CN111726779A - 轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台和方法，属于轨道交通通信领域。本系统包括车载无线电系统测试单元、车载无线电控制单元、车载无线收发设备和信道仿真仪、地面无线收发设备、分区无线电控制单元和地面无线电系统测试单元。在各端口业务流测试前后，车载无线电系统测试单元和地面无线电系统测试单元通过RJ45端口发送的时间同步信号完成两次时差统计，拟合得到两端时差与时间戳的一次函数关系，最后通过各端口收发数据包的时间戳和端口号完成毫米波车地无线通信系统各端口时延和丢包率的统计。本发明可以有效对毫米波车地无线通信系统的功能和性能进行综合测试。

Description

轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台和 方法
技术领域
本发明涉及一种轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台和方法，属于轨道交通通信领域。
背景技术
磁浮列车地面与列车间毫米波通信业务内容包括：牵引控制系统数据、运行控制系统数据、旅客信息、列车操作、列车诊断以及增值服务信息等。这些业务通过不同的端口进行数据传输：牵引控制系统数据通过4个RS485端口传输，运行控制系统数据通过4个RS232端口传输，旅客信息及列车操作和列车诊断等信息通过4个RJ45端口传输。为了对这些通信信道性能进行测试，需要多端口网络测试平台。目前对磁浮车地无线系统的网络测试平台只支持一对一端口的接入，如果需要同时测试多端口业务，则车载测试单元和地面测试单元需要开启多个程序，操作复杂且数据分散，无法做集中处理。因此，发明一种可以同时测试磁浮车地通信系统的多端口对多端口的网络测试平台是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术的不足，提供一种轨道交通毫米波车地无线通信系统的多端口网络平台和方法，能测试各个端口的时延和丢包率，以对毫米波车地无线通信系统性能进行衡量。车载无线电控制单元和分区无线电控制单元分别接入一台工控机，作为车载无线电系统测试单元和地面无线电系统测试单元。车载无线电系统测试单元和地面无线电系统测试单元的端口设置与对应的车载无线电控制单元和分区无线电控制单元端口相一致。在列车业务流时延测试过程中，上行链路各端口的包时延和丢包数在地面无线电系统测试单元获得，下行链路各端口的包时延和丢包数在车载无线电系统测试单元获得。
为了说明本专利，需有以下假设：
1)轨道交通中采用38GHz毫米波无线通信技术实现多业务的承载。
2)38GHz毫米波无线通信系统承载的业务包括牵引控制系统数据、运行控制系统数据以及旅客信息和列车操作、列车诊断等信息。
3)牵引控制系统数据通过RS485端口进行传输、运行控制系统数据通过RS232端口进行传输、旅客信息和列车操作、列车诊断等信息通过RJ45端口进行传输。
为达到上述目的，本发明构思是：
在车载无线电控制单元侧接入车载无线电系统测试单元，在分区无线电控制单元侧接入地面无线电系统测试单元，RS232端口选择RS232串口线连接、RS485端口通过RS485串口线连接、RJ45端口采用网线连接。车载无线电系统测试单元和地面无线电系统测试单元各个端口相互独立收发数据包。车载无线电系统测试单元和地面无线电测试单元两端的时间同步利用RJ45端口进行，在测试各端口业务流程的前后各进行一次时差统计流程，利用NTP协议得到多组两台设备之间的固有时间差，去除通信系统状态波动引起的固有时差的奇异值后，得到业务流程前后两台设备的固有时间差，将前后两次的固有时差进行线性拟合，得到两台设备固有时差与时间戳的一次函数，最后利用利用该函数进行测试结果修正，以得到毫米波车地无线通信系统各端口单向传输时延。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台，包括设备：车载无线电系统测试单元、车载无线电控制单元、车载无线电收发设备、信道仿真仪、地面无线电收发设备、分区无线电控制单元、地面无线电系统测试单元。其特征在于：在实验室测试中，将车载无线电系统测试单元的接口与车载无线电控制单元对应接口相连；地面无线电测试单元与分区无线电控制单元的接口对应接口相连。RS485接口和RS232接口采用相应的串口通信线，RJ45接口采用以太网连接线。信道仿真仪通过射频线缆连接到车载无线电控制单元和分区无线电控制单元，信道仿真仪包括信道仿真主机、射频接口、射频线缆，对磁浮所使用的38G无线信道进行模拟仿真，以满足对自由无线传输时多径反射的测试需要。以上所述设备全部打开后，运行车载无线电系统测试单元与地面无线电系统测试单元的程序，进行测试。
一种轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，采用上述平台进行操作，其特征在于其操作步骤如下：
一种轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，采用上述轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台进行操作，操作步骤如下：
1)地面无线电测试单元通过RJ45端口向车载无线电系统测试单元发送时间同步信号，车载无线电系统测试单元接收到信号后回复地面无线电测试单元，这一过程重复多次，得到地面无线电测试单元与车载无线电系统测试单元之间的平均时差t1；
2)地面无线电测试单元与车载无线电系统测试单元之间进行多端口业务传输，传输带有时间戳特定数据包，数据包的传输记录分别保存在地面无线电系统测试单元，车载无线电系统测试单元中；
3)车载无线电测试单元与地面无线电测试单元再次重复步骤1)，得到地面无线电测试单元与车载无线电系统测试单元之间的平均时差t2；
4)由两次测得的平均时差t1和t2得到车载无线电测试单元与地面无线电测试单元之间时差与时间戳的一次函数，并利用该函数各端口业务收发数据包的时延进行修正，得到毫米波无线通信系统各端口的上行和下行传输时延；
5)在车载无线电测试单元与地面无线电测试单元统计各端口的数据包收包个数以及数据包编号，得到毫米波车地无线通信系统各端口的丢包率。
优选地，所述操作步骤1)、3)中，地面无线电测试单元向车载无线电测试单元发送包含当前时间戳的数据包，车载无线电测试单元收到数据包，并发送包含收到数据包和发出数据包的时间戳，地面无线电测试单元记录收到数据包的时间戳，由四个时间戳，利用NTP原理得到地面无线电系统测试单元与车载无线电系统测试单元的固有时间差。
优选地，所述操作步骤4)中，利用业务传输前后的时间同步流程得到的地面无线电系统测试单元与车载无线电系统测试单元之间时间差t与时间戳的一次函数，再由各端口收发包的时间戳，对各端口的单向时延进行修正，最终得到各端口的单向传输时延。
优选地，所述操作步骤5)中，在车载无线电系统测试单元根据收到数据包的个数、端口标识符和总的发送数据包数得到下行各端口的丢包率，在地面无线电系统测试单元中，根据收到数据包个数、端口标识符和总的发包个数得到上行各端口的丢包率。
与现有技术相比较，本发明具有如下显而易见的突出性特点和显著的技术进步:
目前对磁浮车地无线系统的网络测试平台只支持一对一端口的接入，如果需要同时测试多端口业务，则车载测试单元和地面测试单元需要开启多个程序，操作复杂且数据分散，无法做集中处理。因此，发明一种可以同时测试磁浮车地通信系统的多端口对多端口的网络测试平台和方法是非常必要的，可以有效对毫米波车地无线通信系统的功能和性能进行综合评价。
附图说明
图1为本发明的轨道交通毫米波车地无线通信系统网络测试平台连接图。
图2为本发明车载无线电系统测试单元和地面无线电系统测试单元端口结构图。
图3为本发明的程序流程图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一
参见图1，一种轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台，包括设备：车载无线电系统测试单元(1)、车载无线电控制单元(2)、车载无线收发设备A\B(3)、信道仿真仪(4)、地面无线收发设备A\B(5)、分区无线电控制单元(6)、地面无线电系统测试单元(7)。在实验室测试中，将车载无线电系统测试单元(1)的接口与车载无线电控制单元(2)对应接口相连；地面无线电系统测试单元(7)与分区无线电控制单元(6)的接口对应接口相连。信道仿真仪(4)通过射频线缆连接到车载无线电收发设备(3)和分区无线电收发设备(5)，以模拟磁浮运行过程中的38G无线信道。车载无线电系统测试单元(1)与地面无线电系统测试单元(7)通过系统进行多端口业务通信，最终在地面无线电测试单元(7)得到各端口上行时延和丢包率，在车载无线电系统测试单元(1)得到各端口下行时延和丢包率。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
参见图2，本发明轨道交通毫米波车地无线通信系统网络测试平台的车载无线电系统测试单元与地面无线电系统测试单元的端口结构如图2所示。车载无线电测试单元(1)与地面无线电测试单元(4)分别有12个端口组成：4个RS485端口用以承载列车牵引控制系统数据、4个RS232端口用以承载列车运行控制系统数据、4个RJ45端口用以承载旅客信息/列车操作/列车诊断等数据。车载无线电系统测试单元(1)的RS232端口和RS485端口与车载无线电控制单元(2)的RS232端口和RS485端口通过相应的串口线连接，车载无线电系统测试单元(1)的RJ45端口与车载无线电控制单元(2)的RJ45端口通过网线连接；地面无线电系统测试单元(7)的RS232端口和RS485端口与分区无线电控制单元(6)的RS232端口和RS485端口通过相应的串口线连接，分区无线电控制单元(6)的RJ45端口与地面无线电系统测试单元(7)的RJ45端口通过网线连接。
实施例三
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处如下：
本轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，采用根据实施例一所述的轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台进行操作，其特征在于操作步骤如下：
1)地面无线电系统测试单元(7)通过RJ45端口向车载无线电系统测试单元(1)发送时间同步信号，车载无线电系统测试单元(1)接收到信号后回复地面无线电系统测试单元(7)，这一过程重复多次，得到地面无线电测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)之间的平均时差t1；
2)地面无线电系统测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)之间进行多端口业务传输，传输带有时间戳特定数据包，数据包的传输记录分别保存在地面无线电测试单元(7)，车载无线电系统测试单元(1)中；
3)车载无线电测试单元(1)与地面无线电测试单元(7)再次重复步骤1)，得到地面无线电测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)之间的平均时差t2；
4)由两次测得的平均时差t1和t2得到车载无线电系统测试单元(1)与地面无线电系统测试单元(7)之间时差与时间戳的一次函数，并利用该函数各端口业务收发数据包的时延进行修正，得到毫米波无线通信系统各端口的上行和下行传输时延；
5)在车载无线电系统测试单元(1)与地面无线电系统测试单元(7)统计各端口的数据包收包个数以及数据包编号，得到毫米波车地无线通信系统各端口的丢包率。
实施例四
本实施例与实施例三基本相同，特别之处如下：
所述的轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，所述操作步骤1)、3)中，地面无线电系统测试单元(7)向车载无线电测试单元(1)发送包含当前时间戳的数据包，车载无线电测试单元(1)收到数据包，并发送包含收到数据包和发出数据包的时间戳，地面无线电系统测试单元(7)记录收到数据包的时间戳，由四个时间戳，利用NTP原理得到地面无线电系统测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)的固有时间差。
所述的轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，其特征在于所述操作步骤4)中，利用业务传输前后的时间同步流程得到的地面无线电系统测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)之间时间差t与时间戳的一次函数，再由各端口收发包的时间戳，对各端口的单向时延进行修正，最终得到各端口的单向传输时延。
实施例五
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处如下：
参见图3，本轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台单向时延和丢包率测试方法，其特征在于其操作步骤如下：
1)车载无线电系统测试单元与车载无线电控制单元的接口对应连接；地面无线电测试单元与分区无线电控制单元的接口对应接口相连。
2)车载无线电系统测试单元以及地面无线电测试单元打开程序，设置双方IP地址、端口号、串口号、串口速率。
3)地面无线电测试单元开启测试程序，随后车载无线电系统测试单元开启测试程序。
4)地面无线电测试单元通过RJ45端口向车载无线电系统测试单元发送时间同步信号，车载无线电系统测试单元接收到信号后回复地面无线电测试单元，这一过程重复多次。时间同步的数据存储在地面无线电测试单元中。
5)时间同步信号结束后，地面无线电测试单元开始去除奇异值，同时算出地面无线电测试单元与车载无线电系统测试单元之间的平均时差t1。
6)地面无线电测试单元与车载无线电系统测试单元之间进行多端口业务传输，传输带有时间戳特定数据包，数据包的传输记录分别保存在地面无线电测试单元，车载无线电系统测试单元中。
7)程序运行一段时间，车载无线电系统测试单元开始终止测试程序，地面无线电测试单元收到车载无线电系统测试单元的终止命令，停止业务传输，两台电脑再次重复步骤3)、4)得到时差t2。
8)根据t1、t2得到时间差与时间戳的关系，再由收包时间戳对传输时延进行修正。最终计算出车载无线电系统测试单元与无线电测试单元之间各端口的传输时延。
9)地面无线电测试单元最终处理上行链路的时延以及丢包率，数据保存在地面无线电测试单元中。同时绘制出各端口业务的时延-时间曲线图，得到平均时延，最大时延，丢包率，运行时间等结果。车载无线电系统测试单元最终处理下行链路的时延以及丢包率，数据保存在车载无线电系统测试单元钟，同时绘制出各端口的时延-时间曲线图，得到平均时延，最大时延，丢包率，运行时间等结果。最终给出毫米波车地无线通信系统多端口的单向传输时延与丢包率的报告文档。
综上所述，本发明轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台和方法，属于轨道交通通信领域。本系统包括车载无线电系统测试单元、车载无线电控制单元、车载无线收发设备和信道仿真仪、地面无线收发设备、分区无线电控制单元和地面无线电系统测试单元。在各端口业务流测试前后，车载无线电系统测试单元和地面无线电系统测试单元通过RJ45端口发送的时间同步信号完成两次时差统计，拟合得到两端时差与时间戳的一次函数关系，最后通过各端口收发数据包的时间戳和端口号完成毫米波车地无线通信系统各端口时延和丢包率的统计。本发明可以有效对毫米波车地无线通信系统的功能和性能进行综合测试。

Claims (6)

1.一种轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台，包括车载无线电系统测试单元(1)、车载无线电控制单元(2)、车载无线收发设备A\B(3)、信道仿真仪(4)、地面无线收发设备A\B(5)、分区无线电控制单元(6)和地面无线电系统测试单元(7)，其特征在于：所述车载无线电系统测试单元(1)的接口与车载无线电控制单元(2)对应接口相连；所述地面无线电测试单元(7)与分区无线电控制单元(6)的接口对应接口相连，信道仿真仪(4)通过射频线缆连接到车载无线电收发设备A\B(3)和地面无线电收发设备A\B(5)，以模拟磁浮运行过程中的38G无线信道；所述车载无线电系统测试单元(1)与地面无线电测试单元(7)进行多端口业务通信，最终在地面无线电测试单元(7)得到各端口上行时延和丢包率，在车载无线电测试单元(1)得到各端口下行时延和丢包率。
2.根据权利要求1所述的轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试平台，其特征在于:所述车载无线电系统测试单元(1)与地面无线电系统测试单元(7)是一种工业控制计算机，具有与毫米波车地无线通信设备车载无线电控制单元(2)与分区无线电控制单元(6)相同的物理接口，分别具有4个RS485、4个RS232、4个RJ45端口用以承载高速磁浮列车运行过程中所必需的列车牵引控制系统数据、列车运行控制系统数据、旅客信息/列车操作/列车控制数据。
3.一种轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，采用权利要求1所述的轨道交通毫米波车地无线通信系统的多端口网络测试平台进行操作，其特征在于，操作步骤如下：
1)地面无线电测试单元(7)通过RJ45端口向车载无线电系统测试单元(1)发送时间同步信号，车载无线电系统测试单元接收到信号后回复地面无线电测试单元，这一过程重复多次，得到地面无线电测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)之间的平均时差t1；
2)地面无线电测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)之间进行多端口业务传输，传输带有时间戳特定数据包，数据包的传输记录分别保存在地面无线电测试单元(7)，车载无线电系统测试单元(1)中；
3)车载无线电测试单元(1)与地面无线电测试单元(7)再次重复步骤1)，得到地面无线电测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)之间的平均时差t2；
4)由两次测得的平均时差t1和t2得到车载无线电测试单元(1)与地面无线电测试单元(7)之间时差与时间戳的一次函数，并利用该函数各端口业务收发数据包的时延进行修正，得到毫米波无线通信系统各端口的上行和下行传输时延；
5)在车载无线电测试单元(1)与地面无线电测试单元(7)统计各端口的数据包收包个数以及数据包编号，得到毫米波车地无线通信系统各端口的丢包率。
4.根据权利要求3所述轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，其特征在于：所述操作步骤1)、3)中，地面无线电测试单元(7)向车载无线电测试单元(1)发送包含当前时间戳的数据包，车载无线电测试单元(1)收到数据包，并发送包含收到数据包和发出数据包的时间戳，地面无线电测试单元记录收到数据包的时间戳，由四个时间戳，利用NTP原理得到地面无线电系统测试单元与车载无线电系统测试单元的固有时间差。
5.根据权利要求4所述轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，其特征在于：所述操作步骤4)中，利用业务传输前后的时间同步流程得到的地面无线电系统测试单元(7)与车载无线电系统测试单元(1)之间时间差t与时间戳的一次函数，再由各端口收发包的时间戳，对各端口的单向时延进行修正，最终得到各端口的单向传输时延。
6.根据权利要求5所述轨道交通毫米波车地无线通信系统多端口网络测试方法，其特征在于：所述操作步骤5)中，在车载无线电系统测试单元(1)根据收到数据包的个数、端口标识符和总的发送数据包数得到下行各端口的丢包率，在地面无线电系统测试单元(7)中，根据收到数据包个数、端口标识符和总的发包个数得到上行各端口的丢包率。
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