CN113009901A - 车载物联网的架构、处理方法、处理装置和列车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种车载物联网的架构、处理方法、处理装置和列车。该架构包括：5G车载基站，设置在列车的各车厢两端或各车厢内，用于对所述列车进行网络覆盖，以使满足要求的车载设备无线接入；5G核心网单元，用于对接入的车载设备进行管理；中央单元和分布单元，与所述5G核心网单元通信连接；以太网单元，与所述中央单元和所述分布单元通信连接；多个有源天线处理单元，分别与所述以太网单元通信连接。通过本申请，解决了相关技术中车载物联网的网络复杂的问题。

Description

车载物联网的架构、处理方法、处理装置和列车

技术领域

本申请涉及物联网技术领域，具体而言，涉及一种车载物联网的架构、处理方法、处理装置和列车。

背景技术

目前以太网是高速列车的车载物联网组网的主要方式，既要满足列车控制对可靠性极高的要求，又要保证多样化的网络应用需求，随着列车智能化的发展，以太网布线、设备接入管理等要求越来越高，使得列车网络变得越来越复杂，布线工艺、故障排查等制造和维护成本越来越高。

针对相关技术中车载物联网的网络复杂的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种车载物联网的架构、处理方法、处理装置和列车，以解决相关技术中车载物联网的网络复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种车载物联网的架构，包括：5G车载基站，设置在列车的各车厢两端或各车厢内，用于对所述列车进行网络覆盖，以使满足要求的车载设备无线接入；5G核心网单元，用于对接入的车载设备进行管理；中央单元和分布单元，与所述5G核心网单元通信连接；以太网单元，与所述中央单元和所述分布单元通信连接；多个有源天线处理单元，分别与所述以太网单元通信连接。

进一步地，所述架构中还包括：中央处理单元，与所述有源天线处理单元无线连接，用于所述列车中的数据处理；故障预测与健康管理系统，与所述有源天线处理单元无线连接，用于管理所述车载物联网的健康状况和故障预测；乘客信息系统，用于向乘客提供信息服务。

为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，提供了一种车载物联网的处理方法。该处理方法应用于上述任意一项所述的车载物联网的架构中，该方法包括：通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证；若认证通过，则对车载设备进行数据连接，并对车载设备进行流量控制。

进一步地，列车控制网络、乘客信息与服务网络公用一个车载物联网，该方法还包括：在列车控制网络、乘客信息与服务网络的网络之间采用切片方式进行划分，以保证列车控制网络的时延以及乘客信息与服务网络的带宽。

进一步地，该方法还包括：接收车载设备的数据包；将数据包发送至5G公网。

进一步地，该方法还包括：确定列车中的网络数据的重要等级；5G核心网单元基于网络数据的重要等级对网络数据进行管理。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种车载物联网的处理装置。该装置包括：第一接入单元，用于通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证；第一控制单元，用于若认证通过，则对车载设备进行数据连接，并对车载设备进行流量控制。

进一步地，列车控制网络、乘客信息与服务网络公用一个车载物联网，该装置还包括：第一划分单元，用于在列车控制网络、乘客信息与服务网络的网络之间采用切片方式进行划分，以保证列车控制网络的时延以及乘客信息与服务网络的带宽。

进一步地，该装置还包括：第一接收单元，用于接收车载设备的数据包；第一发送单元，用于将数据包发送至5G公网。

进一步地，该装置还包括：第一确定单元，用于确定列车中的网络数据的重要等级；第一管理单元，用于5G核心网单元基于网络数据的重要等级对网络数据进行管理。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种列车，所述列车包括上述任意一项所述的车载物联网的架构中，或者，所述列车上的处理器执行时实现上述任意一项所述的车载物联网的处理方法。

本申请的车载物联网的架构，包括：5G车载基站，设置在列车的各车厢两端或各车厢内，用于对所述列车进行网络覆盖，以使满足要求的车载设备无线接入；5G核心网单元，用于对接入的车载设备进行管理；中央单元和分布单元，与所述5G核心网单元通信连接；以太网单元，与所述中央单元和所述分布单元通信连接；多个有源天线处理单元，分别与所述以太网单元通信连接，解决了相关技术中车载物联网的网络复杂的问题。通过上述的车载物联网的架构能够满足车载终端设备无线接入的需求，5G核心网单元具备强大的网络管理能力，能够对设备接入进行认证，对车载数据进行封闭管理，保证车载信息安全可控，因此，上述的车载物联网的架构极大的简化了列车车载物联网的组成，进而达到降低布线工艺及故障排查的复杂性的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的车载物联网的架构的示意图；

图2是根据本申请实施例提供的可选的车载物联网的架构的示意图；

图3是根据本申请实施例提供的车载物联网的处理方法的流程图；以及

图4是根据本申请实施例提供的车载物联网的处理装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合优选的实施例对本申请进行说明，如图1所示。

本申请提供了一种车载物联网的架构，包括：5G车载基站，设置在列车的各车厢两端或各车厢内，用于对所述列车进行网络覆盖，以使满足要求的车载设备无线接入；5G核心网单元，用于对接入的车载设备进行管理；中央单元和分布单元，与所述5G核心网单元通信连接；以太网单元，与所述中央单元和所述分布单元通信连接；多个有源天线处理单元，分别与所述以太网单元通信连接。

通过上述的车载物联网的架构能够满足车载终端设备无线接入的需求，5G核心网单元具备强大的网络管理能力，能够对设备接入进行认证，对车载数据进行封闭管理，保证车载信息安全可控，因此，上述的车载物联网的架构极大的简化了列车车载物联网的组成，进而达到降低布线工艺及故障排查的复杂性的效果。

在本申请实施例提供的车载物联网的架构中，该架构中还包括：中央处理单元，与所述有源天线处理单元无线连接，用于所述列车中的数据处理；故障预测与健康管理系统，与所述有源天线处理单元无线连接，用于管理所述车载物联网的健康状况和故障预测；乘客信息系统，用于向乘客提供信息服务。

通过终端设备与列车的网络系统之间采用5G基站接入，既减少了车辆布线，又增加了设备安装布置的灵活性，使得列车的智能化拓展更加方便。能够方便实现多网融合，列车控制网络、旅客信息与服务网络公用一套车载物联网，不同网络间采用切片方式进行划分，分别保证列车控制网络的时延可靠性，旅客信息与服务网络的带宽，简化了车载网络构成；车载设备的接入认证、数据连接、流量控制，切片划分等由车载轻量化的5G核心网单元完成，能够实现对车载数据的封闭管理，保证信息安全。另外，核心网设备直接将落地数据包发送给5G公网，取代原来的无线传输装置(WTD)部分功能，从而优化网络结构。

如图2所示，图中的5GC为5G核心网单元，CCU为中央处理单元，LCU为逻辑控制单元，FAS为烟火报警系统，BCU为制动控制系统，DCU为车门控制器系统。

基于5G车载核心网络单元和5G车载基站搭建高速列车无线车载物联网网络，该车载物联网基本架构具备以下特点：5G车载基站安装于各车厢或车厢两端，对整列车进行网络覆盖，保证所有满足要求的车载终端能够无线接入；车载轻量化核心网单元(5GC)对车载设备的接入认证、数据连接、流量控制，切片划分等进行管理；车载小基站之间、车载基站与核心网单元之间采用光纤或无线通信，组成传输网；车载物联网具备一定数量移动设备的接入能力，满足车载设备的接入需求；列车控制网络、旅客信息与服务网络间采用切片方式进行划分，分别保证控制网络时延可靠性，PIS数据和用户数据的带宽；网络切片是在核心网单元中进行设置实现的，也即，核心网单元根据列车控制网络、旅客信息与服务网络不同的应用需求，来分配不同的网络资源，例如列车控制网络对时延和可靠性要求高，那么对应网络切片就配置信息传输的高优先级，旅客信息与服务网络对带宽要求大，对应网络切片就分配较大的带宽。车载核心网单元根据网络数据的重要程度进行Qos优先级管理；移动车载物联网具备一定的冗余能力，包括接入基站、车载核心网单元之间能够互为热备冗余，单个基站或核心网故障不影响网络正常运行。这里车载基站就是车载小基站，无区别；移动车载物联网具备自动无线编组与重联能力。现有车载物联网网络受网络带宽和有线网络布线工艺的限制分为编组网和骨干网，编组网连接车载设备，骨干网承担编组网之间的交互信息，本申请中提供的车载物联网的架构突破了这一架构，整车设备的数据整网可见，上述的车载物联网的架构极大的简化了列车车载物联网的组成，进而达到降低布线工艺及故障排查的复杂性的效果。

图3是根据本申请实施例提供的车载物联网的处理方法的流程图，该处理方法应用于上述任意一项所述的车载物联网的架构中，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S301，通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证。

步骤S302，若认证通过，则对车载设备进行数据连接，并对车载设备进行流量控制。

本申请实施例提供的车载物联网的处理方法，该处理方法应用于上述任意一项所述的车载物联网的架构中，通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证，若认证通过，则对车载设备进行数据连接，并对车载设备进行流量控制，解决了相关技术中车载物联网的网络复杂，难以对车载设备进行管理的问题。5G核心网单元能够对设备接入进行认证，对车载数据进行管理，从而保证车载信息安全可控的效果。

可选地，在本申请实施例提供的车载物联网的处理方法中，列车控制网络、乘客信息与服务网络公用一个车载物联网，该方法还包括：在列车控制网络、乘客信息与服务网络的网络之间采用切片方式进行划分，以保证列车控制网络的时延以及乘客信息与服务网络的带宽。

上述方案中可以分别保证控制网络时延可靠性，PIS数据和用户数据的带宽；网络切片是在5G核心网单元中进行设置实现的，例如，5G核心网单元根据列车控制网络、旅客信息与服务网络不同的应用需求，来分配不同的网络资源。再例如，列车控制网络对时延和可靠性要求高，那么对应网络切片就配置信息传输的高优先级，旅客信息与服务网络对带宽要求大，对应网络切片就分配较大的带宽。

可选地，在本申请实施例提供的车载物联网的处理方法中，该方法还包括：接收车载设备的数据包；将数据包发送至5G公网。

通过上述方案，核心网设备可以直接将落地数据包发送5G公网，取代原来的无线传输装置的部分功能，从而起到优化网络结构的效果。

可选地，在本申请实施例提供的车载物联网的处理方法中，该方法还包括：确定列车中的网络数据的重要等级；5G核心网单元基于网络数据的重要等级对网络数据进行管理。

在上述方案中，限定了车载5G核心网单元根据网络数据的重要等级进行Qos优先级管理，从而对网络数据更好的管理。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请实施例还提供了一种车载物联网的处理装置，需要说明的是，本申请实施例的车载物联网的处理装置可以用于执行本申请实施例所提供的用于车载物联网的处理方法。以下对本申请实施例提供的车载物联网的处理装置进行介绍。

图4是根据本申请实施例的车载物联网的处理装置的示意图。如图4所示，该装置包括：第一接入单元401和第一控制单元402。

具体的，第一接入单元401，用于通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证；

第一控制单元402，用于若认证通过，则对车载设备进行数据连接，并对车载设备进行流量控制。

本申请实施例提供的车载物联网的处理装置，通过第一接入单元401通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证；第一控制单元402若认证通过，则对车载设备进行数据连接，并对车载设备进行流量控制，解决了相关技术中车载物联网的网络复杂，难以对车载设备进行管理的问题。5G核心网单元能够对设备接入进行认证，对车载数据进行管理，从而保证车载信息安全可控的效果。

可选地，在本申请实施例提供的车载物联网的处理装置中，列车控制网络、乘客信息与服务网络公用一个车载物联网，该装置还包括：第一划分单元，用于在列车控制网络、乘客信息与服务网络的网络之间采用切片方式进行划分，以保证列车控制网络的时延以及乘客信息与服务网络的带宽。

可选地，在本申请实施例提供的车载物联网的处理装置中，该装置还包括：第一接收单元，用于接收车载设备的数据包；第一发送单元，用于将数据包发送至5G公网。

可选地，在本申请实施例提供的车载物联网的处理装置中，该装置还包括：第一确定单元，用于确定列车中的网络数据的重要等级；第一管理单元，用于5G核心网单元基于网络数据的重要等级对网络数据进行管理。

车载物联网的处理装置包括处理器和存储器，上述的第一接入单元401、第一控制单元402等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来进行车载物联网的处理。

本申请实施例还提供了一种列车，所述列车包括上述任意一项所述的车载物联网的架构中，或者，所述列车上的处理器执行时实现上述任意一项所述的车载物联网的处理方法。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本申请实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现车载物联网的处理方法。

本申请实施例提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行车载物联网的处理方法。

本申请实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证；若认证通过，则对车载设备进行数据连接，并对车载设备进行流量控制。

处理器执行程序时还实现以下步骤：在列车控制网络、乘客信息与服务网络的网络之间采用切片方式进行划分，以保证列车控制网络的时延以及乘客信息与服务网络的带宽。

处理器执行程序时还实现以下步骤：接收车载设备的数据包；将数据包发送至5G公网。

处理器执行程序时还实现以下步骤：确定列车中的网络数据的重要等级；5G核心网单元基于网络数据的重要等级对网络数据进行管理。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证；若认证通过，则对车载设备进行数据连接，并对车载设备进行流量控制。

当在数据处理设备上执行时，还适于执行初始化有如下方法步骤的程序：在列车控制网络、乘客信息与服务网络的网络之间采用切片方式进行划分，以保证列车控制网络的时延以及乘客信息与服务网络的带宽。

当在数据处理设备上执行时，还适于执行初始化有如下方法步骤的程序：接收车载设备的数据包；将数据包发送至5G公网。

当在数据处理设备上执行时，还适于执行初始化有如下方法步骤的程序：确定列车中的网络数据的重要等级；5G核心网单元基于网络数据的重要等级对网络数据进行管理。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种车载物联网的架构，其特征在于，包括：

5G车载基站，设置在列车的各车厢两端或各车厢内，用于对所述列车进行网络覆盖，以使满足要求的车载设备无线接入；

5G核心网单元，用于对接入的车载设备进行管理；

中央单元和分布单元，与所述5G核心网单元通信连接；

以太网单元，与所述中央单元和所述分布单元通信连接；

多个有源天线处理单元，分别与所述以太网单元通信连接。

2.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述架构中还包括：

中央处理单元，与所述有源天线处理单元无线连接，用于所述列车中的数据处理；

故障预测与健康管理系统，与所述有源天线处理单元无线连接，用于管理所述车载物联网的健康状况和故障预测；

乘客信息系统，用于向乘客提供信息服务。

3.一种车载物联网的处理方法，其特征在于，所述处理方法应用于上述权利要求1和2中任意一项所述的车载物联网的架构中，包括：

通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证；

若认证通过，则对所述车载设备进行数据连接，并对所述车载设备进行流量控制。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，列车控制网络、乘客信息与服务网络公用一个所述车载物联网，所述方法还包括：

在所述列车控制网络、乘客信息与服务网络的网络之间采用切片方式进行划分，以保证所述列车控制网络的时延以及所述乘客信息与服务网络的带宽。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收所述车载设备的数据包；

将所述数据包发送至5G公网。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述列车中的网络数据的重要等级；

所述5G核心网单元基于所述网络数据的重要等级对所述网络数据进行管理。

7.一种车载物联网的处理装置，其特征在于，所述处理装置应用于上述权利要求1和2中任意一项所述的车载物联网的架构中，包括：

第一接入单元，用于通过5G核心网单元对无线接入的车载设备进行接入认证；

第一控制单元，用于若认证通过，则对所述车载设备进行数据连接，并对所述车载设备进行流量控制。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，列车控制网络、乘客信息与服务网络公用一个所述车载物联网，所述装置还包括：

第一划分单元，用于在所述列车控制网络、乘客信息与服务网络的网络之间采用切片方式进行划分，以保证所述列车控制网络的时延以及所述乘客信息与服务网络的带宽。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一接收单元，用于接收所述车载设备的数据包；

第一发送单元，用于将所述数据包发送至5G公网。

10.一种列车，其特征在于，所述列车包括上述权利要求1和2中任意一项所述的车载物联网的架构中，或者，所述列车上的处理器执行时实现上述权利要求3和6中任意一项所述的车载物联网的处理方法。

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