CN107911847A - 车地通信中wlan和lte并行的系统及使用方法 - Google Patents

车地通信中wlan和lte并行的系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种车地通信中WLAN和LTE并行的系统，所述系统包括：车载设备、与所述车载设备通信的LTE‑M系统、与车载设备通信的WLAN系统；其中，在车‑地网络覆盖的车辆段，所述LTE‑M系统的三层路由设备与WLAN系统的三层交换机连接。本发明中的WLAN和LTE‑M系统并行工作的方案能够保证一个网络系统通信质量不好时切换到另一个网络系统，进而保证车地通信正常，实现列车的正常运行。

Description

车地通信中WLAN和LTE并行的系统及使用方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道交通中车地通信中WLAN和LTE并行的系统及使用方法。
背景技术
根据CBTC系统的控制信息、列车状态信息通信的需要，控制中心(ATS)、轨旁设备需要与车辆建立网络连接。目前，列车运行控制系统中的数据通信系统采用单一的WLAN系统来传输数据，维持车辆和地面通信。
然而，WLAN系统采用公用频段，易受干扰；高速移动场景带宽的稳定性也无法保障；其没有业务优先级保障机制，不适用于综合承载。进一步地，由于现在的CBTC系统和CCTV系统独立建网，此时CBTC系统使用WLAN系统导致频率资源浪费严重。
特别地，若WLAN系统发生故障，则车地通信无法保证，影响线路的正常运行。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种车地通信中WLAN和LTE并行的系统及使用方法，能够兼容WLAN系统和LTE-M系统，有效地保证了车地通信正常。
第一方面，本发明提供一种车地通信中WLAN和LTE并行的系统，包括：车载设备、与所述车载设备通信的LTE-M系统、与车载设备通信的WLAN系统；
其中，在车-地网络覆盖的车辆段，所述LTE-M系统的三层路由设备与用于接入WLAN系统的三层交换机连接。
可选地，用于接入WLAN系统的三层交换机通过以太网接口连接所述LTE-M系统的三层路由设备。
可选地，所述车载设备包括：
VOBC、与所述VOBC连接的车载交换机、与所述车载交换机连接的至少一个TAU、与所述VOBC连接的车载客户端；
在所述车载设备与所述LTE-M系统通信时，所述TAU与所述LTE-M系统的RRU交互；
在所述车载设备与所述WLAN系统通信时，所述车载客户端与所述WLAN系统的AP交互。
可选地，所述车载设备包括：设置在CBTC系统中每一列车车头的TAU、设置在CBTC系统中每一列车车尾的TAU。
可选地，所述LTE-M系统的三层路由设备与所述车载设备对应的网关均配置在车辆段的属于ATC网络的且用于接入WLAN系统的三层交换机中。
第二方面，本发明提供一种车地通信中WLAN和LTE并行的系统的使用方法，包括：
运行中的车载VOBC检测到当前使用的第一网络系统的通信信号在预设时间段内信号质量较差，以及检测到第二网络系统的通信信号在所述预设时间段内的信号质量良好；
所述VOBC向CBTC系统的地面设备发送网络切换指令，所述网络切换指令包括：将所述第一网络系统切换为第二网络系统的信息；
所述VOBC接收地面设备反馈的切换成功响应，所述切换成功响应为所述地面设备根据所述网络切换指令将当前第一网络系统的数据通信通道切换为第二网络的数据通信通道之后发送的；
所述VOBC采用第二网络系统的数据通信通道与所述第二网络系统的地面设备进行交互；
其中，所述第一网络系统为WLAN系统、第二网络系统为LTE-M系统；
或者，所述第一网络系统为LTE-M系统、第二网络系统为WLAN系统。
可选地，所述VOBC接收地面设备反馈的切换成功响应的步骤之后，所述VOBC采用第二网络系统的数据通信通道与所述第二网络系统的地面设备进行交互的步骤之前，所述方法还包括：
所述VOBC将当前使用的第一网络系统的数据通信通道切换为第二网络系统的数据通信通道，以及向所述地面设备发送切换完成消息。
可选地，所述运行中的车载VOBC检测到当前使用的第一网络系统的通信信号在预设时间段内信号质量较差的步骤，包括：
所述运行中的车载VOBC在使用第一网络系统进行通信过程中，确定预设时间段内与地面设备交互的信息中的丢包率均大于第一预设值，则确定第一网络系统的通信信号的信号质量较差。
可选地，所述运行中的车载VOBC检测到第二网络系统的通信信号在所述预设时间段内的信号质量良好的步骤，包括：
所述运行中的车载VOBC在确定第一网络系统的通信信号的信号质量较差时，对第二网络系统的进行通信测试，确定预设时间段内与地面设备交互的信息中的丢包率是否小于第一预设值，
若是，则确定第一网络系统的通信信号的信号质量较好。
由上述技术方案可知，本发明提出的车地通信中WLAN和LTE并行的系统及使用方法，能够兼容WLAN和LTE-M两种系统，且LTE-M系统的高可靠的抗干扰能力、高效的多业务优先级保障机制、高速移动下的稳定传输的特性更好的提升了车地通信水平；且能够在一方通信质量较差时可以切换到另一方，有效保障了车地通信正常，保证列车的正常运行。
附图说明
图1为CBTC系统中的骨干网的示意图；
图2为现有的WLAN系统下车-地无线网络结构示意图；
图3为现有的WLAN系统的系统架构图；
图4为本发明实施例提供的车地通信中WLAN和LTE并行的系统架构图；
图5为本发明中采用LTE-M无线系统承载CBTC车地无线业务的的无线系统架构图；
图6为本发明实施例提供的车地通信中WLAN和LTE并行的系统的使用方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，在本文中，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”字样仅仅用来将相同的名称区分开来，而不是暗示这些名称之间的关系或者顺序。
当前，数据通信系统的有线网络系统的各个部分通过冗余的光纤骨干网互相连接起来。如图1所示，一段骨干网络以及相应的节点和以太网交换机构成了轨旁网络的一部分，该轨旁网络沿线路延伸，构成整个信号系统的有线网络系统。
图1中示出的有线网络系统全部采用工业级以太网交换机。图1中的骨干网由五个独立的网络组成，其中ATC网络为2个冗余备份的环网，ATS网络为2个冗余备份的环网，维护网(图1中的维修诊断)为1个环网。
为更好的理解本发明的内容，现有的车-地无线网络设备包括轨旁接入点(AP)、定向天线、车载无线单元、车载天线以及各种射频电缆。车-地无线网络覆盖的线路区域包括：正线区间线路、车站正线、折返线、停车线、联络线、试车线、车辆段/停车场出/入段线等。
目前，ATC网络在各个车站和控制中心使用二层网络进行数据转发，在车辆段/停车场为了与试车线进行逻辑的隔离采用了三层网络。ATS网和维护网使用二层网络进行数据转发。ATS网络是指在一条线路上所布置的所有ATS设备组成的网络。
结合图2和图3所示，车-地无线网络采用双网冗余，图2中的AP代表地面设备的无线通信设备，其中，车载设备与地面设备无线通信，地面设备之间通过骨干网相连。
在图3中，列车通过车载WLAN无线设备和地面的WLAN无线设备进行通信。车载信息通过车载WLAN无线设备转发到地面WLAN无线设备，地面WLAN无线设备将车载信息转入到地面骨干网络；地面设备(RBC、ATS设备)信息通过地面WLAN无线设备转发到车载WLAN无线设备，车载WLAN无线设备再转到车载设备。
由于WLAN系统采用公用频段，易受干扰；高速移动场景带宽的稳定性也无法保障；其没有业务优先级保障机制，不适用于综合承载。为此，本发明实施例提供一种车地通信中WLAN和LTE并行的系统，如下所述。
如图4所示，图4示出了本发明实施例提供的车地通信中WLAN和LTE并行的系统架构图；本实施例的系统包括：
车载设备、与所述车载设备通信的LTE-M系统、与车载设备通信的WLAN系统；
其中，在车-地网络覆盖的车辆段，所述LTE-M系统的三层路由设备与用于接入WLAN系统的属于ATC网络的三层交换机连接。
在实际应用中，WLAN系统的三层交换机通过以太网接口连接所述LTE-M系统的三层路由设备。
本实施例中，LTE-M系统是以核心交换机为中心采用三层设计的系统，LTE-M系统通过IP的方式与CBTC网络连接，保证网络的隔离性，确保CBTC传输安全。
其中，LTE-M是针对城市轨道交通综合业务承载需求的TD-LTE(分时LTE，TimeDivision LTE)系统，支持列车运行控制系统车地通信业务、车载视频监视业务、PIS车载视频业务、集群调度业务等。LTE-M系统的eBBU通过光纤与轨旁的eRRU通信，并通过漏缆/天线实现对目标区域的覆盖为行驶列车提供稳定的无线宽带接入链路。
图5示出了采用LTE-M无线系统承载CBTC车地无线业务的无线系统架构图，在图5中，通过LTE-M系统中的LTE-M-RT(三层路由设备)与WLAN网络中位于车辆段的ATC-SW-A(三层交换机)连接从而将LTE-M网络连接到采用WLAN系统的CBTC无线通信网络中。
另外，图4所示的车载设备可包括：VOBC(vehicle on-board controller，车载控制器)、与所述VOBC连接的车载交换机、与所述车载交换机连接的至少一个TAU、与所述VOBC连接的车载客户端；
其中，在所述车载设备与所述LTE-M系统通信时，所述TAU与所述LTE-M系统的RRU交互；在所述车载设备与所述WLAN系统通信时，所述车载客户端与所述WLAN系统的AP交互。
在具体应用中，针对车载设备，可在列车的车头和车尾，分别设置TAU，通过车载交换机与CBTC的车载VOBC相连，实现CBTC控制信息、列车状态信息的双向传输功能。
本实施例的车地通信中WLAN和LTE并行的系统，能够兼容WLAN和LTE-M两种系统，且LTE-M系统的高可靠的抗干扰能力、高效的多业务优先级保障机制、高速移动下的稳定传输的特性更好的提升了车地通信水平；且能够在一方通信质量不好之时可以切换到另一方，有效保障了车地通信正常，保证列车的正常运行。
在实际应用中，为了更好的兼容WLAN和LTE-M两种系统，车载设备和地面设备需要通过三层的方式进行组网来实现WLAN和LTE-M并行工作的需求。可理解的是，本实施例中的地面设备，即为铺设在地面的设备，例如ATS、ZC、LTE或WLAN的地面基站等。
地面设备的网关配置在车辆段/停车场ATC三层交换机中，为此，LTE-M系统可将LTE-M-RT(三层路由设备)配置在车辆段/停车场ATC网络的三层交换机，进而通过停车场的三层交换机接入CBTC的ATC网络中。
为此，LTE-M网络(路由器设备)与车辆段/停车场ATC三层交换机采用三层路由网络通信，通过修改车辆段/停车场ATC三层交换机的路由指向是指向LTE-M-RT还是指向AP-PW来实现CBTC数据是通过LTE-M网络还是通过WLAN网络来传输。
从CBTC系统的停车场ATC三层交换机通过以太网接口连接到LTE-M系统的核心路由器上，通过路由器实现CBTC系统业务的接入，同时实现与其它业务之间的隔离和网络安全需求。
本实施例中车载设备的网关也配置在停车场ATC三层核心交换机上。LTE-M网络(路由器设备)与CBTC采用网络通信，通过修改VOBC指向是指向LTE-M车载交换机还是指向Client来实现CBTC信息是通过LTE-M网络还是WLAN网络来传输数据。
也就是说，LTE-M系统的三层路由设备与所述车载设备对应的网关均配置在车辆段的属于ATC网络的且用于接入WLAN系统的三层交换机中。
图6示出了本发明实施例提供的车地通信中WLAN和LTE并行的系统的使用方法的流程图，如图6所示，本实施例的方法包括下述的步骤：
601、运行中的车载VOBC检测到当前使用的第一网络系统的通信信号在预设时间段内信号质量较差，以及检测到第二网络系统的通信信号在所述预设时间段内的信号质量良好。
例如，运行中的车载VOBC在使用第一网络系统进行通信过程中，确定预设时间段内与地面设备交互的信息中的丢包率均大于第一预设值，则确定第一网络系统的通信信号的信号质量较差。
另外，运行中的车载VOBC在确定第一网络系统的通信信号的信号质量较差时，对第二网络系统的进行通信测试，确定预设时间段内与地面设备交互的信息中的丢包率是否小于第一预设值，
若是，则确定第一网络系统的通信信号的信号质量较好。
602、VOBC向CBTC系统的地面设备发送网络切换指令，所述网络切换指令包括：将所述第一网络系统切换为第二网络系统的信息；
603、VOBC接收地面设备反馈的切换成功响应，所述切换成功响应为所述地面设备根据所述网络切换指令将当前第一网络系统的数据通信通道切换为第二网络的数据通信通道之后发送的；
604、VOBC采用第二网络系统的数据通信通道与所述第二网络系统的地面设备进行交互。
在一种实施例中，图6中的第一网络系统为WLAN系统、第二网络系统为LTE-M系统；
在另一实施例中，图6中的第一网络系统为LTE-M系统、第二网络系统为WLAN系统。
本实施例中的地面设备可为能够与VOBC进行数据交互的且属于铺设在地面上的设备。
应说明的是，车载VOBC在运行中同时检测LTE-M系统和WLAN系统的通信质量。只有其中一个通信系统是信号良好，可以满足数据安全通信，另一系统通信信号质量在一定时间内持续比较差不能能满足数据安全通信时才允许数据通道传输的切换。
可选地，在具体应用中，前述步骤603之后，步骤604之前，所述方法还包括下述的图中未示出的步骤604a:
604a：所述VOBC将当前使用的第一网络系统的数据通信通道切换为第二网络系统的数据通信通道，以及向所述地面设备发送切换完成消息。
在执行步骤604a之后，可执行步骤604。
也就是说，在WLAN系统和LTE-M系统并行的系统中，列车在运行中时刻检测两个系统通信信号的质量，如果在一定时间内当前使用的系统的通信信号质量不能满足数据的安全传输，则切换到另一系统，即由WLAN无线通信系统切换到LTE-M无线通信系统，或者由LTE-M无线通信系统切换到WLAN无线通信系统。
举例来说，从WLAN系统切换到LTE-M系统的步骤包括：
A01、VOBC检测到WLAN系统信号质量在预设时间段内持续减弱，该信号质量无法满足数据的安全传输，向地面设备发出切换指令。
该步骤的切换指令用于通知地面设备当前WLAN系统的信号减弱，准备切换数据通信网络。
A02、地面设备收到VOBC的切换指令后，将WLAN系统的数据通信通道转换到LTE-M系统的数据通信通道，并向VOBC发送收到切换消息的应答消息。
A03、VOBC收到地面设备的应答消息后，将WLAN系统的数据通信通道转换到LTE-M系统的数据通信通道，并向地面设备发送切换已完成消息。
应说明的是，该步骤中，向地面设备发送切换已完成消息是通过LTE-M系统的数据通信通道发送并与地面设备交互的。
A04、地面设备收到VOBC发送的切换已完成消息后，开始通过LTE-M系统的数据通信通道传输相关数据。
举例来说，从LTE-M系统切换到WLAN系统的步骤包括：
B01、VOBC检测到LTE-M系统信号质量在预设时间段内持续减弱，该信号质量无法满足数据的安全传输，向地面设备发出切换指令。
该步骤的切换指令用于通知地面设备当前LTE-M系统的信号减弱，准备切换数据通信网络。
B02、地面设备收到VOBC的切换指令后，将LTE-M系统的数据通信通道转换到WLAN系统的数据通信通道，并向VOBC发送收到切换消息的应答消息。
B03、VOBC收到地面设备的应答消息后，将LTE-M系统的数据通信通道转换到WLAN系统的数据通信通道，并向地面设备发送切换已完成消息。
应说明的是，该步骤中，向地面设备发送切换已完成消息是通过WLAN系统的数据通信通道发送并与地面设备交互的。
B04、地面设备收到VOBC发送的切换已完成消息后，开始通过WLAN系统传输应用数据。
本实施例的方法能够兼容WLAN和LTE-M两种系统，在一方通信质量不好之时可以切换到另一方，保障车地通信正常，保证列车的正常运行。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
本领域技术人员可以理解，实施例中的各步骤可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种车地通信中WLAN和LTE并行的系统，其特征在于，包括：
车载设备、与所述车载设备通信的LTE-M系统、与车载设备通信的WLAN系统；
其中，在车-地网络覆盖的车辆段，所述LTE-M系统的三层路由设备与用于接入WLAN系统的三层交换机连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用于接入WLAN系统的三层交换机通过以太网接口连接所述LTE-M系统的三层路由设备。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述车载设备包括：
VOBC、与所述VOBC连接的车载交换机、与所述车载交换机连接的至少一个TAU、与所述VOBC连接的车载客户端；
在所述车载设备与所述LTE-M系统通信时，所述TAU与所述LTE-M系统的RRU交互；
在所述车载设备与所述WLAN系统通信时，所述车载客户端与所述WLAN系统的AP交互。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述车载设备包括：设置在CBTC系统中每一列车车头的TAU、设置在CBTC系统中每一列车车尾的TAU。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述LTE-M系统的三层路由设备与所述车载设备对应的网关均配置在车辆段的属于ATC网络的且用于接入WLAN系统的三层交换机中。
6.一种基于权1至权5任一所述系统的使用方法，其特征在于，包括：
运行中的车载VOBC检测到当前使用的第一网络系统的通信信号在预设时间段内信号质量较差，以及检测到第二网络系统的通信信号在所述预设时间段内的信号质量良好；
所述VOBC向CBTC系统的地面设备发送网络切换指令，所述网络切换指令包括：将所述第一网络系统切换为第二网络系统的信息；
所述VOBC接收地面设备反馈的切换成功响应，所述切换成功响应为所述地面设备根据所述网络切换指令将当前第一网络系统的数据通信通道切换为第二网络的数据通信通道之后发送的；
所述VOBC采用第二网络系统的数据通信通道与所述第二网络系统的地面设备进行交互；
其中，所述第一网络系统为WLAN系统、第二网络系统为LTE-M系统；
或者，所述第一网络系统为LTE-M系统、第二网络系统为WLAN系统。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述VOBC接收地面设备反馈的切换成功响应的步骤之后，所述VOBC采用第二网络系统的数据通信通道与所述第二网络系统的地面设备进行交互的步骤之前，所述方法还包括：
所述VOBC将当前使用的第一网络系统的数据通信通道切换为第二网络系统的数据通信通道，以及向所述地面设备发送切换完成消息。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述运行中的车载VOBC检测到当前使用的第一网络系统的通信信号在预设时间段内信号质量较差的步骤，包括：
所述运行中的车载VOBC在使用第一网络系统进行通信过程中，确定预设时间段内与地面设备交互的信息中的丢包率均大于第一预设值，则确定第一网络系统的通信信号的信号质量较差。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述运行中的车载VOBC检测到第二网络系统的通信信号在所述预设时间段内的信号质量良好的步骤，包括：
所述运行中的车载VOBC在确定第一网络系统的通信信号的信号质量较差时，对第二网络系统的进行通信测试，确定预设时间段内与地面设备交互的信息中的丢包率是否小于第一预设值，
若是，则确定第一网络系统的通信信号的信号质量较好。
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