CN109996208B - 基于c-ran架构的真空管高速飞行列车车地通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于C‑RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法，包括：对无线射频拉远RRH中配置缓存器，并在所述缓存器的部分空间内预先缓存具有一定搜索度的内容；乘客通过无线链路向列车所处小区的无线射频拉远RRH‑m请求内容t，BBU池根据下行链路存储机制对所述的请求内容t通过RRH进行预缓存与传送；列车所处小区的无线射频拉远RRH‑m根据上行链路的延迟上传机制对传输数据进行上传。本发明的方法可以减轻真空管高速飞行列车车地通信中前程链路的负担，大幅提高C‑RAN架构的性能。

Description

基于C-RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法
技术领域
本发明涉及真空管道高速飞行列车车地通信技术领域，尤其涉及一种基于C-RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法。
背景技术
真空管道高速飞行列车是近几年来发展出一种新型的交通运输方式，为了保障列车的正常运行和用户的通信需求，近几年基于云的无线接入网(Cloud Radio AccessNetworks,C-RAN)是一种新型的通信接入网架构。现有的传统基站由天线、基带处理单元(Baseband Units,BBUs)和无线射频拉远(Remote Radio Head,RRH)三部分组成，其中RRH和BBU放在同一机房中；而C-RAN是将多个BBU集中到一个基带处理池(简称BBU池)，成千上万的RRH连接到集中式基带池，BBU池对这些资源实行集中控制。C-RAN大幅度降低了机房数量、站址配套设施和站址租赁等费用，节省了建设和运营成本，同时BBU集中化使得BBU之间的延迟大大降低，确保了小区的边缘吞吐率，还方便了资源的集中控制和调度，大大提高了资源利用率及工作效率。
在C-RAN系统中，分布在RRH与BBU池中间的前程链路容量是有限的，对于一些特殊的应用，前程链路容量也是不够的。对于真空管飞行列车通信来说，列车上的高清视频监控数据、车载传感器数据等信息也需要实时上传地面控制中心，因此，前程链路容量也极大约束和影响着车地通信系统的性能。为了在前程容量约束的条件下提升C-RAN性能，已有相关文献进行信号量化/压缩相关技术的研究。当今对C-RAN的研究，大多集中在绿色通信的能耗方面，而将RRH缓存配置在超高速移动环境下，如何有效设计资源分配方案，提升系统性能，现有的工作十分有限。
因此，需要一种可以综合提升C-RAN性能的真空管道高速飞行列车车地通信方法。
发明内容
本发明提供了一种基于C-RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法，以提升C-RAN性能。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明提供了一种基于C-RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法，包括：
S1对无线射频拉远RRH中配置缓存器，并在所述缓存器的部分空间内预先缓存具有一定搜索度的内容；
S2乘客通过无线链路向列车所处小区的无线射频拉远RRH-m请求内容t，BBU池根据下行链路存储机制对所述的请求内容t通过RRH进行预缓存与传送；
S3列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据上行链路的延迟上传机制对非实时传输数据进行上传。
优选地，BBU池根据下行链路存储机制对所述的请求内容t通过RRH进行预缓存与传送，包括：
BBU池根据乘客请求的内容t在所述的RRH-m中进行查询，当所述的请求内容t在所述RRH-m中时，所述RRH-m直接将所述内容t传输至乘客；
当所述的请求内容t不在所述RRH-m中时，根据所述列车的实时信息计算出通过无线链路完整传输所述内容t所需时延Δtk和列车运行从当前位置至所述列车将运行到的下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内所需的时间Δt0：
当Δtk≤Δt0时，BBU池在当前RRH-m覆盖范围内将用户所请求内容t传输给所述用户；
当Δtk＞Δt0时，判断RRH-{m+1}的已用缓存中是否存在用户所请求的内容t，若存在，则待列车运行至该RRH覆盖范围后，从RRH-{m+1}中直接将所述内容t传送至所述乘客；若不存在，则云端预先根据RRH-{m+1}的空闲缓存将部分或全部请求内容t发送至RRH-{m+1}，待列车运行至RRH-{m+1}覆盖范围内，从缓存中将该预存储的资源传送至乘客。
优选地，列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据上行链路的延迟上传机制对非实时传输数据进行上传，包括：
列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据存储内容的实时性将列车数据分为实时传输数据和非实时传输数据，将非实时传输数据存储至RRH-m中，BBU池根据实时监测的实时传输数据是否已经全部传送完毕，或列车是否运行至下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内，若满足任一条件，则BBU池向RRH-m发送传输控制信号，RRH-m中将列车非实时数据上传至BBU池，否则RRH-m不进行上传。
优选地，通过无线链路完整传输所述内容t所需时延Δtk根据下式(1)计算：
Figure BDA0001972277740000031
其中，Rk为分配给所述乘客的无线链路容量，
Figure BDA0001972277740000032
为乘客请求内容t的总信息量，θk,t∈{0,1}表示乘客k是否请求内容t，Ct表示内容t所含信息量,
Figure BDA0001972277740000033
表示未存储在缓存中的所请求内容t从BBU池经由前程链路所用时延，ik,t∈{0,1}表示RRH-m缓存中是否存有内容t，Fm表示RRH-m前程链路容量。
优选地，列车运行从当前位置至所述列车将运行到的下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内所需的时间Δt0根据下式(2)计算：
Figure BDA0001972277740000041
其中，L为列车当前位置距离对应RRH-m边缘的距离(L≤Lm，Lm表示RRH-m覆盖范围)，v0为列车当前的运行速度。
优选地，实时传输数据包括列车实时传输数据和用户数据。
优选地，BBU池预先根据RRH-{m+1}的空闲缓存将部分或全部请求内容t发送至RRH-{m+1}，包括：在RRH-{m+1}的空闲缓存中预存储内容的信息量为：
Figure BDA0001972277740000042
其中，Sempty表示空闲缓存的存储容量，
Figure BDA0001972277740000043
表示剩余内容的信息量，L为列车当前位置距离对应RRH-m边缘的距离，v0为列车当前的运行速度，θk,t∈{0,1}表示乘客k是否请求内容t，Rk为分配给所述乘客的无线链路容量，Ct表示内容t所含信息量。
优选地，该方法还包括：列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据存储内容的实时性将列车数据分为实时传输数据和非实时传输数据，将实时传输数据通过前程链路直接传送至BBU池。
由上述本发明的提供的技术方案可以看出，本发明的基于C-RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法，通过在RRH端配置缓存用于临时存储信息，在真空管道高速飞行列车下行链路进行预存储以及上行链路的延迟上传，可以降低信息传输时延，避免前程链路拥塞的现象，减轻前程链路的负担，同时提高了资源利用率，进一步保障了乘客通信的可靠性，改善了C-RAN的通信性能。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例的基于C-RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法流程图；
图2为基于C-RAN的车地通信架构示意图；
图3为下行链路的预存储方案示意图；
图4为上行链路的延迟上传方案示意图。
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。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，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本实施例的基于C-RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法流程图，参照图1，该方法包括：
S1对无线射频拉远RRH中配置缓存器，并在所述缓存器的部分空间内预先缓存具有一定搜索度的内容。
其中，无线射频拉远RRH中的缓存空间分为两部分，一部分为已用缓存，用于存储具有一定搜索度的内容，示意性地，可以在存储器中存储近期流行的电影或电视剧；另一部分为空闲缓存，用于缓存乘客的请求内容。
S2乘客通过无线链路向列车所处小区的无线射频拉远RRH-m请求内容t，BBU池根据下行链路存储机制对所述的请求内容t通过RRH进行预缓存与传送。
传统的缓存机制通信的核心是将用户频繁访问的网络资源存储基站缓存中，当用户请求该资源时，直接从基站中将资源传送给用户，以降低时延和减轻前程链路负担。真空管飞行列车由于乘客有限(不超过20人)，而乘客访问相同的大体量网路资源概率较小,因而本发明将缓存细分为已用缓存和空闲缓存，其中空闲缓存暂时不存储任何内容，其仅用于列车即将到达前预存储用户请求的内容。图2为基于C-RAN的车地通信架构示意图，参照图2，由于网络层知晓飞行列车和乘客下一个即将运动进入的小区，而此小区现在处于业务空闲状态(无上传和下载)，根据业务特征，云端可以提前将乘客当前正下载的(部分)数据信息预先下载到RRH-{m+1}的空闲缓存器中，待乘客随列车移动到下一个小区就可直接从RRH-{m+1}的缓存器下载，而非通过前程链路下载，这样非常有助于前程链路保证安全和实时性要求更高的数据的下载。
图3为下行链路的预存储方案示意图，参照图3，BBU池根据乘客请求的内容t在所述的RRH-m中进行查询，当所述的请求内容t在所述RRH-m中时，所述RRH-m直接将所述内容t传输至乘客。
当请求内容t不在所述RRH-m中时，根据所述列车的实时信息计算出通过无线链路完整传输所述内容t所需时延Δtk和列车运行从当前位置至所述列车将运行到的下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内所需的时间Δt0：
通过无线链路完整传输所述内容t所需时延Δtk根据下式(1)计算：
Figure BDA0001972277740000071
其中，Rk为分配给所述乘客的无线链路容量，
Figure BDA0001972277740000072
为乘客请求内容t的总信息量，θk,t∈{0,1}表示乘客k是否请求内容t，Ct表示内容t所含信息量,
Figure BDA0001972277740000073
表示未存储在缓存中的所请求内容t从BBU池经由前程链路所用时延，ik,t∈{0,1}表示RRH-m缓存中是否存有内容t，Fm表示RRH-m前程链路容量。
列车运行从当前位置至所述列车将运行到的下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内所需的时间Δt0根据下式(2)计算：
Figure BDA0001972277740000074
其中，L为列车当前位置距离对应RRH-m边缘的距离(L≤Lm，Lm表示RRH-m覆盖范围)，v0为列车当前的运行速度。
当Δtk≤Δt0时，BBU池在当前RRH-m覆盖范围内将用户所请求内容t传输给所述用户。
当Δtk＞Δt0时，判断RRH-{m+1}的已用缓存中是否存在用户所请求的内容t，若存在，则待列车运行至该RRH覆盖范围后，从RRH-{m+1}中直接将所述内容t传送至所述乘客；若不存在，则BBU池预先根据RRH-{m+1}的空闲缓存将部分或全部请求内容t发送至RRH-{m+1}，待列车运行至RRH-{m+1}覆盖范围内，从缓存中将该预存储的资源传送至乘客。
BBU池预先根据RRH-{m+1}的空闲缓存将部分或全部请求内容t发送至RRH-{m+1}，包括：在RRH-{m+1}的空闲缓存中预存储内容的信息量为：
Figure BDA0001972277740000081
其中，Sempty表示空闲缓存的存储容量，
Figure BDA0001972277740000082
表示剩余内容的信息量，通过上式(3)可知，若剩余信息量小于空闲缓存的存储容量，则表明乘客所请求内容在下一个RRH覆盖范围内能全部传输完毕，否则还需将内容继续预存储至RRH-{m+2}缓存中。
S3列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据上行链路的延迟上传机制对非实时传输数据进行上传。
和上行链路预下载相似，当列车离开当前小区进入到下一个小区后，离开后小区的业务处于空闲，而飞行列车上有大量的传感器检测数据和视频监控等非实时传输数据需要上传地面控制中心，因此，当列车在当前小区时，这些传感器检测数据和视频监控数据首先上传存至RRH-m缓存器，当列车离开当前小区，RRH-m再利用上行链路延迟上传这些监控数据，这样，有助于前程链路保证安全和实时性要求更高的数据的上传。
具体地，图4为上行链路的延迟上传方案示意图，参照图4，列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据存储内容的实时性将列车数据分为实时传输数据和非实时传输数据，将实时传输数据直接传送至BBU池，将非实时传输数据存储至RRH-m中，BBU池根据实时监测的实时传输数据是否已经全部传送完毕，或列车是否运行至下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内，若满足任一条件，则BBU池向RRH-m发送传输控制信号，RRH-m中将列车非实时数据上传至BBU池，否则RRH-m不进行上传。
其中，实时传输数据包括列车实时传输数据和用户数据。
本领域技术人员应能理解，上述所举的根据用户信息决定调用策略仅为更好地说明本发明实施例的技术方案，而非对本发明实施例作出的限定。任何根据用户属性来决定调用策略的方法，均包含在本发明实施例的范围内。
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。
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 (6)

1.一种基于C-RAN架构的真空管高速飞行列车车地通信方法，其特征在于，包括：
对无线射频拉远RRH中配置缓存器，并在所述缓存器的部分空间内预先缓存具有一定搜索度的内容；
乘客通过无线链路向列车所处小区的无线射频拉远RRH-m请求内容t，BBU池根据下行链路存储机制对所述的请求内容t通过RRH进行预缓存与传送包括：
BBU池根据乘客请求的内容t在所述的RRH-m中进行查询，当所述的请求内容t在所述RRH-m中时，所述RRH-m直接将所述内容t传输至乘客；
当所述的请求内容t不在所述RRH-m中时，根据所述列车的实时信息计算出通过无线链路完整传输所述内容t所需时延Δtk和列车运行从当前位置至所述列车将运行到的下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内所需的时间Δt0：
当Δtk≤Δt0时，BBU池在当前RRH-m覆盖范围内将用户所请求内容t传输给所述用户；
当Δtk＞Δt0时，判断RRH-{m+1}的已用缓存中是否存在用户所请求的内容t，若存在，则待列车运行至该RRH覆盖范围后，从RRH-{m+1}中直接将所述内容t传送至所述乘客；若不存在，则云端预先根据RRH-{m+1}的空闲缓存将部分或全部请求内容t发送至RRH-{m+1}，待列车运行至RRH-{m+1}覆盖范围内，从缓存中将部分或全部请求内容t传送至乘客；
列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据上行链路的延迟上传机制对非实时传输数据进行上传：包括：
列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据存储内容的实时性将列车数据分为实时传输数据和非实时传输数据，将非实时传输数据存储至RRH-m中，BBU池根据实时监测的实时传输数据是否已经全部传送完毕，或列车是否运行至下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内，若满足任一条件，则BBU池向RRH-m发送传输控制信号，RRH-m中将列车非实时数据上传至BBU池，否则RRH-m不进行上传。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过无线链路完整传输所述内容t所需时延Δtk根据下式(1)计算：
Figure FDA0002344833490000021
其中，Rk为分配给所述乘客的无线链路容量，
Figure FDA0002344833490000022
为乘客请求内容t的总信息量，θk,t∈{0,1}表示乘客k是否请求内容t，Ct表示内容t所含信息量,
Figure FDA0002344833490000023
表示未存储在缓存中的所请求内容t从BBU池经由前程链路所用时延，im,t∈{0,1}表示RRH-m缓存中是否存有内容t，Fm表示RRH-m前程链路容量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的列车运行从当前位置至所述列车将运行到的下一小区的无线射频拉远RRH-{m+1}覆盖范围内所需的时间Δt0根据下式(2)计算：
Figure FDA0002344833490000024
其中，L为列车当前位置距离对应RRH-m边缘的距离(L≤Lm，Lm表示RRH-m覆盖范围)，v0为列车当前的运行速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的实时传输数据包括列车实时传输数据和用户数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的BBU池预先根据RRH-{m+1}的空闲缓存将部分或全部请求内容t发送至RRH-{m+1}，包括：在RRH-{m+1}的空闲缓存中预存储内容的信息量为：
Figure FDA0002344833490000031
其中，Sempty表示空闲缓存的存储容量，
Figure FDA0002344833490000032
表示剩余内容的信息量，L为列车当前位置距离对应RRH-m边缘的距离，v0为列车当前的运行速度，θk,t∈{0,1}表示乘客k是否请求内容t，Rk为分配给所述乘客的无线链路容量，Ct表示内容t所含信息量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：列车所处小区的无线射频拉远RRH-m根据存储内容的实时性将列车数据分为实时传输数据和非实时传输数据，将实时传输数据通过前程链路直接传送至BBU池。
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