联信息的超时，这也可以大大缩短了AP切换过程的第③类开销，使切换速度加快；

任何两个相邻AP的覆盖区域彼此交叠，以确保覆盖的连续性和无缝漫游。当一个AP（如AP2）出现故障时，轨旁运行控制系统发出命令提高其两侧的两个AP（如AP1和AP3）的发射功率，从而弥补由于故障AP而出现的无线覆盖“黑洞”。从而保证全线无缝覆盖。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种城市轨道交通运行控制与车地无线通信一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，车载运行控制系统获取列车运行的位置并传送给轨旁运行控制系统；

然后，轨旁运行控制系统根据列车运行的位置决定切换的下一个目标AP以及切换的时机并由轨旁运行控制系统和车载运行控制系统共同完成切换时的认证和地址更新过程，不再单纯依靠轨旁AP与车载天线之间信号的强弱作为唯一的切换依据，

还包括以下步骤：

在车载电台MR1和车载电台MR2与轨旁AP1或轨旁AP2通信连接正常后，车地通信与已有城市轨道交通系统中通信方法一致；

无线AP切换过程，需要三个方面的处理开销：

第①类开销：决定切换——寻找合适的新AP——重新关联；

第②类开销：如果实施了802.1x/EAP，快速重认证和将会话密钥送给新AP；

第③类开销：有线网络对漫游主体的转发地址更新过程；

在列车行进的过程中，由运行控制系统根据列车运行的位置直接决定切换的下一个目标AP以及切换的时机，不用再查找寻找新的AP，避免与另一个隧道内的AP之间进行反复切换，省去AP切换过程的第①类开销；

运行控制系统了解列车的位置、所有车载MR和轨旁AP的信息，切换时认证过程也由运行控制系统通过网络统一完成，减少AP切换过程的第②类开销；

切换结束后对漫游主题的地址转发更新由运行控制系统主动通知上游设备完成；

任何两个相邻AP的覆盖区域彼此交叠，以确保覆盖的连续性和无缝漫游；当一个AP或者轨旁AP2出现故障时，轨旁运行控制系统发出命令提高其两侧的两个AP或者轨旁AP1和轨旁AP3的发射功率，从而弥补由于故障AP而出现的无线覆盖“黑洞”；从而保证全线无缝覆盖。