CN105794268A - 经由对一系列无线宽带数据链路的程序化追踪的高速移动宽带网络接入 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，方法包括：在被放置于车辆上的第一移动窄波束收发器与沿车辆的规定路径安装的第一固定窄波束收发器之间建立第一宽带数据链路；以及由第一移动窄波束收发器从第一宽带数据链路切换至与第二固定窄波束收发器的第二宽带数据链路，第二固定窄波束收发器沿规定路径安装在第一固定窄波束收发器之后，使得车辆能够经由沿规定路径的规定序列的固定窄波束收发器来维持到广域网的连续宽带接入。

Description

经由对一系列无线宽带数据链路的程序化追踪的高速移动宽带网络接入

技术领域

本公开一般地涉及在诸如高速客运列车之类的移动车辆中提供宽带网络接入。

背景技术

本节描述了可以采用的方法，但不一定是先前已经构思或采用的方法。因此，除非以其他方式明确地指定，本节中所描述的任何方法不是本申请的权利要求的现有技术，并且本节中所描述的任何方法不因被包含在本节中而被承认为现有技术。

旅客对在诸如飞机、巴士、轮船、和城际列车之类的可移动车辆上的可用互联网接入的需求日渐增加。针对从飞机到互联网的连接利用卫星链路和/或天地链路的当前互联网接入被提供在飞机上。针对列车的互联网接入受到显著的带宽限制，从而使得基于铁路的互联网接入系统通常禁用带宽密集型应用，这使得客户产生不满。

附图说明

参考附图，其中具有相同标号指示的元件表示贯穿本发明的相似元件，并且其中：

图1示出了根据示例实施例的当车辆沿车辆的规定路径通过规定序列的固定窄波束收发器时使得车辆能够维持到广域网的连续宽带接入的示例系统。

图2示出了根据示例实施例的由车辆或固定窄波束收发器使用的用于维持车辆与广域网之间的连续宽带接入的示例控制器设备。

图3A和3B示出了根据示例实施例的处于沿车辆的规定路径的规定位置的固定窄波束收发器的示例部署。

图4示出了根据示例实施例的部署窄波束收发器以当车辆沿规定路径行进时使能车辆与广域网之间的连续宽带接入的示例方法。

图5示出了根据示例实施例的基于一个或多个移动窄波束收发器在沿车辆的规定路径安装的固定窄波束收发器之间切换来维持车辆与广域网之间的连续宽带接入的示例方法。

具体实施方式

概述

在一个实施例中，方法包括：在被放置在车辆上的第一移动窄波束收发器与沿车辆的规定路径安装的第一固定窄波束收发器之间建立第一宽带数据链路；以及由第一移动窄波束收发器从第一宽带数据链路切换至与第二固定窄波束收发器的第二宽带数据链路，第二固定窄波束收发器沿规定路径安装在第一固定窄波束收发器之后，使得车辆能够经由沿规定路径的规定序列的固定窄波束收发器来维持到广域网的连续宽带接入。

在另一实施例中，装置包括：第一移动窄波束收发器和处理器电路。第一移动窄波束收发器被放置在车辆上，并且被配置为与沿车辆的规定路径安装的第一固定窄波束收发器建立第一宽带数据链路。处理器电路被配置为使得第一移动窄波束收发器从第一宽带数据链路切换至与第二固定窄波束收发器的第二宽带数据链路，第二固定窄波束收发器沿规定路径安装在固定窄波束收发器之后，使得车辆能够经由沿规定路径的规定序列的固定窄波束收发器来维持到广域网的连续宽带接入。

在另一实施例中，逻辑被编码在一个或多个非暂态有形介质中用于执行，并且当该逻辑由机器执行时能操作用于执行以下操作：在被放置于车辆上的第一移动窄波束收发器与沿车辆的规定路径安装的第一固定窄波束收发器之间建立第一宽带数据链路；以及由第一移动窄波束收发器从第一宽带数据链路切换至与第二固定窄波束收发器的第二宽带数据链路，第二固定窄波束收发器沿规定路径安装在第一固定窄波束收发器之后，使得车辆能够经由沿规定路径的规定序列的固定窄波束收发器来维持到广域网的连续宽带接入。

详细描述

特定实施例基于安装在车辆上的一个或多个移动窄波束收发器切换与沿车辆的规定路径安装的规定序列的固定窄波束收发器的宽带数据链路，使得高速车辆(例如，以高达320公里每小时(kph)行进的高速列车或预计以1000kph或更高的速度行进的超回路列车)能够维持与广域网的连续宽带接入。

图1是示出根据示例实施例的当车辆沿车辆的规定路径通过规定序列的固定窄波束收发器时使得车辆能够维持到广域网的连续宽带接入的示例系统10的图。具体地，图1示出了示例系统10，该示例系统10具有一个或多个装置12和/或28，该一个或多个装置12和/或28用于使得移动窄波束收发器14沿规定路径18从第一固定窄波束收发器16切换至第二固定窄波束收发器16，从而使得沿规定路径18行进的车辆20能够维持到广域网22的连续宽带接入。每个窄波束收发器14和16可以被配置用于基于建立高度定向无线链路来建立一(1)千兆比特每秒(1Gb/s)或更快的宽带数据链路24。高度定向无线路由链路的示例可以包括使用提供每公里传输距离不超过1到2米的波束扩散(即，0.1％到0.2％的波束扩散或更小)的准直光的光链路，或具有不超过一(1)厘米的波长(即，厘米波链路或更小的波链路)的射频(RF)链路。

每个窄波束收发器14和16可以由电流计(图2的26)或波束偏转器来动态地定位，波束偏转器可以将窄波束传输用大约10毫秒或更少的(例如，1毫秒)转向时间偏转大约10度到20度的转向角度。窄波束收发器14和16以及电流计/波束偏转器的示例实现方式可以包括马萨诸塞州贝德福德市的剑桥科技的商用光学头(可以在万维网上的网站地址“www.camtech.com”获得)。其他波束偏转技术也可以被使用(例如，步进电机、压电驱动器、相控天线阵列等等)。

每个窄波束收发器14和16在车辆20沿规定路径18移动期间对高度定向无线链路的动态定位可以由收发器控制器设备12和28(在下面的描述中也被称为“雾(fog)节点”)来控制，该收发器控制器设备12和28控制相应的窄波束收发器14和16的电流计/波束偏转器26。每个收发器控制器设备14和16可以被配置有规定位置30，规定位置30用于当车辆20沿规定路径18行进时定位每个相应的窄波束收发器14和16。如图2所示出的，假定每个安装有移动窄波束收发器14的车辆20沿规定路径18行进，规定路径18例如为诸如列车的列车轨道或船舶在水路中的物理或航行边界、机动车公路(例如，多车道州际公路)的一个或两个机动车道之类的约束物理路径；规定路径还可以基于针对连续宽带接入的使用所要求的监管约束或自愿约束被提供，例如为了提供如本文所描述的连续宽带接入，飞行器遵循约束飞行路径或机动车停留在伴随的引导标志公告的一个或两个机动车道内。因此，规定序列的固定窄波束收发器可以被固定(即，牢固地固定)在沿车辆的规定路径的位置坐标处，使得规定序列的固定窄波束收发器的相应位置坐标能够被配置(例如，被编程、被存储等等)到车辆中的每个收发器控制器设备。

如图3A和3B所示出的，沿“向东的”规定路径18a行进的列车20b可以通过规定序列中的固定窄波束收发器16。图1的示例列车20可以包括正向安装的移动窄波束收发器14(例如，图1的14a)，和相对列车20行进的规定路径18反向安装的第二移动窄波束收发器14(例如，图1的14b)。因此，沿“向东的”规定路径18a行进的列车20(例如，图3A的20b)的前向移动窄波束收发器14a可以根据规定序列沿相应位置(例如，“30a”)处的固定窄波束收发器(例如，“1A”)16进行切换，规定序列例如为以下规定的示例序列：30a处的收发器1A、30b处的收发器2A、30c处的收发器3A、30d处的收发器4A、30e处的收发器5A、30f处的收发器6A、30g处的收发器7A(参见图3B)、30h处的收发器8C、30i处的收发器10A、30j处的收发器10E、30k处的收发器11A、301处的收发器12A、和30m处的收发器13A等等。沿着“向东的”规定路径18a行进的列车20(例如，图3A的20b)的反向移动窄波束收发器14b还可以沿固定窄波束收发器16进行切换，这些固定窄波束收发器16根据以下规定的示例序列被“固定”(即，被安装或被部署)在相应的位置：30y处的收发器1B、30x处的收发器2B、30w处的收发器3B、30v处的收发器4B、30u处的收发器5B、30t处的收发器6B、30s处的收发器7B、30z处的收发器8D、30q处的收发器10B、30aa处的收发器10F、30p处的收发器11B、30o处的收发器12B、和30n处的收发器13B等等。固定窄波束收发器16的类似规定序列可以被建立并被编程到在“向西的”规定路径18b(即，规定路径18a的相反方向)中行进的列车20(例如，图3B的20e)上的反向收发器14b和前向收发器14a的控制器设备12和28中。

如本文所使用的，相对于随车辆20沿规定路径18移动的“移动窄波束收发器”14，“固定窄波束收发器”16的术语“固定”仅仅指窄波束收发器16在固定部署位置(例如，在规定的X-Y-Z坐标处)30处的安置、安装、部署等等；因此，“固定窄波束收发器”16可以被配置为在它的相应固定部署位置30处关于它的X轴、Y轴、和/或Z轴是可移动(例如，旋转)的(例如，固定窄波束收发器16被用螺栓固定在极点)，但这不是其他方式的“移动”，因为固定窄波束收发器没有从它的固定部署位置移动(例如，没有从规定的X-Y-Z坐标移动)，否则相应的规定位置需要在收发器控制器设备12和/或28中被更新。

在一个实施例中，移动窄波束收发器14在固定窄波束收发器16之间的切换可以仅仅基于车载收发器控制器设备12控制电流计26从而将移动窄波束收发器14在固定窄波束收发器16(针对任意轴不进行移动或旋转)之间进行转向。在另一实施例中，移动窄波束收发器14在固定窄波束收发器16之间的切换可以仅仅基于收发器控制器28控制电流计26从而在车辆朝规定切换位置和/或规定获取位置移动期间将相应的固定窄波束收发器16转向移动窄波束收发器14，例如假定移动窄波束收发器14是不可移动并且相对于它在车辆20上的安装位置不能转向或旋转。在另一实施例中，移动窄波束收发器14和固定窄波束收发器16两者在相应的控制器设备12和28的协调控制下可以转向适当的位置从而切换、获取、和追踪相应的对等收发器。

因此，收发器控制器设备(“雾节点”)12和/或28可以检测到车辆20已经沿规定路径18a移动至规定切换位置，并且作为响应，控制相应的电流计(图2的26)将窄波束收发器14和/或16转向规定的获取位置从而建立宽带链路。例如，收发器控制器设备12可以基于控制相应的电流计26将移动窄波束收发器(例如，14a)转向规定获取位置并且建立与沿车辆的规定路径18a安装的第一固定窄波束收发器(例如，位置30d处的4A)16的宽带数据链路，来响应检测到车辆20已经移动至规定的切换位置。类似地，收发器控制器设备28可以通过将固定窄波束收发器16转向适当的获取位置以期望建立无线宽带数据链路24，来响应检测到车辆20到达本地固定窄波束收发器16的规定获取位置。

当车辆20沿规定路径18移动时，收发器控制器设备12还可以通过电流计26控制移动窄波束收发器(例如，14a)的连续移动，从而维持与固定窄波束收发器16的宽带数据链路24；类似地，当车辆沿规定路径18从固定窄波束收发器的获取位置移动至固定窄波束收发器16的切换位置时，收发器控制器设备28可以控制固定窄波束收发器16的连续移动，从而维持与移动窄波束收发器14的宽带数据链路24。响应于收发器控制器设备12检测到车辆20已经沿规定路径18a移动至下一规定的切换位置，收发器控制器设备12可以控制电流计26将移动窄波束收发器14转向下一规定的获取位置，并且建立与沿规定路径(例如，18a)安装的下一固定窄波束收发器(例如，位置30e处的5A)的另一宽带数据链路24。

沿车辆的规定路径安装的固定窄波束收发器16的收发器控制器设备28还可以可选地被配置有用于检测沿规定路径18行进的移动窄波束收发器14的规定获取位置(处于轨道侧收发器控制器设备28的控制下)、和/或基于规定调度(例如，列车调度)的规定获取时间、和/或指示车辆20到达规定获取位置的传感器信息。因此，收发器控制器设备12和28具有精确获取位置的配置使得移动窄波束收发器14能够从由第一固定窄波束收发器16提供的第一宽带数据链路24切换至与沿规定路径安装的第二固定窄波束收发器16的第二宽带数据链路24，使得车辆20能够经由沿规定路径的规定序列的固定窄波束收发器来维持到广域网22的连续宽带接入。收发器控制器设备12和28还可以经由宽带数据链路24交换网络控制消息，从而协调精确切换时间(即，切换将被发起的确切时间实例)。

图1还示出了根据实施例的与通过由宽带数据链路24提供的连续宽带接入将数据流量路由至车辆20和从车辆20路由数据流量相关联的附加组件。例如，车辆20可以是针对高速铁路线(例如，法国TGV双工(FrenchTGVDuplex)、日本新干线、中国“和谐号”、和美国“阿西乐快线”等等)的高速铁路“组成”(即，半永久连接的一组车厢和火车头)，该高速铁路总长为400米并且包括四列动力车和具有大约1024个乘客座位的十六列(16)运输车。假定百分之二十五的乘客同时在使用诸如HD视频流、网络电话、游戏应用下载、或基于云的应用之类的带宽密集型应用(其余乘客睡觉、阅读、分享活跃用户的屏幕等等)，则最坏情况下的带宽要求将是256个用户*每个用户6Mb/s，或1.536Gb/s；附加数据(例如，信令、安全摄像机回程，组员通信，遥测，能源管理，开销等等)证明列车的期望带宽要求大约是2Gb/s。

车辆20可以包括提供到客户端设备34的无线接入的无线接入点(“Wi-FiAP”)32，例如每个车厢有两个接入点32(提供IEEE802.11n/802.11ac链路(向后兼容较慢Wi-Fi标准))。也可以向乘客提供有线网络连接(例如，限制带宽最高为6Mb/s)。无线接入点(和/或有线用户接入点)32可以经由有线网络连接(例如，有线千兆比特以太网链路36)被连接至一个或多个收发器控制器设备12。因此，客户端设备34可以使用H.264编码解码器(市场上可从EyeIOLLC获得)以6Mb/s的速度享受THX认证质量视频流。

每个车辆20可以包括一个或多个车载式收发器控制器设备12。每个车载式收发器控制器设备12可以被配置为车载“雾节点”，该车载“雾节点”控制车辆20上的网络流量，包括在用户设备34、车载控制系统等等、和可用移动窄波束收发器14a和/或14b之间路由数据流量。如下面进一步详细描述的，一个或多个车载式收发器控制器设备12可以将移动窄波束收发器14转向适当的位置，用于获取与固定窄波束收发器16的宽带数据链路24、随着车辆20沿规定路径18移动来维持与固定窄波束收发器16的宽带数据链路24、以及响应于检测到车辆20已经沿规定路径18移动至规定的切换位置来切换至下一固定窄波束收发器16。

一个或多个车载式收发器控制器设备12还可以控制车载流量是否经由前向收发器14a和/或后向收发器14b输出。例如，当由前向收发器14a和/或反向收发器14b建立的相应宽带数据链路同时可用时(经由两个可用的1Gb/s(或更高速度的)链路24来提供超过2Gb/s的聚合带宽)，一个或多个车载式收发器控制器设备12可以控制收发器14a和14b之间流量的路由。例如，响应于检测到一个窄波束收发器14a正接近使得一个窄波束收发器14a将要执行切换的规定切换位置，一个或多个车载式收发器控制器设备12还可以将车载数据流量从一个移动窄波束收发器14a重新路由至另一窄波束收发器14。当窄波束收发器14将要执行切换时，一个或多个车载式收发器控制器设备12还可以在存储器电路64(在图2中示出)中暂时地缓冲数据流量。

一个或多个车载式收发器控制器设备12还可以执行针对车辆20的其他基于雾计算的操作，例如向乘客提供服务(例如，查看当前位置、估计到达目的地的时间、购票、描述本地名胜古迹、缓存诸如电影之类的流行媒体内容、从附近媒体内容服务器设备42获取媒体内容、经由语音服务器设备44提供IP语音服务等等)。一个或多个车载式收发器控制器设备12还可以控制车辆遥测、监控摄像数据等等并且将车辆遥测、监控摄像数据等等发送至网络操作中心40。可由一个或多个车载式收发器控制器设备12执行的其他操作可以包括与网络相关的活动，例如网络认证、带宽控制、服务质量(QoS)管理和执行、安全、切换、和故障恢复等等。车载式收发器控制器设备12可以提供涉及用户服务和/或车辆管理的其他服务。

每个收发器控制器设备28(也被称为“轨道旁雾节点”)可以被配置为控制一个或多个固定窄波束收发器16，包括控制转向从而获取并且维持与移动窄波束收发器14的无线宽带数据链路24、协调固定窄波束16之间的切换操作、以及当移动窄波束收发器沿规定路径18在规定序列的窄波束收发器16之间切换时重新路由固定窄波束收发器16中的网络流量。多个收发器控制器设备28还可以经由提供10Gb/s到40Gb/s或更高速度的连接的高速有线数据链路46来协调各种操作，包括当移动窄波束收发器沿车辆的规定路径18在规定序列的固定窄波束收发器16之间切换时的切换和相关联的网络流量重路由操作。每个收发器控制器28还可以被配置为执行补充车辆20与广域网22之间的连续宽带接入的服务，包括执行固定窄波束收发器16上的维护、诊断、和控制操作(如下面所描述的)、执行对列车控制和信令设备48(用于向车辆通知交通命令(绿色/正常速度、黄色/警告、红色/停止))的控制、在站台向乘客提供本地Wi-Fi服务50等等。本文所描述的由收发器控制器设备28执行的操作可以由控制服务器设备52集中地协调，并且系统10内的连接可以由一个或多个基于互联网协议(IP)的路由器设备54(被配置为经由收发器控制器设备28将数据分组路由至车辆20或从车辆20路由数据分组)来建立。例如，路由器设备54可以经由广域网22将经由收发器控制器设备28从车辆20接收到的数据分组适当地转发至目的地设备56、语音服务器设备44、媒体服务器装置42、网络操作中心40、和/或控制服务器设备52。路由器设备54还可以将数据分组从设备40、42、44、52和56中的任一设备转发至适当的收发器控制器设备28，以供将数据分组传送至适当的宽带数据链路24。在替代实施例中，本文所描述的收发器控制器设备28和控制服务器设备52的协调执行可以根据云计算架构被实现。

图2示出了根据示例实施例的示例装置12和/或28，示例装置12和/或28被配置为控制窄波束收发器14或16以维持沿规定路径18行进的车辆20的连续宽带接入。装置12或28是物理机器(即，硬件设备)，该物理机器被配置为经由网络10实现与其他物理机器(例如，34、40、42、44、54和56)的网络通信。因此，装置12和/或28是经由网络10实现网络通信的网络使能的机器。装置12和/或18还可以包括窄波束收发器14和/或16、和电流计26；换句话说，装置12和/或28可以与窄波束收发器14/16以及相应的电流计26一起被集成至单个硬件设备。

装置12和/或18可以包括网络接口电路60、处理器电路62、和存储器电路64。网络接口电路60可以包括用于与电流计26和/或窄波束收发器14/16中的任一个进行通信的一个或多个不同物理层收发器；网络接口电路60还可以包括用于经由有线以太网链路36或46与图1的设备进行通信的基于IEEE的以太网收发器、和/或光纤收发器等等。处理器电路62可以被配置为执行本文所描述的操作中的任一个操作，并且存储器电路64可以被配置为存储本文所描述的任意数据或数据分组，例如由窄波束收发器14/16在切换期间在缓冲器中存储数据分组。数据分组在切换期间的存储还可以在不同于装置12/28的另一存储器电路(例如诸如固态驱动器之类的外部存储单元)中被实现。

任意公开的电路(包括网络接口电路60、存储器电路64、处理器电路62、以及它们相关联的组件)可以以多种形式被实现。所公开的电路的示例实现方式包括硬件逻辑，该硬件逻辑在诸如可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)之类的逻辑阵列中被实现，或通过对诸如专用集成电路(ASIC)之类的集成电路的掩模编程来实现。任意这些电路还可以使用基于软件的可执行资源来实现和使用一个或多个集成电路来实现，其中，基于软件的可执行资源由相应的诸如微处理器电路(未示出)之类的内部处理器电路执行，在存储在内部存储器电路中(例如，在存储器电路64内)的可执行代码的执行使得实现处理器电路的(一个或多个)集成电路将应用状态变量存储在处理器存储器中的情况下，创建执行本文所描述的电路的操作的可执行应用资源(例如，应用实例)。因此，本说明书中术语“电路”的使用指使用一个或多个集成电路实现的并且包括用于执行所述操作的逻辑的基于硬件的电路、或包括处理器电路(使用一个或多个集成电路来实现)的基于软件的电路，该处理器电路包括用于存储通过处理器电路执行可执行代码修改的应用状态数据和应用变量的处理器存储器的保留部分。存储器电路64可以使用诸如可编程只读存储器(PROM)或EPROM之类的非易失性存储器、和/或诸如DRAM之类的易失性存储器来实现。

此外，对“输出消息”或“输出分组”等的任意提及可以基于以数据结构的形式创建消息/分组并且将该数据结构存储在所公开的装置中的非暂态有形存储器介质(例如，发送缓冲区)中被实现。对“输出消息”或“输出分组”等的任意提及还可以包括经由通信介质(例如，适当的有线链路或无线链路)将存储在有形存储器介质中的消息/分组电子地发送(例如，适当的经由有线电流或无线电场)至另一网络节点。类似地，“接收消息”或“接收分组”等的任意提及可以基于所公开的装置检测到通信介质上消息/分组的电传输(或光传输)并且将检测到的传输作为数据结构存储在所公开的装置中的有形存储器介质(例如，接收缓冲区)中被实现。还要注意的是，存储器电路64可以由处理器电路62例如基于由处理器电路62执行的存储器地址分配和分区来动态地实现。

图4示出了根据示例实施例的部署窄波束收发器以当车辆沿规定路径行进时使能车辆与广域网之间的连续宽带接入的示例方法。图5示出了根据示例实施例的基于一个或多个移动窄波束收发器在沿车辆的固定路径安装的固定窄波束收发器之间切换来维持车辆与广域网之间的连续宽带接入的示例方法。任意图示中所描述的操作可以被实现为存储在计算机或机器可读非暂态有形存储介质(例如，软盘、硬盘、ROM、EEPROM、非易失性RAM、CD-ROM等等)上的可执行代码，基于使用一个或多个集成电路实现的处理器电路执行代码来完成这些操作；本文所描述的操作还可以被实现为被编码在一个或多个非暂态有形介质中用于执行的可执行逻辑(例如，可编程逻辑阵列或设备、现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、专用集成电路等等)。

此外，针对任意图示所描述的操作可以以任意合适的顺序被执行，或并行执行至少一些操作。本文所描述的操作的执行是仅通过说明的方式；由此，操作不一定需要如本文所描述的由基于机器的硬件组件来执行；相反，其他基于机器的硬件组件可以被用来以任意合适的顺序执行所公开的操作，或并行执行至少一些操作。

参考图4，部署窄波束收发器从而使能连续宽带接入的示例方法可以包括在操作70中识别沿规定车辆路径18的固定窄波束收发器16的规定位置。例如，每个宽带数据链路24被配置为基于配置窄波束收发器来提供每秒至少一千兆比特或更高速度，用于发送和/或接收具有百分之0.1到0.2或更低的波束扩散的准直光、或具有一厘米或更低的波长的RF载波。

收发器14和16、控制器设备12和28、以及电流计26还被配置为确保移动窄波束收发器14可以以大约10度或更小的转向角度和几十毫秒量级的转换时间(优选大约10毫秒或更少(例如，1毫秒))从第一固定窄波束收发器(例如，图3A的位置30c处的3A)16转向至第二固定窄波束收发器(例如，位置30d处的4A)16。针对以每小时320公里的速度行进的高速车辆20(例如，高速列车)在固定窄波束收发器与移动窄波束收发器之间的切换期间提供大约10毫秒或更少的转向时间(例如，大约1毫秒以内)以及10度的转向角度使得切换期间的切换时间能够大幅小于移动窄波束收发器14的相应连接时间间隔。具体地，假定高速列车20正在以每小时320公里的速度行进，基于针对最小连接时间间隔(例如，16秒)将经由宽带数据链路24的通信维持在至少1Gb/s的数据速率，并且在移动窄波束收发器从第一固定窄波束收发器16的第一宽带数据链路24切换至下一固定窄波束收发器16的切换期间的切换时间(例如，最坏的情况下一秒或更少)期间缓冲数据流量，连续宽带接入可以被维持在大约1Gb/s(例如，0.90Gb/s到0.94Gb/s)或更高的第一数据速率(在每个车厢上仅仅使用单个移动窄波束收发器14)。因此，假定最小平均连接时间间隔为16秒且切换时间为1秒或更少，则切换时间以6％或更小的量级大幅小于每个相应的连接时间间隔。

因此，固定窄波束收发器16的规定位置30可以确保移动窄波束收发器14可以维持至少16秒的宽带数据链路24，并且在一秒或更少的时间之内执行与固定窄波束收发器16的切换。因此，固定窄波束收发器16被部署在与车辆20的最大标称(nominal)速度相距相当于17秒的位置30处，例如与以每小时320公里行进的列车相距大约1500米。在地形或天气情况(例如，长时间的暴雨、丘陵情况、急转弯等等)要求固定窄波束收发器16间隔小于1500米的某些情况下，可以做出关于优化位置30的某些调整，优化位置30是相对以下各项进行的：连续宽带接入的保证的数据速率、窄波束收发器14和/或16可用的转向速率和转向角度、和列车20通过特定位置30的速度(例如，列车在丘陵地带或在急转弯处可以减少它的速度)。如图3B中所示出的，附加收发器“8A、8B、8C和8D”可以被添加以适应规定路径18a中的急转弯。在这种情况下，可以基于切换时间大幅小于相应的连接时间间隔(即，当切换时间与连接时间之间的平均比率是10％或更小时)来维持可接受的连续宽带接入。

如果车辆包括相对规定路径前向安装的移动窄波束收发器(例如，14a)和反向安装的第二移动窄波束收发器(例如，14b)，则针对连续宽带接入可以实现更高数据速率的改进的性能。如操作70中所示出的，将固定窄波束收发器16部署在相对前向移动窄波束收发器和反向窄波束收发器的“偏移”位置中确保两个移动窄波束收发器14a和14b同时建立宽带数据链路，或一个移动窄波束收发器(例如，14a)维持它的宽带数据链路24而另一移动窄波束收发器(例如，14b)执行切换。

因此，固定窄波束收发器16按规定序列被部署(操作72)在沿规定路径18的规定位置30处，例如比安装在车辆20的顶部的移动窄波束收发器14的高度高1-2米。规定位置可以以各种坐标被适当地指定，例如在X定义沿规定路径18的位置(例如，轨道上的位置)、Y定义垂直于规定路径18的位置(例如，接近轨道边缘或远离轨道边缘)、以及Z定义高于规定路径18的位置(例如，高出轨道的高度)的坐标系中的X-Y(假定高度Z恒定)。每个固定窄波束收发器16可以具有针对沿规定路径行进的移动窄波束收发器14的规定获取位置(例如，在收发器16的位置之前1700米)和规定切换位置(例如，在收发器16的位置之前200米)。

附加固定窄波束收发器16可以被部署在车辆20可以停靠以上客/下客的车站，从而适应建筑结构、障碍物(例如，其他靠站列车)等等。如图3A中所示出的，终点站可以包括针对每个轨道的附加收发器16(例如，30bc处的1C、30bd处的1D、30be处的1E、30bf处的1F、30bg处的1G、30bh处的1H、30bi处的1I、30bj处的1J、30bk处的1K、30b1处的1L、以及30bm处的1M)。如图3B中所示出的，站“10”可以包括附加固定窄波束收发器“10C、10D、10E和10F”(在相应的位置30ab、30ac、30j和30aa处)，从而适应可能妨碍其他收发器16的任意其他列车。

因此，在操作74中，每个固定收发器控制器设备28可以在它的存储器电路64中存储每个移动窄波束收发器14的获取位置，使能固定收发器16的预定位以准备当车辆20到达时由移动窄波束收发器14获取。固定收发器控制器设备还可以存储切换位置和预定到达时间、或使用传感器数据配置车辆检测等等，从而当移动窄波束收发器14到达它的获取位置时更准确地发起获取。

类似地，在操作76中，固定窄波束收发器16在规定路径18中的位置30可以被存储在每个车载收发器控制器设备12的存储器电路64中，包括每个固定窄波束收发器16的相应的获取位置、切换位置等等。因此，前向位置可以被添加至前向控制器设备12的存储器电路64中，并且反向位置可以被添加至后部/尾部控制器设备12的存储器电路64中，使得控制器设备12能够预期何时通过从现有固定窄波束收发器16转向至下一窄波束收发器16的获取位置以发起切换。

图5示出了根据示例实施例的基于一个或多个移动窄波束收发器14在沿车辆的固定路径18安装的固定窄波束收发器16之间切换来维持车辆20与广域网22之间的连续宽带接入的示例方法。在操作80中，一个或多个固定收发器控制器设备28将一个或多个固定窄波束收发器转向下一移动窄波束收发器14的规定获取位置，并且一个或多个移动收发器控制器设备12将一个或多个移动窄波束收发器(例如，14a和/或14b)转向固定窄波束收发器16的相应的规定获取位置。响应于移动收发器-固定收发器对14/16获取窄波束信号锁定并且建立宽带数据链路24，当车辆移动时相应的控制器设备12和28可以将相应的收发器转向从而维持宽带数据链路24。一旦宽带数据链路24被建立，车载流量和网络流量(例如，来自广域网22)可以在操作82中在控制器设备12和28的控制之下通过由窄波束收发器16提供的宽带信道被交换。当车辆20沿规定路径18移动时，控制器设备12和28可以通过移动收发器14和16以维持宽带数据链路的对准(直到在操作84中检测到移动窄波束收发器14已经移动至规定切换位置)来维持宽带数据链路24。在另一实施例中，波束位置检测器(未示出)可以在移动收发器14和每个固定收发器16中被实现以用于获取和维持从规定获取位置到下一切换位置的窄波束信号锁定(例如，执行“精细定向锁定”)，消除控制器设备12和28在窄波束信号锁定与规定切换位置之间控制收发器14和16的必要性。

响应于车载式收发器控制器设备12和/或固定收发器控制器设备28在操作84中检测到车辆20上的一个移动窄波束收发器14已经移动至规定切换位置，固定控制器设备28在操作86中可以开始重新路由流量。例如，如果在操作88中车辆20具有多个宽带数据链路24(例如，前向收发器14a和反向(后部)收发器14b)，控制器设备12和/或28在操作90中可以在切换时的切换时间期间将所有车辆网络流量转移至连接的移动收发器(例如，14b)，该切换指移动收发器(例如，14a)通过转向下一固定窄波束收发器16(在10毫秒或更少时间之内)并且重新获取宽带连接来切换至新宽带数据链路24。如之前所述，整个切换时间可以是一秒或更少的时间。

如果在操作88中仅有一个移动窄波束收发器14连接至固定窄波束收发器16，控制器设备12和/或28可以基于停止当前连接至将要执行切换的移动窄波束收发器14的固定窄波束收发器16上的网络流量、在切换期间在存储器电路64中缓冲停止的流量、以及将缓冲的网络流量路由至沿车辆路径18的下一固定窄波束收发器16，来在操作92中重新路由流量。

根据示例实施例，可以在高速车辆上可以提供具有接近2Gb/s的标称数据速率的到广域网的连续宽带接入。因此，最大容量高速列车(例如，法国的TGV或“TrainàGrandeVitesse”)上高达百分之二十五的乘客可以同时享受来自基于互联网的媒体服务器的流6Mb/s的THX质量HD视频节目，突发速度接近1Gb/s。附加列车系统和轨道旁系统可以基于在雾计算架构之内部署控制器设备12和28(该部署使得基于网络的服务能够被部署的更接近于车辆20)来集成，而不是依赖经由广域网的计算或存储密集型服务。

示例实施例还提供改进的维持和操作测试。在一个示例中，如果不存在任何车辆，则固定窄波束收发器(例如，“12B”和“13A”)还可以在它们自身之间建立宽带数据链路24’，例如，以由固定收发器控制器设备28执行诊断和性能测试，包括监测诸如比特误差率之类的长期链路性能；与由固定收发器控制器设备28执行的诊断和性能测试相关的数据可以被发送至控制服务器设备52和/或网络操作中心40以用于存档和分析。如果有线连接不可用(例如，由于损坏)，则宽带数据链路24’也可以被使用，使得宽带数据链路24’能够绕过有线连接中的诸如电缆切断之类的网络故障。

虽然本公开的示例实施例是结合目前被认为是实施所附权利要求中指定的主题的最佳模式进行描述的，但是要理解的是，示例实施例仅是说明性的，并且不限制所附权利要求中指定的主题。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

在被放置于车辆上的第一移动窄波束收发器与沿所述车辆的规定路径安装的第一固定窄波束收发器之间建立第一宽带数据链路；以及

由所述第一移动窄波束收发器从所述第一宽带数据链路切换至与第二固定窄波束收发器的第二宽带数据链路，所述第二固定窄波束收发器沿所述规定路径安装在所述第一固定窄波束收发器之后，使得所述车辆能够经由沿所述规定路径的规定序列的固定窄波束收发器来维持到广域网的连续宽带接入。

2.如权利要求1所述的方法，其中，宽带接入提供大约一千兆比特每秒(1Gb/s)或更大的带宽。

3.如权利要求2所述的方法，其中，由所述第一移动窄波束收发器与相应的固定窄波束收发器建立的每个宽带数据链路是使用准直光的光链路或者厘米波链路或更小的波链路中的一个。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一移动窄波束收发器以及所述第一宽带数据链路和所述第二宽带数据链路相对所述车辆的规定路径被正向放置，从而建立提供所述连续宽带接入的第一宽带信道，所述方法还包括针对所述连续宽带接入提供相对所述规定路径反向的第二宽带信道。

5.如权利要求4所述的方法，其中，建立第二宽带信道包括：

在反向放置于所述车辆上的第二移动窄波束收发器与沿所述规定路径反向安装的第三固定窄波束收发器之间建立第三宽带数据链路；以及

所述第二移动窄波束收发器从所述第三宽带数据链路切换至与沿所述规定路径反向安装的第四固定窄波束收发器的第四宽带数据链路。

6.如权利要求5所述的方法，还包括：响应于确定不存在车辆，所述第一固定窄波束收发器和所述第三固定窄波束收发器建立第五宽带数据链路，使得所述第五宽带数据链路能够绕开所述第一固定窄波束收发器与所述第三固定窄波束收发器之间的有线电缆，或能够提供对所述第一固定窄波束收发器或所述第三固定窄波束收发器中至少一个的测试。

7.如权利要求4所述的方法，还包括：基于当连接至相应的固定窄波束收发器时沿所述第一宽带信道和所述第二宽带信道同时进行通信、以及沿宽带信道中的一个宽带信道进行通信而所述宽带信道中的另一宽带信道正切换至沿所述规定路径安装的另一固定窄波束收发器，来维持所述连续宽带接入，每个宽带数据链路至少是一千兆比特每秒(1Gb/s)。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述连续宽带接入基于针对最小连接时间间隔和以高于第一数据速率的第二数据速率维持沿所述第一宽带数据链路和所述第二宽带数据链路的通信、并且在从所述第一宽带数据链路切换至所述第二宽带数据链路的切换时间期间缓冲数据流量，来被维持在所述第一数据速率，每个宽带数据链路至少是一千兆比特每秒(1Gb/s)，所述切换时间大幅小于每个相应的连接时间间隔。

9.如权利要求1所述的方法，其中切换包括：

所述第一移动窄波束收发器维持与所述第一固定窄波束收发器的连接，直到检测到所述车辆已经到达沿所述规定路径的第一规定路径位置；以及

响应于检测到所述车辆到达所述第一规定路径位置，所述第一移动窄波束收发器转向所述第二固定窄波束收发器的规定获取位置。

10.如权利要求1所述的方法，其中，切换是基于所述第一移动窄波束收发器以大约十(10)度或更小的转向角度、和大约十(10)毫秒或更少的转向时间从所述第一固定窄波束收发器转向所述第二固定窄波束收发器的。

11.一种装置，包括：

第一移动窄波束收发器，所述第一移动窄波束收发器被放置在车辆上，并且被配置为与沿所述车辆的规定路径安装的第一固定窄波束收发器建立第一宽带数据链路；以及

处理器电路，所述处理器电路被配置为：使得所述第一移动窄波束收发器从所述第一宽带数据链路切换至与第二固定窄波束收发器的第二宽带数据链路，所述第二固定窄波束收发器沿所述规定路径安装在固定窄波束收发器之后，使得所述车辆能够经由沿所述规定路径的规定序列的固定窄波束收发器来维持到广域网的连续宽带接入。

12.如权利要求11的装置，其中，宽带接入提供大约一千兆比特每秒(1Gb/s)或更大的带宽。

13.如权利要求12的装置，其中，所述第一移动窄波束收发器被配置为使用准直光的光链路或者厘米波链路或更小的波链路中的一个来与相应的固定窄波束收发器建立每个宽带数据链路。

14.如权利要求11所述的装置，其中：

所述第一移动窄波束收发器以及所述第一宽带数据链路和所述第二宽带数据链路相对所述车辆的规定路径被正向放置，从而建立提供所述连续宽带接入的第一宽带信道；

所述处理器电路还被配置为针对所述连续宽带接入提供相对所述规定路径反向的第二宽带信道。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述处理器电路被配置为基于以下操作来建立所述第二宽带信道：

使得在反向放置于所述车辆上的第二移动窄波束收发器与沿所述规定路径反向安装的第三固定窄波束收发器之间建立第三宽带数据链路；以及

使得所述第二移动窄波束收发器从所述第三宽带数据链路切换至与沿所述规定路径反向安装的第四固定窄波束收发器的第四宽带数据链路。

16.如权利要求14所述的装置，其中，所述处理器电路被配置为：基于当连接至相应的固定窄波束收发器时使得沿所述第一宽带信道和所述第二宽带信道同时进行通信、以及使得沿宽带信道中的一个宽带信道进行通信而所述宽带信道中的另一宽带信道正切换至沿所述规定路径安装的另一固定窄波束收发器，来维持所述连续宽带接入，每个宽带数据链路至少是一千兆比特每秒(1Gb/s)。

17.如权利要求11所述的装置，还包括存储器电路，所述存储器电路用于缓冲数据流量，所述处理器电路被配置为：基于针对最小连接时间间隔和以高于第一数据速率的第二数据速率维持沿所述第一宽带数据链路和所述第二宽带数据链路的通信、并且在从所述第一宽带数据链路切换至所述第二宽带数据链路的切换时间期间在所述存储器电路中缓冲数据流量，来将所述连续宽带接入维持在所述第一数据速率，每个宽带数据链路至少是一千兆比特每秒(1Gb/s)，所述切换时间大幅小于每个相应的连接时间间隔。

18.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器电路被配置为基于以下操作来将所述第一移动窄波束收发器从所述第一宽带数据链路切换至所述第二宽带数据链路：

由所述第一移动窄波束收发器维持与所述第一固定窄波束收发器的连接，直到检测到所述车辆已经到达沿所述规定路径的第一规定路径位置；以及

响应于检测到所述车辆到达所述第一规定路径位置，将所述第一移动窄波束收发器转向所述第二固定窄波束收发器的规定获取位置。

19.如权利要求10所述的装置，其中，所述第一移动窄波束收发器被配置为基于以大约十(10)度或更小的转向角度、和大约十(10)毫秒或更少的转向时间从所述第一固定窄波束收发器转向所述第二固定窄波束收发器来进行切换。

20.一种编码在一个或多个非暂态有形介质中用于执行的逻辑，并且当所述逻辑由机器执行时，能操作用于执行以下各项操作：

在被放置于车辆上的第一移动窄波束收发器与沿所述车辆的规定路径安装的第一固定窄波束收发器之间建立第一宽带数据链路；以及

由所述第一移动窄波束收发器从所述第一宽带数据链路切换至与第二固定窄波束收发器的第二宽带数据链路，所述第二固定窄波束收发器沿所述规定路径安装在所述第一固定窄波束收发器之后，使得所述车辆能够经由沿所述规定路径的规定序列的固定窄波束收发器来维持到广域网的连续宽带接入。