CN106888508B - 应用于城市轨道交通车地综合承载系统的频谱分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于城市轨道交通车地综合承载系统的频谱分配方法。该方法主要包括：将城市轨道交通沿线的物理无线接入点分解成多个虚拟无线接入点；将城市轨道交通车地综合承载系统中的各个业务分别分配一个所述虚拟无线接入点，根据每个业务的接入终端信息将所述物理无线接入点的频谱分配给各个业务对应的各个虚拟接入点上。本发明通过利用网络虚拟化技术，将各种城市轨道交通业务集成到同一个网络中，每一种业务接入到不同的虚拟无线接入点中。中心频谱控制器能根据每一个虚拟接入点的接入终端数目，终端业务需求，以及终端信道条件，将每一个物理无线接入点频谱分配给多个虚拟接入点。

Description

应用于城市轨道交通车地综合承载系统的频谱分配方法

技术领域

本发明涉及列车运行控制技术领域，尤其涉及一种应用于城市轨道交通车地综合承载系统的频谱分配方法。

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，基于通信的列车自动控制系统)系统，列车运行状态监测、PIS(Passenger Information System，乘客信息系统,)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系统主要作用为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)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

为了解决上述问题，建立车地综合承载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，已经业界已经将建立城市轨道交通车地综合承载系统提上了日程。现有技术中的一种车地通信综合承载系统的结构如图1所示，但目前的车地综合承载系统只是将各种不同的业务接入到一个网络中，各个业务的无线频谱分配并没有具体的标准。而且，由于CBTC系统对可靠性的要求，需要在同一地点布置两个无线接入点，目前，CCTV和PIS业务只是接入到一个无线接入点中，造成另一个接入点无线资源的严重浪费。如图1所示，车头的CBTC，

PIS和CCTV业务汇聚到一个网，只跟一侧的基站通信。另一侧的基站只给车尾的CBTC使用。这样的设计同样能保证CBTC系统的安全，但是无线资源的分配将变得不合理。

发明内容

本发明的实施例提供了一种应用于城市轨道交通车地综合承载系统的频谱分配方法，以实现在城市轨道交通车地综合承载系统中进行有效的频谱分配。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种应用于城市轨道交通车地综合承载系统的频谱分配方法，包括：

将城市轨道交通沿线的物理无线接入点分解成多个虚拟无线接入点；

将城市轨道交通车地综合承载系统中的各个业务分别分配一个所述虚拟无线接入点，根据每个业务的接入终端信息将所述物理无线接入点的频谱分配给各个业务对应的各个虚拟接入点上。

进一步地，所述的将城市轨道交通沿线的物理无线接入点分解成多个虚拟无线接入点，包括：

将城市轨道交通沿线的物理无线接入点分解成多个虚拟无线接入点，每一个虚拟无线接入点具有不同的SSID服务集标识，所述多个虚拟无线接入点能够被城市轨道交通车地综合承载系统中的业务占用，虚拟无线接入点的SSID对应占用该虚拟无线接入点的业务，每一个虚拟无线接入点的频谱宽度能自由调整。

进一步地，所述的将城市轨道交通车地综合承载系统中的各个业务分别分配一个所述虚拟无线接入点，根据每个业务的接入终端信息将所述物理无线接入点的频谱分配给各个业务对应的各个虚拟接入点上，包括：

所有虚拟无线接入点的频谱由城市轨道交通车地综合承载系统中的中心频谱控制器统一分配，所述中心频谱控制器将城市轨道交通车地综合承载系统中的各个业务分别分配到不同的虚拟无线接入点上，获取占用各个虚拟无线接入点的业务的接入终端数目、接入终端业务需求和接入终端信道条件信息，根据业务的接入终端数目、接入终端业务需求和接入终端信道条件信息将所述物理无线接入点频谱分配给各个业务对应的虚拟接入点上。

进一步地，所述城市轨道交通车地综合承载系统中的业务包括CBTC业务、PIS业务和CCTV业务，所述中心频谱控制器优先给所述CBTC业务分配频谱。

进一步地，所述方法还包括：

随着列车的移动，业务的接入终端信息发生变化，中心频谱控制器将根据各个业务的接入终端信息变化调整各个虚拟无线接入点上分配的频谱。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明通过利用网络虚拟化技术，将各种城市轨道交通业务集成到同一个网络中，每一种业务接入到不同的虚拟无线接入点中。采用集中式频谱管理，中心频谱控制器能获得所有虚拟接入点的接入终端信息，根据每一个虚拟接入点的接入终端数目，终端业务需求，以及终端信道条件，将每一个物理无线接入点频谱分配给多个虚拟接入点。利用本发明实施的频谱分配方法，能在保证CBTC业务需求的前提下，尽可能满足其他业务的服务质量。

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为现有技术中的一种车地通信综合承载系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种虚拟化技术在城市轨道交通中的应用示意图；

图3是本发明实施例提供的一种频谱分配方法示意图。

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的频谱分配方法，该方法能在保证CBTC系统业务可靠性的同时，更好的提高无线频谱资源的利用效率。

在本发明实施例中，综合承载系统在现有的城市轨道交通基于WLAN的CBTC车地通信系统之上升级改造完成，频率分配方法能在现有硬件设备上做适当的软件升级建立的，不需要增加新的硬件设备。

AP在同一地点需要冗余备份，以保证CBTC系统的可靠性，所有的冗余备份无线接入点接入同一个骨干网。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，相同的所有地面无线接入点。

轨道沿线的每一个无线接入点，虚拟成多个无线接入点，每一个虚拟无线接入点具有不同的SSID，该SSID对应不同的城市轨道交通不同的业务，包括CBTC，PIS和CCTV。所有的虚拟无线接入点的频谱由中心频谱控制器统一分配，中心频谱控制器能获得所有虚拟接入点的接入终端信息。

本发明提供了一种应用于城市轨道交通车地综合承载系统的频谱分配方法。该频谱分配方法主要应用于城市轨道交通综合承载系统，其中的系统由CBTC地面设备、PIS地面服务器、CCTV地面服务器、骨干网、无线接入点、车载移动台、车载PIS播放设备、车载CBTC设备和车载摄像头组成。本发明提出的频谱分配方法能在保证CBTC业务需求的前提下，尽可能满足PIS,CCTV等其他业务的服务质量。

为了完成这一目标，本发明首先利用网络虚拟化技术使得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。为本发明实施例提供的一种虚拟化技术在城市轨道交通中的应用示意图如图2所示，从一个物理的AP中虚拟出三个AP，三个不同的应用，CBTC，PIS以及CCTV分别使用不同的虚拟AP(Access Point,地面无线接入点)，但物理上，这三个应用都使用的是一个物理AP。车载承载不同业务的移动台只能跟具有相同SSID(Service Set Identifier，服务集标识)的虚拟AP进行关联和通信，中心频谱控制器通过对每一个虚拟AP的参数配置，能完成对虚拟网络的网络配置，包括最重要的频谱分配。

图3是本发明实施例提出的一种频谱分配方法示意图，在同一个地点部署两个地面物理AP，每一个地面物理AP虚拟出三个虚拟AP，分别对应CBTC，PIS和CCTV的接入AP。每一列车车头和车尾各有一套CBTC车载设备，为了提高CBTC系统的可靠性，车头和车尾的CBTC设备只能固定接入同一地点的特定物理AP所包含的CBTC虚拟AP，而不能在同一地点选择任意一个物理AP接入。在图3中，车头CBTC设备只能接入地面的黑色物理AP，车尾CBTC设备只能接入地面的白色物理AP。每一列车上只有一个PIS和CCTV移动终端，PIS和CCTV能接入同一地点两个物理AP所包含的PIS和CCTV的虚拟AP。

本发明提出的频谱分配方法是，所有的虚拟无线接入点的频谱由中心频谱控制器统一分配管理，中心频谱控制器能获得所有虚拟接入点的接入终端信息。然后根据每一个虚拟接入点的接入终端数目、终端业务需求和终端信道条件，将每一个物理无线接入点频谱分配给多个虚拟接入点。每一个虚拟无线接入点能占用一个物理接入点的所有频宽，也可以不占用任何频宽。

随着列车的移动，终端的信道条件也随之变化，中心频谱控制器将根据列车位置的移动变化调整各个虚拟无线接入点的频谱。原则是在保证CBTC业务需求的前提下，尽可能满足其他业务的服务质量。

综上所述，本发明为城市轨道交通综合车地通信系统设计了一种频率资源分配方法。特别的，首先利用网络虚拟化技术，将各种城市轨道交通业务集成到同一个网络中，每一种业务接入到不同的虚拟无线接入点中。本发明提出的频谱分配方法采用集中式频谱管理，该方法适用与现有城市轨道交通系统中针对CBTC系统的冗余设计，中心频谱控制器能获得所有虚拟接入点的接入终端信息。根据每一个虚拟接入点的接入终端数目，终端业务需求，以及终端信道条件，将每一个物理无线接入点频谱分配给多个虚拟接入点。

利用本发明实施的频谱分配方法，能在保证CBTC业务需求的前提下，尽可能满足其他业务的服务质量。

相比于现有的城市轨道交通车地通信系统解决方案，本发明能够大大减少物理基础设施建设，降低了轨道交通通信系统的投资。同时也降低了后期工程上对设备的维护费用。现阶段，无线频谱是非常稀缺的资源，利用本发明的频谱分配方法，能够大大减少城市轨道交通对无线频谱的需求，为社会节约了更多的无线频谱。

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)

1.一种应用于城市轨道交通车地综合承载系统的频谱分配方法，其特征在于，包括：

将城市轨道交通沿线的物理无线接入点分解成多个虚拟无线接入点；

将城市轨道交通车地综合承载系统中的各个业务分别分配一个所述虚拟无线接入点，根据每个业务的接入终端信息将所述物理无线接入点的频谱分配给各个业务对应的各个虚拟接入点上；

所述的将城市轨道交通沿线的物理无线接入点分解成多个虚拟无线接入点，包括：

将城市轨道交通沿线的物理无线接入点分解成多个虚拟无线接入点，每一个虚拟无线接入点具有不同的SSID服务集标识，所述多个虚拟无线接入点能够被城市轨道交通车地综合承载系统中的业务占用，虚拟无线接入点的SSID对应占用该虚拟无线接入点的业务，每一个虚拟无线接入点的频谱宽度能自由调整；

所述的将城市轨道交通车地综合承载系统中的各个业务分别分配一个所述虚拟无线接入点，根据每个业务的接入终端信息将所述物理无线接入点的频谱分配给各个业务对应的各个虚拟接入点上，包括：

所有虚拟无线接入点的频谱由城市轨道交通车地综合承载系统中的中心频谱控制器统一分配，所述中心频谱控制器将城市轨道交通车地综合承载系统中的各个业务分别分配到不同的虚拟无线接入点上，获取占用各个虚拟无线接入点的业务的接入终端数目、接入终端业务需求和接入终端信道条件信息，根据业务的接入终端数目、接入终端业务需求和接入终端信道条件信息将所述物理无线接入点频谱分配给各个业务对应的虚拟接入点上；

所述城市轨道交通车地综合承载系统中的业务包括CBTC业务、PIS业务和CCTV业务，所述中心频谱控制器优先给所述CBTC业务分配频谱，在城市轨道交通沿线的同一个地点部署两个地面物理AP，每一个地面物理AP虚拟出三个虚拟AP，分别对应CBTC，PIS和CCTV的接入AP，每一列车车头和车尾各有一套CBTC车载设备，车头和车尾的CBTC设备只能固定接入同一地点的特定物理AP所包含的CBTC虚拟AP，而不能在同一地点选择任意一个物理AP接入，每一列车上只有一个PIS和CCTV移动终端，PIS和CCTV能接入同一地点两个物理AP所包含的PIS和CCTV的虚拟AP；

随着列车的移动，业务的接入终端信息发生变化，中心频谱控制器将根据各个业务的接入终端信息变化调整各个虚拟无线接入点上分配的频谱。

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