CN115802392B - 一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法及系统 - Google Patents

一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法及系统 Download PDF

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CN115802392B CN202310079980.8A CN202310079980A CN115802392B CN 115802392 B CN115802392 B CN 115802392B CN 202310079980 A CN202310079980 A CN 202310079980A CN 115802392 B CN115802392 B CN 115802392B
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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，提供了一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法及系统，该方法包括：分布单元(DU)部署在轨道交通沿线，集中单元(CU)部署在远离运行线位置，两者位置固定；CU与DU多对多物理连接，列车运行时仅能与一个DU通信，DU在逻辑上仅能选择一个CU通信；列车所在的DU选择不同固定CU时产生选择代价，列车移动经由不同DU时，通信资源在不同CU间迁徙时产生代价；根据不同运行线的运行时刻和轨迹，求得运行线交集区域内对应的CU，遍历运行线在该区域内所经由的所有CU，确定出所有运行线周边部署的DU和CU间的最优逻辑连接关系。该方法降低了越区切换的代价，提高了车地无线通信的可靠性。

Description

一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法及系统
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法及系统。
背景技术
随着我国轨道交通的蓬勃发展，轨道交通在城市居民日常出行方式中的比重也随之增高，而大量轨道交通线路的开通与运营也极大地促进了车地无线通信技术的发展。随着城市轨道交通运营智能化升级、全自动无人驾驶技术的广泛应用，海量数据运行数据和信息迫切需要通过引入先进的无线通信方式实现更高效快速传输。2019年，工信部颁发5G商用牌照，我国正式开启5G商用元年，近年来5G在垂直行业得到了广泛应用。因而，将5G通信技术应用于城市轨道交通中存在巨大的前景与潜力。
在5G通信系统中，分布单元（distributed unit, DU）和集中单元（centralizedunit, CU）是多对一的物理连接关系，即：单个CU和连接到多个DU，而一个DU仅能连接到一个CU。在城市轨道交通运行场中，列车在跨越不同小区时会产生越区切换进而需要将通信资源由当前小区迁徙至下一小区，采用这种多对一的拓扑连接方式一定程度上增加了资源迁徙的代价和负担，限制了车地无线通信的可靠性和有效性。
当今，已有部分学者探讨了CU与DU间的不同拓扑连接关系，但是均未考虑在城市轨道交通场景下的应用，其次现有工作仅考虑了单条运行线条件下的资源迁徙代价最小化，并未综合考虑多条运行线，尤其是多条运行线间存在交叉情况下的资源迁徙最小化。因而本发明主要研究一种新型轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法，以期降低多条运行线通信资源迁徙的总代价来提高城市轨道交通车地无线通信的可靠性和有效性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有工作仅考虑了单条运行线条件下的资源迁徙代价最小化，并未综合考虑多条运行线，尤其是多条运行线间存在交叉情况下的资源迁徙最小化的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提出了一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法，所述网络包括：
若干分布单元(DU)，部署在轨道交通沿线；若干集中单元(CU)，部署在远离轨道交通线路的位置，且位置固定不变；集中单元与分布式单元物理上为多对多的连接关系，列车运行时仅能与一个分布单元通信，一个分布单元在逻辑上仅能选一个集中单元进行通信；
所述方法包括：
步骤1：建立运行线上分布单元和集中单元的物理连接矩阵；
步骤2：计算列车所在的分布单元选择不同集中单元时的选择代价；
步骤3：计算列车移动经由不同分布单元，不同分布单元连接不同集中单元时，通信资源在不同集中单元间迁徙时的迁徙代价；
步骤4：根据不同运行线的运行时刻和轨迹，计算运行线交集区域内对应的集中单元，通过遍历运行线在该区域内所经由的所有集中单元，确定所有运行线周边部署的分布单元和集中单元间的最优逻辑连接关系，选择列车运行时分布单元连接的集中单元。
作为上述方法的一种改进，所述步骤1具体包括：
定义所有集中单元集合为
Figure SMS_1
，其中
Figure SMS_2
表示集中单元总数量；所有分布单元集合为
Figure SMS_3
，其中
Figure SMS_4
表示分布单元总数目。
对于一个集中单元Cp，其与周边的若干个分布单元相连接，设定二元变量
Figure SMS_5
表示集中单元Cp与分布单元Dq物理上相连接，
Figure SMS_6
表示物理上不相连；则集中单元与分布单元间物理连接矩阵表示为：
Figure SMS_7
。
作为上述方法的一种改进，所述步骤2具体包括：
分布单元Dq选择集中单元Cp的选择代价
Figure SMS_8
计算公式为：
Figure SMS_9
其中
Figure SMS_10
为集中单元Cp的实时任务负载，
Figure SMS_11
为集中单元Cp最大计算能力。
作为上述方法的一种改进，所述步骤3具体包括：
通信资源从集中单元Cp至集中单元
Figure SMS_12
的迁徙代价
Figure SMS_13
公式为：
Figure SMS_14
其中，
Figure SMS_16
表示列车l的平均车地通信吞吐量；
Figure SMS_21
表示集中单元Cp与集中单元
Figure SMS_24
间的距离；
Figure SMS_18
表示集中单元Cp至集中单元
Figure SMS_19
间的链路容量；场景
Figure SMS_22
表示列车在连接到同一集中单元的分布单元覆盖范围内运行时，由同一集中单元进行通信资源处理，此时无需进行资源迁徙；场景
Figure SMS_25
Figure SMS_15
Figure SMS_20
表示集中单元Cp与集中单元
Figure SMS_23
物理上相连，场景
Figure SMS_26
表示集中单元Cp与集中单元
Figure SMS_17
物理上不相连。
列车经由分布单元Dq选择集中单元Cp并移动至集中单元
Figure SMS_27
的迁徙代价为：
Figure SMS_28
。
作为上述方法的一种改进，所述步骤4具体包括：
根据不同运行线的运行时刻和轨迹，求得运行线交集区域内对应的分布单元，具体的，对于列车运行线l，其经过若干分布单元区域，对应的分布单元序列标签记为
Figure SMS_31
，其中
Figure SMS_33
表示列车l运行轨迹中所经过的集中单元数目，每个集中单元所连接的分布单元标签通过查找连接矩阵
Figure SMS_36
得到；设列车
Figure SMS_30
运动至分布单元Dq区域内，通过
Figure SMS_32
计算出分布单元Dq对应的物理相连的集中单元标签，设可选择的集中单元标签为
Figure SMS_34
，而分布单元Dq且仅能选择一个集中单元，假定最终选择的集中单元为Cp，记选择变量为
Figure SMS_35
，且有约束条件
Figure SMS_29
，则列车运行线l整条线路上对应的总迁徙代价为：
Figure SMS_37
约束条件为：
Figure SMS_38
Figure SMS_39
其中，
Figure SMS_40
表示列车选择分布单元为Dq'，选择集中单元为
Figure SMS_41
时的选择变量；
Figure SMS_42
表示列车运行线
Figure SMS_43
从分布单元Dq移动至分布单元
Figure SMS_44
时，对应的通信资源从集中单元Cp到集中单元
Figure SMS_45
所产生的迁徙代价；上述两个约束条件表示列车在分布单元Dq和分布单元
Figure SMS_46
区域内仅能选择一个集中单元进行通信。
针对列车运行线l，采用Floyd-Washall算法计算最优“集中单元-分布单元”逻辑连接关系：
构建集中单元与分布单元间的拓扑连接关系图，根据选择代价
Figure SMS_47
计算公式和迁徙代价
Figure SMS_48
公式计算边的权重，在应用Floyd-Washall算法时，拓扑连接关系图中两个节点i和j之间的距离
Figure SMS_49
计算公式如下：
Figure SMS_50
其中，k表示节点i和j之间的所有可能节点。
针对运行线l和
Figure SMS_51
交集中的集中单元集合
Figure SMS_52
，其中
Figure SMS_53
表示运行线l和
Figure SMS_54
交集中的集中单元的总数目，依次遍历集中单元集合中的所有元素，在遍历时，假设运行线l选择了集中单元Cp，即元素
Figure SMS_55
，需更新该集中单元对应的
Figure SMS_56
；其中，
Figure SMS_57
表示运行线l上分布单元选择集中单元的选择代价。
针对运行线
Figure SMS_58
，按照Floyd-Washall算法计算出其最优的“集中单元-分布单元”逻辑连接关系，遍历
Figure SMS_59
中所有元素，计算得出每个元素所对应的所有运行线迁徙总代价，通过对比
Figure SMS_60
个总迁徙代价，选出总迁徙代价最小的集中单元即为最优的集中单元。
本发明还提供一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网系统，所述网络包括：
若干分布单元，部署在轨道交通沿线；若干集中单元，部署在远离轨道交通线路的位置，且位置固定不变；集中单元与分布式单元物理上为多对多的连接关系，列车运行时仅能与一个分布单元通信，一个分布单元在逻辑上仅能选一个集中单元进行通信。
所述系统包括：
连接矩阵模块，用于建立运行线上分布单元和集中单元的物理连接矩阵；
计算选择代价模块，用于计算列车所在的分布单元选择不同集中单元时的选择代价；
计算迁徙代价模块，用于计算列车移动经由不同分布单元，不同分布单元连接不同集中单元时，通信资源在不同集中单元间迁徙时的迁徙代价；
组网模块，用于根据不同运行线的运行时刻和轨迹，计算运行线交集区域内对应的集中单元，通过遍历运行线在该区域内所经由的所有集中单元，确定所有运行线周边部署的分布单元和集中单元间的最优逻辑连接关系，选择列车运行时分布单元连接的集中单元。
作为上述系统的一种改进，所述连接矩阵模块工作过程包括：
定义所有集中单元集合为
Figure SMS_61
，其中
Figure SMS_62
表示集中单元总数量；所有分布单元集合为
Figure SMS_63
，其中
Figure SMS_64
表示分布单元总数目。
对于一个集中单元Cp，其与周边的若干个分布单元相连接，设定二元变量
Figure SMS_65
表示集中单元Cp与分布单元Dq物理上相连接，
Figure SMS_66
表示物理上不相连；则集中单元与分布单元间物理连接矩阵表示为：
Figure SMS_67
。
作为上述系统的一种改进，所述计算选择代价模块工作过程包括：
分布单元Dq选择集中单元Cp的选择代价
Figure SMS_68
计算公式为：
Figure SMS_69
其中
Figure SMS_70
为集中单元Cp的实时任务负载，
Figure SMS_71
为集中单元Cp最大计算能力。
作为上述系统的一种改进，所述计算迁徙代价模块工作过程包括：
通信资源从集中单元Cp至集中单元
Figure SMS_72
的迁徙代价
Figure SMS_73
公式为：
Figure SMS_74
其中，
Figure SMS_78
表示列车l的平均车地通信吞吐量；
Figure SMS_80
表示集中单元Cp与集中单元
Figure SMS_83
间的距离；
Figure SMS_77
表示集中单元Cp至集中单元
Figure SMS_79
间的链路容量；场景
Figure SMS_82
表示列车在连接到同一集中单元的分布单元覆盖范围内运行时，由同一集中单元进行通信资源处理，此时无需进行资源迁徙；场景
Figure SMS_86
Figure SMS_75
Figure SMS_81
表示集中单元Cp与集中单元
Figure SMS_84
物理上相连，场景
Figure SMS_85
表示集中单元Cp与集中单元
Figure SMS_76
物理上不相连。
列车经由分布单元Dq选择集中单元Cp并移动至集中单元
Figure SMS_87
的迁徙代价为：
Figure SMS_88
。
作为上述系统的一种改进，所述组网模块工作过程包括：
根据不同运行线的运行时刻和轨迹，求得运行线交集区域内对应的分布单元，具体的，对于列车运行线l，其经过若干分布单元区域，对应的分布单元序列标签记为
Figure SMS_90
，其中
Figure SMS_92
表示列车l运行轨迹中所经过的集中单元数目，每个集中单元所连接的分布单元标签通过查找连接矩阵
Figure SMS_96
得到；设列车
Figure SMS_91
运动至分布单元Dq区域内，通过
Figure SMS_93
计算出对应的物理相连的集中单元标签，设可选择的集中单元标签为
Figure SMS_94
，而分布单元Dq且仅能选择一个集中单元，假定最终选择的集中单元为Cp，记选择变量为
Figure SMS_95
，且有约束条件
Figure SMS_89
，则列车运行线l整条线路上对应的总迁徙代价为：
Figure SMS_97
约束条件为：
Figure SMS_98
Figure SMS_99
其中，
Figure SMS_100
表示列车选择分布单元为Dq'，选择集中单元为
Figure SMS_101
时的选择变量；
Figure SMS_102
表示列车运行线
Figure SMS_103
从分布单元Dq移动至分布单元
Figure SMS_104
时，对应的通信资源从集中单元Cp到集中单元
Figure SMS_105
所产生的迁徙代价；上述两个约束条件表示列车在分布单元Dq和分布单元
Figure SMS_106
区域内仅能选择一个集中单元进行通信。
针对列车运行线l，采用Floyd-Washall算法计算最优“集中单元-分布单元”逻辑连接关系：
构建集中单元与分布单元间的拓扑连接关系图，根据选择代价
Figure SMS_107
计算公式和迁徙代价
Figure SMS_108
公式计算边的权重，在应用Floyd-Washall算法时，拓扑连接关系图中两个节点i和j之间的距离
Figure SMS_109
计算公式如下：
Figure SMS_110
其中，k表示节点i和j之间的所有可能节点。
针对运行线l和
Figure SMS_111
交集中的集中单元集合
Figure SMS_112
，其中
Figure SMS_113
表示运行线l和
Figure SMS_114
交集中的集中单元的总数目，依次遍历集中单元集合中的所有元素，假设运行线l选择了集中单元Cp，即元素
Figure SMS_115
，更新该集中单元对应的
Figure SMS_116
；其中，
Figure SMS_117
表示运行线l上分布单元选择集中单元的选择代价。
针对运行线
Figure SMS_118
，按照Floyd-Washall算法计算出其最优的“集中单元-分布单元”逻辑连接关系，遍历
Figure SMS_119
中所有元素，计算得出每个元素所对应的所有运行线迁徙总代价，通过对比
Figure SMS_120
个总迁徙代价，选出总迁徙代价最小的集中单元即为最优的集中单元。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如上述任一项所述的方法。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、通过将CU与DU拓扑链接关系拓展为多对多，并定义通信资源迁徙代价的多种因素，包括：任务负载、吞吐量、链路距离和容量，并基于Floyd-Warshall算法来求得多运行线下最佳的CU-DU逻辑选择关系，进而使得所有运行线的通信资源迁徙代价最低。
2、相比于传统的方法，该方法充分考虑了多运行线存在交集情况下的通信资源迁徙方案，具有更高的普适性。
附图说明
图1为一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法原理图；
图2为一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且并不构成对本发明实施例的限定。
如图1、2所示，本发明提供一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法，该方法包括：
分布单元（distributed unit, DU）和有源天线单元（active antenna unit,AAU）部署在轨道交通沿线，集中单元（centralized unit, CU）部署在远离轨道交通线路的位置，且位置固定不变；集中单元与分布式单元物理上为多对多的连接关系，列车运行时仅能与一个DU通信，而DU在逻辑上仅能选一个CU进行通信。
AAU、CU、DU均为5G通信系统中的单元，DU和AAU部署在列车轨道沿线上，CU部署在远离轨道沿线位置处，并且两者位置是已知的，CU与DU之间是多对多的连接关系，即单个DU可以与多个CU进行通信；列车在任意位置处仅与单个DU进行无线通信，DU与附近若干CU物理相连，而在逻辑上仅能与选择其中的一个CU进行通信。
所有CU集合为
Figure SMS_122
，其中
Figure SMS_126
表示CU总数量，所有DU集合为
Figure SMS_129
，其中
Figure SMS_123
表示DU总数目，列车运行线总数目为
Figure SMS_128
；将CU与DU抽象为图论中的点，两者之间的连线抽象为边，根据CU-DU的物理连接关系构建无向图
Figure SMS_132
，其中节点结合
Figure SMS_134
由两部分组成，分别是CU点集合
Figure SMS_121
和DU点集合
Figure SMS_127
，边集合
Figure SMS_130
由CU-DU间的链路边集合
Figure SMS_133
与CU-CU间的链路边集合
Figure SMS_124
构成；对于Cp，其与周边的若干个DU相连接，设定二元变量
Figure SMS_125
表示Cp与Dq物理上相连接，
Figure SMS_131
表示物理上不相连；则CU与DU间物理连接矩阵可表示为：
Figure SMS_135
（1）
列车所在的DU选择不同固定CU时会产生选择代价，选择代价与CU的任务负载和处理能力有关；列车移动经由不同DU，通信资源在不同CU间迁徙时会产生代价，迁徙代价与CU间链路容量、距离和平均车地通信吞吐量有关。
列车所在的DU选择不同固定CU时会产生选择代价，选择代价与CU的任务负载和处理能力有关，Dq选择Cp的选择代价
Figure SMS_136
计算公式为：
Figure SMS_137
（2）
其中
Figure SMS_138
为Cp的实时任务负载，
Figure SMS_139
为Cp最大计算能力。
随着列车移动，列车路经不同DU和不同的CU，通信资源在不同CU间迁徙时会产生代价，迁徙代价与CU间链路容量、距离和平均车地通信吞吐量有关；设通信资源从Cp至Cp’的边的迁徙代价为
Figure SMS_140
，即：边
Figure SMS_141
的权重，表达式为：
Figure SMS_142
（3）
式中，
Figure SMS_146
表示列车l的平均车地通信吞吐量，
Figure SMS_148
表示Cp与Cp’间的距离，
Figure SMS_152
表示Cp至Cp’间的链路容量；场景
Figure SMS_145
表示列车在连接到同一CU的DU覆盖范围内（即
Figure SMS_149
）运行时，由同一CU进行通信资源处理，无需进行资源迁徙；场景
Figure SMS_151
Figure SMS_154
Figure SMS_143
表示Cp与Cp’物理上相连，场景
Figure SMS_147
表示Cp与Cp’物理上不相连，根据公式(3)，构建边
Figure SMS_150
的权重系数矩阵
Figure SMS_153
；则列车经由Dq选择Cp并移动至Cp’的代价为
Figure SMS_144
。
根据不同运行线的运行时刻和轨迹，求得运行线交集区域内对应的CU，通过遍历运行线在该区域内所经由的所有CU，并采用Floyd-Warshall算法来确定出所有运行线周边部署的DU和CU间的最优逻辑连接关系，以降低所有运行线上的通信资源迁徙代价。
对于列车运行线l，其经过若干DU区域，对应的DU序列标签记为
Figure SMS_156
，其中
Figure SMS_158
表示列车l运行轨迹中所经过的DU数目，每个DU所链接的CU标签可通过查找连接矩阵
Figure SMS_160
可得。设列车
Figure SMS_157
运动至Dq区域内，通过
Figure SMS_159
计算出对应的物理相连的CU标签，设可选择的CU标签为
Figure SMS_161
，而Dq且仅能选择一个CU，假定最终选择的为Cp，记选择变量为
Figure SMS_162
，且有约束条件
Figure SMS_155
，则列车运行线l整条线路上对应的总迁徙代价为：
Figure SMS_163
（4）
Figure SMS_164
（5）
Figure SMS_165
（6）
其中
Figure SMS_166
表示列车运行线
Figure SMS_167
从Dq移动至Dq’时，对应的通信资源从Cp到Cp’所产生的迁徙代价，约束条件(5)和(6)分别表示列车在Dq和Dq’区域内仅能选择一个CU进行通信。
针对列车运行线l，采用Floyd-Washall算法计算最优CU-DU逻辑连接关系，以降低运行线l上的通信资源迁徙总代价；具体的，构建CU与DU间的拓扑连接关系图，根据公式(2-3)计算边的权重，在应用Floyd-Washall算法时，节点i和j之间的距离
Figure SMS_168
更新公式如下：
Figure SMS_169
（7）
其中k表示节点i和j之间的所有可能节点。
针对运行线l和
Figure SMS_170
交集中的CU集合
Figure SMS_171
，其中
Figure SMS_172
表示运行线l和
Figure SMS_173
交集中的CU的总数目，依次遍历CU集合中的所有元素，在遍历时，假设运行线l选择了Cp，即元素
Figure SMS_174
，需更新该CU对应的
Figure SMS_175
。
针对运行线
Figure SMS_176
，按照Floyd-Washall算法计算出其最优的DU-CU逻辑连接关系，遍历
Figure SMS_177
中所有元素，计算得出每个元素所对应的所有运行线迁徙总代价，通过对比
Figure SMS_178
个总迁徙代价，选出最优的CU。
综上所述，本发明实施例的方法，通过将CU与DU拓扑链接关系拓展为多对多，定义通信资源迁徙代价的因素，并基于Floyd-Warshall算法来求得多运行线下最佳的CU-DU逻辑选择关系，进而使得所有运行线的通信资源迁徙代价最低。相比于传统的方法，该方法充分考虑了多运行线存在交集情况下的通信资源迁徙方案，具有更高的普适性。
本发明另一个实施例提供一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网系统，所述网络包括：
若干分布单元，部署在轨道交通沿线；若干集中单元，部署在远离轨道交通线路的位置，且位置固定不变；集中单元与分布式单元物理上为多对多的连接关系，列车运行时仅能与一个分布单元通信，一个分布单元在逻辑上仅能选一个集中单元进行通信；
所述系统包括：
连接矩阵模块，用于建立运行线上分布单元和集中单元的物理连接矩阵；
计算选择代价模块，用于计算列车所在的分布单元选择不同集中单元时的选择代价；
计算迁徙代价模块，用于计算列车移动经由不同分布单元，不同分布单元连接不同集中单元时，通信资源在不同集中单元间迁徙时的迁徙代价；
组网模块，用于根据不同运行线的运行时刻和轨迹，计算运行线交集区域内对应的集中单元，通过遍历运行线在该区域内所经由的所有集中单元，确定所有运行线周边部署的分布单元和集中单元间的最优逻辑连接关系，选择列车运行时分布单元连接的集中单元。
本发明还可提供的一种计算机设备，包括：至少一个处理器、存储器、至少一个网络接口和用户接口。该设备中的各个组件通过总线系统耦合在一起。可理解，总线系统用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。
其中，用户接口可以包括显示器、键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球(trackball)、触感板或者触摸屏等。
可以理解，本申请公开实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器 (Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器 (Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DoubleData Rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在一些实施方式中，存储器存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统和应用程序。
其中，操作系统，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序，包含各种应用程序，例如媒体播放器(Media Player)、浏览器(Browser)等，用于实现各种应用业务。实现本公开实施例方法的程序可以包含在应用程序中。
在本上述的实施例中，还可通过调用存储器存储的程序或指令，具体的，可以是应用程序中存储的程序或指令，处理器用于：
执行上述方法的步骤。
上述方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行上述公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合上述公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程 存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本发明描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(ProgrammableLogic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本发明的功能模块(例如过程、函数等) 来实现本发明技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
本发明还可提供一种非易失性存储介质，用于存储计算机程序。当该计算机程序被处理器执行时可以实现上述方法实施例中的各个步骤。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法，所述网络包括：
若干分布单元(DU)，部署在轨道交通沿线；若干集中单元(CU)，部署在远离轨道交通线路的位置，且两者位置固定不变；集中单元与分布式单元物理上为多对多的连接关系，列车运行时仅能与一个分布单元通信，一个分布单元在逻辑上仅能选一个集中单元进行通信；
其特征在于，所述方法包括：
步骤1：建立运行线上分布单元和集中单元的物理连接矩阵；
步骤2：计算列车所在的分布单元选择不同集中单元时的选择代价；
步骤3：计算列车移动经由不同分布单元，不同分布单元连接不同集中单元时，通信资源在不同集中单元间迁徙时的迁徙代价；
步骤4：根据不同运行线的运行时刻和轨迹，计算运行线交集区域内对应的集中单元，通过遍历运行线在该区域内所经由的所有集中单元，确定所有运行线周边部署的分布单元和集中单元间的最优逻辑连接关系，选择列车运行时分布单元连接的集中单元；
所述步骤2具体包括：
分布单元Dq选择集中单元Cp的选择代价
Figure QLYQS_1
计算公式为：
Figure QLYQS_2
，
其中
Figure QLYQS_3
为集中单元Cp的实时任务负载，
Figure QLYQS_4
为集中单元Cp最大计算能力；
所述步骤3具体包括：
通信资源从集中单元Cp至集中单元
Figure QLYQS_5
的迁徙代价
Figure QLYQS_6
公式为：
Figure QLYQS_7
，
其中，
Figure QLYQS_10
表示列车l的平均车地通信吞吐量；
Figure QLYQS_14
表示集中单元Cp与集中单元
Figure QLYQS_16
间的距离；
Figure QLYQS_11
表示集中单元Cp至集中单元
Figure QLYQS_13
间的链路容量；场景
Figure QLYQS_17
表示列车在连接到同一集中单元的分布单元覆盖范围内运行时，由同一集中单元进行通信资源处理，此时无需进行资源迁徙；场景
Figure QLYQS_19
Figure QLYQS_8
Figure QLYQS_12
表示集中单元Cp与集中单元
Figure QLYQS_15
物理上相连，场景
Figure QLYQS_18
表示集中单元Cp与集中单元
Figure QLYQS_9
物理上不相连；
列车经由分布单元Dq选择集中单元Cp并移动至集中单元
Figure QLYQS_20
的迁徙代价为：
Figure QLYQS_21
；
所述步骤4具体包括：
根据不同运行线的运行时刻和轨迹，求得运行线交集区域内对应的分布单元，具体的，对于列车运行线l，其经过若干分布单元区域，对应的分布单元序列标签记为
Figure QLYQS_24
，其中
Figure QLYQS_26
表示列车l运行轨迹中所经过的集中单元数目，每个集中单元所连接的分布单元标签可通过查找连接矩阵
Figure QLYQS_28
得到；设列车
Figure QLYQS_23
运动至分布单元Dq区域内，通过
Figure QLYQS_25
计算出分布单元Dq对应的物理相连的集中单元标签，设可选择的集中单元标签为
Figure QLYQS_27
，而分布单元Dq且仅能选择一个集中单元，假定最终选择的集中单元为Cp，记选择变量为
Figure QLYQS_29
，且有约束条件
Figure QLYQS_22
，则列车运行线l整条线路上对应的总迁徙代价为：
Figure QLYQS_30
，
约束条件为：
Figure QLYQS_31
，
Figure QLYQS_32
，
其中，
Figure QLYQS_33
表示列车选择的分布单元为Dq'，选择的集中单元为
Figure QLYQS_34
时的选择变量；
Figure QLYQS_35
表示列车运行线
Figure QLYQS_36
从分布单元Dq移动至分布单元
Figure QLYQS_37
时，对应的通信资源从集中单元Cp迁徙至集中单元
Figure QLYQS_38
所产生的迁徙代价；约束条件表示列车在分布单元Dq和分布单元
Figure QLYQS_39
区域内仅能选择一个集中单元进行通信；
针对列车运行线l，采用Floyd-Washall算法计算最优“集中单元-分布单元”逻辑连接关系：
构建集中单元与分布单元间的拓扑连接关系图，根据选择代价
Figure QLYQS_40
计算公式和迁徙代价
Figure QLYQS_41
公式计算边的权重，在应用Floyd-Washall算法时，拓扑连接关系图中两个节点i和j之间的距离
Figure QLYQS_42
计算公式如下：
Figure QLYQS_43
，
其中，k表示节点i和j之间的所有可能节点；
针对运行线l和
Figure QLYQS_44
交集中的集中单元集合
Figure QLYQS_45
，其中
Figure QLYQS_46
表示运行线l和
Figure QLYQS_47
交集中的集中单元的总数目，依次遍历集中单元集合中的所有元素，在遍历过程中，假设运行线l选择了集中单元Cp，即元素
Figure QLYQS_48
，需更新该集中单元对应的
Figure QLYQS_49
；其中，
Figure QLYQS_50
表示运行线l上分布单元选择集中单元的选择代价；
针对运行线
Figure QLYQS_51
，按照Floyd-Washall算法计算出其最优的“集中单元-分布单元”逻辑连接关系，遍历
Figure QLYQS_52
中所有元素，计算得出每个元素所对应的所有运行线迁徙总代价，通过对比
Figure QLYQS_53
个总迁徙代价，选出总迁徙代价最小的集中单元即为最优的集中单元。
2.根据权利要求1所述的轨道交通多运行线车地无线通信网络组网方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
定义所有集中单元集合为
Figure QLYQS_54
，其中
Figure QLYQS_55
表示集中单元总数量；所有分布单元集合为
Figure QLYQS_56
，其中
Figure QLYQS_57
表示分布单元总数目；
对于一个集中单元Cp，其与周边的若干个分布单元相连接，设定二元变量
Figure QLYQS_58
表示集中单元Cp与分布单元Dq物理上相连接，
Figure QLYQS_59
表示物理上不相连；则集中单元与分布单元间物理连接矩阵表示为：
Figure QLYQS_60
。
3.一种轨道交通多运行线车地无线通信网络组网系统，所述网络包括：
若干分布单元，部署在轨道交通沿线；若干集中单元，部署在远离轨道交通线路的位置，且两者位置固定不变；集中单元与分布式单元物理上为多对多的连接关系，列车运行时仅能与一个分布单元通信，一个分布单元在逻辑上仅能选一个集中单元进行通信；
其特征在于，所述系统包括：
连接矩阵模块，用于建立运行线上分布单元和集中单元的物理连接矩阵；
计算选择代价模块，用于计算列车所在的分布单元选择不同集中单元时的选择代价；
计算迁徙代价模块，用于计算列车移动经由不同分布单元，不同分布单元连接不同集中单元时通信资源在不同集中单元间迁徙时的迁徙代价；
组网模块，用于根据不同运行线的运行时刻和轨迹，计算运行线交集区域内对应的集中单元，通过遍历运行线在该区域内所经由的所有集中单元，确定所有运行线周边部署的分布单元和集中单元间的最优逻辑连接关系，选择列车运行时分布单元连接的集中单元；
所述计算选择代价模块工作过程包括：
分布单元Dq选择集中单元Cp的选择代价
Figure QLYQS_61
计算公式为：
Figure QLYQS_62
，
其中
Figure QLYQS_63
为集中单元Cp的实时任务负载，
Figure QLYQS_64
为集中单元Cp最大计算能力；
所述计算迁徙代价模块工作过程包括：
通信资源从集中单元Cp至集中单元
Figure QLYQS_65
的迁徙代价
Figure QLYQS_66
公式为：
Figure QLYQS_67
，
其中，
Figure QLYQS_69
表示列车l的平均车地通信吞吐量；
Figure QLYQS_72
表示集中单元Cp与集中单元
Figure QLYQS_76
间的距离；
Figure QLYQS_70
表示集中单元Cp至集中单元
Figure QLYQS_73
间的链路容量；场景
Figure QLYQS_75
表示列车在连接到同一集中单元的分布单元覆盖范围内运行时，由同一集中单元进行通信资源处理，此时无需进行资源迁徙；场景
Figure QLYQS_78
Figure QLYQS_68
Figure QLYQS_74
表示集中单元Cp与集中单元
Figure QLYQS_77
物理上相连，场景
Figure QLYQS_79
表示集中单元Cp与集中单元
Figure QLYQS_71
物理上不相连；
列车经由分布单元Dq选择集中单元Cp并移动至集中单元
Figure QLYQS_80
的迁徙代价为：
Figure QLYQS_81
；
所述组网模块工作过程包括：
根据不同运行线的运行时刻和轨迹，求得运行线交集区域内对应的分布单元，具体的，对于列车运行线l，其经过若干分布单元区域，对应的分布单元序列标签记为
Figure QLYQS_84
，其中
Figure QLYQS_86
表示列车l运行轨迹中所经过的集中单元数目，每个集中单元所连接的分布单元标签可通过查找连接矩阵
Figure QLYQS_88
得到；设列车
Figure QLYQS_83
运动至分布单元Dq区域内，通过
Figure QLYQS_85
计算出分布单元Dq对应的物理相连的集中单元标签，设可选择的集中单元标签为
Figure QLYQS_87
，而分布单元Dq且仅能选择一个集中单元，假定最终选择的集中单元为Cp，记选择变量为
Figure QLYQS_89
，且有约束条件
Figure QLYQS_82
，则列车运行线l整条线路上对应的总迁徙代价为：
Figure QLYQS_90
，
约束条件为：
Figure QLYQS_91
，
Figure QLYQS_92
，
其中，
Figure QLYQS_93
表示列车选择的分布单元为Dq'，选择的集中单元为
Figure QLYQS_94
时的选择变量；
Figure QLYQS_95
表示列车运行线
Figure QLYQS_96
从分布单元Dq移动至分布单元
Figure QLYQS_97
时，对应的通信资源从集中单元Cp迁徙至集中单元
Figure QLYQS_98
所产生的迁徙代价；约束条件表示列车在分布单元Dq和分布单元
Figure QLYQS_99
区域内仅能选择一个集中单元进行通信；
针对列车运行线l，采用Floyd-Washall算法计算最优“集中单元-分布单元”逻辑连接关系：
构建集中单元与分布单元间的拓扑连接关系图，根据选择代价
Figure QLYQS_100
计算公式和迁徙代价
Figure QLYQS_101
公式计算边的权重，在应用Floyd-Washall算法时，拓扑连接关系图中两个节点i和j之间的距离
Figure QLYQS_102
计算公式如下：
Figure QLYQS_103
，
其中，k表示节点i和j之间的所有可能节点；
针对运行线l和
Figure QLYQS_104
交集中的集中单元集合
Figure QLYQS_105
，其中
Figure QLYQS_106
表示运行线l和
Figure QLYQS_107
交集中的集中单元的总数目，依次遍历集中单元集合中的所有元素，在遍历过程中，假设运行线l选择了集中单元Cp，即元素
Figure QLYQS_108
，需更新该集中单元对应的
Figure QLYQS_109
；其中，
Figure QLYQS_110
表示运行线l上分布单元选择集中单元的选择代价；
针对运行线
Figure QLYQS_111
，按照Floyd-Washall算法计算出其最优的“集中单元-分布单元”逻辑连接关系，遍历
Figure QLYQS_112
中所有元素，计算得出每个元素所对应的所有运行线迁徙总代价，通过对比
Figure QLYQS_113
个总迁徙代价，选出总迁徙代价最小的集中单元即为最优的集中单元。
4.根据权利要求3所述的轨道交通多运行线车地无线通信网络组网系统，其特征在于，所述连接矩阵模块工作过程包括：
定义所有集中单元集合为
Figure QLYQS_114
，其中
Figure QLYQS_115
表示集中单元总数量；所有分布单元集合为
Figure QLYQS_116
，其中
Figure QLYQS_117
表示分布单元总数目；
对于一个集中单元Cp，其与周边的若干个分布单元相连接，设定二元变量
Figure QLYQS_118
表示集中单元Cp与分布单元Dq物理上相连接，
Figure QLYQS_119
表示物理上不相连；则集中单元与分布单元间物理连接矩阵表示为：
Figure QLYQS_120
。
5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，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至2中任一项所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至2任一项所述的方法。
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