CN105120523B

CN105120523B - 应用于轨道交通的综合业务车地通信系统

Info

Publication number: CN105120523B
Application number: CN201510415210.1A
Authority: CN
Inventors: 朱力; 赵红礼; 蒋海林; 唐涛
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: CN105120523A

Abstract

本发明实施例提供了一种应用于轨道交通的综合业务车地通信系统。该系统主要包括：地面服务器、车载移动台和地面控制器。地面控制器设置多个服务器共用同一个骨干网中的同一个AP，将地面骨干网中的同一个AP分解成多个虚拟AP，对每个地面服务器分别分配一个唯一的虚拟AP；地面服务器包括多个服务器，每个服务器分别使用分配的虚拟AP通过无线通信网络与对应的车载移动台进行数据通信；车载移动台通过无线通信网络与对应的地面服务器进行数据通信。本发明实现了各种不同的应用能够共享同一个物理的基础网络，最大化了物理网络的利用效率，并同时能够满足城市轨道交通各项生产业务。

Description

应用于轨道交通的综合业务车地通信系统

技术领域

本发明涉及车地无线通信技术领域，尤其涉及一种应用于轨道交通的综合业务车地通信系统。

背景技术

随着我国城市化的进程大大加快，城市交通面临着严峻的局势。交通拥堵、空气污染日益严重，严重影响了城市经济和社会活动的正常秩序。发展大容量、快捷、准点、安全的城市轨道交通已成为我国大中城市的首选，这是对国家战略需求与老百姓出行质量改善要求的积极响应。北京已开通轨道交通线路527公里、日均客流量超1000万人次。国内多个城市的轨道交通网络已初具规模，进入网络化阶段，已成为城市公共交通的命脉，在城市运行中发挥着越来越重要的作用。

城市轨道交通车地无线通信作为保障安全运营的重要环节，承载了基于通信的CBTC(Communication Based Train Control System，列车自动控制系统)系统，列车运行状态监测、PIS(Passenger Information System，轨道交通乘客信息)系统和CCTV(Closed-circuit television，车辆视频监控)系统等多个保障安全运营的应用。

CBTC系统的主要作用是提供列车间距及速度防护、列车自动运行与调度，是城市轨道交通自动化系统中的关键部分，是保证列车和乘客安全，实现列车高效运行、指挥管理有序的自动控制系统。CBTC系统中的车地传输数据主要为列车位置、运行控制、移动授权等信息。该业务应用层要求低速的实时数据的可靠传输；控制层要求最高优先级的低速逻辑通道；通道层要求独立、高可靠性及冗余的信道。

CCTV系统用于车内情况的视频监视，并为应急调度指挥提供实时的车内高清动态图像信息。CCTV车地传输数据主要为视频信息。该业务应用层要求海量的实时视频数据传输、带宽要求上行远大于下行及流媒体形式的录像回放；控制层要求实时视频数据优先级高、小区切换不丢包、限制录像回放带宽；通道层要求大带宽、高质量的实时数据通道，减少重传，降低时延。

PIS系统(包含紧急文本)用于列车车厢内资讯发布、乘客指引信息的视频展播。PIS系统车地传输数据主要为视频信息。该业务应用层要求直播(广播)为主、录播(点播)为辅、录播要考虑批量数据传输的带宽利用效率；控制层要求广播数据优先级高、小区切换不丢包、限制录播数据带宽、以组播点播结合的方式进行节目数据传送；通道层要求高传输质量的广播通道、组播通道。除视频信息外，紧急文本下发信息也在PIS系统中传输，用于通知乘客列车运营信息或其它紧急信息，如某车站通过不停车等。

目前，以上三个保障城市轨道交通安全运营的应用都采用各自独立的车地通信系统。这种独立的建网方案存在以下几个问题：

1：设备数量大、故障隐患多

目前为每一种城市轨道交通应用单独建设车地通信网络的方案，造成设备数量大、型号各异，种类繁多。这必将带来更多的故障隐患，降低系统的可靠性和可用性。

2：频谱利用率低

CBTC、PIS和CCTV的车地无线通信目前主要工作在2.4G或5.8G的开放频段。相互独立的建网方案，频段内的频率分配采用固定分配方法，信道长期指配给某一系统用户使用，当一个信道遇忙时，其它用户只能等待，往往造成该信道上的用户争抢或者出现阻塞，通信质量得不到保证；而信道空闲时，别的系统用户也并不能利用该信道进行通信。这无疑是对频率资源的一种浪费，也制约了用户数量的进一步发展。

(3)投资建设时间长

不同的车地通信系统分别建设，浪费大量的时间、人力与物力。在招投标阶段，需要组织多次招投标工作，将浪费大量时间。建设阶段，由于要建设多个车地通信网络，施工时期要协调多个建设单位和多个建设时间。系统的施工时间延长几倍之多。

(4)维护难度大，成本高

现有的独立建网方案，使得这些系统均为独立使用、分散维护，造成设备型号各异，种类繁多，相互间无法互通，维护难度大，运营成本较高。以现有的城市轨道交通系统中的CBTC，CCTV与PIS系统来说，目前这些系统都采用基于IEEE 802.11的无线局域网技术，但系统的车地通信网络都由不同的厂家建设完成，系统的后期维护都由不同的厂家完成。这都将浪费大量的人力与物力。

(5)系统缺乏可扩展能力

随着轨道交通自动化的发展，在现有的独立建网方案下，这些新业务的出现，并不能简单的在现有系统上进行业务的叠加和扩展，势必又要建立新的车地通信网络，增加投资和维护成本。

建立城市轨道交通车地无线通信综合业务系统可以提高无线电频谱的利用率，减少不同厂商或规格的硬件设备，减少系统隐患，提高系统可靠性，同时缩短建设周期，降低投资成本。并且能够减少设备投入运行后的维护费用，节约设备检修时间。同时，车地无线通信综合承载系统能够预留充足的接口，为不断涌现新的业务需求提供传输通道。

目前，业界尚没有投入使用的城市轨道交通综合业务车地通信系统，因此，本领域技术人员迫切需要提出一种城市轨道交通综合业务车地通信系统，该系统能尽可能的利用现有的城市轨道交通基础设施，并同时能够满足城市轨道交通各项生产业务。

发明内容

本发明的实施例提供了一种应用于轨道交通的综合业务车地通信系统，以提高轨道交通中的车地通信效率。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种应用于轨道交通的综合业务车地通信系统，包括：地面服务器、车载移动台和地面控制器；

所述的地面控制器，用于设置多个服务器共用同一个骨干网中的同一个AP，将地面骨干网中的同一个AP分解成多个虚拟AP，对每个地面服务器分别分配一个唯一的虚拟AP；

所述的地面服务器，用于包括多个服务器，每个服务器分别使用分配的虚拟AP通过无线通信网络与对应的车载移动台进行数据通信；

所述的车载移动台，用于通过无线通信网络与对应的地面服务器进行数据通信。

优选地，每个所述车载移动台都配置有SSID，给每个虚拟AP分配SSID。

优选地，所述的地面控制器，还用于根据每个地面服务器的业务量，给每个地面服务器对应的虚拟AP分别分配不同的无线电频段。

优选地，地面控制器管理并存储各个地面服务器、虚拟AP和无线电频段之间的对应关系。

优选地，所述的地面控制器，分别利用虚拟AP在自己所占的频段上广播携带自己对应的SSID和虚拟AP的数据帧。

所述的车载移动台，用于侦听各个地面服务器利用虚拟AP广播的数据帧，从侦听到的数据帧中提取SSID，将提取的SSID与自身SSID进行比较，当比较结果为不一致，则丢弃该数据帧；当比较结果为一致，则从侦听到的数据帧中提取虚拟AP，车载移动台将自己与从数据帧中提取的虚拟AP关联。

优选地，关联相同虚拟AP，并且具有相同SSID的车载移动台与地面服务器之间建立无线通信连接关系，互相进行无线数据通信。

优选地，地面控制器管理并存储各个车载移动台和地面服务器之间的对应关系。

优选地，所述的地面控制器包括CBTC地面设备，PIS地面服务器和CCTV地面服务器。

优选地，所述的车载移动台包括车载CBTC，车载PIS和车载CCTV。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的综合业务车地通信系统通过利用网络虚拟化技术，网络的基础设施能够跟具体的服务分离，实现了各种不同的应用能够共享同一个物理的基础网络，最大化了物理网络的利用效率，并同时能够满足城市轨道交通各项生产业务。该系统能在现有的车地通信系统之上，做适当的软件升级建立的，不需要增加新的硬件设备。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种应用于轨道交通的综合业务车地通信系统的结构示意图，图中，地面控制器10、地面服务器20和车载移动台30；

图2为本发明实施例提供的一种无线网络虚拟化技术在城市轨道交通中的应用示意图；

图3为本发明实施例提供的一种综合业务车地通信系统的应用场景示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提出了一种应用于轨道交通的综合业务车地通信系统，其具体结构如图1所示，包括：地面控制器10、地面服务器20和车载移动台30。

所述的地面控制器10，用于设置多个服务器共用同一个骨干网中的同一个AP(Access Point，无线接入点)，将地面骨干网中的同一个AP分解成多个虚拟AP，对每个地面服务器分别分配一个唯一的虚拟AP。地面控制器还根据每个地面服务器的业务量，给每个虚拟AP分别分配不同的无线电频段。地面控制器管理并存储各个地面服务器、虚拟AP和无线电频段之间的对应关系。

所述的地面服务器20，用于包括多个服务器，每个服务器分别使用分配的虚拟AP通过无线通信网络与对应的车载移动台进行数据通信；

所述的车载移动台30，用于通过无线通信网络与对应的地面服务器进行数据通信。

上述地面服务器包括CBTC地面设备，PIS地面服务器，CCTV地面服务器等设备，上述车载移动台可以包括车载PIS播放设备，车载CBTC设备，车载CCTV设备、车载摄像头和车载无线控制器等。上述的地面控制器可以为CPU(Center Processing Unit，中央控制器)。

上述系统还可以包括骨干网和AP。该系统能尽可能地利用现有的城市轨道交通基础设施，并同时能够满足城市轨道交通各项生产业务。

每个所述车载移动台都配置有SSID(Service Set Identifier，服务集标识符)，这个SSID是车载移动台自己配置的。给每个所述虚拟AP都分配一个唯一的SSID，由于每个地面服务器分别分配一个唯一的虚拟AP，相当于给每个地面服务器分别对应一个唯一的SSID。配置有相同的SSID的所述地面服务器和所述车载移动台之间通过无线通信网络进行数据通信。

为了完成这一目标，本发明实施例引入了无线网络虚拟化技术，为城市轨道交通系统设计了一个综合业务车地通信系统。特别的，利用网络虚拟化技术，网络的基础设施能够跟具体的服务分离，因而，各种不同的应用能够共享同一个物理的基础网络，同时最大化物理网络的利用效率。

本发明实施例提供的一种无线网络虚拟化技术在城市轨道交通中的应用示意图如图2所示，将一个物理的AP分解出三个虚拟AP，三个不同的应用：CBTC，PIS以及CCTV分别使用其中的一个虚拟AP，但物理上，这三个应用都使用的是一个物理AP。所有的城市轨道业务，包括CBTC，PIS和CCTV，共用物理网络的地面部分，包括同一个骨干网，同一组地面无线接入点。所有沿线的每一个AP虚拟成多个AP，不需要对现有的通用AP做任何的硬件改动，只需对内部的软件模块进行升级。

本发明实施例的应用于轨道交通的综合业务车地通信系统可以在现有的城市轨道交通基于WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网络)的CBTC车地通信系统，PIS和CCTV车地通信系统之上，做适当的软件升级建立的，不需要增加新的硬件设备。

在列车上具有不同的移动台，每一个移动台具有不同的SSID。对于每一个虚拟的无线接入点，与其关联的车载移动台与其具有相同的SSID，各个车载移动台与虚拟的无线接入点之间的通信采用现有的通用IEEE 802.11技术。车载承载不同业务的移动台只能跟具有相同SSID的虚拟AP进行关联和通信。

所有沿线的每一个AP分解成多个虚拟AP，按照业务量的大小，给每一个虚拟AP分配固定的频段，分配了虚拟AP的地面服务器在自己所占的频段上广播携带自己的SSID的数据帧。为了隔离同一个物理AP上的3个虚拟AP，本发明根据城市轨道交通的主要应用CBTC，PIS以及CCTV的业务量，分别给CBTC，PIS以及CCTV三个应用所占用的虚拟AP分别分配不同的无线电频段，CBTC，PIS以及CCTV分别利用虚拟AP在自己所占的频段上广播携带自己的SSID和虚拟AP的数据帧。车地通信不局限于任何一个无线电频段。

当系统正常工作时，各个车载移动台侦听各个地面服务器利用虚拟AP广播的数据帧，从侦听到的数据帧中提取SSID，将提取的SSID与自身SSID进行比较，当比较结果为不一致，则丢弃该数据帧；当比较结果为一致，则从侦听到的数据帧中提取虚拟AP，车载移动台将自己与从数据帧中提取的虚拟AP关联，于是，关联相同虚拟AP，并且具有相同SSID的车载移动台与地面服务器之间建立无线通信连接关系，互相进行无线数据通信。

示例性的，每一列车具有三个车载移动台，每一个移动台具有不同的SSID，这三个移动台分别与三个应用(CBTC，PIS，CCTV)的车载设备相连。地面的每个AP被虚拟成三个虚拟AP，每一个虚拟AP都具有不动的SSID，但每一个虚拟AP和某个车载移动台具有相同的SSID，三个虚拟AP分别与三个应用(CBTC，PIS，CCTV)的地面设备相连。具有相同SSID的虚拟AP与车载移动台工作在同一个频点，

每个移动台都对各自的虚拟网络具有独立配置能力，修改其中一个虚拟AP的配置不会对另一个虚拟AP有任何影响。通过对每一个虚拟AP的参数配置，能完成对虚拟网络的网络配置。

图3是本发明提出的综合业务车地通信系统的应用场景示意图，系统分为控制中心设备，轨旁设备，以及车载设备三部分。其中的CBTC控制中心，PIS服务器，以及CCTV服务器都属于控制中心设备，他们通过骨干网与轨旁设备相连。这里的轨旁设备主要是指物理AP，工作在每个物理AP上的三个虚拟AP具有不同的SSID，利用物理AP的无线资源与车载不同业务的移动台通信。车载设备主要包括各个业务的移动台，PIS屏幕，CCTV的摄像头，以及CBTC列车控制设备。每列车上的三个移动台具有不同的SSID，通过交换机与其他车载设备连接。

综上所述，本发明实施例提供的综合业务车地通信系统通过利用网络虚拟化技术，网络的基础设施能够跟具体的服务分离，实现了各种不同的应用能够共享同一个物理的基础网络，最大化了物理网络的利用效率，并同时能够满足城市轨道交通各项生产业务。该系统能在现有的车地通信系统之上，做适当的软件升级建立的，不需要增加新的硬件设备。

本发明实施例可以提高无线电频谱的利用率，减少不同厂商或规格的硬件设备，减少系统隐患，提高系统可靠性，同时缩短建设周期，降低投资成本。并且能够减少设备投入运行后的维护费用，节约设备检修时间。同时，车地无线通信综合承载系统能够预留充足的接口，为不断涌现新的业务需求提供传输通道。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种应用于轨道交通的综合业务车地通信系统，其特征在于，包括：地面服务器、车载移动台和地面控制器；

所述的地面控制器，用于设置多个服务器共用同一个骨干网中的同一个AP，将地面骨干网中的同一个AP分解成多个虚拟AP，对每个地面服务器分别分配一个唯一的虚拟AP；根据每个地面服务器的业务量，给每个地面服务器对应的虚拟AP分别分配不同的无线电频段；

所述的地面服务器，用于包括多个服务器，每个服务器分别使用分配的虚拟AP通过无线通信网络与对应的车载移动台进行数据通信；分别利用虚拟AP在自己所占的频段上广播携带自己对应的SSID和虚拟AP的数据帧；

所述的车载移动台，用于通过无线通信网络与对应的地面服务器进行数据通信；每个所述车载移动台都配置有SSID，给每个虚拟AP分配SSID；

用于侦听各个地面服务器利用虚拟AP广播的数据帧，从侦听到的数据帧中提取SSID，将提取的SSID与自身SSID进行比较，当比较结果为不一致，则丢弃该数据帧；当比较结果为一致，则从侦听到的数据帧中提取虚拟AP，车载移动台将自己与从数据帧中提取的虚拟AP关联；

关联相同虚拟AP，并且具有相同SSID的车载移动台与地面服务器之间建立无线通信连接关系，互相进行无线数据通信。

2.根据权利要求1所述的应用于轨道交通的综合业务车地通信系统，其特征在于，地面控制器管理并存储各个地面服务器、虚拟AP和无线电频段之间的对应关系。

3.根据权利要求2所述的应用于轨道交通的综合业务车地通信系统，其特征在于，地面控制器管理并存储各个车载移动台和地面服务器之间的对应关系。

4.根据权利要求1至3任一项所述的应用于轨道交通的综合业务车地通信系统，其特征在于，所述的地面控制器包括CBTC地面设备，PIS地面服务器和CCTV地面服务器。

5.根据权利要求4所述的应用于轨道交通的综合业务车地通信系统，其特征在于，所述的车载移动台包括车载CBTC，车载PIS和车载CCTV。