CN110351685A - 一种轨道交通无线通信网络虚拟路测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通无线通信网络虚拟路测方法和系统，适宜于轨道交通领域，为其无线通信类产品的研发、生产及维护提供测试条件，有效地提升产品性能和可靠性。其技术方案为：本发明搭建了一套无线通信产品试验系统，具备服务器至移动终端的“端至端”网络测试能力，有效地提高了无线通信类产品硬件质量和算法性能。此外，本发明开发了一套虚拟路测系统控制软件，设计了一种无线通信网络虚拟路测方法，其结合路测设备、信道仿真仪和基站模拟器使实验室具备“虚拟路测”能力。本发明能够将外场真实网络环境在实验室进行模拟和仿真，该套全新的无线网络测试方法有效地降低产品测试、验证和交付过程的复杂性和经济负担。

Description

一种轨道交通无线通信网络虚拟路测方法和系统

技术领域

本发明涉及轨道交通行业的无线通信领域，具体涉及一种轨道交通无线通信网络虚拟路测方法及系统。

背景技术

当前铁路机车无线通信制式包含4G(TDD-LTE、FDD-LTE)、3G(CDMA2000、WCDMA)、2G(GSM)、铁路专网(GSM-R、LTE-R、LTE-M)、WiFi(802.11a/b/n/g/ac)，机车始终处于一个高速变化的复杂网络环境，网络信号不连续、基站小区用户集中、小区切换频繁等问题给车载无线通信设备带来严峻挑战，反复“断线-重联-断线”和“长期掉线”严重影响车载数据实时传输质量。

目前铁路场测需搭乘机车，测试周期长，无线环境变化快，灵活性和可控性差，不利于车载通信设备故障分析和定位。实验室静态环境往往难以模拟和复现故障现象，如何搭建适宜于铁路环境的无线通信测试系统，为铁路无线传输产品的设计和优化提供测试条件，提升产品抗干扰能力和通信质量，是目前亟需解决的问题。

综上，随着互联网技术、无线通信技术不断发展，现有轨道交通行业的无线通信测试都需场测或者实验室仿真模拟实现，场测需搭乘机车，测试周期长，无线环境变化快，灵活性和可控性差，实验室静态环境仿真模拟与现场差异性大，故障复现难度高。

总的来说，现有轨道交通行业无线通信类产品故障排查和产品测试的方法存在以下缺点：

a)无线网络环境变化快，信号不连续、基站小区用户集中、小区切换频繁、测试灵活性和可控性差。

b)场测需要添乘，成本高，测试周期长，灵活性差，故障不易重现。

c)实验室静态网络环境往往难以模拟和复现现场网络环境，产品故障排查难度高。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种轨道交通无线通信网络虚拟路测方法和系统，适宜于轨道交通行业，为其无线通信类产品的研发、生产及维护提供测试条件，有效地提升产品性能和可靠性。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种轨道交通无线通信网络虚拟路测系统，包括路测设备、信道仿真仪、基站模拟器、测试服务器、虚拟路测系统控制软件，其中系统配置为执行以下的处理：

测试服务器等待与被测车载终端进行通信连接，模拟仿真轨道交通无线通信类产品的现场应用场景；

通过路测设备将仿真轨道交通无线通信类产品现场应用场景的外场网络环境中的基站参数和信道参数采集并保存；

通过虚拟路测系统控制软件将路测的信道参数转换成信道仿真仪可以回放的格式，基站参数对应设置在基站模拟器中；

测试服务器通过以太网线和基站模拟器相连，被测车载终端通过拨号接入模拟基站，连接成功后向测试服务器发送连接请求；

测试服务器接收被测车载终端的连接请求，并将该被测车载终端对应的机车加入到在线机车列表中；

连接请求被测试服务器接收后，被测车载终端与测试服务器通过互相发送心跳包维持通信链路，并进行收发数据测试；

测试服务器如果在设定的时间内未收到被测车载终端的任何数据，则判定为通信链路已经断开，将该车载终端对应的机车从在线机车列表中删除；

被测车载终端重新进行拨号。

根据本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统的一实施例，路测设备包括但不限于：扫频仪、网络分析仪。

根据本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统的一实施例，外场网络环境中的信道参数包括但不限于：多径、功率、信噪比、多普勒频移、MIMO、相关性，基站参数包括但不限于：频段、场强。

根据本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统的一实施例，在线机车列表信息包括但不限于：机车型号、机车号、AB节、机车IP地址、通信端口。

本发明还揭示了一种轨道交通无线通信网络虚拟路测方法，方法包括：

测试服务器等待与被测车载终端进行通信连接，模拟仿真轨道交通无线通信类产品的现场应用场景；

通过路测设备将仿真轨道交通无线通信类产品现场应用场景的外场网络环境中的基站参数和信道参数采集并保存；

通过虚拟路测系统控制软件将路测的信道参数转换成信道仿真仪可以回放的格式，基站参数对应设置在基站模拟器中；

测试服务器通过以太网线和基站模拟器相连，被测车载终端通过拨号接入模拟基站，连接成功后向测试服务器发送连接请求；

测试服务器接收被测车载终端的连接请求，并将该被测车载终端对应的机车加入到在线机车列表中；

连接请求被测试服务器接收后，被测车载终端与测试服务器通过互相发送心跳包维持通信链路，并进行收发数据测试；

测试服务器如果在设定的时间内未收到被测车载终端的任何数据，则判定为通信链路已经断开，将该车载终端对应的机车从在线机车列表中删除；

被测车载终端重新进行拨号。

根据本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测方法的一实施例，路测设备包括但不限于：扫频仪、网络分析仪。

根据本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测方法的一实施例，外场网络环境中的信道参数包括但不限于：多径、功率、信噪比、多普勒频移、MIMO、相关性，基站参数包括但不限于：频段、场强。

根据本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测方法的一实施例，在线机车列表信息包括但不限于：机车型号、机车号、AB节、机车IP地址、通信端口。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明搭建了一套无线信息产品试验系统，具备服务器至移动终端的“端至端”网络测试能力，有效的提高了无线通信类产品出厂质量的可靠性和鲁棒性。此外，本发明开发了一套虚拟路测系统控制软件，设计了一种无线通信网络虚拟路测方法，其结合路测设备、信道仿真仪和基站模拟器使实验室具备“虚拟路测”能力。本发明能够在实验室实现外场真实网络环境的模拟，自动化、仿真和全新测试方法有效地降低测试、验证和交付产品过程的复杂性和经济负担。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统的一实施例的系统架构图。

图2示出了本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测方法的一实施例的流程图。

图3示出了本发明的虚拟路测方法的一个示例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图1示出了本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统的一实施例的系统架构。请参见图1，本实施例的系统包括：路测设备、信道仿真仪、基站模拟器、测试服务器、虚拟路测系统控制软件。

路测设备和信道仿真仪建立单向传输，信道仿真仪分别和被测的车载终端(DUT)和基板模拟器建立双向传输，测试服务器和基站模拟器建立双向传输。

本实施例的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统的运行过程如下：

测试服务器作为服务端等待与被测的DUT(车载终端)进行连接，实现移动终端至服务端的网络通信，模拟仿真轨道交通无线通信类产品的现场应用场景。

通过路测设备(如：扫频仪、网络分析仪等)将产品应用的外场网络环境中的基站参数(如频段、场强等)和信道参数(如：多径、功率、信噪比、多普勒频移、MIMO相关性等)采集并保存。

通过虚拟路测系统控制软件将路测的信道参数格式转换成信道仿真仪可以回放的格式，基站参数对应设置在基站模拟器中。

测试服务器作为通信服务端通过以太网线和基站模拟器相连。装有SIM卡的车载终端，通过拨号接入模拟基站，连接成功后向测试服务器发送连接请求。

测试服务器接收被测的车载终端的连接请求，并将该车载终端对应的机车加入到在线机车列表中。在线机车列表信息包括机车型号、机车号、AB节、机车IP地址、通信端口等信息。

车载终端的连接请求被测试服务器接收后被测的车载终端与测试服务器通过互相发送心跳包维持通信链路，并进行收发数据测试。

测试服务器如果在指定的时间内(如60秒)未收到被测车载终端的任何数据，则认为通信链路已经断开，将该车载终端对应的机车从在线机车列表中删除。

车载终端如果在指定的时间内未收到测试服务器的任何数据，则认为通信链路已经断开，应返回上述的测试服务器作为通信服务端通过以太网线和基站模拟器相连的这一步骤重新进行拨号。

通过以上的这套网络仿真系统可以在实验室模拟产品现场应用场景，复现和排查产品故障。

图2示出了本发明的轨道交通无线通信网络虚拟路测方法的一实施例的流程。请参见图2，下面是对本实施例的方法的实施步骤的详细描述。

测试服务器作为服务端等待与被测DUT(车载终端)进行连接，实现移动终端至服务端的网络通信，模拟仿真轨道交通无线通信类产品现场应用场景。

通过路测设备(如：扫频仪、网络分析仪等)将产品现场应用场景的外场网络环境中的基站参数(如频段、场强等)和信道参数(如：多径、功率、信噪比、多普勒频移、MIMO相关性等)采集并保存。

通过虚拟路测系统控制软件将路测的信道参数格式转换成信道仿真仪可以回放的格式，基站参数对应设置在基站模拟器中。

测试服务器作为通信服务端通过以太网线和基站模拟器相连。装有SIM卡的车载终端通过拨号接入模拟基站，连接成功后向测试服务器发送连接请求。

测试服务器接收车载终端的连接请求，并将该车载终端对应的机车加入到在线机车列表中。在线机车列表信息包括机车型号、机车号、AB节、机车IP地址、通信端口等信息。

车载终端的连接请求被测试服务器接收后被测的车载终端与测试服务器通过互相发送心跳包维持通信链路，并进行收发数据测试。

测试服务器如果在指定的时间内(如60秒)未收到车载终端的任何数据，则认为通信链路已经断开，将该装置对应的机车从在线机车列表中删除。

车载终端如果在指定的时间内未收到测试服务器的任何数据，则认为通信链路已经断开，应返回上述的测试服务器作为通信服务端通过以太网线和基站模拟器相连的这一步骤重新进行拨号。

图3示出了本发明的虚拟路测方法的一个示例。请参见图3，首先路测设备(例如扫频仪等)对产品应用外场网络环境进行测试，采集基站和信道的原始数据。然后将原始信道数据提炼和转换成信道仿真仪可回放的格式。虚拟路测系统根据采集的基站数据对应配置基站模拟器参数；再选择仿真模式：仿真的信道模型既可采用采集的路测数据(即图示的虚拟路测)又可采用标准信道模型进行测试；最后，通过车载终端至服务器的“端至端”通信，仿真回放产品现场网络通信场景。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (8)

1.一种轨道交通无线通信网络虚拟路测系统，其特征在于，包括路测设备、信道仿真仪、基站模拟器、测试服务器、虚拟路测系统控制软件，其中系统配置为执行以下的处理：

测试服务器等待与被测车载终端进行通信连接，模拟仿真轨道交通无线通信类产品的现场应用场景；

通过路测设备将仿真轨道交通无线通信类产品现场应用场景的外场网络环境中的基站参数和信道参数采集并保存；

通过虚拟路测系统控制软件将路测的信道参数转换成信道仿真仪可以回放的格式，基站参数对应设置在基站模拟器中；

测试服务器通过以太网线和基站模拟器相连，被测车载终端通过拨号接入模拟基站，连接成功后向测试服务器发送连接请求；

测试服务器接收被测车载终端的连接请求，并将该被测车载终端对应的机车加入到在线机车列表中；

连接请求被测试服务器接收后，被测车载终端与测试服务器通过互相发送心跳包维持通信链路，并进行收发数据测试；

测试服务器如果在设定的时间内未收到被测车载终端的任何数据，则判定为通信链路已经断开，将该车载终端对应的机车从在线机车列表中删除；

被测车载终端重新进行拨号。

2.根据权利要求1所述的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统，其特征在于，路测设备包括但不限于：扫频仪、网络分析仪。

3.根据权利要求1所述的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统，其特征在于，外场网络环境中的信道参数包括但不限于：多径、功率、信噪比、多普勒频移、MIMO、相关性，基站参数包括但不限于：频段、场强。

4.根据权利要求1所述的轨道交通无线通信网络虚拟路测系统，其特征在于，在线机车列表信息包括但不限于：机车型号、机车号、AB节、机车IP地址、通信端口。

5.一种轨道交通无线通信网络虚拟路测方法，其特征在于，方法包括：

测试服务器等待与被测车载终端进行通信连接，模拟仿真轨道交通无线通信类产品的现场应用场景；

通过路测设备将仿真轨道交通无线通信类产品现场应用场景的外场网络环境中的基站参数和信道参数采集并保存；

通过虚拟路测系统控制软件将路测的信道参数转换成信道仿真仪可以回放的格式，基站参数对应设置在基站模拟器中；

测试服务器通过以太网线和基站模拟器相连，被测车载终端通过拨号接入模拟基站，连接成功后向测试服务器发送连接请求；

测试服务器接收被测车载终端的连接请求，并将该被测车载终端对应的机车加入到在线机车列表中；

连接请求被测试服务器接收后，被测车载终端与测试服务器通过互相发送心跳包维持通信链路，并进行收发数据测试；

测试服务器如果在设定的时间内未收到被测车载终端的任何数据，则判定为通信链路已经断开，将该车载终端对应的机车从在线机车列表中删除；

被测车载终端重新进行拨号。

6.根据权利要求5所述的轨道交通无线通信网络虚拟路测方法，其特征在于，路测设备包括但不限于：扫频仪、网络分析仪。

7.根据权利要求5所述的轨道交通无线通信网络虚拟路测方法，其特征在于，外场网络环境中的信道参数包括但不限于：多径、功率、信噪比、多普勒频移、MIMO、相关性，基站参数包括但不限于：频段、场强。

8.根据权利要求5所述的轨道交通无线通信网络虚拟路测方法，其特征在于，在线机车列表信息包括但不限于：机车型号、机车号、AB节、机车IP地址、通信端口。