CN105791050A - 基于双网络的轨道交通车地通信检测平台 - Google Patents

基于双网络的轨道交通车地通信检测平台 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于双网络的轨道交通车地通信检测平台。包括待测的CBTC系统、轨旁PC、n个车载PC和交换机，其中n为待测区段列车数。轨旁PC与车载PC均配置双网卡，其中一块网卡通过网线连接到待测的CBTC系统，构成车地通信网络，用于传输车地通信数据，另一块网卡通过网线连接到交换机构成时间同步网络，用于实现车载PC与轨旁PC的时间同步。应用本发明可以在室内模拟CBTC系统车地通信情况，测试CBTC系统的通信性能，轨旁PC的测试数据统计管理系统能够将各个车载PC的测试结果汇总到本地，其测试数据智能检索系统能够快速检索出丢失数据包信息。利用本发明能够提高CBTC系统测试工作的效率，为CBTC系统的测试研发提供参考。

Description

基于双网络的轨道交通车地通信检测平台
技术领域
本专利涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于双网络的轨道交通车地通信检测平台。
背景技术
基于通信的列车控制（CBTC，CommunicationBasedTrainControl）由于其安全高效和易于维护，已经成为现今城市轨道交通领域占主导地位的列车控制系统。CBTC包含多个子系统，其中车地通信子系统是CBTC系统的核心，测试及验证车地通信子系统的可靠性、安全性和实时性就显得尤为重要。
目前针对CBTC车地通信子系统的室内模拟测试，广泛采用连接装有网络层测试软件的PC或IXIA等网络测试平台，但并未有专门用于测试CBTC车地通信网络的测试平台，且上述的测试手段不能实现车地端时间同步，无法测量单向时延。因此搭建实用可靠的CBTC车地通信检测平台，对于缩短CBTC系统研发测试周期，节省测试所需的人力物力成本，提高CBTC车地通信的安全性和可靠性具有重要意义。
发明内容
为了解决CBTC车地通信实地实物测试的高昂成本和时间开销，及现有室内模拟测试手段由于车地时间不同步无法测量车地通信单向时延，本发明提供一种基于双网络的轨道交通车地通信检测平台，适用于CBTC车地通信子系统的室内模拟测试，同时引入双网络机制，A网络通过待测的CBTC系统传输CBTC车地通信数据，B网络通过交换机实现每台车载PC与轨旁PC的时间同步，从而获取车地通信数据的单向时延。
为达到上述目的，本发明的构思如下：
CBTC车地通信检测平台由下述三个系统组成。
（1）车地通信仿真系统
双基站三区间最多容纳6辆列车，为满足双基站最大通信容量的测试要求，因此使用6台PC来模拟6台车载设备，而另一台PC模拟轨旁设备。
每一台PC配置双网卡，其中A网卡用于传输车地通信数据，B网卡则统一通过网线连接到交换机上，用于实现时间同步，计算各消息的单向时延。
时间同步的具体实现方式是车载PC端每隔5ms通过Socket线程经过B网络地址发送带有本地发送时间数据的数据包，轨旁PC端接收到该数据包，将轨旁接收时间数据写入该数据包，同时将该数据包发回相应车载PC端，最终车载PC端通过本地发送时间、轨旁接收时间、本地接收时间三个数据计算出车载PC本地时间与轨旁PC的固有时间差，车载PC端涉及收发时延的数据计算，均通过加减消除该固有时间差，以轨旁PC时间为准，即完成了各车载PC与轨旁PC的时间同步。
通过Socket多线程模拟CBTC车地通信数据源进行车地通信，能够通过更换数据源信息，模拟不同的CBTC车地通信情况。轨旁PC端模拟区域控制器（ZC）、线路中心单元（LC）、联锁（CI）、列车自动监控系统（ATS）、维护监测系统（MSS）及时间服务器（TimeServer），分别与车载端PC模拟的车载控制器（CC）进行通信。
每次测试完毕，会生成一份测试记录表存在本地数据库中，其中记录有该次测试本地收发的所有消息信息，包括消息源（轨旁设备名，或车载编号）、消息编号、收发时间、数据包大小、接收时延。
（2）测试数据统计管理系统
测试数据统计管理系统安装于各PC上，具备可视化的测试数据统计管理界面，分车载端系统与轨旁端系统，可以打开本地后台数据库中的测试记录表，将表中信息读入界面。
通过操作界面上的按钮，能够将各车载PC平均接收时延及发包数汇总到轨旁PC端，在轨旁PC端计算并显示来自各车载端的丢包数，及轨旁端的平均接收时延和收包总数。
（3）测试数据智能检索系统
测试数据智能检索系统安装于轨旁PC上，将各车载的测试记录表汇总到轨旁PC端后，选择任一车载编号，能够检索出消息源为该车载的丢失数据包详细信息。
其中丢失数据包的详细信息，包括发送时间，车载编号，轨旁设备名，消息编号，数据包大小。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种基于双网络的轨道交通车地通信检测平台，包括待测的CBTC系统、轨旁PC、n个车载PC和交换机，其中n为待测区段列车数。轨旁PC与车载PC均配置双网卡，其中一块网卡通过网线连接到待测的CBTC系统，构成车地通信网络，用于传输车地通信数据，另一块网卡通过网线连接到交换机构成时间同步网络，用于实现车载PC与轨旁PC的时间同步。
本平台能够能够模拟CBTC车地通信情况，即轨旁PC能够模拟区域控制器（ZC）、线路中心单元（LC）、联锁（CI）、列车自动监控系统（ATS）、维护监测系统（MSS）及时间服务器（TimeServer），分别与车载端PC模拟的车载控制器（CC）进行通信，能够实现车载PC与轨旁PC的时间同步，能够实时显示接收数据的接收时间、消息源、单向时延、数据包大小，发送数据的发送时间、目的设备、数据包大小，并在测试完成后形成测试记录表保存于本地数据库；具备测试数据统计管理界面，能够将各车载PC平均接收时延及发包数汇总到轨旁PC，在轨旁PC计算并显示来自各车载PC的丢包数，及轨旁PC的平均接收时延和收包总数，能够智能检索出消息源为任一车载PC丢失数据包的详细信息，其中丢失数据包的详细信息，包括发送时间，车载编号，轨旁设备名，消息编号，数据包大小。
与现有的技术相比，本发明具有如下的实质性特点和显著的优点：
本发明应用于CBTC车地通信子系统的室内模拟测试，采用双网络机制实现模拟轨旁与模拟车载的时间同步，满足对车地单向时延数据的测试要求；平台架构简单，适用于多种CBTC系统测试，兼容性高，同时降低了测试成本；真实模拟CBTC车地通信情况，使测试数据更加可靠；智能检索丢失数据包的详细信息，方便测试数据的后期分析，提高了测试工作的效率。
附图说明
图1是CBTC车地通信网络测试平台结构图。
图2是测试数据统计管理界面（轨旁端）示意图。
图3是本发明用于测试应用LTE的CBTC车地双基站通信系统的实例图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
CBTC车地通信网络测试平台结构如图1所示，包括待测的CBTC系统1，轨旁PC2，1号车载PC3，2号车载PC4，3号车载PC5，4号车载PC6，5号车载PC7，6号车载PC8和交换机9；配置6台车载PC，为满足双基站三区间内最大通信容量测试要求；各台PC均配置双网卡，轨旁PC1和6台车载通过网线分别连接到待测的CBTC系统1，轨旁PC2发送的下行数据经过待测的CBTC系统1到达各台车载PC端，同理，各车载PC发送的上行数据经过待测的CBTC系统1到达轨旁PC2；同时又从每一台PC的另一网卡通过网线分别连接到交换机，通过该交换机实现各车载PC与轨旁PC2的时间同步，能够精确计算收发数据的单向时延。
轨旁端的测试数据统计管理界面如图2所示。从数据库读取测试记录表后，点击“总表”按钮能够显示轨旁收发消息列表1，点击“时延（us）”按钮能够显示轨旁平均时延2，点击“收包（个）”按钮能够显示轨旁收包总数3，点击相应按钮显示各车载平均时延4，点击相应按钮显示各车载丢包5。
应用举例
图3所示为本发明用于测试应用LTE的CBTC车地双基站通信系统的实例图。所述的CBTC车地通信子系统采用LTE技术，但本发明不限于测试该技术下的CBTC车地通信性能，所述的PC均配置双网卡（A、B网卡）。所述的6台车载PC的配置，能够满足双基站三站台区间的最大通信容量的测试需求。所述的CBTC车地双基站通信系统，包括核心网设备（SAC）16，交换机17，A基站的基带处理单元（BBU）18和远端射频模块（RRU）20，B基站的基带处理单元19和远端射频模块21，合路器22，以及用于连接各个模拟车载的客户终端设备（CPE）24、CPE25、CPE26、CPE27、CPE28、CPE29；所述的轨道交通车地通信检测平台，包括轨旁PC2，1号车载PC3，2号车载PC4，3号车载PC5，4号车载PC6，5号车载PC7，6号车载PC8，以及用于时间同步的交换机9；所述的6台CPE设备通过射频传输线与八路功分器23的输出端口连接，八路功分器23的其余两个输出端口连接负载，且各CPE通过网线与相应的车载PC的A网卡连接，用于传输车地通信数据，各车载PC与轨旁PC的B网卡通过网线连接到交换机9，用于实现时间同步；所述的SAC16，BBU18，BBU19及轨旁PC2的A网卡通过网线连接到交换机17，轨旁PC2通过交换机17传输车地通信数据；所述的BBU18和BBU19通过射频传输线，分别与RRU20和RRU21连接，且RRU20和RRU21通过射频传输线连接到合路器22的两个输入端口，合路器22的输出端口通过射频传输线与八路功分器23的输入端口连接。
测试平台与应用LTE的CBTC车地双基站通信系统连接完毕后，运行各台PC端车地通信仿真系统，轨旁PC2发送的下行车地通信数据通过交换机17，同时经由BBU18、RRU20及BBU19、RRU21两基站设备到达合路器22的输入端口，最后经过八路功分器23及CPE设备到达相应车载PC，所述的各CPE设备会自主选择功率更高的基站建立通信，且同一时间一台CPE只能与一台基站的RRU建立通信；各车载PC发送的上行车地通信数据经由相同的链路到达轨旁PC1端；各车载PC通过交换机9实现与轨旁PC2的时间同步。该应用例将轨道交通车地通信检测平台应用于基于LTE的CBTC车地双基站通信系统通信性能的测试，轨旁PC2与各车载PC经由待测系统搭建的上下行链路，真实模拟CBTC车地通信情况，测试并记录相关数据，为应用LTE的CBTC车地通信系统的进一步研究提供可靠的数据支持。

Claims (3)

1.一种基于双网络的轨道交通车地通信检测平台，包括待测的CBTC系统（1）、轨旁PC（2）、n个车载PC（3....8）和交换机（9），其中n为待测区段列车数，其特征在于：轨旁PC（2）与车载PC（3….8）均配置双网卡，其中一块网卡通过网线连接到待测的CBTC系统（1），构成车地通信网络，用于传输车地通信数据，另一块网卡通过网线连接到交换机（9）构成时间同步网络，用于实现车载PC（3….8）与轨旁PC（2）的时间同步。
2.根据权利要求1所述的基于双网络的轨道交通车地通信检测平台，其特征在于：能够模拟CBTC车地通信情况，即轨旁PC（2）能够模拟区域控制器（ZC）、线路中心单元（LC）、联锁（CI）、列车自动监控系统（ATS）、维护监测系统（MSS）及时间服务器（TimeServer），分别与车载端PC（3….8）模拟的车载控制器（CC）进行通信，能够实现车载PC（3….8）与轨旁PC（2）的时间同步，能够实时显示接收数据的接收时间、消息源、单向时延、数据包大小，发送数据的发送时间、目的设备、数据包大小，并在测试完成后形成测试记录表保存于本地数据库。
3.根据权利要求1所述的基于双网络的轨道交通车地通信检测平台，其特征在于：具备测试数据统计管理界面，能够将各车载PC（3….8）平均接收时延及发包数汇总到轨旁PC（2），在轨旁PC（2）计算并显示来自各车载PC（3….8）的丢包数，及轨旁PC（2）的平均接收时延和收包总数，能够智能检索出消息源为任一车载PC（3….8）丢失数据包的详细信息，其中丢失数据包的详细信息，包括发送时间，车载编号，轨旁设备名，消息编号，数据包大小。
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