CN113306602A - 列控系统的无线网络测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种列控系统中的无线网络的测试系统和方法。所述无线网络(10)用于列控系统中车载设备(20)与轨旁设备(30)之间的无线通信，该测试系统包括：一车载模拟计算设备(22)，其配置成连接到所述无线网络(10)，且被配置成经由无线网络(10)接收轨旁数据包和/或发送车载数据包；一轨旁模拟计算设备(32)，其配置成连接到所述无线网络(10)，且能够被配置成经由所述无线网络(10)发送轨旁数据包和/或接收车载数据包；一测试工具(40)，其安装在所述轨旁模拟计算设备和所述车载模拟计算设备上，且配置成能够根据所述发送和/或接收的轨旁数据包或车载数据包而确定出所述无线网络的状态数据。

Description

列控系统的无线网络测试系统和方法

技术领域

本发明总体涉及轨道列车的控制系统，简称列控系统，尤其涉及一种基于无线通信的列控系统及对无线通信列控调试装置。

背景技术

传统的列车控制系统大体包括两个子系统，其一为安装在列车上的车载子系统，其二为安装在轨旁/地面的地面子系统。两个子系统之间的通信称为车地通信。

地面子系统例如包括应答器、轨道电路、列车控制中心等组成部分。应答器用于向车载子系统发送报文、指令等信息。轨道电路用于检查轨道占用情况、沿轨道传送车地之间的信息。列车控制中心是基于安全计算机的控制系统，其连接到地面子系统中的各个设备。列车控制中心根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如轨道占用信息、联锁状态信息等产生列车许可命令，并通过车地通信将命令传输给车载子系统，以保证列车控制中心管辖内列车的运行安全。车载子系统例如包括车载设备。车载设备是基于安全计算机的控制系统，通过与地面子系统之间的车地通信来交换信息，以实现对列车运行的控制。

随着通信技术的发展，尤其是无线通信技术的广泛应用，列车运行控制模式由以上传统的基于轨道电路的列车运行控制演变为基于通信的列车运行控制(CBTC)。这种基于通信的列车控制技术利用高精度列车定位、双向大容量车-地数据通信以及高可靠性的车载、地面安全系统来实现连续自动列车控制。基于无线通信的CBTC系统采用无线数据传输代替了轨道电路的，建立起车地之间连续、双向、高速的数据通信，列车的命令和状态可以在车辆和地面设备之间经由无线通信子系统可靠交换。车地通信子系统早期为基于感应环线通信系统，后发展为基于无线局域网技术、甚或基于LTE或5G的无线通信系统。

采用无线通信手段实现车地通信，则更有必要对用于车地通信的无线网络性能进行测试和评估。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于测试列控系统中车地通信所使用的无线网络的方法和系统，采用这种方法和系统可以测试用于车地通信的无线网络性能。这种测试方法和系统可以脱离实际的车载设备和轨旁设备而独立运行，从而极大地便于对用作车地通信媒介的无线网络的性能进行测试和评估。

本发明的另一个目的在于提高一种能够在模拟不同列车运行状况下测试用作车地通信媒介的无线网络性能的方法和系统，从而得以预先测试无线网络的承载能力，并及时调整无线网络参数或提供备选方案。

根据本发明一个方面，本发明提出了一种列控系统中的无线网络的测试系统，所述无线网络用于列控系统中车载设备与轨旁设备之间的无线通信，包括：一车载模拟计算设备，其配置成连接到所述无线网络，且能够被配置成接收来自所述无线网络的轨旁数据包和/或向所述无线网络发送车载数据包；一轨旁模拟计算设备，其配置成连接到所述无线网络，且能够被配置成向所述无线网络发送轨旁数据包和/或接收来自所述无线网络的车载数据包；一测试工具，其安装在所述轨旁模拟计算设备和所述车载模拟计算设备二者至少之一上，且配置成能够根据所述发送和/或接收的轨旁数据包或车载数据包而确定出所述无线网络的状态数据。优选地，所述无线网络为WIFI、LTE、5G中任意一种无线网络系统。更为优选地，一个所述车载模拟计算设备能够配置成模拟两个或两个以上列车的所述车载设备。

优选地，所述测试工具的人机交互界面具有数据显示区，其能够显示基于发送出的数据包和接收到的数据包确定出的所述无效网络的实时丢包率、实时延迟时间和数据传输速率中的任意之一。更为优选地，所述测试工具的人机交互界面具有数据显示区，其能够在实时数据异常区域提出突出指示。尤为优选地，所述测试工具的人机交互界面还具有数据报告区，其显示测试数据的统计结果。此外，可选地，所述测试工具的人机交互界面的数据显示区，其显示实时数据对比，并突出显示异常区。

根据本发明另一个方面，本发明提出了一种测试无线网络的方法，所述无线网络用于列控系统中车载设备与轨旁设备之间的无线通信，其特征在于，该方法包括：使得一车载模拟计算设备连接到所述无线网络，且配置成能够接收来自所述无线网络的轨旁数据包和/或向所述无线网络发送车载数据包；使得一轨旁模拟计算设备连接到所述无线网络，且配置成能够向所述无线网络发送轨旁数据包和/或接收来自所述无线网络的车载数据包；基于所述发送和/或接收的轨旁数据包或车载数据包而确定出所述无线网络的状态数据，并显示实时数据。优选地，该方法还包括将所述车载模拟计算设备配置成模拟两个或两个以上列车的车载设备发送车载数据包和接收到来自无线网络的轨旁数据包。其中，所述无线网络为WIFI、LTE、5G中任意一种无线网络。更为优选地，该方法还能够实时地将所述无线网络的状态数据与正常数据阈值进行比较，并实时指示出异常数据区。

采用本发明提出的上述测试系统和方法可以对用于列控系统中车地通信所使用的无线网络的性能，特别是稳定性进行测试。这种测试方法和系统可以脱离实际的车载设备和轨旁设备而独立运行，但同时能够模拟实际的车载设备和轨旁设备完成车载数据和轨旁数据在无线网络上的传输测试。由此，该方法和系统极大地便于对用作车地通信媒介的无线网络，特别是新近引入车地通信领域的无线媒介的传输性能进行预先的测试和评估。

采用本发明提出的上述测试系统和方法，还可以同时模拟多车同时运行的工况，从而更为真实地模拟和测试用作车地通信媒介的无线网络性能。借助此系统和方法，用户得以预先测试无线网络的承载能力，并及时调整无线网络参数或提供备选方案。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对阀组件及控制阀的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1示出一种典型的列控系统的系统框图。

图2示出根据本发明一个实施例的无线网络测试系统的示意图。

图3示出根据本发明一个实施例的无线网络测试方法的流程图。

图4示出根据本发明一个实施例的无线网络测试工具的人机交互界面的示意图。

标号说明

10：无线网络；

20：车载设备；

22：计算设备/车载模拟计算设备；

222无线网络接口；

30：轨旁设备；

32：计算设备/轨旁模拟计算设备；

322无线网络接口；

40：测试工具

400：人工界面；

410：数据显示区；

420：配置区；

430报告区。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

图1示出了一种典型的列控系统的系统框图。如图1所示，列控系统1包括设置在列车上的车载设备20、轨旁设备30、以及用于车地通信的无线网络10。这里，无线网络10能够连接到车载设备20和轨旁设备30，且实现二者之间的无线的数据传输。无线网络10可以是WiFi网络(无线局域网)，也可以是例如LTE或5G的无线网络。图1中仅以LTE系统为例示出。考虑到列控系统关系到列车上的生命和财产安全，在列控系统正式运营前通常需要长时间的分功能测试和整车试车时间，以便提前发现技术缺陷或安全隐患。无线网络作为车载设备与轨旁设备之间的重要的信息交互媒介，列控系统对无线网络的性能要求要高于其它普通的无线应用，特别要求无线网络具有更高的可靠性和稳定性，也称作鲁棒性。

图2示例性地示出了根据本发明一个实施例的测试系统，其能够测试车地通信所使用的无线网络10的状况。如图2所示，图1中用于车地通信的无线网络10连接到两个计算设备。计算设备22经由一个无线网络接口222连接到无线网络10。计算设备32经由无线网络接口322连接到无线网络10。计算设备22上可以安装一个测试工具40，该工具可以将计算设备22配置成为一个车载模拟计算设备，该车载模拟计算设备能够模拟车载设备20经由无线网络接口222与无线网络10交换数据，即向无线网络10发送车载数据包和/或从无线网络10接收来自轨旁设备的轨旁数据包。计算设备32上也可以安装一个测试工具40，该测试工具能够将计算设备32配置成一个轨旁模拟计算设备，该轨旁模拟计算设备能够模拟轨旁设备30而经由其无线网络接口322与无线网络10交换数据，即向无线网络10发送轨旁数据包和/或从无线网络10接收来自车载设备的车载数据包。在计算设备22和计算设备32上安装的测试工具40进而可通过经由无线网络10收发的数据包来确定无线网络40的状况。

在图2中，计算设备22和计算设备32可以是任何能够连接到实际的无线网络10并与之进行数据通信的计算设备。换言之，计算设备22和32在硬件配置上应具有能够连接到无线网络10的无线接口。在此前提下，计算设备22和32可以为台式计算机，也可以是任何移动计算设备，例如笔记本电脑、工业笔记本、平板电脑、智能手机等。优选采用可移动的计算设备，这样可以便于将可移动的计算设备22置于期望测试的无线环境下，例如在需要测试高速运动下的无线通信状况时，可以将计算设备22置于某列车上。测试工具40可以实现为一个适于安装在上述计算设备上的应用软件，例如，适于在windows操作系统下运行的应用软件，或者适于在安卓/iOS(苹果品牌产品的操作系统)下运行的应用软件，或者任何应用小程序。测试工具40还可以实现为一个USB插件，其可以通过USB接口连接到上述计算设备上，并进而借助计算设备而运行无线网络的测试功能。

图3示例性地示出了测试工具40工作的流程图。图4示出了测试工具40的人机交互界面400的示意图。以下简便起见，将测试工具40简称为工具40。工具40可以包括模拟配置和网络测试两部分。以下将结合附图3和附图4详细描述本工具40的运行状况。

在模拟配置部分，工具40如图3所示从步骤310开始。在步骤310，工具40向用户呈现的用户界面400包括一个配置窗口，用于配置车载模拟计算设备和/或轨旁模拟计算设备。在图4所示的例子中，该配置窗口即位于图4中右上角的配置区420。默认当前计算设备已经配置成车载模拟计算设备，其能够发送车载数据包和接收轨旁数据包。工具的用户界面400的右上角的配置区420包括一个IP地址配置框WCU_IP，用户可以将用来模拟轨旁设备的计算设备32(即轨旁模拟计算设备)的IP地址输入在该配置框中。类似地，计算设备32上安装的测试工具40的配置区可以采用类似的方式配置计算设备22(车载模拟计算设备)的IP地址。由此计算设备22上的车载数据包会经由无线网络10发送到充当轨旁模拟计算设备的计算设备32处，反之亦然。优选地，人机界面400还包括一个数据速率配置框DataR_Tr，其可用来配置测试过程中针对每个车的各数据包的数据速率，或称发包速率。一般而言，工具40可以选用实际车地通信应用中最常见的数据速率作为默认值。这里，优选地，用户可以通过配置数据速率来测试相对极端情况(车地通信业务高峰期)下无线网络的状况。

更为优选地，配置区还包括多车辆配置。具体而言，计算设备22可以被设置成为多个列车的车载模拟计算设备。不同列车可以具有虚拟的ID。多个车载模拟计算设备的数据包可以杂混从无线网络接口222发送或接收，从而模拟多车同时使用当前无线网络40的情况。例如图4中，配置区还包括一个模拟列车数量设定框Simu-Train。假定当前计算设备22用来模拟四辆列车上的车载设备，则在Simu-Train中设定为4。这样，计算设备22会以每辆车的设定数据速率为四辆车发送数据包。在数据显示区410可以给出模拟四辆列车上的车载设备侧的数据传输速率情况。

在配置窗口内对计算设备22或32完成配置后，计算设备22就被配置成车载模拟计算设备，计算设备32被配置成轨旁模拟计算设备。此后，图3的流程进入到测试阶段。在测试阶段，在步骤320，用户可以通过按下界面400中的一个测试启停按钮Stop_test启动或停止测试。测试启动后，配置成车载模拟计算设备的计算设备22发出车载数据包，这些数据包经由无线网络接口222发送到无线网络10中，且数据包的目的地址为配置成轨旁模拟计算设备的计算设备32。计算设备32，作为轨旁模拟计算设备，接收来自车载模拟计算设备的数据包，并相应地给出应答。类似地，配置成轨旁模拟计算设备的计算设备32也可发出轨旁数据包，这些数据包经由无线网络接口322发送到无线网络10中，且数据包的目的地址为配置成车载模拟计算设备的计算设备22。计算设备22，作为模拟车载设备，接收来自轨旁设备的数据包，并相应地给出应答。测试过程，计算设备22和32分别按照车地通信的协议经由无线网络传递列控数据包。数据包的格式、大小和内容与待测试的列控系统完全相同。对于模拟多车通信的情况，例如配置成车载模拟计算设备的计算设备22可以按照设定的数据速率为每辆模拟的列车发送车载数据包。由此，模拟的车地通信过程与实际应用中车地通信的业务负荷大体相同。

在步骤330，计算设备22和32上的工具40在收发数据包的同时，测试工具40对收发数据包进行实时计算、显示和分析。图4中测试工具40的人机交互界面400包括数据显示区410，其能够实时显示收发数据的情况，例如收发数据包的数据传输速率、延迟时间和/或丢包率。除此之外，界面400还包括一个报告区430，其可以给出实时数据分析的汇总的统计报告Report_F，其可以包括吞吐量Thru_P、丢包率Lost_P、数据包延迟Delay_P的统计结果或统计后的均值等。图4中仅仅示例性地给出了一种形式的统计报告。

图4的数据显示区410给出了模拟车载设备和模拟轨旁设备之间经由无线网络40交互数据的实时情况。如图4所示，数据显示区410分为三个子区域，每个子区域分别显示一个无线网络数据传输参数的实时数据。每个子区域同时显示所模拟的四辆列车上车载设备与轨旁设备之间的数据通信状况。例如，位于上部的子区域显示从模拟轨旁设备到模拟车载设备的数据传输波特率。位于中部的子区域呈现的是从模拟轨旁设备到模拟车载设备的丢包率。位于下部的子区域呈现的是从模拟车载设备到模拟轨旁设备的数据接收延迟时间。根据需要，还可以将数据传输的其他参数显示在一个子区域中。实时数据显示可帮助测试人员直观地看到当前无线网络的状况，是否拥堵，是否丢包严重等等。图4中的例子是对4辆列车的实时数据。图中相同结果的实时数据重合在一起，虚线标识出的是有差异的某一车的数据，这里的差异数据也是示例性的。

图4给出的实时数据通信状况对于测试一种新引入到列控系统中充当无线传输媒介的无线网络(例如LTE网络)尤为重要。测试人员可以通过工具40实时观察LTE网络的数据通信能力和状况。优选地，图4中的数据显示区410还可以提供不同时段历史数据比较、不同数据传输速率下的丢包率比对、不同数目的车辆下数据传输速率比对等等。这些均可参照图4所示的方式呈现在数据显示区410中，帮助测试人员了解LTE网络的实时数据传输状况，并给予测试人员直观地，便于识别的视觉显示和回馈。

更为优选地，如图4中下部数据子区域所示，当模拟4车同时使用无线网络(例如LTE)网络时，可能出现如图4所示的在某一时刻的丢包率突增或延迟过大。本发明提供的测试工具40还可以实时地将这些无线网络的状态数据(丢包率或延迟等)与正常数据阈值进行比较，并实时指示出异常数据区，如图4中子区域内双箭头所指示的位置。图4中仅示例性地示出此种情况，这种突增体现出与当前无线网络可能的出现短时过载或意外故障导致丢包。及时发现此种故障，可以更好地发现网络是否存在潜在的不稳定缺陷。工具40可以在出现潜在故障位置突出标识出异常区，以提示测试人员。这种异常区域的判断也可以根据需要进行人工设定。在实际应用中还可以进一步捕捉丢包率高的区间内的详细数据，以发现丢包原因。

如此，采用上述测试工具40，用户得以在无实际车地通信情况下，预先测试待用于车地通信的无线网络的承载能力，且可进行长时间或多时段的测试，以便及时调整无线网络参数或提供备选方案。

上述测试工具40为运行在计算设备上的软件，其代码和指令可以一种计算机可读介质的形式存在，例如任何现有的计算机存储介质。该存储介质上存储着实现上述测试工具实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对列控系统中使用的无线网络进行测试的系统，所述无线网络(10)用于列控系统中车载设备(20)与轨旁设备(30)之间的无线通信，该测试系统包括：

一车载模拟计算设备(22)，其配置成连接到所述无线网络(10)，且能够被配置成向所述无线网络发送车载数据包和/或接收来自所述无线网络(10)的轨旁数据包；

一轨旁模拟计算设备(32)，其配置成连接到所述无线网络(10)，且能够被配置成向所述无线网络(10)发送轨旁数据包和/或接收来自所述无线网络的车载数据包；

一测试工具(40)，其安装在所述轨旁模拟计算设备和所述车载模拟计算设备二者至少之一上，且配置成能够根据所述发送和/或接收的轨旁数据包或车载数据包而确定出所述无线网络的状态数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线网络为WIFI、LTE、5G中任意一种无线网络。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，一个所述车载模拟计算设备(22)能够配置成模拟两个或两个以上列车上的所述车载设备。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试工具(40)的人机交互界面(400)具有数据显示区(410)，其能够显示基于发送出的数据包和接收到的数据包确定出的所述无效网络(10)的实时丢包率、实时延迟时间和数据传输速率中的任意之一。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试工具(40)的人机交互界面(400)具有数据显示区(410)，其能够在实时数据异常区域给出突出指示。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试工具(40)的人机交互界面(400)还具有数据报告区(430)，其显示测试数据的统计结果。

7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述测试工具(40)的人机交互界面(400)的数据显示区(410)，其显示实时数据对比，并对异常数据给出突出指示。

8.一种测试无线网络的方法，所述无线网络(10)用于列控系统中车载设备(20)与轨旁设备(30)之间的无线通信，其特征在于，该方法包括：

使得一车载模拟计算设备(22)连接到所述无线网络(10)，且配置成能够接收来自所述无线网络的轨旁数据包和/或向所述无线网络发送车载数据包；

使得一轨旁模拟计算设备(32)连接到所述无线网络(10)，且配置成能够向所述无线网络(20)发送轨旁数据包和/或接收来自所述无线网络的车载数据包；

在发送和/或接收数据包的同时，基于所述发送和/或接收的轨旁数据包或车载数据包而确定出所述无线网络的状态数据，并显示实时数据；

优选地，所述无线网络为WIFI、LTE、5G中任意一种无线网络。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将所述车载模拟计算设备(22)配置成模拟两个或两个以上列车的车载设备发送车载数据包和接收到来自无线网络的轨旁数据包。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括实时地将所述无线网络的状态数据与正常数据阈值进行比较，并实时指示出异常数据区。

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