CN117880771B - 基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法及装置，属于轨道交通领域，该方法包括：与来向车载设备建立通信连接的情况下，关闭与去向邻居基站的感知状态，并且存在去向邻居基站的情况下向去向邻居基站发送断开消息，以及在存在来向邻居基站的情况下，向来向邻居基站发送恢复消息；在接收到去向邻居基站发送的恢复消息的情况下，开启每个方向的感知状态，并在任一方向邻居基站开启对向感知状态情况下，与对应方向的邻居基站建立感知连接。该方法可以在不增加基站数量的情况下，实现通信服务和感知服务的复用，降低需要感知服务而导致的建设成本和维护成本，并且可以有效规避掉因列车导致的障碍物误判，从而实现精准的障碍物感知判断。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法及装置。
背景技术
无线感知是一种通过分析发送和接受无线信号的信道变化来获取信息的技术。不论是手机、路由器或者时基站所发出的无线信号在传播信道上会受到障碍物的阻碍、反射、折射等影响。无线感知技术就是分析这些变化来获取有关的信息。在地铁无线通信系统中，IEEE 802.11.ax技术标准（第六代无线网络技术，Wi-Fi6）已经成为乘客信息系统和信号系统常用的通信标准。在应用该技术标准的地铁线路上，一般隧道内布设有大量的轨旁基站设备（无线AP设备）。随着IEEE 802.11.ax技术的发展，使用轨旁基站设备的无线网卡在空余时间对隧道内环境变化来进行感知的技术基础已经逐渐成熟。
车地无线系统在地铁隧道内每隔一定距离会布置一台轨旁基站，通常基站间的间隔在200-400米。因此，在隧道内的两个基站间通常可以进行视距通信，如图1a和图1b所示。两台基站间发送端和接收端之间的信号会表现出明显的变化，在无阻挡的情况下，视距信号较强，非视距多径信号因为隧道环境维持一个固定的状态。当存在障碍物时，基站间的视距通信受到阻碍。主要靠隧道壁反射，导致接收端信号发生明显变化。而当信号收到阻挡时，视距信号会明显减弱，同时非视距的多径信号也会发生较大的改变，如图2所示。
然而，障碍物感知系统需要设置多个轨旁基站设备，这会给轨道交通带来额外的建设成本和维护成本。
发明内容
本发明主要目的为：避免因感知服务需增加基站而导致的建设成本和维护成本。
本发明提供一种基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，应用于，该方法包括：与来向车载设备建立通信连接的情况下，关闭与去向邻居基站的感知状态，并且在存在去向邻居基站的情况下向去向邻居基站发送断开消息，以用于去向邻居基站断开来向感知状态，以及在存在来向邻居基站的情况下，向来向邻居基站发送恢复消息，以用于来向邻居基站开启每个方向的感知状态；在接收到去向邻居基站发送的恢复消息的情况下，开启每个方向的感知状态，并在任一方向邻居基站开启对向感知状态情况下，与对应方向的邻居基站建立感知连接。
在本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法中，还包括：若接收到来向邻居基站发送的断开消息，则关闭来向感知状态。
在本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法中，若应用于末端设备，还包括：与车载设备由通信连接建立到断开的预设时长后，开启来向感知状态。
在本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法中，所述与来向车载设备建立通信连接之前，还包括：读取预设的邻居基站列表，在检测到有邻居基站且邻居基站可建立感知连接的情况下，开启对应方向的感知状态，并在有邻居基站也开启对向感知状态的情况下，与对应的来向基站或者去向基站建立感知连接。
在本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法中，还包括：在感知连接为开启状态的情况下，按照第一预设时间间隔，向来向邻居设备发送询问消息，所述询问消息用于确定来向邻居设备是否发送断开消息，在收到所述询问消息对应的断开消息已发送确认消息时，断开来向感知连接。
在本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法中，所述第一预设时间间隔为500毫秒。
在本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法中，还包括：在与来向车载设备建立通信连接的情况下，按第二预设时间间隔检测车载设备离开当前基站通信覆盖范围状态，在状态为已离开时开启每个方向的感知状态。
在本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法中，所述第二预设时间间隔为200毫秒。
本发明还提供一种基于地铁车地无线通信的障碍物感知装置，包括：第一判断模块，用于与来向车载设备建立通信连接的情况下，关闭与去向邻居基站的感知状态，并且在存在去向邻居基站的情况下向去向邻居基站发送断开消息，以用于去向邻居基站断开来向感知状态，以及在存在来向邻居基站的情况下，向来向邻居基站发送恢复消息，以用于来向邻居基站开启每个方向的感知状态；第二判断模块，用于在接收到去向邻居基站发送的恢复消息的情况下，开启每个方向的感知状态，并在任一方向邻居基站开启对向感知状态情况下，与对应方向的邻居基站建立感知连接。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，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上述任一项所述基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法。
本发明产生的有益效果是：通过与来向车载设备建立通信连接的情况下的三个步骤，以及结合接收到去向邻居基站发送的恢复消息进行感知重建，可以在不增加基站数量的情况下，实现通信服务和感知服务的复用，降低需要感知服务而导致的建设成本和维护成本，并且可以有效规避掉因列车导致的障碍物误判，从而实现精准的障碍物感知判断。
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，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他的附图。
图1a是感知系统原理示意图之一；
图1b是感知系统原理示意图之二；
图2是有阻碍的信号强度和无阻碍的信号强度对比图；
图3是本发明提供的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法的流程示意图之一；
图4a是本发明提供的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法的应用场景图之一；
图4b是本发明提供的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法的应用场景图之二；
图4c是本发明提供的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法的应用场景图之三；
图5是本发明提供的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法的流程示意图之二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合图3至图5对本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法及装置进行说明，图3是本发明实施例的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法的流程示意图，如图3所示，本发明提供一种基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，应用于每个无线轨旁基站，包括：
S1、与来向车载设备建立通信连接的情况下，关闭与去向邻居基站的感知状态，并且在存在去向邻居基站的情况下向去向邻居基站发送断开消息，以用于去向邻居基站断开来向感知状态，以及在存在来向邻居基站的情况下，向来向邻居基站发送恢复消息，以用于来向邻居基站开启每个方向的感知状态。
S2、在接收到去向邻居基站发送的恢复消息的情况下，开启每个方向的感知状态，并在任一方向邻居基站开启对向感知状态情况下，与对应方向的邻居基站建立感知连接。
其中，来向为列车驶来的方向，去向为列车驶向的方向，每个基站满足对应的条件时都循环执行上述步骤S1和S2。当列车从来向驶来，第一个基站会与列车的车载设备建立无线连接。假设感知检测障碍物的路段（如隧道内）有三个以上基站，分别为1、2、3、4……。
如图4a所示，在车辆通过这段隧道时，当列车的车载设备与1号基站建立无线通信连接时，1号基站会执行S1的前2个动作。首先，断开去向，即往基站2方向的感知状态，包括断开与去向邻居基站2的感知连接，以及将感知状态关闭。其次,通知2号基站也关闭感知状态,即向去向邻居基站2发送断开消息，使其断开2号与1号之间(对于2号来说，为去向感知连接)的感知链接，并关闭朝基站1方向的感知状态。由于1号基站不存在来向邻居基站，即在列车驶来的方向，没有相邻基站，从而无需向来向邻居基站发送恢复消息。
如图4b所示，随着列车向前移动，当列车从1号基站切换至2号基站时，1号基站准备恢复感知连接状态。此时，列车的车载设备与2号基站建立无线通信连接，在此情况下，2号基站将执行S1中的全部三个动作。首先，断开本身的感知状态，即断开与去向邻居基站3的感知连接（与来向基站1之间的前面已经断开了）,并关闭感知状态。其次，通知3号基站也关闭感知状态，即向去向邻居基站3发送断开消息，使其断开3号与2号之间(对于3号来说，为去向感知连接)的感知连接，并关闭朝基站2方向的感知状态。由于2号基站存在来向邻居基站1，即在列车驶来的方向，有相邻基站1，从而需向来向邻居基站1发送恢复消息，以用于来向邻居基站1开启每个方向的感知状态，由于基站1没有来向感知状态，从而只需要开启与2号基站之间的去向感知状态。此时，邻居基站1为感知连接准备状态，等待2号基站去向感知状态开启，便可建立二者之间的感知连接。
如图4c所示，随着列车继续向前移动，当列车从2号基站切换至3号基站时，2号基站便可和1号基站恢复感知连接。此时，列车的车载设备与3号基站建立无线通信连接。由于没有去向邻居基站，无需断开本身的感知状态，而与来向基站2之间的感知连接已经断开，来向感知状态也已经关闭。在此情况下，3号基站将只执行S1中的最后一个动作，即由于3号基站存在来向邻居基站2，即在列车驶来的方向，有相邻基站2，从而需向来向邻居基站2发送恢复消息，以用于来向邻居基站2开启双向感知状态。此时，邻居基站1的去向感知状态已经开启，等待2号基站开启来向感知状态，便可建立二者之间的感知连接。相同的道理，每个基站执行上述S1和S2，所有基站均可恢复正常的感知连接，并且能及时提供通信服务。
本发明的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，通过与来向车载设备建立通信连接的情况下的三个步骤，以及结合接收到去向邻居基站发送的恢复消息进行感知重建，可以在不增加基站数量的情况下，实现通信服务和感知服务的复用，降低需要感知服务而导致的建设成本和维护成本，并且可以有效规避掉因列车导致的障碍物误判，从而实现精准的障碍物感知判断。
在一个实施例中，还包括：若接收到来向邻居基站发送的断开消息，则关闭来向感知状态。
如上述S1所述，与列车建立通信连接的基站，存在去向邻居基站的情况下，会向去向邻居基站发送断开消息。而此时，收到该消息的基站，断开与来向邻居基站（发消息的基站）的感知连接，并关闭来向感知状态，准备提供通信服务。
在一个实施例中，若应用于末端设备，还包括：与车载设备由通信连接建立到断开的预设时长后，开启来向感知状态。
其中，末端为列车行驶方向的最后段。考虑到末端基站没有去向相邻基站（下一个相邻基站），不会收到恢复消息。因此，与车载设备由通信连接建立到断开的预设时长后，确定列车已离开末端基站，则开启来向感知状态，从而可以自动恢复与来向基站的感知连接。
在一个实施例中，所述与来向车载设备建立通信连接之前，还包括：读取预设的邻居基站列表，在检测到有邻居基站且邻居基站可建立感知连接的情况下，开启对应方向的感知状态，并在有邻居基站也开启对向感知状态的情况下，与对应的来向基站或者去向基站建立感知连接。
每个基站维护一个预先设置的邻居基站列表，邻居基站列表中记载了来向和去向的邻居基站。在设备初始化时，所有基站读取邻居基站列表。如果有邻居则继续询问邻居是否可以建立感知连接。如果不能建立，则可以等待1000毫秒后继续询问。如果可以建立，则进入感知状态并与邻居建立连接，即在两个相邻基站相对感知状态均可以开启时，开启并建立感知连接，然后开始处理感知数据。
在一个实施例中，还包括：在感知连接为开启状态的情况下，按照第一预设时间间隔，向来向邻居设备发送询问消息，所述询问消息用于确定来向邻居设备是否发送断开消息，在收到所述询问消息对应的断开消息已发送确认消息时，断开来向感知连接。
考虑到来向基站已经发送断开消息，但由于信道异常或者设备异常，未收到该断开消息。处理感知数据的同时，监听是否有邻居发来的需要中断感知的消息。如果有，则中断感知，及时提供车地无线通信服务让列车接入。
具体而言，开启感知状态的基站，按照预设时间间隔（为了与后续区别，此处称为第一预设时间间隔），向来向邻居设备发送询问消息，确认最近的预设时长内是否已经发送了断开消息，若已经发送，则断开来向的感知状态，从而有效避免因漏接收断开消息，而读取错误的感知信息。
在一个实施例中，所述第一预设时间间隔为500毫秒。
在一个实施例中，在与来向车载设备建立通信连接的情况下，按第二预设时间间隔检测车载设备离开当前基站通信覆盖范围状态，在状态为已离开时开启每个方向的感知状态。
考虑到去向设备发送恢复消息后，由于信道异常或者设备异常，未收到该恢复消息，每个基站在与来向车载设备建立通信连接的情况下，按第二预设间隔检测车载设备离开当前基站通信覆盖范围状态，在状态为已离开时开启每个方向的感知状态，从而可以及时回复感知连接，提供感知服务。
在一个实施例中，所述第二预设时间间隔为200毫秒。
结合上述实施例的内容，本发明的一个实施例的实现方式如图5所示，具体可参见图5和上述实施例，此处不再赘述。
本发明还提供一种基于地铁车地无线通信的障碍物感知基站，包括:第一判断模块，用于与来向车载设备建立通信连接的情况下，关闭与去向邻居基站的感知状态，并且在存在去向邻居基站的情况下向去向邻居基站发送断开消息，以用于去向邻居基站断开来向感知状态，以及在存在来向邻居基站的情况下，向来向邻居基站发送恢复消息，以用于来向邻居基站开启每个方向的感知状态；第二判断模块，用于在接收到去向邻居基站发送的恢复消息的情况下，开启每个方向的感知状态，并在任一方向邻居基站开启对向感知状态情况下，与对应方向的邻居基站建立感知连接。
本发明实施例所提供的基于地铁车地无线通信的障碍物感知基站，其实现原理及产生的技术效果和前述基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法实施例相同，为简要描述，基于地铁车地无线通信的障碍物感知基站实施例部分未提及之处，可参考前述基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法实施例中相应内容。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、随机访问存储器（RAM）、静态随机访问存储器（SRAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、可编程只读存储器（PROM）、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质被处理器执行时实现方法实施例基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，应用于每个无线轨旁基站，其特征在于，包括：
与来向车载设备建立通信连接的情况下，关闭与去向邻居基站的感知状态，并且在存在去向邻居基站的情况下向去向邻居基站发送断开消息，以用于去向邻居基站断开来向感知状态，以及在存在来向邻居基站的情况下，向来向邻居基站发送恢复消息，以用于来向邻居基站开启每个方向的感知状态；
在接收到去向邻居基站发送的恢复消息的情况下，开启每个方向的感知状态，并在任一方向邻居基站开启对向感知状态情况下，与对应方向的邻居基站建立感知连接。
2.根据权利要求1所述的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，其特征在于，还包括：若接收到来向邻居基站发送的断开消息，则关闭来向感知状态。
3.根据权利要求1所述的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，其特征在于，若应用于末端设备，还包括：
与车载设备由通信连接建立到断开的预设时长后，开启来向感知状态。
4.根据权利要求1所述的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，其特征在于，所述与来向车载设备建立通信连接之前，还包括：
读取预设的邻居基站列表，在检测到有邻居基站且邻居基站可建立感知连接的情况下，开启对应方向的感知状态，并在有邻居基站也开启对向感知状态的情况下，与对应的来向基站或者去向基站建立感知连接。
5.根据权利要求1所述的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，其特征在于，还包括：
在感知连接为开启状态的情况下，按照第一预设时间间隔，向来向邻居设备发送询问消息，所述询问消息用于确定来向邻居设备是否发送断开消息，在收到所述询问消息对应的断开消息已发送确认消息时，断开来向感知连接。
6.根据权利要求5所述的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，其特征在于，所述第一预设时间间隔为500毫秒。
7.根据权利要求1所述的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，其特征在于，还包括：
在与来向车载设备建立通信连接的情况下，按第二预设时间间隔检测车载设备离开当前基站通信覆盖范围状态，在状态为已离开时开启每个方向的感知状态。
8.根据权利要求7所述的基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法，其特征在于，所述第二预设时间间隔为200毫秒。
9.一种基于地铁车地无线通信的障碍物感知基站，其特征在于，包括：
第一判断模块，用于与来向车载设备建立通信连接的情况下，关闭与去向邻居基站的感知状态，并且在存在去向邻居基站的情况下向去向邻居基站发送断开消息，以用于去向邻居基站断开来向感知状态，以及在存在来向邻居基站的情况下，向来向邻居基站发送恢复消息，以用于来向邻居基站开启每个方向的感知状态；
第二判断模块，用于在接收到去向邻居基站发送的恢复消息的情况下，开启每个方向的感知状态，并在任一方向邻居基站开启对向感知状态情况下，与对应方向的邻居基站建立感知连接。
10.一种计算机可读存储介质，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如权利要求1至8任一项所述基于地铁车地无线通信的障碍物感知方法。
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