CN115052264B - 基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法及装置 - Google Patents

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CN115052264B CN202210958705.9A CN202210958705A CN115052264B CN 115052264 B CN115052264 B CN 115052264B CN 202210958705 A CN202210958705 A CN 202210958705A CN 115052264 B CN115052264 B CN 115052264B
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Abstract

本申请涉及数据传输技术领域，提供一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法及装置。所述方法包括：在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一无线网关上报的报文数据进行筛选，将与布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将报文数据的数据特征作为数据指纹添加至布谷鸟过滤器；在数据下行阶段，根据铁路客站中的任一节点以及任一无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过最优通信路径，传输目标服务器下发至节点的数据。本申请实施例提供的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法能够节约存储资源以及运算资源，提高铁路客站内无线网络数据传输的稳定性和成功率。

Description

基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法及装置
技术领域
本申请涉及数据传输技术领域，具体涉及一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法及装置。
背景技术
随着铁路客站信息化和智能化建设，站内越来越多的设备需要接入网络，考虑到既有站线路和既有设备的改造成本，无线物联网技术被广泛的应用于铁路客站中。其中，星型或类星型无线网络是一种最为常见和普遍使用的结构，通过设置无线网关作为无线网络的中心单元，将感知层大量设备作为节点和网关的通信，再由网关将节点传输的报文汇聚整合传输到铁路客站的服务器，如管控平台，实现节点与服务器之间的数据传输。
在利用网关实现节点与服务器之间的数据传输时，由于铁路客站的无线通信环境较为复杂，在某些情况下，如若当列车在铁路客站中刹车，可能出现网关突然失效的情况。而当网关失效时，会导致节点与管控平台之间无法进行数据传输，从而影响数据传输的稳定性和成功率，因此，需要设置多个无线网关，使节点和服务器发送的数据被多个网关接收形成多个冗余数据进行传输，从而提高数据传输的稳定性和成功率。
然而，当设置多个无线网关时，由于节点和服务器之间相互传输的数据被多个网关接收形成多个冗余数据，导致节点和服务器需要存储以及处理的数据量大大增加，且大部分是重复的数据，导致存储资源以及运算资源浪费，影响数据传输的稳定性和可靠性。
发明内容
本申请实施例提供一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法及装置，能够节约存储资源以及运算资源，提高铁路客站内无线网络数据传输的稳定性和成功率。
第一方面，本申请实施例提供一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法，包括：
在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹。
在一个实施例中，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，包括：
将所述报文数据的数据特征，与所述布谷鸟过滤器的哈希表中的数据指纹进行匹配；
确定所述哈希表中不存在与所述数据特征匹配的所述数据指纹，上传所述报文数据至目标服务器，并将所述数据特征作为所述数据指纹添加至所述哈希表中。
在一个实施例中，所述将所述报文数据的数据特征，与所述布谷鸟过滤器的哈希表中的数据指纹进行匹配，包括：
根据指纹计算函数确定所述报文数据的数据特征，以及，根据散列函数确定所述报文数据的第一哈希值；
根据所述数据特征以及第一哈希值，确定所述报文数据的第二哈希值；
根据所述第一哈希值与第二哈希值，确定所述哈希表的目标位置；
将所述数据特征与所述目标位置中的所述数据指纹进行匹配。
在一个实施例中，还包括：
将与所述布谷鸟过滤器中的任一所述数据指纹匹配的所述报文数据过滤。
在一个实施例中，所述预设时长大于所述铁路客站中无线网络的无线信号传输时长；
其中，所述无线信号传输时长根据所述无线网络中的前导码发送时长和数据发送时长确定。
在一个实施例中，所述预设时长小于两倍所述无线信号传输时长。
在一个实施例中，还包括：
在数据上行阶段，根据任一所述通信路径在预设时段内上报的各所述报文数据的信号强度、上报各所述报文数据的时间、所述无线网络的最大信号强度以及当前时间，确定所述通信路径的所述信号评价指数；
其中，预设时段根据所述当前时间和预设时间间隔确定；
所述信号评价指数
Figure 900842DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 440277DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 851667DEST_PATH_IMAGE003
为常数，
Figure 712437DEST_PATH_IMAGE004
为 所述通信路径传输的第i条报文数据的信号强度，
Figure 867475DEST_PATH_IMAGE005
为所述无线网络的最大信号强 度，
Figure 12149DEST_PATH_IMAGE006
为所述当前时间，
Figure 578128DEST_PATH_IMAGE007
为所述通信路径上报第i条所述报文数据的时间。
第二方面，本申请实施例提供一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信装置，包括：
上行数据传输模块，用于在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
下行数据传输模块，用于在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法。
第四方面，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法。
本申请实施例提供的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法及装置，通过在铁路客站的无线网络结构中增加多个无线网关，利用各无线网关接收节点发送的相同的报文数据，并在上行阶段通过改进的布谷鸟过滤器筛选报文数据，以将与布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将报文数据的数据特征作为数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器。同时在数据下行阶段，利用通信路径的信号评价指数来选取最优通信路径进行数据传输。从而使得在上行阶段，当多个无线网关传输同一报文数据时，确保只将最先被接收到的报文数据能被目标服务器接收，在下行阶段，只选择最优的通信路径来向节点传输目标服务器的数据，进而能够节约存储资源以及运算资源，提高铁路客站内无线网络数据传输的稳定性和成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法的应用环境示意图；
图2是本申请实施例提供的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法的流程示意图；
图3是本申请实施例提供的报文数据的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的通信路径的信号评价指数表的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信装置的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图对本申请实施例进行详细的阐述。
本申请实施例提供的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法应用于如图1所示的的应用环境中，该应用环境包括目标服务器1，双向筛选引擎2，交换机3、多个无线网关4以及多个节点5。其中，目标服务器1可以是铁路客站的客站管控平台。节点可以是铁路客站中具有通信功能的设备。
铁路客站内的无线网络可以是无线星型网络，无线网关4具有并发处理节点5发送报文数据的能力，节点5和无线网关4之间可基于Modbus-TCP协议通信。双向筛选引擎2部署在铁路客站的计算机设备或数据处理服务器内，其中，计算机设备可以是台式终端或移动终端，移动终端可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等任意移动终端中的一种；数据处理服务器可以是独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器群，或者是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。双向筛选引擎2所在的计算机设备或数据处理服务器和无线网关4通过网线或光纤连接，基于TCP协议传输数据。双向筛选引擎2和目标服务器1，即客站管控平台部署在同一局域网下， 双方通过软件接口实现数据传输。
在一实施例中，所有网关的网络通信参数一致，形成多个相互交叉的数据传输路径。增加网关不影响原有无线网络并发性能、节点容量和带宽，同时不改变节点原有的通信协议和接入方式，也不改变客站平台原有的通信协议和接入方式。当数据上行阶段，节点发送的报文被多个网关接收形成多个报文数据，传输至双向筛选引擎。双向筛选引擎在接收到各无线网关中任一无线网关上报的报文数据时，通过改进的布谷鸟过滤器对报文数据进行筛选，将与布谷鸟过滤器的哈希表中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，即客站管控平台，并将该报文数据的数据特征作为数据指纹添加至布谷鸟过滤器的哈希表中，从而过滤后续其他网关上传的与该报文数据相同的报文数据。当数据指纹在布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，则删除该数据指纹。
在数据下行阶段，双向筛选引擎2获取可用于向铁路客站的任一节点5传输数据的各通信路径的信号评价指数，根据各通信路径的信号评价指数，从各通信路径中选取最优的通信路径来传输目标服务器下发至该节点5的数据。
通过在铁路客站的无线网络结构中增加多个无线网关，利用各无线网关接收节点发送的相同的报文数据，并在上行阶段通过改进的布谷鸟过滤器筛选报文数据，以将与布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将报文数据的数据特征作为数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器。同时在数据下行阶段，利用通信路径的信号评价指数来选取最优通信路径进行数据传输。从而使得在上行阶段，当多个无线网关传输同一报文数据时，确保只将最先被接收到的报文数据能被目标服务器接收，在下行阶段，只选择最优的通信路径来向节点传输目标服务器的数据，进而能够节约存储资源以及运算资源，提高铁路客站内无线网络数据传输的稳定性和成功率。
如图2所示，在一实施例中，提供了一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法。该方法应用于计算机设备或数据处理服务器中，用于进行数据传输。其中，计算机设备或数据处理服务器可以是图1所示的双向筛选引擎2。如图2所示，本实施例提供的一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法包括：
步骤101，在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
步骤102，在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹。
通过在铁路客站的无线网络结构中增加多个无线网关，利用各无线网关接收节点发送的相同的报文数据，并在上行阶段通过改进的布谷鸟过滤器筛选报文数据，以将与布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将报文数据的数据特征作为数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器。同时在数据下行阶段，利用通信路径的信号评价指数来选取最优通信路径进行数据传输。从而使得在上行阶段，当多个无线网关传输同一报文数据时，确保只将最先被接收到的报文数据能被目标服务器接收，在下行阶段，只选择最优的通信路径来向节点传输目标服务器的数据，进而能够节约存储资源以及运算资源，提高铁路客站内无线网络数据传输的稳定性和成功率。
在一实施例中，在数据上行时，节点发送的任一报文数据会被无线网络中的各无线网关接收。任一无线网关在接收到报文数据后，会在报文数据最前端添加冗余通信帧头，然后再将添加了冗余通信帧头的报文数据上报至双向筛选引擎。其中，冗余通信帧头由向双向筛选引擎上报该报文数据的无线网关的网关地址，该无线网关在接收该报文数据时，与上报该报文数据的节点之间无线通信的信号强度，以及，上报该报文数据的节点地址，最终得到的报文数据如图3所示。在冗余通信帧头中，网关地址占用2字节，用于标识唯一的一台无线网关，节点地址占用2字节，用于标识唯一的一台节点，信号强度占用2字节。由于每个无线网关均会向双向筛选引擎上报其接收到的报文数据，因此无线双向筛选引擎在极短的时间内会接收到多个相同的报文数据。例如当网关数量为N时，某节点发送一条报文数据，则双向筛选引擎可能接收到的相同报文数据的数量为0-N条。
考虑到针对任一报文数据，其传输路径是由节点传输到各无线网关，再由各无线网关分别将该报文数据传输到向筛选引擎，而受节点与各无线网关的通信距离、各无线网关与双向筛选引擎的通信距离、无线网关的通信信号强度的影响，双向筛选引擎接收到各无线网关的报文数据的时间会存在差异，即各无线网关上报的多条相同的报文数据基本不会在同一时刻传输至双向筛选引擎，因此，可利用双向筛选引擎中改进的布谷鸟过滤器对报文数据的接收顺序，来筛选报文数据。
在一实施例中，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，包括：
将所述报文数据的数据特征，与所述布谷鸟过滤器的哈希表中的数据指纹进行匹配；
确定所述哈希表中不存在与所述数据特征匹配的所述数据指纹，上传所述报文数据至目标服务器，并将所述数据特征作为所述数据指纹添加至所述哈希表中。
在一实施例中，当双向筛选引擎每一次接收到一个报文数据时，在去掉其冗余通信帧头后，提取该报文数据的数据特征，将该数据特征映射到改进的布谷鸟过滤器的哈希表中，与哈希表中的数据指纹进行匹配，判断哈希表中是否存在于该数据特征相同的数据指纹。其中，哈希表包括若干个桶，每个桶包括若干个单元，用于存储由报文数据的数据特征生成的数据指纹。
在一实施例中，将所述报文数据的数据特征，与所述布谷鸟过滤器的哈希表中的数据指纹进行匹配，包括：
根据指纹计算函数确定所述报文数据的数据特征，以及，根据散列函数确定所述报文数据的第一哈希值；
根据所述数据特征以及第一哈希值，确定所述报文数据的第二哈希值；
根据所述第一哈希值与第二哈希值，确定所述哈希表的目标位置；
将所述数据特征与所述目标位置中的所述数据指纹进行匹配。
在去掉报文数据的冗余通信帧头后，首先根据指纹计算函数，计算该报文数据的 指纹，即数据特征，并根据散列函数，计算该报文数据的第一哈希值。然后，根据数据特征和 第一哈希值计算得出第二哈希值。其中，根据指纹计算函数确定数据特征
Figure 237780DEST_PATH_IMAGE008
具体为：
Figure 134192DEST_PATH_IMAGE009
；t为预设时长，n为数据特征所占的位数，
Figure 946421DEST_PATH_IMAGE010
为指纹计算函数。根 据散列函数确定报文数据的第一哈希值
Figure 902876DEST_PATH_IMAGE011
具体为：
Figure 49823DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 733614DEST_PATH_IMAGE013
为散列函数。根据 数据特征
Figure 384038DEST_PATH_IMAGE014
以及第一哈希值
Figure 573711DEST_PATH_IMAGE015
，确定报文数据的第二哈希值
Figure 896370DEST_PATH_IMAGE016
具体为：
Figure 931323DEST_PATH_IMAGE017
。
在一实施例中，确定第一哈希值
Figure 701832DEST_PATH_IMAGE018
以及第二哈希值
Figure 249357DEST_PATH_IMAGE019
后，将第一哈希值
Figure 370897DEST_PATH_IMAGE020
以及 第二哈希值
Figure 943961DEST_PATH_IMAGE021
，映射到哈希表的目标桶中，并将映射到的目标桶作为目标位置，将数据特 征
Figure 522972DEST_PATH_IMAGE014
的数据特征段
Figure 788868DEST_PATH_IMAGE022
与该目标桶所有单元中的数据指纹进行匹配。若该目标桶所有单元 中的数据指纹与数据特征段
Figure 132125DEST_PATH_IMAGE023
均不匹配，即该目标桶所有单元中的数据指纹均不包含 数据特征
Figure 226989DEST_PATH_IMAGE024
的数据特征段
Figure 972091DEST_PATH_IMAGE025
，则将该数据特征
Figure 362883DEST_PATH_IMAGE014
对应的报文数据上传至服务器，并将数 据特征
Figure 193436DEST_PATH_IMAGE014
作为数据指纹存入哈希表中。其中，若需将数据特征
Figure 108302DEST_PATH_IMAGE026
作为数据指纹存入哈希表 中，则先确定报文数据的第一哈希值
Figure 160441DEST_PATH_IMAGE027
以及第二哈希值
Figure 33719DEST_PATH_IMAGE028
映射到哈希表的目标桶中的两 个单元，如果两个单元都为空，则将该报文数据的数据特征
Figure 289251DEST_PATH_IMAGE029
作为数据指纹随机存入其中一 个位置；如果只有一个位置，则将该数据特征
Figure 24120DEST_PATH_IMAGE029
作为数据指纹存入为空的位置；如果都不为 空，则随机踢出桶中的一个数据指纹，并将该数据特征
Figure 681497DEST_PATH_IMAGE030
作为数据指纹存入，而踢出的数据 指纹再重新计算哈希找到相应的位置。如果循环踢出次数超过设定阈值，则对哈希表进行 扩容操作。
在一实施例中，所述方法还包括：
将与所述布谷鸟过滤器中的任一所述数据指纹匹配的所述报文数据过滤。
在一实施例中，若数据特征
Figure 460097DEST_PATH_IMAGE014
映射到的目标桶的各单元中，存在于该数据特征
Figure 514510DEST_PATH_IMAGE014
的 数据特征段
Figure 240021DEST_PATH_IMAGE031
相匹配的数据指纹，则可判定该数据特征
Figure 548642DEST_PATH_IMAGE032
对应的报文数据已经上传至目 标服务器，从而布谷鸟过滤器过滤该报文数据，避免将重复的报文数据上传至目标服务器， 减少目标服务器的存储压力和运算压力。
考虑到在铁路客站中，当节点发送报文数据时，其前后发送的两个报文数据可能是相同的，如节点1分钟前和1分钟后发送的两条报文数据可能均是提示列车到站时间，但这两个报文数据均需要上传至目标服务器。因此，为避免后发的报文数据因与先发的报文数据相同，导致后发的报文数据被过滤，无法上传至目标服务器，当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹。
在一实施例中，在将数据特征作为数据指纹添加至布谷鸟过滤器的哈希表中时， 会同时记录该数据指纹在哈希表中的存储时长，同时每隔一段时间
Figure 502736DEST_PATH_IMAGE033
监测其存储时长，或 者实时监测其存储时长
Figure 467281DEST_PATH_IMAGE034
。当该数据指纹在哈希表中的存储时长
Figure 793221DEST_PATH_IMAGE034
，达到预设时长t时，则删 除该数据指纹，实现哈希表中的元素随时间自动更新，减少后续需上报至目标服务器的报 文数据，因与在先上报的报文数据相同而被过滤的情况，提高双向筛选引擎的过滤性能，同 时减少了双向筛选引擎的存储压力，节约双向筛选引擎的存储资源。
在一实施例中，预设时长t可根据实际情况进行设定。考虑到对于预设时长t的设定，其直接关系到双向筛选引擎的过滤性能。若该预设时长t设定过小，则不能成功地从节点上传至各无线网关的报文数据中，过滤掉冗余的报文数据；如果该预设时长t设定过大，则会造成大量无效的数据指纹不能被及时删除，极大的影响双向筛选引擎的内存和过滤性能。为此，可根据节点经过网关到双向筛选引擎的通信路径在进行信号传输时所需的时长，来确定各报文数据对应的预设时长t。
而铁路客站内无线网络从节点经过无线网关到双向筛选引擎的通信路径上，通常包括无线传输和有线传输两个部分，其中光纤和网线传输速度极快，不同路径到达的时间差可忽略不计，因此主要需要考虑的是无线传输阶段造成各报文数据到达双向筛选引擎的时间差。在某些实施例中，所述预设时长大于所述铁路客站中无线网络的无线信号传输时长；其中，所述无线信号传输时长根据所述无线网络中的前导码发送时长和数据发送时长确定。
在一实施例中，获取铁路客站中无线网络的无线信号传输时长
Figure 471195DEST_PATH_IMAGE035
，为确保有充足等 待时间保证冗余的报文数据被过滤掉，则预设时长t应大于无线信号传输时长
Figure 794860DEST_PATH_IMAGE036
。同时，预 设时长t的取值过大会造成双向筛选引擎占用内存过大，效率降低，因此在一实施例中，预 设时长t可小于两倍的无线信号传输时长
Figure 574598DEST_PATH_IMAGE037
，即
Figure 189381DEST_PATH_IMAGE038
。其中，无线信号传输时长
Figure 410278DEST_PATH_IMAGE039
， 可通过获取前导码发送时长和数据发送时长，将前导码发送时长
Figure 232740DEST_PATH_IMAGE040
和数据发送时 长
Figure 217883DEST_PATH_IMAGE041
相加得到无线信号传输时长
Figure 823308DEST_PATH_IMAGE035
。即：
Figure 226607DEST_PATH_IMAGE042
；
Figure 908386DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 131557DEST_PATH_IMAGE044
。
其中，
Figure 602990DEST_PATH_IMAGE045
为扩频因子，
Figure 47747DEST_PATH_IMAGE046
为信道带宽，
Figure 946432DEST_PATH_IMAGE047
为编码率，
Figure 610894DEST_PATH_IMAGE048
为前导码字节数，
Figure 620439DEST_PATH_IMAGE049
为 数据总字节数。
在数据下行阶段，考虑目标服务器也存在向节点传输数据的需求，而由于无线网络中存在多个无线网关，因此为使目标服务器能够快速地将数据传输至某个节点，可选择最优的通信路径来传输目标服务器的数据。而对于最优通信路径的选择，可以通过向多条通信路径广播测试信号，确定各通信路径的信号评价指数，从而选择出最优的通信路径。但向多条通信路径广播测试信号，需要占用较大的带宽，影响通信效率。
为此，在一实施例中，所述方法还包括：
在数据上行阶段，根据任一所述通信路径在预设时段内上报的各所述报文数据的信号强度、上报各所述报文数据的时间、所述无线网络的最大信号强度以及当前时间，确定所述通信路径的所述信号评价指数；
其中，预设时段根据所述当前时间和预设时间间隔确定；
所述信号评价指数
Figure 732751DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 254868DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 187052DEST_PATH_IMAGE052
为常数，
Figure 265867DEST_PATH_IMAGE053
为 所述通信路径传输的第i条报文数据的信号强度，
Figure 186680DEST_PATH_IMAGE054
为所述无线网络的最大信号强 度，
Figure 427169DEST_PATH_IMAGE006
为所述当前时间，
Figure 315490DEST_PATH_IMAGE055
为所述通信路径上报第i条所述报文数据的时间。
在一实施例中，如图4所示，双向筛选引擎中预设有一个信号评价指数表，无线网 络下包括M个无线网关，N个节点，则信号评价指数表包含M行N列，表中元素即对应无线网关 i和节点j形成的通信路径的信号评价指数，信号评价指数基于信号强度和通信时间两个维 度进行评价，表征了在某段时间内平均信号强度状况，且时间越近所占权重越大。示例性 的，对于网络中，由编号为i的无线网关和编号为j的节点组成的通信路径
Figure 181684DEST_PATH_IMAGE056
，先根据当前 时间和预设时间间隔，确定与当前时间的时间间隔为预设时间间隔的历史时间，以根据历 史时间和当前时间形成的时段，作为预设时段。然后，确定该预设时段内，由该通信路径
Figure 206272DEST_PATH_IMAGE057
上报至双向筛选引擎的n条报文数据，并获取任一条报文数据i的信号强度
Figure 352082DEST_PATH_IMAGE058
，上报任一 条报文数据i至双向筛选引擎分别所需的时间
Figure 275170DEST_PATH_IMAGE059
，铁路客站中无线网络的最大信号强度
Figure 633470DEST_PATH_IMAGE060
以及当前时间
Figure 574881DEST_PATH_IMAGE061
。最后，基于各信号强度
Figure 406440DEST_PATH_IMAGE062
、各时间
Figure 3775DEST_PATH_IMAGE063
、最大信号强度
Figure 696924DEST_PATH_IMAGE064
以及当前时间
Figure 509154DEST_PATH_IMAGE065
，可确定通信路径
Figure 465608DEST_PATH_IMAGE066
在当前时刻的信号评价指数为：
Figure 81397DEST_PATH_IMAGE067
在确定通信路径
Figure 93085DEST_PATH_IMAGE068
在当前时刻的信号评价指数后，可将其信号评价指数更新至 信号评价指数表中。
通过上行阶段节点上传报文数据时的各项数据信息，来确定通信路径的信号评价指数，从而无需向各通信路径广播测试信号，即可确定各通信路径的信号评价指数，从而能够在确保获取到的各通信路径的信号评价指数的准确度同时，节省通信带宽，提高通信效率。
在一实施例中，在确定各通信路径的信号评价指数后，即可根据各所述通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至所述节点的数据。
在一实施例中，当客站管控平台需要向某个节点发送数据时，双向筛选引擎可先确定可传输该数据的各通信路径，然后比较信号评价指数表中记录的这些通信路径的信号评价指数，选择信号评价指数最优的通信路径进行数据传输。若信号评价指数最优的通信路径有多个，则随机选择一个信号评价指数最优的通信路径来传输目标服务器下发至该节点的数据。
下面对本发明提供的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信装置进行描述，下文描述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信装置与上文描述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法可相互对应参照。
在一实施例中，如图5所示，提供了一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信装置，包括：
上行数据传输模块210，用于在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
下行数据传输模块220，用于在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹。
通过在铁路客站的无线网络结构中增加多个无线网关，利用各无线网关接收节点发送的相同的报文数据，并在上行阶段通过改进的布谷鸟过滤器筛选报文数据，以将与布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将报文数据的数据特征作为数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器。同时在数据下行阶段，利用通信路径的信号评价指数来选取最优通信路径进行数据传输。从而使得在上行阶段，当多个无线网关传输同一报文数据时，确保只将最先被接收到的报文数据能被目标服务器接收，在下行阶段，只选择最优的通信路径来向节点传输目标服务器的数据，进而能够节约存储资源以及运算资源，提高铁路客站内无线网络数据传输的稳定性和成功率。
在一实施例中，上行数据传输模块210具体用于：
将所述报文数据的数据特征，与所述布谷鸟过滤器的哈希表中的数据指纹进行匹配；
确定所述哈希表中不存在与所述数据特征匹配的所述数据指纹，上传所述报文数据至目标服务器，并将所述数据特征作为所述数据指纹添加至所述哈希表中。
在一实施例中，上行数据传输模块210具体用于：
根据指纹计算函数确定所述报文数据的数据特征，以及，根据散列函数确定所述报文数据的第一哈希值；
根据所述数据特征以及第一哈希值，确定所述报文数据的第二哈希值；
根据所述第一哈希值与第二哈希值，确定所述哈希表的目标位置；
将所述数据特征与所述目标位置中的所述数据指纹进行匹配。
在一实施例中，上行数据传输模块210还用于：
将与所述布谷鸟过滤器中的任一所述数据指纹匹配的所述报文数据过滤。
在一实施例中，所述预设时长大于所述铁路客站中无线网络的无线信号传输时长；
其中，所述无线信号传输时长根据所述无线网络中的前导码发送时长和数据发送时长确定。
在一实施例中，所述预设时长小于两倍所述无线信号传输时长。
在一实施例中，上行数据传输模块210，还用于：
在数据上行阶段，根据任一所述通信路径在预设时段内上报的各所述报文数据的信号强度、上报各所述报文数据的时间、所述无线网络的最大信号强度以及当前时间，确定所述通信路径的所述信号评价指数；
其中，预设时段根据所述当前时间和预设时间间隔确定；
所述信号评价指数
Figure 946771DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 870865DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 255841DEST_PATH_IMAGE071
为常数，
Figure 290793DEST_PATH_IMAGE072
为所述通信路径传输的第i条报文数据的信号强度，
Figure 998986DEST_PATH_IMAGE073
为所述无线网络的最 大信号强度，
Figure 608828DEST_PATH_IMAGE006
为所述当前时间，
Figure 199209DEST_PATH_IMAGE055
为所述通信路径上报第i条所述报文数据的时间。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）810、通信接口（Communication Interface）820、存储器（memory）830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的计算机程序，以执行基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法的步骤，例如包括：
在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本申请实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各实施例所提供的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法的步骤，例如包括：
在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹。
另一方面，本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使处理器执行上述各实施例提供的方法的步骤，例如包括：
在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹。
所述处理器可读存储介质可以是处理器能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器（例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘（MO）等）、光学存储器（例如CD、DVD、BD、HVD等）、以及半导体存储器（例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器（NANDFLASH）、固态硬盘（SSD））等。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述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计算机可读存储介质中，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）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法，其特征在于，包括：
在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹；
其中，在数据上行阶段，双向筛选引擎中有信号评价指数表，无线网络包括M个无线网 关，N个节点，则信号评价指数表包含M行N列，信号评价指数表中元素对应无线网关i和节点 j形成的通信路径的信号评价指数，信号评价指数基于信号强度和通信时间两个维度进行 评价，表征在某段时间内平均信号强度状况，且时间越近所占权重越大；对于网络中，由编 号i的无线网关和编号为j的节点组成的通信路径
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，根据当前时间和预设时间间隔，确 定与当前时间的时间间隔为预设时间间隔的历史时间，以根据历史时间和当前时间形成的 时段，作为预设时段；确定预设时段内，由通信路径
Figure 572658DEST_PATH_IMAGE002
上报至双向筛选引擎的n条报文数 据，并获取任一条报文数据i的信号强度
Figure 502436DEST_PATH_IMAGE003
，上报任一条报文数据i至双向筛选引擎分 别所需的时间
Figure 352581DEST_PATH_IMAGE004
，铁路客站中无线网络的最大信号强度
Figure 926782DEST_PATH_IMAGE005
以及当前时间
Figure 204179DEST_PATH_IMAGE006
；基于 各信号强度
Figure 352745DEST_PATH_IMAGE007
、各时间
Figure 272160DEST_PATH_IMAGE008
、最大信号强度
Figure 763184DEST_PATH_IMAGE009
以及当前时间
Figure 477062DEST_PATH_IMAGE010
，确定通信路径
Figure 584695DEST_PATH_IMAGE011
在当前时刻的信号评价指数为：
Figure 42221DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，k1和k2为常数；
所述预设时长大于所述铁路客站中无线网络的无线信号传输时长，且小于两倍的所述无线信号传输时长；所述无线信号传输时长根据所述无线网络中的前导码发送时长和数据发送时长确定，计算公式如下：
Figure 653331DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 475794DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 539565DEST_PATH_IMAGE015
；
其中，T为无线信号传输时长，
Figure 600449DEST_PATH_IMAGE016
为前导码发送时长，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为数据发送时长， SF为扩频因子，BW为信道带宽，CR为编码率，
Figure 862803DEST_PATH_IMAGE018
为前导码字节数，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为数据总字节数。
2.根据权利要求1所述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法，其特征在于，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，包括：
将所述报文数据的数据特征，与所述布谷鸟过滤器的哈希表中的数据指纹进行匹配；
确定所述哈希表中不存在与所述数据特征匹配的所述数据指纹，上传所述报文数据至目标服务器，并将所述数据特征作为所述数据指纹添加至所述哈希表中。
3.根据权利要求1所述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法，其特征在于，所述将所述报文数据的数据特征，与所述布谷鸟过滤器的哈希表中的数据指纹进行匹配，包括：
根据指纹计算函数确定所述报文数据的数据特征，以及，根据散列函数确定所述报文数据的第一哈希值；
根据所述数据特征以及第一哈希值，确定所述报文数据的第二哈希值；
根据所述第一哈希值与第二哈希值，确定所述哈希表的目标位置；
将所述数据特征与所述目标位置中的所述数据指纹进行匹配。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法，其特征在于，还包括：
将与所述布谷鸟过滤器中的任一所述数据指纹匹配的所述报文数据过滤。
5.一种基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信装置，其特征在于，包括：
上行数据传输模块，用于在数据上行阶段，根据改进的布谷鸟过滤器，对各无线网关中任一所述无线网关上报的报文数据进行筛选，将与所述布谷鸟过滤器中的各数据指纹不匹配的报文数据上传至目标服务器，并将所述报文数据的数据特征作为所述数据指纹添加至所述布谷鸟过滤器；
下行数据传输模块，用于在数据下行阶段，根据所述铁路客站中的任一节点以及任一所述无线网关形成的各通信路径的信号评价指数，确定最优通信路径，以通过所述最优通信路径，传输所述目标服务器下发至节点的数据；
其中，所述报文数据由铁路客站中的任一所述节点生成并发送至各所述无线网关；
当所述数据指纹在所述布谷鸟过滤器中存在的时长达到预设时长时，删除所述数据指纹；
所述基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信装置用于：
在数据上行阶段，双向筛选引擎中有信号评价指数表，无线网络包括M个无线网关，N个 节点，则信号评价指数表包含M行N列，信号评价指数表中元素对应无线网关i和节点j形成 的通信路径的信号评价指数，信号评价指数基于信号强度和通信时间两个维度进行评价， 表征在某段时间内平均信号强度状况，且时间越近所占权重越大；对于网络中，由编号i的 无线网关和编号为j的节点组成的通信路径
Figure 652905DEST_PATH_IMAGE020
，根据当前时间和预设时间间隔，确定与当 前时间的时间间隔为预设时间间隔的历史时间，以根据历史时间和当前时间形成的时段， 作为预设时段；确定预设时段内，由通信路径
Figure DEST_PATH_IMAGE021
上报至双向筛选引擎的n条报文数据，并获 取任一条报文数据i的信号强度
Figure 63026DEST_PATH_IMAGE022
，上报任一条报文数据i至双向筛选引擎分别所需的 时间
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，铁路客站中无线网络的最大信号强度
Figure 596776DEST_PATH_IMAGE024
以及当前时间
Figure 916899DEST_PATH_IMAGE006
；基于各信号强 度
Figure DEST_PATH_IMAGE025
、各时间
Figure 999606DEST_PATH_IMAGE008
、最大信号强度
Figure 710073DEST_PATH_IMAGE026
以及当前时间
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，确定通信路径
Figure 703305DEST_PATH_IMAGE011
在当前时 刻的信号评价指数为：
Figure 409093DEST_PATH_IMAGE028
；
其中，k1和k2为常数；
所述基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信装置用于：
所述预设时长大于所述铁路客站中无线网络的无线信号传输时长，且小于两倍的所述无线信号传输时长；所述无线信号传输时长根据所述无线网络中的前导码发送时长和数据发送时长确定，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
；
Figure 337735DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure DEST_PATH_IMAGE031
；
其中，T为无线信号传输时长，
Figure 256537DEST_PATH_IMAGE032
为前导码发送时长，
Figure 397668DEST_PATH_IMAGE033
为数据发送时 长，SF为扩频因子，BW为信道带宽，CR为编码率，
Figure 957962DEST_PATH_IMAGE034
为前导码字节数，
Figure 526347DEST_PATH_IMAGE035
为数据总字节数。
6.一种电子设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法。
7.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的基于多路径筛选的铁路客站无线网络通信方法。
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