CN115442849B - 铁路车载毫米波终端差异化通信方法、装置及存储介质 - Google Patents

铁路车载毫米波终端差异化通信方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN115442849B CN202211395472.2A CN202211395472A CN115442849B CN 115442849 B CN115442849 B CN 115442849B CN 202211395472 A CN202211395472 A CN 202211395472A CN 115442849 B CN115442849 B CN 115442849B
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Abstract

本发明公开一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法、装置及存储介质，方法包括S1，获取两车间需传输的数据信息，基于数据信息确定所需的数据传输时长；S2，获取两车进入彼此通信距离门限时两车的入限位置坐标；S3，获取轨道信息及两车的速度信息，轨道信息为轨道曲线函数；S4，基于轨道信息、两车的速度信息及入限位置坐标预测两车未来行驶时段的未来实时距离及未来实时通信多普勒频移；S5，判定两车的未来实时距离是否均不大于两车通信距离门限，判定两车的未来实时通信多普勒频移是否均不大于频移门限；若判定结果均为是，两车切换至车车通信传输数据。本申请实现铁路车载毫米波终端差异化的通信对象选择，优化数据传输方式，节省数据传输时间。

Description

铁路车载毫米波终端差异化通信方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及车载毫米波通信领域，具体是一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法、装置及存储介质。
背景技术
传统列车毫米波通信系统中，两辆列车间需要传输数据时，通常是通过轨旁毫米波基站设备进行车-地-车间接通信实现的。为了提高车车数据传输效率，车车毫米波通信技术已被研发应用于列车运行控制系统中，其进行列车间的直接通信，减少数据在轨旁毫米波基站设备的流转。尽管车车直接通信有很多优势，但由于列车运行情况复杂，在不满足车车直接通信的条件时，仍然需要通过轨旁毫米波基站设备进行间接通信传输数据。在车车直接通信与车-地-车通信并存的情况下，根据列车具体情况判定车载毫米波终端的通信方式，可实现差异化的通信对象选择，优化数据传输方式，节省数据传输时间。
现有技术中车载毫米波终端的差异化通信的主要方法是；当需传输数据的同向两车进入彼此通信距离门限时，根据两车的速度差V、两车实时直线距离d及两车通信距离门限L来计算两车保持通信的时间，具体是(L±d)/v，并基于通信时间和数据传输时间的比较来判定进行车车直接通信还是车地车通信。现有方法是将较快车相对于较慢车的行驶距离近似于两车的通信距离门限、实时直线距离之和/差。但铁路领域列车是沿轨道行驶的，轨道存在弧度、弯曲的情况，较快列车相对于较慢列车的行驶距离不能等同于两车的通信距离门限、两车的实时直线距离之和/差，按现有技术计算出的两车通信时间不准确，可能导致选择的通信方式不适用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的上述问题，提供了一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法、装置及存储介质，本发明基于要传输的数据信息、列车速度信息、轨道信息预测列车未来实时距离及未来实时通信多普勒频移，从而确定合理的车车通信模式，实现铁路车载毫米波终端差异化的通信对象选择，优化数据传输方式，节省数据传输时间。
第一方面，本发明提供了一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法，所述方法包括以下步骤：
S1，获取两车间需传输的数据信息，基于数据信息确定所需的数据传输时长；
S2，获取两车进入彼此通信距离门限时两车的入限位置坐标；
S3，获取轨道信息及两车的速度信息，轨道信息为轨道曲线函数，两车速度信息为两车速度函数；
S4，基于轨道信息、两车的速度信息及入限位置坐标预测两车未来行驶时段的未来实时距离及未来实时通信多普勒频移，未来行驶时段的时长与数据传输时长相等；
S5，判定两车的未来实时距离是否均不大于两车通信距离门限，判定两车的未来实时通信多普勒频移是否均不大于频移门限；若判定结果均为是，则两车切换至车车通信传输数据，若判定结果存在一个为否，则两车保持车地通信传输数据。
优选地，所述S4中两车的未来实时距离的预测方法包括：
SA1，将未来行驶时段按时刻划分为多个未来时间点；
SA2，基于轨道信息及两车的速度信息预测两车在各未来时间点所处的未来实时位置坐标；
SA3，基于两车的未来实时位置坐标确定两车的未来实时距离。
优选地，所述SA2包括：
基于两车的速度信息，分别对两车进行速度关于时间的积分，得到两车各未来时间点的第一行驶距离；
基于轨道信息，分别对两车进行位置坐标的曲线积分，得到两车各未来时间点的第二行驶距离；
联立相同列车相同未来时间点的第一行驶距离和第二行驶距离，确定两车在各未来时间点所处的未来实时位置坐标。
优选地，所述S4中两车的未来实时通信多普勒频移的预测方法包括：
SB1，基于两车的速度信息确定两车在各未来时间点的未来实时速度；
SB2，获取两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角，确定两车的未来实时相对速度；
SB3，基于两车的未来实时相对速度、两车通信发射频率预测两车的未来实时通信多普勒频移。
优选地，所述SB2中获取两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角包括：
基于两车的未来实时位置坐标确定两车未来实时连线的斜率；
基于轨道信息确定两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率；
基于两车未来实时连线的斜率及对应的两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率确定两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角。
优选地，所述未来行驶时段划分为n个未来时间点，第k|k∈(1,2,...,n)个未来时间点
Figure 747919DEST_PATH_IMAGE001
时两车的未来实时位置坐标分别表示为/>
Figure 521971DEST_PATH_IMAGE002
；两车未来实时连线的斜率为：/>
Figure 232438DEST_PATH_IMAGE003
，轨道曲线函数为f(x)，两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率分别为/>
Figure 101037DEST_PATH_IMAGE004
、/>
Figure 213350DEST_PATH_IMAGE005
，两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角分别为/>
Figure 627144DEST_PATH_IMAGE006
、/>
Figure 824908DEST_PATH_IMAGE007
。
优选地，第k个未来时间点
Figure 169301DEST_PATH_IMAGE001
时，当两车对应的未来实时速度在对应的两车未来实时连线上的投影分量方向相同时，两车的未来实时相对速度/>
Figure 260754DEST_PATH_IMAGE008
，当两车对应的未来实时速度在对应的两车未来实时连线上的投影分量方向相反时，两车的未来实时相对速度
Figure 501243DEST_PATH_IMAGE009
，/>
Figure 530510DEST_PATH_IMAGE010
、/>
Figure 881856DEST_PATH_IMAGE011
分别表示第k个未来时间点/>
Figure 827816DEST_PATH_IMAGE001
时两车的未来实时速度，c表示光速。
优选地，两车的未来实时通信多普勒频移由未来实时纵向频移与未来实时横向频移相加得到，未来实时纵向频移
Figure 35943DEST_PATH_IMAGE012
，未来实时横向频移
Figure 942719DEST_PATH_IMAGE013
，f表示通信发射频率。
第二方面，本发明提供了一种铁路车载毫米波终端差异化通信装置，包括存储器及存储于其上的计算机程序、处理器，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的铁路车载毫米波终端差异化通信方法。
第三方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现上述的铁路车载毫米波终端差异化通信方法。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过数据信息确定传输完业务数据包所需的数据传输时长；通过列车入限位置坐标、速度信息及轨道信息预测列车在与数据传输时长相等的未来行驶时段内的多个未来时间点时的未来实时距离及未来实时通信多普勒频移，通过比较未来实时距离与通信距离门限、未来实时通信多普勒频移与频移门限来选择两车之间合适的通信模式，实现铁路车载毫米波终端差异化的通信对象选择，优化数据传输方式，节省数据传输时间。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
图1为本发明一个具体实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。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的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。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
需要说明的是，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、产品或服务器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。
车车毫米波通信技术可进行列车间的直接通信，减少数据在轨旁毫米波基站设备的流转。但如果两辆列车的可直接通信时间不足以将要传输的数据传输完成时，选择车车直接通信会导致该数据传输失败，延时通过其他方式如车-地-车通信重传，反而会影响列车数据传输效率。在车车直接通信与车-地-车通信并存的情况下，根据列车具体情况判定车载毫米波终端的通信方式，可实现差异化的通信对象选择，优化数据传输方式，节省数据传输时间。
因此，本申请实施例提供一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法，如图1所示，所述方法包括：
S1，获取两车间需传输的数据信息，基于数据信息确定所需的数据传输时长。
在本步骤中，数据信息为单个数据包的数据量大小及数据类型，不同数据类型对应不同的设定传输速率。
在本申请的一些实施例中，列车数据类型包括
Figure 704614DEST_PATH_IMAGE014
，分别对应传输速率：/>
Figure 380446DEST_PATH_IMAGE015
，m表示列车数据类型的数量。A、B两车有数据量为/>
Figure 900421DEST_PATH_IMAGE016
的第i|i∈(1,2,...,m)类数据/>
Figure 91230DEST_PATH_IMAGE017
需要传输，对应设定的传输速率为/>
Figure 784380DEST_PATH_IMAGE018
，则数据传输时长为/>
Figure 439352DEST_PATH_IMAGE019
。
S2，获取两车进入彼此通信距离门限时两车的入限位置坐标。
在本申请的一些实施例中，两车的入限位置坐标为
Figure 926965DEST_PATH_IMAGE020
。
S3，获取轨道信息及两车的速度信息，轨道信息为轨道曲线函数f(x),两车速度信息为两车速度函数
Figure 683700DEST_PATH_IMAGE021
。
在本申请的一些实施例中，两车速度函数、轨道曲线函数的原函数分别为
Figure 180540DEST_PATH_IMAGE022
，其中/>
Figure 627702DEST_PATH_IMAGE023
为任意常数。
S4，基于轨道信息、两车的速度信息及入限位置坐标预测两车未来行驶时段的未来实时距离及未来实时通信多普勒频移，未来行驶时段的时长与数据传输时长相等。
在本申请的一些实施例中，所述S4中两车的未来实时距离的预测方法包括：
SA1，将未来行驶时段按时刻划分为多个未来时间点。在本申请的一些实施例中，未来行驶时段划分为n个未来时间点。
SA2，基于轨道信息及两车的速度信息预测两车在各未来时间点所处的未来实时位置坐标。
在本申请的一些实施例中，所述SA2包括：
基于两车的速度信息，分别对两车进行速度关于时间的积分，得到两车各未来时间点的第一行驶距离。求得第k|k∈(1,2,...,n)个未来时间点
Figure 410850DEST_PATH_IMAGE024
，A车行驶的距离：
Figure 779515DEST_PATH_IMAGE025
，B车行驶的距离：/>
Figure 424254DEST_PATH_IMAGE026
。
基于轨道信息，分别对两车进行位置坐标的曲线积分，得到两车各未来时间点的第二行驶距离。假设第k个未来时间点
Figure 194764DEST_PATH_IMAGE001
时两车的未来实时位置坐标分别表示为
Figure 148813DEST_PATH_IMAGE002
，求得第k个未来时间点/>
Figure 4774DEST_PATH_IMAGE001
时A车行驶的距离
Figure 640155DEST_PATH_IMAGE027
，B车行驶的距离
Figure 872028DEST_PATH_IMAGE028
。
联立相同列车相同未来时间点的第一行驶距离和第二行驶距离，确定两车在各未来时间点所处的未来实时位置坐标。针对A车，
Figure 137925DEST_PATH_IMAGE029
，基于A车速度函数的原函数
Figure 74657DEST_PATH_IMAGE030
及轨道曲线函数的原函数/>
Figure 716990DEST_PATH_IMAGE031
，前述公式可化为
Figure 71880DEST_PATH_IMAGE032
，解得/>
Figure 305415DEST_PATH_IMAGE033
，带入轨道曲线函数y=f(x)可得/>
Figure 870388DEST_PATH_IMAGE034
，得到第k个未来时间点/>
Figure 175468DEST_PATH_IMAGE001
时A车未来实时位置坐标为/>
Figure 243918DEST_PATH_IMAGE035
。相同地，针对B车，/>
Figure 195825DEST_PATH_IMAGE036
，得到第k个未来时间点/>
Figure 44832DEST_PATH_IMAGE001
时B车未来实时位置坐标为/>
Figure 888023DEST_PATH_IMAGE037
。
SA3，基于两车的未来实时位置坐标确定两车的未来实时距离，第k个未来时间点
Figure 342138DEST_PATH_IMAGE001
时两车未来实时距离表示为/>
Figure DEST_PATH_IMAGE038
。
在本申请的一些实施例中，所述S4中两车的未来实时通信多普勒频移的预测方法包括：
SB1，基于两车的速度信息确定两车在各未来时间点的未来实时速度，两车第k个未来时间点
Figure 199367DEST_PATH_IMAGE001
时的未来实时速度分别为/>
Figure 863566DEST_PATH_IMAGE010
、/>
Figure 385814DEST_PATH_IMAGE011
。/>
SB2，获取两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角，确定两车的未来实时相对速度。
在本申请的一些实施例中，所述SB2中获取两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角包括：
基于两车的未来实时位置坐标确定两车未来实时连线的斜率；求得第k个未来时间点
Figure 566873DEST_PATH_IMAGE001
时两车未来实时连线的斜率为/>
Figure 516374DEST_PATH_IMAGE003
。
基于轨道信息确定两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率，求得第k个未来时间点
Figure 871132DEST_PATH_IMAGE001
时两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率分别为/>
Figure 541279DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 829041DEST_PATH_IMAGE005
。
基于两车未来实时连线的斜率及对应的两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率确定两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角，求得第k个未来时间点
Figure 746181DEST_PATH_IMAGE001
时两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角分别为
Figure 604547DEST_PATH_IMAGE006
、/>
Figure 203018DEST_PATH_IMAGE007
。
进一步确定，第k个未来时间点
Figure 345287DEST_PATH_IMAGE001
时，当两车的未来实时速度在两车未来实时连线上的投影分量方向相同时，两车的未来实时相对速度
Figure 902170DEST_PATH_IMAGE008
，当两车对应的未来实时速度在对应的两车未来实时连线上的投影分量方向相反时，两车的未来实时相对速度
Figure 434783DEST_PATH_IMAGE009
，c表示光速。
SB3，基于两车在各未来时间点的未来实时相对速度、两车通信发射频率预测两车的未来实时通信多普勒频移。
第k个未来时间点
Figure 977890DEST_PATH_IMAGE001
时两车的未来实时通信多普勒频移由未来实时纵向频移与未来实时横向频移相加得到，未来实时纵向频移/>
Figure 850032DEST_PATH_IMAGE012
，未来实时横向频移
Figure 436871DEST_PATH_IMAGE013
，f表示通信发射频率。/>
S5，判定两车的未来实时距离是否均不大于两车通信距离门限，判定两车的未来实时通信多普勒频移是否均不大于频移门限；若判定结果均为是，则两车切换至车车通信传输数据，若判定结果存在一个为否，则两车保持车地通信传输数据。
在本步骤中，需要将n个未来时间点的两车未来实时距离分别与通信距离门限进行比较判定，同样地，将n个未来时间点的两车未来实时通信多普勒频移与频移门限进行比较判定，需要满足2n个判定结果均为是，两车才切换至车车通信传输数据。
本申请通过数据信息确定传输完业务数据包所需的数据传输时长；通过列车入限位置坐标、速度信息及轨道信息预测列车在与数据传输时长相等的未来行驶时段内的多个未来时间点时的未来实时距离及未来实时通信多普勒频移，通过比较未来实时距离与通信距离门限、未来实时通信多普勒频移与频移门限来选择两车之间合适的通信模式，实现铁路车载毫米波终端差异化的通信对象选择，优化数据传输方式，节省数据传输时间。
本申请实施例还提供一种铁路车载毫米波终端差异化通信装置，包括存储器、处理器，存储器和处理器可以通过总线或其它方式连接。存储器可用于存储软件程序、计算机程序及模块，如上述铁路车载毫米波终端差异化通信方法对应的程序/模块；处理器通过执行存储器中的计算机程序及模块，实现上述的铁路车载毫米波终端差异化通信方法。
处理器可以为中央处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列等，存储器可以为高速随机存取存储器、非暂态存储器等。
本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现上述铁路车载毫米波终端差异化通信方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘等中的一种或多种的组合。
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述，其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，获取两车间需传输的数据信息，基于数据信息确定所需的数据传输时长；
S2，获取两车进入彼此通信距离门限时两车的入限位置坐标；
S3，获取轨道信息及两车的速度信息，轨道信息为轨道曲线函数，两车速度信息为两车速度函数；
S4，基于轨道信息、两车的速度信息及入限位置坐标预测两车未来行驶时段的未来实时距离及未来实时通信多普勒频移，未来行驶时段的时长与数据传输时长相等；
S5，判定两车的未来实时距离是否均不大于两车通信距离门限，判定两车的未来实时通信多普勒频移是否均不大于频移门限；若判定结果均为是，则两车切换至车车通信传输数据，若判定结果存在一个为否，则两车保持车地通信传输数据；
所述S4中两车的未来实时距离的预测方法包括：
SA1，将未来行驶时段按时刻划分为多个未来时间点；
SA2，基于轨道信息及两车的速度信息预测两车在各未来时间点所处的未来实时位置坐标；
SA3，基于两车的未来实时位置坐标确定两车的未来实时距离；
所述SA2包括：
基于两车的速度信息，分别对两车进行速度关于时间的积分，得到两车各未来时间点的第一行驶距离；
基于轨道信息，分别对两车进行位置坐标的曲线积分，得到两车各未来时间点的第二行驶距离；
联立相同列车相同未来时间点的第一行驶距离和第二行驶距离，确定两车在各未来时间点所处的未来实时位置坐标。
2.根据权利要求1所述的一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法，其特征在于，所述S4中两车的未来实时通信多普勒频移的预测方法包括：
SB1，基于两车的速度信息确定两车在各未来时间点的未来实时速度；
SB2，获取两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角，确定两车的未来实时相对速度；
SB3，基于两车的未来实时相对速度、两车通信发射频率预测两车的未来实时通信多普勒频移。
3.根据权利要求2所述的一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法，其特征在于，所述SB2中获取两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角包括：
基于两车的未来实时位置坐标确定两车未来实时连线的斜率；
基于轨道信息确定两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率；
基于两车未来实时连线的斜率及对应的两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率确定两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角。
4.根据权利要求3所述的一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法，其特征在于，所述未来行驶时段划分为n个未来时间点，第k|k∈(1,2,...,n)个未来时间点
Figure DEST_PATH_IMAGE001
时两车的未来实时位置坐标分别表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；两车未来实时连线的斜率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，轨道曲线函数为f(x)，两车未来实时位置坐标所在轨道切线的斜率分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，两车未来实时速度方向与对应的两车未来实时连线的夹角分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
5.根据权利要求4所述的一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法，其特征在于，第k个未来时间点
Figure 348217DEST_PATH_IMAGE001
时，当两车的未来实时速度在两车未来实时连线上的投影分量方向相同时，两车的未来实时相对速度
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，当两车对应的未来实时速度在对应的两车未来实时连线上的投影分量方向相反时，两车的未来实时相对速度
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure DEST_PATH_IMAGE011
分别表示第k个未来时间点
Figure 688194DEST_PATH_IMAGE001
时两车的未来实时速度，c表示光速。
6.根据权利要求5所述的一种铁路车载毫米波终端差异化通信方法，其特征在于，两车的未来实时通信多普勒频移由未来实时纵向频移与未来实时横向频移相加得到，未来实时纵向频移
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，未来实时横向频移
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，f表示通信发射频率。
7.一种铁路车载毫米波终端差异化通信装置，包括存储器及存储于其上的计算机程序、处理器，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的铁路车载毫米波终端差异化通信方法。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的铁路车载毫米波终端差异化通信方法。
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