CN103780365B - 动态的多链路冗余数据传输方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种动态的多链路冗余数据传输方法。该方法包括：第一通信单元的第一无线终端和第二无线终端与第二通信单元的第一无线终端和第二无线终端间保持全互联；所有无线链路中有预设数目条主用无线链路，其余的是备用无线链路，主用无线链路中的每一条传输相同的业务数据，备用无线链路不传输业务数据；检测所有无线链路；经检测发现任意主用无线链路出现故障时，对可用链路进行动态调整，如果可用链路数目大于预设数目则使可用链路中的预设数目条无线链路用于业务数据传输，如果可用链路数小于等于预设数目则使所有可用链路用于业务数据传输。本发明所公开的动态的多链路冗余数据传输方法和系统能为多机车操控提供高效率的可靠通信。

Description

动态的多链路冗余数据传输方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及多机车间的同步通信。

背景技术

在多机车同步操控中，为了保证机车间的无线传输的可靠性，每个机车和/或可控列尾的车载通信单元(简称OCU)中一般可包括两个车载无线通信终端，分别是主用无线终端和备用无线终端。默认通信在主用无线终端间进行，当该通信链路发生故障后，立即执行通信切换，经过一定的延时后备用无线链路搭建完成以承载业务数据传输；当主用无线终端间的链路故障排除后，通信重新切换回主用无线终端。切换过程中无线通信会出现短暂的中断，对实现多机车间的可靠通信非常不利。

为解决上述问题，有人提出了一种如图1所示的多链路冗余数据传输方法。其中A1和A2是某个机车的通信单元A中的具有相同数据源的两个无线终端(例如主用无线终端和备用无线终端)，B1和B2是另一机车的通信单元B中的具有另一相同数据源的两个无线终端(例如主用无线终端和备用无线终端)。A1和A2收发的数据相同，B1和B2收发的数据相同，A1、A2和B1、B2间实现业务数据的全互联。换言之，一共有4条链路在进行相同的业务数据传输。当其中任意一条通信链路出现故障时，仍可保持无中断的数据传输。

但上述全互联方案带来了其他问题，因为进行无线业务传输的链路太多，大量的冗余数据占据了有限的带宽；同时，每个机车会收到多份相同数据，也增加了控制系统处理数据的复杂度。特别地，如图2所示，当机车数量增多时，数据处理的复杂度迅速增大。图2中，可将通信单元A视为主机车的通信单元，将通信单元B、C和D视为不同从机车的通信单元，而通信单元E是可控列尾上的通信单元。每增加一辆从机车，通信单元A就要多支持4路业务数据的无线传输，这给主机车的通信单元A带来很大的负荷，同样不利于保障多机车间的可靠通信。

发明内容

本发明公开了一种用于多机车通信的动态的多链路冗余数据传输方法，该方法能在链路切换时动态调整用于传输业务数据的无线链路，以保持业务数据的不中断传输，同时使传输的冗余数据尽可能的少。本发明还公开了一种采用该方法进行机车间通信的通信系统。

根据本发明的一个方面提供了一种动态的多链路冗余数据传输方法，该方法包括：第一通信单元的第一无线终端和第二无线终端与第二通信单元的第一无线终端和第二无线终端间保持全互联；全互联的所有无线链路中有预设数目条主用无线链路，所有无线链路中除主用无线链路外的无线链路是备用无线链路，主用无线链路中的每一者传输相同的业务数据，备用无线链路不传输由主用无线链路所承载的业务数据；检测所有无线链路；以及经检测发现任意主用无线链路出现故障时，对可用链路进行动态调整，如果可用链路数目大于预设数目则使可用链路中的预设数目条无线链路用于业务数据的传输，如果可用链路数小于等于预设数目则使所有可用链路用于业务数据的传输。其中，可用链路指全互联形成的所有无线链路中去除被检出故障的链路后剩余的链路。

上述主用无线链路的方法可包括通过握手协议检测所有无线链路。

握手协议所使用的握手信号可以是心跳数据包，当检测主用无线链路时，可以将第一通信单元和第二通信单元间的具有握手特性的业务数据包作为握手信号。

根据检测结果，如果可用链路数目大于预设数目则使可用链路中的预设数目条无线链路用于业务数据的传输包括：可直接启用备用无线链路中的无线链路用于业务数据的传输，所启用的备用无线链路的数目为预设数目减去当前正常传输业务数据的主用无线链路数。

根据检测结果，如果可用链路数目大于预设数目则使可用链路中的预设数目条无线链路用于业务数据的传输包括：可启用所有可用链路用于数据传输，然后从所有可用链路中选择预设数目条无线链路用于业务数据的传输，而停止在未被选中的可用链路上的业务数据的传输。

上述方法中，如果预设数目是2，则主用无线链路中的一条可以是第一通信单元的第一无线终端和所述第二通信单元的第一无线终端之间的通信链路，另一条可以是第一通信单元的第二无线终端和第二通信单元的第二无线终端之间的通信链路；也可以是主用无线链路中的一条可以是第一通信单元的第一无线终端和第二通信单元的第一无线终端之间的通信链路，而另一条可以是第一通信单元的第一无线终端和第二通信单元的第二无线终端之间的通信链路。

通常来说，预设数目可以是2或3。

根据本发明的另一方面，还提供了一种动态的多链路冗余数据传输系统，该系统可以采用上述方法或上述方法的任意组合进行通信。该系统中可包括多个通信单元，发生业务数据传输的任意两个通信单元可分别被视为第一通信单元和第二通信单元。

本发明所公开的动态的多链路冗余数据传输方法和系统能为多机车操控提供高效率的可靠通信。

附图说明

图中，相同的标记表示相同或相似的部件。

图1示出了采用全互联通信的两个车载通信单元间的通信的示例图；

图2示出了采用全互联通信的多个(大于两个)车载通信单元间的通信的示例图；

图3示出了根据本发明的一个优选实施方式的两个车载通信单元间的通信的示例图；

图4示出了根据本发明的另一个实施方式的两个车载通信单元间的通信示例图；

图5示出了根据本发明的一个实施方式的多个(大于两个)车载通信单元间的通信的示例图；

图6示出了根据本发明的实施方式的多个(大于两个)车载通信单元间的通信的示例图；以及

图7示出了根据本发明的另一个实施方式的两个车载通信单元间的通信的示例图。

具体实施方式

根据本发明的一个方面提供了一种动态的多链路冗余数据传输方法，该方法包括：第一通信单元的第一无线终端和第二无线终端与第二通信单元的第一无线终端和第二无线终端间保持全互联；全互联的所有无线链路中有预设数目条主用无线链路，所有无线链路中除主用无线链路外的无线链路是备用无线链路，主用无线链路中的每一者传输相同的业务数据，备用无线链路不传输由主用无线链路所承载的业务数据；检测所有无线链路；以及经检测发现任意主用无线链路出现故障时，对可用链路进行动态调整，如果可用链路数目大于预设数目则使可用链路中的预设数目条无线链路用于业务数据的传输，如果可用链路数小于等于预设数目则使所有可用链路用于业务数据的传输。其中，可用链路指全互联形成的所有无线链路中去除被检出故障的链路后剩余的链路。

根据本发明的另一方面，还提供了一种动态的多链路冗余数据传输系统，该系统可以采用上述方法或上述方法的任意组合进行通信。

图3示出了根据本发明的一个优选实施方式的两个机车间的通信的示例图。图1中的通信单元A可视为第一机车的通信单元，通信单元B可视为第二机车的通信单元，A1和A2是通信单元A的两个车载无线终端，可分别被称为第一无线终端和第二无线终端，B1和B2是通信单元B的第一无线终端和第二无线终端，此处所述的“第一”和“第二”只用于互相区分，而不用于表示部件的不同特性。通信单元A的两个无线终端和通信单元B的两个无线终端间实现全互联，即同时维持A1—B1、A2—B2、A1—B2和A2—B1这4条无线链路，同时预设用于传输业务数据的冗余链路数为2，图中实线所示的A1—B1和A2—B2是传输业务数据的无线链路(可称为主用无线链路)，虚线所示的无线链路A1—B2和A2—B1(可称为备用无线链路)虽然处于连接状态但不传输由主用无线链路所承载的业务数据。本发明为使表示清晰，在示图中没有明示无线网络，但本领域的技术人员应当了解，任意两个无线终端间的数据传输都要经过无线网络。主用无线链路A1—B1和A2—B2传输相同的两路业务数据，并且各自两端所连接的两个终端互不相同，以保证当其中任意一路传输链路或任意一个终端发生故障后，仍能确保业务数据不中断传输。备用无线链路A1—B2和A2—B1不传输业务数据，但仍保持连接状态(如通过传输心跳数据包等)，以确保主用无线链路发生故障时，能省去建立链路的时间而立即启用备用无线链路进行传输。为保持空闲链路A1—B2和A2—B1始终处于连接状态，还可在无线网络侧将用于该链路的不活动定时器中的时间设置为无限长。

可通过握手协议来检测链路是否畅通，例如将心跳数据包作为握手信号对所有无线链路进行检测，即互联的双方中的一方，以不超过某个时间间隔的频率向另一方发送一个很小的数据包，另一方根据需要确定在收到该数据包之后是否回复一个很小的数据包，互联双方所发送的很小的数据包可被称为心跳数据包或心跳信号。如果任一方超时没有收到心跳数据包，或者丢包率超过预设的门限，则该无线链路被认为有故障。心跳数据包的发送间隔、超时时间长度和丢包率的门限可以根据需要设置，时间精度可为毫秒量级。如果机车间传输的业务数据中包括其本身可以作为握手信号的业务数据包，则检测其主用无线链路不需要采用专门的握手信号。

在本实施方式中，当任意主用无线链路发生故障时，系统可基于可用链路数和冗余链路的预设数目(本实施方式中的该预设数目为2)在可用链路间进行动态调整，直至达到同时有预设数目条无线链路用于传输业务数据。例如，经检测发现主用无线链路A1—B1发生故障，则可用链路数为3。可以通过不同的方法使这3条可用链路中的2条链路用以传输业务数据。可直接从两条备用无线链路中选择(例如随机选择或根据某性能指标选择)一条用以传输业务数据，例如，可直接启用备用链路A1—B2或A2—B1，以实现同时有两条无线链路用于传输业务数据；还可同时在所有可用的无线链路上传输业务数据，然后根据所采用的动态链路分配方案(例如根据丢包率或根据无线终端的优先级等或随机选择)从中选择两条继续保持传输，而停止未被选中的链路上的业务数据传输，例如，可同时启用链路A1—B2和A2—B1，然后根据动态链路分配方案，从正在传输业务数据的三条链路A2—B2、A1—B2和A2—B1中选择两条继续传输，而停止在未被选中的链路上的业务数据传输。后一种方法中，因为是先传输再选择，所以可实现更快速的切换。如果两条主用无线链路都发生故障，则所有链路中可用链路一共只有两条，可启用所有可用链路(即全部两条备用无线链路)进行业务数据传输。

图4示出了根据本发明的另一个实施方式的两个机车的车载通信单元间的通信的示例图。通信单元A(第一通信单元)的两个无线终端和通信单元B(第二通信单元)的两个无线终端之间全互联，预设用于传输业务数据的冗余链路数为2。如图中实线连接所示，图4中的两条主用无线链路A1—B1和A1—B2的一端是通信单元A(第一通信单元)中的同一个终端A1，另一端是通信单元B(第二通信单元)中的不同终端B1和B2。相应的，备用无线链路是A2—B1和A2—B2。如图所示的情况下，A1—B1和A1—B2传输两路相同的业务数据，A2—B1和A2—B2不传输业务数据。可通过握手协议来检测所有无线链路是否畅通。当主用无线链路发生故障时，系统可根据可用链路数和冗余链路的预设数目(即2)在可用链路间进行动态调整，直至达到同时有两条无线链路用于传输业务数据。例如，如果A1超过预设时间长度还没有收到来自B2的心跳数据包，或A1判断来自B2的数据包一段时间内的丢包率大于预设丢包率，则认为A1—B2间的传输发生故障。此时，可立即启用备用无线链路A2—B1和A2—B2中的一者，也可以同时启用A2—B1和A2—B2，然后根据该通信系统所采用的动态链路分配方案从正在传输业务数据的三条链路A1—B1、A2—B1和A2—B2中选择两条继续进行业务数据传输，实现同时维持两条链路传输冗余数据的通信系统。如果无线终端A1出现故障，则A1—B1和A1—B2两条链路都会被检出不能正常传输，此时可用链路数为2，可启用全部可用链路(即全部两条备用无线链路)用于传输业务数据。

图5示出了根据本发明的一个实施方式的多个(大于两个)机车间的通信的示例图。图中，通信单元A可视为主机车的通信单元，通信单元B、C、D可视为从机车的通信单元，通信单元E可被视为可控列尾的通信单元。图4可看作是多个如图3中所示的通信系统的组合。通信单元A与B、C、D、E中的每一者间构成全互联网络，但其中有一半的链路是不用于传输业务数据的空闲链路。图中的实线可表示该状态下的主用无线链路，虚线可表示该状态下的备用无线链路。当任一条主用无线链路被检出故障后(例如，通过握手协议)，主机车和对应的从机车或可控列尾间的可用链路可被动态调整，以实现始终同时维持两条链路传输冗余数据的通信系统。

实际的多机车操控系统中，可使用图3和图4所示的实施方式的任意组合。图6示出了根据本发明的实施方式的多个(大于两个)机车间的通信的示例图。图中，通信单元A可被视为主机车的通信单元，通信单元B、C、D、E可被视为从机车的通信单元，通信单元F可被视为可控列尾的通信单元。A与B、C、D、E和F中的任一者之间实现全互联，图中实线用于表示主用无线链路，虚线用于表示备用无线链路。图6可被认为是多个如图3和图4中所示的通信系统的组合。如图所示，通信单元A和通信单元B间以及通信单元A和通信单元C间采用如图3所示的实施方式，两条主用无线链路所连接的终端互不相同；而通信单元A和通信单元D间、通信单元A和通信单元E间和通信单元A和通信单元F间采用如图4所示的实施方式，两条主用无线链路的一端连接至同一无线终端，另一端分别连接至不同无线终端。通信单元A和B间的主用无线链路是链路A1—B2和A2—B1，通信单元A和C间的主用无线链路是A1—C1和A2—C2，通信单元A和D间的主用无线链路是A1—D1和A1—D2，通信单元A和E间的主用无线链路是A2—E1和A2—E2，而通信单元A与F间的主用无线链路是A1—F1和A2—F1。B、C、D、E、F中的每一者和A间保持多链路冗余数据传输，同时B、C、D、E、F中的每一者和A间支持不传输业务数据的连接链路。可实时通过握手协议对所有链路进行检测，当检测到任一从机车和/或可控列尾与主机车间的正常传输业务数据的无线链路数量小于2时，在该机车和/或可控列尾与主机车间进行可用链路的动态调整，直至该机车和/或可控列尾与主机车间再次达到同时有两条无线链路进行相同业务数据的传输。

图7示出了根据本发明的另一个实施方式的两个机车间的通信的示例图。通信单元A(第一通信单元)的两个无线终端和通信单元B(第二通信单元)的两个无线终端间实现全互联，用于传输业务数据的冗余链路的预设数目为3，其中实线表示当前状态下的主用无线链路，虚线表示备用无线链路。如图所示，图7中有三条主用无线链路A1—B1、A1—B2和A2—B1同时传输相同的业务数据。对链路是否畅通的检测方法和上述其他实施方式中相同。每当检测到当前进行业务数据传输的链路小于三条时，则在可用链路间进行动态调整。例如，当检测到有一条主用链路发生故障时，可知全互联的四条链路中的可用链路数为3，则使所有可用链路用于业务数据传输，以使维持同时有三条链路传输同样的业务数据。而当检测到有两条故障链路(例如，当前正常传输业务数据的无线链路只有一条)时，可知总的可用链路数只有两条，即使启用所有可用链路仍只有两条链路可用于业务数据传输。在此情况下，在故障链路修复前，无法实现同时维持三条冗余链路传输业务数据，只能使所有可用链路用以传输业务数据以保持尽可能多的冗余链路传输。图7所示的实施方式与图3和图4所示的实施方式相比，具有更多的主用无线链路，传输可靠性更高，但也意味着系统要处理和传输更多的冗余数据。

本发明中各种部件的命名仅是为了示例的目的，实际中具有相同或类似特征和功能的部件可能具有不同的名称。

尽管出于解释说明的目的已经公开了本发明的实施方式，但是应理解为本发明不限于此，并且本领域技术人员应理解各种不偏离本发明的范围和主旨的修改、增加和替代是可能的。相应地，任何和所有修改、变化或等效安排应考虑进本发明的范围，并且本发明的详细范围将通过随附的权利要求书公开。

Claims (9)

1.一种动态的多链路冗余数据传输方法，所述方法包括：

第一通信单元的第一无线终端和第二无线终端与第二通信单元的第一无线终端和第二无线终端间保持全互联；

所述全互联的所有无线链路中有预设数目条主用无线链路，所述所有无线链路中除所述主用无线链路外的无线链路是备用无线链路，所述主用无线链路中的每一条传输相同的业务数据，所述备用无线链路不传输由所述主用无线链路所承载的所述业务数据；

检测所述所有无线链路；以及

经检测发现任意所述主用无线链路出现故障时，对可用链路进行动态调整，如果可用链路数目大于预设数目则使所述可用链路中的所述预设数目条无线链路用于所述业务数据的传输，如果可用链路数小于等于所述预设数目则使所有所述可用链路用于所述业务数据的传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述所有无线链路的方法包括通过握手协议检测所述所有无线链路。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述握手协议中的握手信号是心跳数据包。

4.根据权利要求2所述的方法，其中用于检测所述主用无线链路的所述握手协议中的握手信号是所述第一通信单元和所述第二通信单元间的业务数据包。

5.根据权利要求1所述的方法，其中如果可用链路数目大于预设数目则使所述可用链路中的所述预设数目条无线链路用于所述业务数据的传输包括：

直接启用所述备用无线链路中的部分无线链路用于所述业务数据的传输，所启用的所述备用无线链路的数目为所述预设数目减去当前正常传输所述业务数据的所述主用无线链路数。

6.根据权利要求1所述的方法，其中如果可用链路数目大于预设数目则使所述可用链路中的所述预设数目条无线链路用于所述业务数据的传输包括：

启用所有所述可用链路用于所述业务数据的传输，然后从所述所有所述可用链路中选择所述预设数目条无线链路用于所述业务数据的传输，而停止在未被选中的可用链路上的所述业务数据的传输。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述预设数目是2，所述主用无线链路中的一条是所述第一通信单元的第一无线终端和所述第二通信单元的第一无线终端之间的通信链路，所述主用无线链路中的另一条是所述第一通信单元的第二无线终端和所述第二通信单元的第二无线终端之间的通信链路。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述预设数目是2，所述主用无线链路中的一条是所述第一通信单元的第一无线终端和所述第二通信单元的第一无线终端之间的通信链路，所述主用无线链路中的另一条是所述第一通信单元的第一无线终端和所述第二通信单元的第二无线终端之间的通信链路。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述预设数目是2或3。