CN116684854B - 一种车地通信系统 - Google Patents

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Abstract

本公开实施例公开一种车地通信系统，包括：车载侧、网络侧和地面侧，所述车载侧和地面侧通过网络侧连接；所述车载侧包括既有车载ATP和双模车载ATP；所述地面侧包括既有地面RBC和双模地面RBC；所述既有车载ATP通过电路域方式与既有地面RBC或双模地面RBC建立连接；所述双模车载ATP通过电路域方式与既有地面RBC建立连接；所述双模车载ATP通过分组域方式与双模地面RBC建立连接。本公开的示例性实施例，利用车载MT(电台)在分组域模式下可以同时建立多个通信连接的特点，采用两个MT(电台)在分组域模式下，与RBC建立车地冗余通信通道的“双通道”。

Description

一种车地通信系统
技术领域
本公开实施例涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种车地通信系统。
背景技术
图1是现有技术中列控系统车地通信架构图，如图1所示，在现有的列控系统的车地通信方式中：车载ATP通过GSM-R网络与地面RBC间采用单通道连接方式，ATP与RBC仅建立一个车地通信通道/连接，无冗余通道/连接，当车地通信通道中的任一设备发生单点故障时，均会导致车地通信故障，系统可靠性较差；另外，车地通信采用GSM电路交换技术，其中部分早期的通信技术逐渐难以适应高速铁路当前复杂多变的无线通信环境，其中因数据链路层CRC校验位数不足(16位)导致的CRC漏检，及传输通道数据链路层RR帧逆序导致拆链等通信机制导致的无线超时问题，在电路域中尚无理想的解决方案。
目前，如图1所示，现有的列控系统通过GSM-R网络实现车载、地面设备间的数据交互，现有的列控系统基于GSM-R电路交换技术承载车地安全控制信息。在电路交换模式下，每个电台仅能建立一个通信连接，因此ATP和RBC间采用电路域单通道连接方式，即ATP与每个RBC仅建立一个车地通信通道/连接，无冗余通道/连接。当车地通信通道/连接中经过的任一设备发生故障时，车地通信无线超时，列车降速运行，严重时降级运行。
现有的列控系统中轨旁RBC仅可管辖一定范围的线路，因此在列车行进过程，会从一个RBC管辖范围行驶至另外一个RBC的管辖范围，该过程需要RBC进行对列车管辖权的移交称为RBC移交。图2为现有技术中列控系统RBC移交场景示意图，如图2所示，既有列控系统的移交方式如下：列车通过预告应答器组后，车载使用空闲电台与接收RBC建立连接。车载ATP同时与移交RBC和接收RBC交互位置报告及移动授权等信息。当列车尾部越过移交边界后，车载ATP断开与移交RBC的通信会话。
图3是现有技术中列控系统单电台移交场景示意图；如图3所示的单电台移交场景，当列车越过预告应答器时，不与接收RBC建立连接。当列车越过移交边界时，车载ATP控制电台断开与移交RBC的连接。当电台可用时，车载ATP再与接收RBC建立连接。单电台移交场景，因为呼叫移交RBC时间较晚，ATP与RBC“先断后连”，无线超时的可能性较高。
发明内容
本公开实施例提供一种车地通信系统，以解决或缓解现有技术中的以上一个或多个技术问题。
根据本公开的一个方面，提供一种车地通信系统，包括：车载侧、网络侧和地面侧，所述车载侧和地面侧通过网络侧连接；
所述车载侧包括既有车载ATP和双模车载ATP；
所述地面侧包括既有地面RBC和双模地面RBC；
所述既有车载ATP通过电路域方式与既有地面RBC或双模地面RBC建立连接；
所述双模车载ATP通过电路域方式与既有地面RBC建立连接；
所述双模车载ATP通过分组域方式与双模地面RBC建立连接。
在一种可能的实现方式中，所述双模车载ATP通过应答报文的方式获取既有地面RBC或双模地面RBC的连接模式。
在一种可能的实现方式中，所述双模车载ATP通过DNS查询的方式获取既有地面RBC或双模地面RBC的连接模式。
在一种可能的实现方式中，所述双模车载ATP和双模地面RBC的协议栈包括应用层、安全层、冗余层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
在一种可能的实现方式中，当车载侧与地面侧通过电路域方式建立连接时，采用既有电路域协议栈管理车地通信连接，列控系统的业务数据由数据链路层HDLC协议进行数据校验和重传；
当车载侧与地面侧通过分组域方式建立连接时，采用分组域协议栈管理车地通信连接，列控系统的业务数据由RLC协议和传输层TCP协议进行数据校验和重传。
在一种可能的实现方式中，所述分组域底层采用TCP\IP协议。
在一种可能的实现方式中，当所述双模车载ATP通过分组域方式与双模地面RBC建立连接时：
若所述双模车载ATP的两个电台均处于可用状态，则所述双模车载ATP侧分组域协议栈分别使用两个电台与双模地面RBC建立两条冗余通信连接，由冗余层ALE协议对数据包进行加冗余/去冗余操作。
在一种可能的实现方式中，所述车载侧的无线传输单元的协议栈为电路域/分组域双模协议栈，用于电路域/分组域切换管理、电路域/分组域连接管理、分组域冗余通道管理。
在一种可能的实现方式中，所述双模车载ATP的电台为GSM-R/GPRS双模电台，用于以电路域/分组域方式接入无线网络。
在一种可能的实现方式中，所述双模地面RBC包括电路域接口单元和两台分组域接口单元，与GPRS网络的GGSN通过以太网连接，所述分组域接口单元运行分组域协议栈，用于分组域连接管理和分组域冗余通道管理。
本公开的示例性实施例具有以下有益效果：本公开的示例性实施例，针对列控系统车地通信既有方式存在的缺点，提出了一种车地通信方法，利用车载MT(电台)在分组域模式下可以同时建立多个通信连接的特点，采用两个MT(电台)在分组域模式下，与RBC建立车地冗余通信通道的“双通道”；为了确保与既有设备兼容性，支持系统平滑双模演进，采用车地同时支持电路域和分组域的“双模”技术方案。
使用分组域双通道连接时，可以大幅降低因“电台工作异常”等单点故障原因引起的无线超时次数，提高既有列控系统车地通信的可靠性及可用性。使用分组域连接时，可以大幅降低“单电台移交”情况下无线超时次数，同时分组域连接底层采用TCP\IP技术能有效解决CRC漏检及RR逆序问题。为了确保与既有设备兼容性，支持系统平滑双模演进，本方案采用车地同时支持电路域和分组域的“双模”技术方案。
本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其它特征和优点将从说明书附图变得明显。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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是现有技术中列控系统车地通信架构图；
图2是现有技术中列控系统RBC移交场景示意图；
图3是现有技术中列控系统单电台移交场景示意图；
图4是本示例性实施例的列控系统车地通信架构图；
图5是本示例性实施例的既有设备和升级设备兼容运行的示意图；
图6是本示例性实施例车地双模双通道协议栈示意图；
图7是本示例性实施例车地均支持双模双通道的单电台移交方案的示意图；
图8是本示例性实施例车地信息冗余传输示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件单元或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
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例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
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子模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或子模块，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子模块。
本示例性地实施例中，为了提高车地无线通信可靠性，利用车载电台在分组域模式下可以同时建立多个通信连接的特点，本方案采用在分组域（GPRS或5G-R）建立车地冗余通信通道的“双通道”技术方案；为了确保与既有设备兼容性，支持系统平滑升级演进，本实施例采用车地同时支持电路域和分组域的“双模”技术方案。
GPRS或5G-R网络均支持分组域通信方式，在实施过程中，优选采用GPRS作为近期演进方案，对技术方案和信号设备进行验证和完善；优选采用5G-R作为远期目标方案。以下以GPRS演进方案为例进行介绍。
图4是本示例性实施例的列控系统车地通信架构图；如图4所示，本公开的示例性实施例提供了一种车地通信系统，包括：
车载侧、网络侧和地面侧，所述车载侧和地面侧通过网络侧连接；
所述车载侧包括既有车载ATP和双模车载ATP；
所述地面侧包括既有地面RBC和双模地面RBC；
所述既有车载ATP通过电路域方式与既有地面RBC或双模地面RBC建立连接；
所述双模车载ATP通过电路域方式与既有地面RBC建立连接；
所述双模车载ATP通过分组域方式与双模地面RBC建立连接。
本示例性地实施例所提出的车地通信方法，在既有列控系统基础上，系统升级方案如下：
车载侧：将ATP车载无线传输单元的电路域协议栈升级为电路域/分组域双模协议栈，负责电路域/分组域切换管理、电路域分组域连接管理、分组域冗余通道管理；将ATP既有GSM-R电台升级为GSM-R/GPRS双模电台，负责以电路域/分组域方式接入无线网络。
网络侧：使用GSM-R电路交换技术和GPRS分组交换技术承载列控系统的列控信息。目前，GSM-R网络覆盖区域支持通过GPRS接入，增加GPRS承载列控系统的列控信息的功能。
地面侧：RBC保持既有电路域接口单元不变，新增2台分组域接口单元，与GPRS网络的GGSN通过以太网连接。分组域接口单元运行分组域协议栈，负责分组域连接管理、分组域冗余通道管理。
具体地，所述双模车载ATP通过应答报文的方式获取既有地面RBC或双模地面RBC的连接模式。
具体地，所述双模车载ATP通过DNS查询的方式获取既有地面RBC或双模地面RBC的连接模式。
具体地，所述双模车载ATP和双模地面RBC的协议栈包括应用层、安全层、冗余层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
具体地，当车载侧与地面侧通过电路域方式建立连接时，采用既有电路域协议栈管理车地通信连接，列控系统的业务数据由数据链路层HDLC协议进行数据校验和重传；
当车载侧与地面侧通过分组域方式建立连接时，采用分组域协议栈管理车地通信连接，列控系统的业务数据由RLC协议和传输层TCP协议进行数据校验和重传。
具体地，所述分组域底层采用TCP\IP协议。
具体地，当所述双模车载ATP通过分组域方式与双模地面RBC建立连接时：
若所述双模车载ATP的两个电台均处于可用状态，则所述双模车载ATP侧分组域协议栈分别使用两个电台与双模地面RBC建立两条冗余通信连接，由冗余层ALE协议对数据包进行加冗余/去冗余操作。
具体地，所述车载侧的无线传输单元的协议栈为电路域/分组域双模协议栈，用于电路域/分组域切换管理、电路域/分组域连接管理、分组域冗余通道管理。
具体地，所述双模车载ATP的电台为GSM-R/GPRS双模电台，用于以电路域/分组域方式接入无线网络。
具体地，所述双模地面RBC包括电路域接口单元和两台分组域接口单元，与GPRS网络的GGSN通过以太网连接，所述分组域接口单元运行分组域协议栈，用于分组域连接管理和分组域冗余通道管理。
既有列控系统级车载ATP和地面RBC仅支持电路域连接方式。升级后的ATP和RBC同时支持电路域和分组域双模连接方式，兼容既有设备的正常运行。图5是本示例性实施例的既有设备和升级设备兼容运行的示意图；如图5所示，电路域分组域切换管理方案如下：
既有ATP通过电路域方式与RBC建立连接，升级后的双模RBC兼容电路域接入方式。升级后的双模ATP，通过应答器报文（或DNS查询）获取RBC连接模式，对于既有RBC，ATP采用电路域方式建立连接；对于升级后的双模RBC，ATP采用分组域方式建立连接。
具体连接方式如表1所示。
表1 车地通信连接方式表
既有ATP，通过电路域方式与RBC建立连接，升级后的双模RBC兼容电路域接入方式。
升级后的双模ATP，通过应答器报文（或DNS查询）获取RBC连接模式：
对于既有RBC，ATP采用电路域方式建立连接；
对于升级后的双模RBC，ATP采用分组域方式建立连接。
图6是本示例性实施例车地双模双通道协议栈示意图，如图6所示，电路域分组域连接管理方案为：当车地采用电路域连接方式时，ATP和RBC采用既有电路域协议栈管理车地通信连接，列控系统业务数据由数据链路层HDLC协议（端到端）进行数据校验和重传。
当车地采用分组域连接方式时，ATP和RBC采用分组域协议栈管理车地通信连接，列控系统业务数据由RLC协议（空口）和传输层TCP协议（端到端）进行数据校验和重传，提高了数据传输的可靠性。
图7是本示例性实施例车地均支持双模双通道的单电台移交方案的示意图，如图7所示，若ATP处于单电台移交场景，当ATP、移交RBC、接收RBC均支持分组域方式连接时，利用单电台在分组域模式下可以同时建立多个分组域连接的特点，可以实现ATP与接收RBC移交RBC先连后断的移交方式，降低单电台移交的超时次数。
图8是本示例性实施例车地信息冗余传输示意图，如图8所示，分组域冗余通道管理方案为：
当车地采用电路域方式连接时，ATP与RBC建立1条电路域通信连接。
当车地采用分组域方式连接时，若ATP两个电台均处于可用状态，则ATP侧分组域协议栈分别使用两个电台与RBC建立2条冗余通信连接，由冗余层ALE协议对数据包进行加冗余/去冗余操作。通过冗余备份的方式，避免车地通信链路上单点设备故障引起的列控系统无线超时，大幅提高车地无线通信可靠性。
以上，本实施例通过“双模双通道”方案的系统结构、升级方式、电路域分组域切换管理方案、电路域分组域连接管理方案以及分组域冗余通道管理方案，使用分组域双通道连接时，可以大幅降低因“电台工作异常”等单点故障原因引起的无线超时次数，提高既有列控系统车地通信的可靠性及可用性；使用分组域连接时，可以大幅降低“单电台移交”情况下无线超时次数，同时分组域连接底层采用TCP\IP技术能有效解决CRC漏检及RR逆序问题；而且，为了确保与既有设备兼容性，支持系统平滑升级演进，本实施例采用车地同时支持电路域和分组域的“双模”技术方案。
以上仅是本公开的优选实施方式，本公开的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本公开思路下的技术方案均属于本公开的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理前提下的若干改进和润饰，应视为本公开的保护范围。

Claims (7)

1.一种车地通信系统，其特征在于，包括车载侧、网络侧和地面侧，所述车载侧和地面侧通过网络侧连接；
所述车载侧包括既有车载ATP和双模车载ATP；
所述地面侧包括既有地面RBC和双模地面RBC；
所述既有车载ATP通过电路域方式与既有地面RBC或双模地面RBC建立连接；
所述双模车载ATP通过电路域方式与既有地面RBC建立连接；
所述双模车载ATP通过分组域方式与双模地面RBC建立连接；
当所述双模车载ATP通过分组域方式与双模地面RBC建立连接时：
若所述双模车载ATP的两个电台均处于可用状态，则所述双模车载ATP侧分组域协议栈分别使用两个电台与双模地面RBC建立两条冗余通信连接，由冗余层ALE协议对数据包进行加冗余/去冗余操作；
所述车载侧的无线传输单元的协议栈为电路域/分组域双模协议栈，用于电路域/分组域切换管理、电路域/分组域连接管理、分组域冗余通道管理；
所述双模车载ATP的电台为GSM-R/GPRS双模电台，用于以电路域/分组域方式接入无线网络。
2.根据权利要求1所述的车地通信系统，其特征在于：
所述双模车载ATP通过应答报文的方式获取既有地面RBC或双模地面RBC的连接模式。
3.根据权利要求1或2所述的车地通信系统，其特征在于：
所述双模车载ATP通过DNS查询的方式获取既有地面RBC或双模地面RBC的连接模式。
4.根据权利要求1所述的车地通信系统，其特征在于：
所述双模车载ATP和双模地面RBC的协议栈包括应用层、安全层、冗余层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
5.根据权利要求1所述的车地通信系统，其特征在于：
当车载侧与地面侧通过电路域方式建立连接时，采用既有电路域协议栈管理车地通信连接，列控系统的业务数据由数据链路层HDLC协议进行数据校验和重传；
当车载侧与地面侧通过分组域方式建立连接时，采用分组域协议栈管理车地通信连接，列控系统的业务数据由RLC协议和传输层TCP协议进行数据校验和重传。
6.根据权利要求1所述的车地通信系统，其特征在于：
所述分组域底层采用TCP\IP协议。
7.根据权利要求1所述的车地通信系统，其特征在于：
所述双模地面RBC包括电路域接口单元和两台分组域接口单元，与GPRS网络的GGSN通过以太网连接，所述分组域接口单元运行分组域协议栈，用于分组域连接管理和分组域冗余通道管理。
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