CN104363254A - 数据转发系统和数据转发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于公共交通工具的数据转发系统和数据转发装置。所述数据转发系统包括：多个数据转发装置，设置于所述公共交通工具中，通过第一无线通信接口与用户终端通信，通过第二无线通信接口与地面中继装置通信，进行用户数据转发,通过第三无线通信接口建立无线自组网络；管理装置，设置于所述公共交通工具中，通过所述无线自组网络与所述数据转发装置通信，对所述用户数据转发进行调度；多个地面中继装置，用于通过所述第二无线通信接口与所述数据转发装置通信,进行用户数据转发。所述数据转发系统和数据转发装置易于安装设置，并且改善了数据转发效率，提高了数据通信带宽。

Description

数据转发系统和数据转发装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及用于轨道交通车辆的数据转发系统和数据转发装置。

背景技术

随着用户终端设备和移动互联网的发展，用户在轨道交通车辆进行数据通信的需求越来越大，在轨道交通车辆上通过移动用户终端接入互联网的用户数量和数据量大幅增加。

而由于轨道交通车辆高速运动的特点，现有的移动通信网络在进行数据通信时容易出现网络中断或带宽不足的问题。

发明内容

有鉴于此，提供一种数据转发系统和数据转发装置，对公共交通工具内用户终端的用户数据进行上行和下行转发，以提高数据通信带宽，改善数据传输效率。

第一方面，提供一种用于公共交通工具的数据转发系统，包括：

多个数据转发装置，设置于所述公共交通工具中，用于通过第一无线通信接口与用户终端通信，通过第二无线通信接口与地面中继装置通信，进行用户数据转发,通过第三无线通信接口建立无线自组网络，通过所述无线自组网络向所述管理装置上报状态信息，并接受管理装置的调度，向其他数据转发装置转发所述用户数据或接收来自其它数据转发装置的用户数据；

管理装置，设置于所述公共交通工具中，通过所述无线自组网络与所述数据转发装置通信，获取所述数据转发装置的状态信息并根据所述状态信息对所述用户数据转发进行调度；

多个地面中继装置，用于通过所述第二无线通信接口与所述数据转发装置通信,进行用户数据转发。

优选地，所述管理装置用于根据所述状态信息将接入用户数量超过预定数量或所述第二无线通信接口的带宽占用率高于预定阈值的数据转发装置确定为重负载数据转发装置，并控制所述重负载数据转发装置将已连接的部分用户终端对应的用户数据通过所述无线自组网络传输到其它数据转发装置向所述地面中继装置转发。

优选地，所述管理装置用于将状态信息报错或超期未上报状态信息的数据转发装置确定为发生故障的数据转发装置，并控制所述发生故障的数据转发装置停止与用户终端通信和进行数据转发。

优选地，所述公共交通工具为轨道交通车辆；

每个所述数据转发装置能通过所述第三无线通信接口与所述轨道交通车辆内位于其一侧的至少两个数据转发装置直接连接。

优选地，所述数据转发装置在上行用户数据中添加数据交互信息后转发，所述数据交互信息包括车次信息、位置信息和数据转发时间；

所述数据转发系统还包括：地面控制装置，与所述地面中继装置连接，用于根据所述地面中继装置接收的所述数据交互信息以及各地面中继装置的状态确定目标地面中继装置，将所述目标地面中继装置的标识转发到所述数据转发装置；

所述数据转发装置用于根据所述目标地面中继装置的标识连接所述目标地面中继装置进行用户数据转发。

优选地，所述地面控制装置根据所述车次信息、位置信息和数据转发时间预测所述数据转发装置的预期位置，根据各地面中继装置与所述预期位置的距离确定所述目标地面中继装置，或者，根据各地面中继装置的可用硬件资源和与所述数据转发装置的预期位置的距离确定所述目标地面中继装置。

第二方面，提供一种用于公共交通工具的数据转发装置，包括：

用户接入模块，用于通过第一无线通信接口与用户终端通信；

至少一个转发模块，用于通过第二无线通信接口与地面中继装置通信，进行用户数据转发；

桥接模块，通过第三无线通信接口建立无线自组网络，通过所述无线自组网络向管理装置上报状态信息，并接收管理装置的调度向其它数据转发装置转发所述用户数据或接收来自其它数据转发装置的所述用户数据；

控制主板，与用户接入模块、转发模块和桥接模块连接，在用户接入模块、转发模块和桥接模块之间进行数据交换。

优选地，所述桥接模块用于在上行用户数据中添加数据交互信息后转发，所述数据交互信息包括轨道交通车次信息、位置信息和数据转发时间；

所述桥接模块还用于根据接收的下行用户数据中的目标地面中继装置的标识连接所述目标地面中继装置进行用户数据转发。

优选地，所述目标地面中继装置根据各地面中继装置与所述数据转发装置的预期位置的距离确定；或者，所述目标地面中继装置根据各地面中继装置的可用硬件资源和与所述数据转发装置的预期位置的距离确定；

其中，所述预期位置所述车次信号、位置信息和数据转发时间预测获得。

优选地，所述至少一个转发模块可拆卸地连接到所述控制主板。

通过多个数据转发装置在公共交通工具内建立无线自组网，并通过管理装置在多个数据转发装置之间进行用户数据的调度，无需对公共交通工具进行线路改造，并且改善了数据转发效率。同时，由于多个数据转发装置同时进行数据转发，可以提高数据通信带宽。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的数据转发系统的示意图；

图2是本发明实施例的数据转发装置的结构框图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

图1是本发明实施例的数据转发系统的示意图。在本实施例中，以将数据转发系统应用于轨道交通车辆为例进行说明，当然，本领域技术人员容易理解，所述数据转发系统还可以应用于公交车、轮船等其它公共交通工具。如图1所示，数据转发系统包括多个数据转发装置11、管理装置12、多个地面中继装置13和地面控制装置14。

其中，数据转发装置11设置于公共交通工具20中，用于通过第一无线通信接口301与用户终端UE通信，通过第二无线通信接口302与地面中继装置13通信，进行用户数据转发,通过第三无线通信接口303建立无线自组网络，通过无线自组网络向管理装置12上报状态信息，并接受管理装置12的调度，向其他数据转发装置11转发用户数据或接收来自其它数据转发装置11的用户数据。

在本实施例中，用户终端(User Equipment，简称“UE”)，也可称为终端、用户设备等，可以基于无线接入技术接入互联网，其可以是移动电话、具备无线通信能力的计算机或平板电脑等。

无线通信接口是指基于特定无线通信协议在预定频段以无线方式进行数据传输和交互的数据传输接口。在本实施例中，第一无线通信接口301、第二无线通信接口302和第三无线通信接口303相互不同，基于不同的无线通信技术。第一无线通信接口301可以基于无线数据接入技术，其可以为2.4GHz频段的无线网络，为用户终端UE提供接入服务。第二无线通信接口302同样可以为基于广域网的无线数据接入技术或移动数据接入技术，其可以为宽带码分多址(Wideband Code DivisionMultiple Access，简称“WCDMA”)、时分同步码分多址(TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access，简称“TDS-CDMA”)、长期演进(Long Term Evolution，简称“LTE”)等移动通信技术或卫星通信技术。第三无线通信接口303用于在不同的数据转发装置11之间构建无线自组网络，其也可以基于无线数据接入技术，但其频率不同于第一无线通信接口301，在本实施例中，第三无线通信接口303可以为5GHz频段的无线网络。

在本实施例中，无线自组织网络是指一组带有无线收发装置的无线节点所组成的一个零时性多跳自治系统，在无线自组网络中，每个节点既可以作为终端进行数据传输，同时也作为转发装置进行数据的转发。

在本实施例中，用户数据转发是指对用户终端接入互联网的各种数据在上行方向(用户终端至地面中继装置)和下行方向(地面中继装置至用户终端)进行转发。

图2是本实施例的数据转发装置的结构框图。如图2所示，数据转发装置11可以包括用户接入模块11a、至少一个转发模块11b、桥接模块11c和控制主板11d。

用户接入模块11a用于通过第一无线通信接口301与用户终端UE通信。

在本实施例中，用户接入模块11a可以设置为支持4个到8个无线链路，每个链路支持5至10名用户接入。

同时，对于轨道交通车辆，可以在每节车厢部署一个数据转发装置11。在此前提下，可以将用户接入模块11a的通信范围控制在10米到15米左右，即覆盖两节车厢。

应理解，以上参数均可以根据实际应用场景和需求进行调整。

转发模块11b用于通过第二无线通信接口302与地面中继装置13通信，进行用户数据转发。

转发模块11b可以将用户数据压缩后转发，例如，在上行方向上，可以配置多种数据压缩算法，在转发时检测用户数据的长度和转发模块11b的可用硬件资源，在压缩比和计算损耗之间选择合适的压缩算法，并将所选择的压缩算法通过信令通知地面中继装置13。由此，地面中继装置13根据信令通知的压缩算法对接收到的用户数据进行解压缩。

优选地，可以将用户数据分为多个优先级，例如，分为高优先级数据和低优先级数据，两种数据通过数据的源地址或目的地址(例如，用户终端UE的IP地址)来进行区分，转发模块11b优先转发高优先级数据。对于低优先级数据的转发仅在高优先级数据转发的空闲时间段进行。由此，可以优化数据转发效率。

桥接模块11c通过第三无线通信接口303建立无线自组网络，通过所述无线自组网络向管理装置上报状态信息，并接收管理装置的调度向其它数据转发装置转发所述用户数据或接收来自其它数据转发装置的用户数据。

优选地，桥接模块11c在上电后自动搜索基于第二无线通信接口302的信标并对外发送自身的信标，将自身的标识(例如IP地址)以及关联信息(例如所在车厢标识)对外广播，其它的桥接模块11c接收到信标时根据信标进行鉴权，鉴权通过时，两个桥接模块通过第二通信接口建立通信连接，从而建立无线自组网络。

在本实施例中，由于轨道交通车辆呈现为细长的形状，在配置数据转发装置11时，呈现出多个数据转发装置11沿轨道交通车辆线状排列的特点，如果某一数据转发装置11发生故障，则会导致其两侧的数据转发装置11之间中断通信。为了防止上述情况的出现，可以将桥接模块11c的信号覆盖范围设置为15米到30米，这样可以覆盖2至3个车厢，使得每个数据转发装置11可以与轨道交通车辆中位于其一侧的至少两个数据转发装置通信。由此，使得无线自组网络不会出现由于某一数据转发装置故障而断网。

控制主板11d与用户接入模块11a、转发模块11b和桥接模块11c连接，在用户接入模块11a、转发模块11b和桥接模块11c之间进行数据交换。

优选地，控制主板11d包括转发模块连接接口，转发模块连接接口可以有多个，转发模块11b可拆卸地连接到所述转发模块连接接口。转发模块连接接口可以支持多个不同协议的转发模块。由此，可以在数据转发装置11中并行配置多个相同类型的转发模块11b增强数据转发能力，也可以配置多个不同类型的转发模块11b，使得数据转发装置11可以同时基于不同的移动通信网络进行数据转发。

管理装置12设置于所述公共交通工具中，通过无线自组网络与数据转发装置11通信，获取数据转发装置11的状态信息并根据状态信息对用户数据转发进行调度。

在本实施例中，管理装置12可以部署在轨道交通车辆的中间位置，方便数据转发装置11与其连接，减轻与其相邻的数据转发装置11的负担。

状态信息中可以包括接入用户终端数量和资源信息(例如，CPU利用率、带宽利用率以及其他软硬件检测信息等)。

管理装置12可以根据状态信息判断某一数据转发装置11接入用户数量是否过多(超过预定数量)，或者，虽然接入用户数量并未过多，但是其转发带宽被占用的较多(带宽占用率超过预定阈值)导致负担较重。如果出现上述情况，则可以将该数据转发装置11确定为重负载数据转发装置。管理装置12对重负载数据转发装置的用户数据转发进行调度以减轻其负载。

在本实施例中，为实现调度，可以通过控制所述重负载数据转发装置将已连接的部分用户对应的用户数据通过无线自组网络传输到其它数据转发装置向所述地面中继装置转发，同时通过其它数据转发装置接收该部分用户对应的下行用户数据，并通过无线自组网络转发到重负载数据转发装置。

同时，状态信息可以是周期性上报的，如果某一数据转发装置11通过无线自组网络上报的状态信息异常，或者超期没有上报状态信息，则管理装置12可以将该数据转发装置11确定为发生故障的数据转发装置。此时，需要控制发生故障的数据转发装置停止与用户终端通信和进行数据转发。发生故障的数据转发装置断开用户终端UE的无线链路后，用户终端UE可以与相邻车厢的数据转发装置11建立连接，继续通过重新建立的无线链路访问互联网。

应理解，上述调度操作由管理装置12根据获取的状态信息自动操作。同时，管理装置12可以设置人机交互接口，从而可以根据接收到的调度指令进行人工调度。

优选地，数据转发装置11和管理装置12可以采用220v车载交流电或110车载直流电作为电源，其实际尺寸可以根据车厢空间调整。数据转发装置和管理装置可以采用无风扇低功耗设计，采用硬件守护模式保证系统稳定运行。数据转发装置11的天线可以设置为内置天线(增益比为5db-10db)，也可以设置为外置天线(增益比10db以上)。

数据转发装置11和管理装置12可以悬挂在车厢顶部或者固定于车厢的侧壁或行李架上。

地面中继装置13固定设置与公共交通工具运行的路径附近，在本实施例中，地面中继装置13沿轨道设置。地面中继装置13用于通过第二无线通信接口302与数据转发装置11通信,进行用户数据转发。

地面中继装置13可以是移动通信基站、卫星通信站等中继设施。

地面控制装置14与各地面中继装置13通过光纤、电缆或以其它方式连接，用于控制各地面中继装置13与核心网的数据交换。

地面控制装置14可以为设置在网络中具有固定IP地址的服务器。

优选地，结合公共交通工具的特点，其运行路径相对固定，并通常具有固定的运行时刻表，因此，在某一时刻，公共交通工具(特别是轨道交通车辆)的位置是较为容易预测的。因此，数据转发装置11可以在上行用户数据中添加数据交互信息后再将其转发到地面中继装置13，地面中继装置13进而将数据交互信息转发给地面控制装置14。其中，数据交互信息用于供地面控制装置14预测随公共交通工具运动的数据转发装置11的预期位置，其可以包括车次信息、位置信息和数据转发时间。地面控制装置14根据上述信息即可预测数据转发装置11在特定时刻的位置，也即预期位置。

地面控制装置14进而可以根据各地面中继装置13的可用硬件资源(例如，CPU使用率、带宽占用率等)和与该预期位置的物理距离选择距离较近且硬件资源较宽裕的地面中继装置13作为目标地面中继装置用户数据的转发。

具体地，可以通过例如基于硬件资源参数和与该预期位置的物理距离计算一权重参数，选取权重参数最大的地面控制装置14作为目标地面中继装置。

当然，也可以仅参考物理距离，选取物理距离最近的地面中继装置作为目标地面中继装置。

地面控制装置14可以将目标地面中继装置的标识(例如，IP地址)转发至数据转发装置11。数据转发装置11根据目标地面中继装置的标识来与目标地面中继装置建立连接进行用户数据转发。由此，可以实现合理地为下行用户数据的转发分配地面中继装置。

在一个可选的实施方式中，数据转发系统10可以具有计费模式，通过管理装置12对于计费相关的登录信息进行保存并对特定用户终端的数据转发流量进行监控。上述信息可以在网络状态较好时被同步到地面控制装置14，同时，通过管理装置12对数据转发装置11发送控制命令实现对于特定用户终端的访问行为的控制。

对于付费用户，可以分配IP将其标记为高优先级用户，将免费用户标记为低优先级用户，对应地，高优先级用户的数据为高优先级数据，而低优先级用户的数据为低优先级数据，由此，通过在前提及的分优先级的转发方式进行数据转发，可以实现提成付费用户体验。

当然，还可以采取其它方式来实现对于特定用户终端的访问行为控制。

由此，通过多个数据转发装置在公共交通工具内建立无线自组网，并通过管理装置在多个数据转发装置之间进行用户数据的调度，从而改善了数据转发效率。同时，由于多个数据转发装置同时进行数据转发，可以提高数据通信带宽。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于公共交通工具的数据转发系统，包括：

多个数据转发装置，设置于所述公共交通工具中，用于通过第一无线通信接口与用户终端通信，通过第二无线通信接口与地面中继装置通信，进行用户数据转发,通过第三无线通信接口建立无线自组网络，通过所述无线自组网络向管理装置上报状态信息，并接受所述管理装置的调度，向其他数据转发装置转发所述用户数据或接收来自其它数据转发装置的用户数据；

管理装置，设置于所述公共交通工具中，通过所述无线自组网络与所述数据转发装置的通信，获取所述数据转发装置的状态信息并根据所述状态信息对所述用户数据转发进行调度；

多个地面中继装置，用于通过所述第二无线通信接口与所述数据转发装置通信,进行用户数据转发。

2.根据权利要求1所述的用于公共交通工具的数据转发系统，其特征在于，所述管理装置用于根据所述状态信息将接入用户数量超过预定数量或所述第二无线通信接口的带宽占用率高于预定阈值的数据转发装置确定为重负载数据转发装置，并控制所述重负载数据转发装置将已连接的部分用户终端对应的用户数据通过所述无线自组网络传输到其它数据转发装置向所述地面中继装置转发。

3.根据权利要求1所述的用于公共交通工具的数据转发系统，其特征在于，所述管理装置用于将状态信息报错或超期未上报状态信息的数据转发装置确定为发生故障的数据转发装置，并控制所述发生故障的数据转发装置停止与用户终端通信和进行数据转发。

4.根据权利要求1所述的用于公共交通工具的数据转发系统，其特征在于，所述公共交通工具为轨道交通车辆；

每个所述数据转发装置能通过所述第三无线通信接口与所述轨道交通车辆内位于其一侧的至少两个数据转发装置直接连接。

5.根据权利要求4所述的用于公共交通工具的数据转发系统，其特征在于，所述数据转发装置在上行用户数据中添加数据交互信息后转发，所述数据交互信息包括车次信息、位置信息和数据转发时间；

所述数据转发系统还包括：地面控制装置，与所述地面中继装置连接，用于根据所述地面中继装置接收的所述数据交互信息以及各地面中继装置的状态确定目标地面中继装置，将所述目标地面中继装置的标识转发到所述数据转发装置；

所述数据转发装置用于根据所述目标地面中继装置的标识连接所述目标地面中继装置进行用户数据转发。

6.根据权利要求5所述的用于公共交通工具的数据转发系统，其特征在于，所述地面控制装置根据所述车次信息、位置信息和数据转发时间预测所述数据转发装置的预期位置，根据各地面中继装置与所述预期位置的距离确定所述目标地面中继装置，或者，根据各地面中继装置的可用硬件资源和与所述数据转发装置的预期位置的距离确定所述目标地面中继装置。

7.一种用于公共交通工具的数据转发装置，包括：

用户接入模块，用于通过第一无线通信接口与用户终端通信；

至少一个转发模块，用于通过第二无线通信接口与地面中继装置通信，进行用户数据转发；

桥接模块，通过第三无线通信接口建立无线自组网络，通过所述无线自组网络向管理装置上报状态信息，并接收所述管理装置的调度向其它数据转发装置转发所述用户数据或接收来自其它数据转发装置的所述用户数据；

控制主板，与用户接入模块、转发模块和桥接模块连接，在用户接入模块、转发模块和桥接模块之间进行数据交换。

8.根据权利要求7所述的用于轨道交通车辆的数据转发装置，其特征在于，所述桥接模块用于在上行用户数据中添加数据交互信息后转发，所述数据交互信息包括轨道交通车次信息、位置信息和数据转发时间；

所述桥接模块还用于根据接收的下行用户数据中的目标地面中继装置的标识连接所述目标地面中继装置进行用户数据转发。

9.根据权利要求7所述的用于轨道交通车辆的数据转发装置，其特征在于，所述目标地面中继装置根据各地面中继装置与所述数据转发装置的预期位置的距离确定；或者，所述目标地面中继装置根据各地面中继装置的可用硬件资源和与所述数据转发装置的预期位置的距离确定；

其中，所述预期位置由所述车次信号、位置信息和数据转发时间预测获得。

10.根据权利要求7所述的用于轨道交通车辆的数据转发装置，其特征在于，所述至少一个转发模块可拆卸地连接到所述控制主板。