CN1946228A - 一种用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，由设置于轨道列车上的车载无线收发设备与设置于轨道旁边的轨旁无线收发设备之间建立车地通信，其特征在于，在所述的轨道列车上设置有至少两个所述的车载无线收发设备，所述的轨旁无线收发设备沿轨道线路分布设置，所述的车载无线收发设备实时检测邻近的轨旁无线收发设备的信号强度，车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的一对之间建立车地通信工作链路进行车地通信，当车地通信工作链路的通信信号强度小于预定值时，重新选出当前时刻车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的一对作为新的车地通信工作链路，待新的车地通信工作链路启动工作并开始传送原有的车地通信工作链路上承载的通信业务时，再关闭原有的车地通信工作链路，从而实现列车与轨旁网络之间的无缝快速越区切换。

Description

一种用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其是轨道交通中的宽带无线通信领域，特别涉及通信网络的越区切换问题，具体的是一种用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法。
背景技术
轨道交通乘客众多，人员拥挤，常常处于超负荷运行，一旦出现紧急事件易发生重特大事故。轨道交通的实时视频监控一直是公共安全工作中的一个重点。
现有技术中，地铁站和站台的视频监控技术都已经很成熟且已得到广泛应用，但作为人员最为集中的列车内部却是视频监控的盲点，其原因主要在于要实现对地铁列车的实时视频监控必须同时满足以下三个条件：1、适应列车高速行驶的无线通信方式；2、适合地下隧道特殊环境的通信网络；3、适合视频监控的高带宽通信链路。
现有技术中，几乎没有成熟的通信技术可以较好的同时满足以上三个条件，为此研究人员针对列车内的实时视频监控提出众多实验方案，其中最为人们所看好的是基于无线局域网技术的通信方式，包括阿尔卡特等国际通信巨头在内的众多国内外通信公司都在尝试利用无线局域网技术来构建列车与轨旁之间的通信网络，但由于基于IEEE802.11系列协议的无线局域网技术自身没有提供对高速移动通信和无缝快速漫游的支持，且无线局域网技术中单一节点的信号覆盖范围较小，这就使得列车在快速行进中连续地穿越多个无线局域网络时，常常会现无线信号的越区中断的问题。因此，如何保证列车行进区间内的无线信号的快速越区切换是实现列车内部实时视频监控的一项核心技术。
目前阿尔卡特等公司借鉴移动通信中的“软切换”技术，提出无线局域网的“预切换”概念，号称在两个相邻的无线局域网间可以在40毫秒左右的时隙内实现快速切换。就所查文献可知，此项技术还未得到广泛商用的实际验证。此外，这项技术需要对现有的无线局域网设备进行全面更新，无法利用现有的无线局域网收发设备。国内在此领域也有众多研究，但未见有效可行案例。
列车内的实时视频监控关系到社会公共安全，关系是人民群众切身利益，是一项国家迫切需要的应用技术。对于此项问题的研究及具有自主知识产权的解决方案的提出对于我国的轨道交通及公共安全都有着重大且深远的意义。
另一方面，随时地铁智能化的建设，列车也需要与站台固定网络建立宽带的通信链路以实现乘客信息导乘，车载广告投播，车载互动娱乐等众多业务。因此，解决无线局域网的快速越区切换问题，就可以解决列车与轨旁网络或是站台网络之间的宽带通信问题，进而可以提供一个支持多种宽带上行，下行或是互动业务的综合平台。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，所述的这种用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法要解决现有技术越区切换不支持或是越区切换时延过长的技术问题。
为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
本发明的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，由设置于轨道列车上的车载无线收发设备与设置于轨道旁边的轨旁无线收发设备之间建立车地通信，其特征在于，在所述的轨道列车上设置有至少两个所述的车载无线收发设备，所述的轨旁无线收发设备沿轨道线路分布设置，所述的车载无线收发设备实时检测邻近的轨旁无线收发设备的信号强度，车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的一对之间建立车地通信工作链路进行车地通信，当车地通信工作链路的通信信号强度小于预定值时，重新选出当前时刻车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的一对作为新的车地通信工作链路，待新的车地通信工作链路启动工作并开始传送原有的车地通信工作链路上承载的通信业务时，再关闭原有的车地通信工作链路。
所述的轨道列车车头和车尾各设置有一个所述的车载无线收发设备。在列车上设置一个数据控制中心，轨道列车上所有的车载无线收发设备都通过有线通信网络(如，以太网)或是无线通信网络(如，WLAN)连接至数据控制中心，为了避免设备故障带来的影响，所述的数据控制中心可以采用一主一从的冗余设置。轨旁无线收发设备根据轨道周围环境情况在一段距离内安装一个，沿轨道线路分布开来，所有所述的轨旁无线收发设备通过轨旁网络连接至轨旁数据交换机。
每个所述的车载无线收发设备将实时检测自身邻近轨旁无线收发设备信号强度的检测结果传送至所述的数据控制中心，所述的数据控制中心选择出当前时刻车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的一对组合作为工作设备，并以此组合来建立车地通信工作链路，利用所述的车地通信工作链路可以实现列车与轨旁网络之间的宽带无线双向通信。
随着列车的行进，列车的位置会发生的改变，所述的车载无线收发设备也会因此，而不断地穿越不同的轨旁无线收发设备的信号覆盖区域，当原有车地通信工作链路的通信信号强度小于一个预定值时，重新选出当前时刻车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的一对作为新的车地通信工作链路，待新的车地通信工作链路启动工作并开始传送原有的车地通信工作链路上承载的通信业务时，再关闭原有的车地通信工作链路，这种方式在数据接收侧会出现数据冗余的情况，因此还需要在数据接收侧对数据进行后处理，这样就可实现列车与轨旁网络之间的无缝快速越区切换。
通信切换的时刻的还可以选择在所述的新的车地信工作链路刚刚建立连接之后，此时随即关闭原有的车地通信工作链路，并将原有的车地通信工作链路上承载的通信业务切换至新的车地信工作链路上，这种方式不会出现数据冗余的情况，直接实现列车与轨旁网络之间的低时延的快速越区切换。
轨道列车上的数据控制中心是切换管理的中心所在，所述的车载无线收发设备的无线信号的收发状态或是停止状态都是由所述的数据控制中心发出的控制指令来控制。在需要进行通信切换时，若所述的数据控制中心收到的当前时刻车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的组合多于一组时，则随机选取其中一组来构建车地通信链路。
所述的数据控制中心也可强制设定一个车载无线收发设备与一个轨旁无线收发设备来构建新的车地通信工作链路。
所述的车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号强度大小的判断可以直接用信号的幅度大小来判断，也可以利用信噪比来作为判断依据。
两个相邻的所述的轨旁收发设备之间的最大距离为单个轨旁收发设备无线信号的有效覆盖半径。两个相邻的所述的轨旁收发设备之间的距离是列车上相距最远的车载无线收发设备之间距离的两倍。
为了防止切换过程中出现“乒-乓”现象，本发明结合轨道列车行驶的方向性，在所述的车载无线收发设备内设置有存储器，所述的存储器内按所述的轨旁无线收发设备的安装位置次序存储着所述的轨旁无线收发设备的设备号，所述的车载无线收发设备将与自身建立过车地通信工作链路的轨旁无线收设备的设备号进行屏蔽，在后续进行车地通信工作链路设备组合时，已经被屏蔽的设备将不再参与信号比较，待轨道列车单趟行驶结束时，车载无线收发设备中所有被屏蔽的设备号将被复原。当轨道列车返向运行或是重新运行时，所有的车载无线收发设备又可正常使用。
所述的车载无线收发设备和所述的轨旁无线收发设备的通信协议都采用IEEE802.11g协议规范。
本发明与已有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明充分利用轨道交通中列车运行方向性明确，轨道列车车身长度较长等特点，通过在列车上设置多个车载无线收发设备，使高速移动的移动终端-列车成为一个多发多收的无线终端，并通过数据控制中心的实时信息处理实现对列车多发多收系统的有效管理，使列车在穿越多个轨旁无线收发设备的信号覆盖区域时，通过列车内车载无线收发设备的可控切换来实现了列车这一移动终端与轨旁无线收发设备的切换问题，无论列车运行到轨道的那个位置，总会有一个具有较强信号强度的通信链路来为列车与轨旁网络提供宽带连接。本发明结构简单，设计精巧，可实现高速行进的列车与轨旁无线收发设备之间无缝的快速切换。
附图说明：
图1是本发明一个优选实施例的列车起始状态情况下的车地检测信号强度变化示意图。
图2是图1示例的列车更换位置后情况下的车地检测信号强度变化示意图。
图3是图1示例的列车再次更换位置后情况下的车地检测信号强度变化示意图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例详述如下：
在本实施例中列车以上海地铁1号线车辆为例，每节车厢23米，共6节，整个列车长度约为140米。在本实施例中轨旁无线收发设备采用WLAN无线接入设备AP，其通信协议采用802.11g通信规范，其在隧道内的有效信号覆盖距离大约为100米。
本发明一种用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，由设置于轨道列车10上的车载无线收发设备和设置于轨道20旁边的轨旁无线收发设备共同实施，其特征在于，在所述的轨道列车10车尾设置有一个所述的车载无线收发设备10A，在在所述的轨道列车10车头设置有一个所述的车载无线收发设备10B，车尾的车载无线收发设备10A与车头的车载无线收发设备10B的距离为列车的车长140米，车尾的车载无线收发设备10A与车头的车载无线收发设备10B都通过车载有线以太网络连接至设置于车尾的数据控制中心12，所述的车载有线以太网络的连接线缆在每节车厢都设置有标准的网络接口和中间连接线，这便于在列车车厢重组时重新构建车载有线以太网络。
轨旁无线收发设备沿轨道线路直线分布设置，相邻的两个轨旁无线收发设备之间的距离设置于200米，即两个相邻的轨旁无线收发设备彼此的有限信号覆盖区域相连，所有所述的轨旁无线收发设备通过轨旁网络连接至轨旁数据交换机22。
如图1所示，车载无线收发设备10A检测自身邻近的轨旁无线收发设备20A，图中100部分是20A的信号强弱分布与位置有关系的对应示意，分布车载无线收发设备10B检测自身邻近的轨旁无线收发设备20B，图中200部分是20B的检测信号强弱分布与位置有关系的对应示意，20A和20B同时都将检测结果传送至所述的数据控制中心12，所述的数据控制中心12将彼此检测信号最强的一对设备10A和20A组合作为工作设备，并以此组合来建立车地通信工作链路，利用所述的车地通信工作链路可以实现列车与轨旁网络之间的宽带无线双向通信。
随着列车的行进，列车的位置会发生的改变，如图2所示，原有的10A和20A车地通信工作链路的通信信号强度小于预定值，此时所述的数据控制中心12将当前时刻彼此检测信号最强的一对设备10B和20B组合作为工作设备，并以此组合来建立车地通信工作链路。
列车进一步行进，如图3所示，与20B相邻的另一个轨旁无线收发设备20C的检测信号强弱分布与位置有关系的对应示意为300部分。原有的10B和20B车地通信工作链路的通信信号强度小于预定值，此时所述的数据控制中心12将当前时刻彼此检测信号最强的一对设备10A和20B组合作为工作设备，并以此组合来建立车地通信工作链路。
如下同理，列车在行进中，随着位置的移动，会穿越多个轨旁无线收发设备，本发明利用列车内部车载无线收发设备的可控切换来巧妙迂回地实现了列车这一移动终端与轨旁无线收发设备的切换问题，无论列车运行到轨道的那个位置，总会有一个具有较强信号强度的通信链路来为列车与轨旁网络提供宽带连接。
本发明可用于为轨道交通提供一种适合高速移动性的宽带无线通信链路建立的方法，在此基础上可以在轨道列车内部建立起一个集安防、娱乐、广告、智能信息导乘、应急调度、宽带上网等众多宽带业务的综合应用平台。
尽管已经描述了本发明的示例性实施例，但一旦本领域的技术人员了解此基本发明构思，他们可在本实施例的基础之上进行附加变化和修改。因此，旨在所附的权利要求应当被理解为包括以上实施例和所有落在本精神和范围之内的这种变化和修改。
本发明不局限于地铁，铁路，轻轨等轨道交通应用领域，一切本发明可适用的无线通信应用领域中的相关应用都应识为在本发明所包含之列。

Claims (11)

1.一种用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，由设置于轨道列车上的车载无线收发设备与设置于轨道旁边的轨旁无线收发设备之间建立车地通信，其特征在于：在所述的轨道列车上设置有至少两个所述的车载无线收发设备，所述的轨旁无线收发设备沿轨道线路分布设置，所述的车载无线收发设备实时检测邻近的轨旁无线收发设备的信号强度，车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的一对之间建立车地通信上作链路进行车地通信，当车地通信工作链路的通信信号强度小于预定值时，重新选出当前时刻车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的一对作为新的车地通信工作链路，待新的车地通信工作链路启动工作并开始传送原有的车地通信工作链路上承载的通信业务时，再关闭原有的车地通信工作链路。
2.如权利要求1所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：所述的轨道列车的车头顶端设置有一个所述的车载无线收发设备，所述的轨道列车的车尾端设置有一个所述的车载无线收发设备。
3.如权利要求1所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：在列车上设置一个数据控制中心，轨道列车上所有所述的车载无线收发设备通过通信网络连接至所述的数据控制中心，所述的车载无线收发设备将实时检测邻近轨旁无线收发设备信号强度的检测结果传送至所述的数据控制中心，所述的数据控制中心通过数值比较选择出用于建立所述的车地通信工作链路的车载无线收发设备与轨旁无线收发设备。
4.如权利要求3所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：所述的数据控制中心可强制设定一个车载无线收发设备与一个轨旁无线收发设备来构建新的车地通信工作链路。
5.如权利要求3所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：所述的数据控制中心收到的当前车载无线收发设备与轨旁无线收发设备彼此之间信号最强的组合多于一组时，则随机选取其中一组来构建车地通信链路。
6.如权利要求1所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：所有所述的轨旁无线收发设备通过轨旁网络连接至轨旁数据交换机。
7.如权利要求1所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：两个相邻的所述的轨旁收发设备之间的最大距离为单个轨旁收发设备无线信号的有效覆盖半径。
8.如权利要求1所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于两个相邻的所述的轨旁收发设备之间的距离是列车上相距最远的车载无线收发设备之间的距离的两倍。
9.如权利要求1所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：所述的车载无线收发设备通过检测与轨旁无线收发设备的信躁比来标定信号强度。
10.如权利要求1所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：所述的车载无线收发设备内设置有存储器，所述的存储器内按所述的轨旁无线收发设备的安装位置次序存储着所述的轨旁无线收发设备的设备号，所述的车载无线收发设备将与自身建立过车地通信工作链路的轨旁无线收设备的设备号进行屏蔽，在后续进行车地通信工作链路设备组合时，已经被屏蔽的设备将不再参与信号比较，待轨道列车单趟行驶结束时，车载无线收发设备中所有被屏蔽的设备号将被复原。
11.如权利要求1所述的用于轨道通信的无线局域网越区快速切换方法，其特征在于：所述的车载无线收发设备和所述的轨旁无线收发设备的通信协议都采用IEEE802.11g协议规范。
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