一種基於wlan的軌道交通通信系統的無縫切換方法
2023-05-07 17:17:31 1
專利名稱：一種基於wlan的軌道交通通信系統的無縫切換方法
技術領域：
本發明屬於無線通信技術領域，涉及ー種基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法。
背景技術：
由於軌道交通具有運カ大、運行準時的特點，已經逐步成為大型城市公共運輸核心的組成部分，其運行控制和運行安防都是軌道交系統設計中的關鍵技術，這些技術的實施都是基於列車與地面的車地通信系統。最初的軌道交通系統的車地通信系統是採用國外成套的設備，這些國外設備主要是採用了遵循IEEE802. 11系列協議的無線區域網路(Wireless Local Area Networks,WLAN)技術。WLAN是相當便利的數據傳輸系統，它利用射頻(Radio Frequency,RF)的技術， 取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線(Coaxial)所構成的區域網路，使得無線區域網路能利用簡單的存取架構讓用戶透過它，達到「信息隨身化、便利走天下」的理想境界。WLAN技術具有帶寬大、頻譜開放、技術成熟、成本低等優點，其被廣泛用於軌道通信系統。但由於IEEE802. 11系列協議自身的設計是針對無線覆蓋應用提供的，對移動性支持不佳，特別是當列車在運行中進行無線越區切換時，WLAN對切換無法提供無縫漫遊，這就造成列車與地面之間的通信系統瞬間或短時間內中斷。雖然通過減產切換中斷的時間可以滿足列車的基本運行控制需求，但隨著列車運行控制要求的不斷提高，以及車地通信數據的增量，短時的通信中斷就可能對列車的運行控制或是信息服務產生嚴重影響。在軌道通信系統中，WLAN設備需要分別部署在列車上和軌道旁。列車上的節點在移動的過程中需要與不同的地面固定節點之間進行切換，為了保證切換的可靠性，需要進行較快的無線切換。此外，隨著通信業務的發展，現有軌道交通上不僅需要語音信號的傳輸，還需要視頻圖像的傳輸。一般的切換方法會導致視頻圖像出現不連貫等問題，到目前為止，缺乏能支持WLAN快速切換的成熟產品。雖然單個無線鏈路不具備快速切換功能，但是可以利用多個WLAN設備同步處理視頻數據，如果讓這些多個WLAN鏈路切換時間能完全錯開，則整體效果就是無縫切換。實際應用中，考慮到列車長度以及成本等因素，在車頭和車尾分別安裝ー個WLAN設備，然後將這兩個WLAN設備和車載伺服器連結，另外地面上還需要部署ー個軌旁伺服器，其中軌旁伺服器和車載伺服器可以從兩條無線鏈路中挑選出較優數據，具體情況如圖I所示。事實上，由於列車運行速度很快以及軌旁無線接入點間距不夠長，車載節點與軌旁節點間就會頻繁發生切換，於是很難保證車頭和車尾無線節點和軌旁無線接入間兩個切換時間完全錯開，最終會導致運行過程中通信數據丟失。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，該方法通過保證車頭無線節點和車尾無線節點不同時與軌旁無線節點間發生切換從而實現數據的無縫切換傳輸和無中斷傳輸。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案。一種基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，所述軌道交通通信系統包括安裝在列車頭的車頭無線節點、安裝在列車尾的車尾無線節點、安裝在軌道上的軌旁節點；所述無縫切換方法包括以下步驟步驟一，在車頭無線節點和車尾無線節點間建立TCP連結，用以同步車頭無線節點和車尾無線節點的切換狀態；步驟ニ，同步車頭無線節點或車尾無線節點到對端節點；所述車頭無線節點和車尾無線節點互為對端節點；步驟三，車頭無線節點或車尾無線節點在發生切換前首先查詢保存在自身節點的對端節點的切換狀態，判斷是否可以進行切換；若可以則進行切換；否則停止切換。
作為本發明的一種優選方案，步驟一中，車頭無線節點或車尾無線節點向對端節點發出心跳發起消息後，會收到來自對端節點的心跳應答消息，此時TCP連結處於建立狀態；若多次發出心跳發起消息均沒有收到心跳應答消息，則認為所述TCP連結中斷，此時需要重新發起連結。作為本發明的另ー種優選方案，步驟ニ的具體實現過程為當車頭無線節點或車尾無線節點和軌旁節點發生切換時，發送切換開始消息給對端節點；當切換結束時，發送切換結束消息給對端節點。作為本發明的再一種優選方案，步驟三中，車頭無線節點或車尾無線節點查詢保存在自身節點中的對端節點切換狀態，如果狀態顯示對端節點已經切換完畢，仍然需要主動發起切換查詢消息，以便確保狀態的準確性；車頭無線節點或車尾無線節點如果已接收到對端節點的切換開始消息,但仍未接收到切換結束消息，則暫停進入切換狀態，一直等待直到收到對端節點發送的切換結束消息後，再進行切換；車頭無線節點或車尾無線節點如果超過某ー設定時間，仍沒有接收到對端節點發送的切換結束消息，則向對端節點主動發起切換查詢消息，主動詢問是否可以進行切換。作為本發明的再一種優選方案，步驟三中如果車頭無線節點或車尾無線節點主動發起切換查詢消息後，及時接收到對端節點的應答消息，且如果應答消息表明對端節點正在切換，則停止切換，過一段時間重新發出切換查詢消息；如果應答消息表明對端節點切換結束，則車頭無線節點或車尾無線節點開始切換；如果車頭無線節點或車尾無線節點主動發起切換查詢消息後，沒有及時接收到對端節點的應答消息，則等待一段時間後重新發出切換查詢消息；當切換查詢消息發出次數超過一定數量後，則認為對端節點出現異常，進入正常切換狀態。本發明的有益效果在於在車載節點與軌旁節點間頻繁切換的情況下，本發明所述的基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法保證了車頭和車尾無線節點與軌旁節點無線接入間兩個切換時間的完全錯開，避免了運行過程中通信數據的丟失，實現了軌道交通的無縫切換。
圖I為傳統的軌道交通通信系統的通信場景示意圖2為本發明所述方法中同步節點切換狀態到對端節點的流程示意圖；圖3為本發明所述方法中向對端節點主動發起切換查詢消息的流程示意圖；圖4為本發明所述方法中切換查詢消息接收異常的流程示意圖；圖5為本發明所述方法中建立TCP連結的流程示意圖；圖6為本發明所述方法中TCP連結異常的流程示意圖；圖7為本發明所述的基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法的流程示意圖。
具體實施方式
為了克服單條WLAN無線鏈路切換會導致軌道通信質量下降的缺陷(比如實時視頻圖像出現停頓或者馬賽克等現象)，在車頭和車尾分別安裝ー個節點，通過兩條不同鏈路往地面傳送相同數據，軌旁伺服器和車載伺服器從中挑選出較優數據。但是由於無線切換的頻繁性會導致兩條無線鏈路同時發生切換。為了實現無縫切換，本發明提供一種基於WLAN的軌道通信系統的無縫切換的方法，用來避免兩條鏈路同時發生切換。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進ー步詳細說明。實施例一為了克服車頭和車尾切換時間不能完全錯開的缺陷，本實施例提供一種基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，該方法提高了車輛運行過程中的通信質量，具體步驟為I)在車頭無線節點和車尾無線節點間建立TCP連結，通過該可靠的TCP連接鏈路來同步車頭無線節點和車尾無線節點的切換狀態。對於TCP連結，啟用心跳發起消息；車頭無線節點(或車尾無線節點)向車尾無線節點(或車頭無線節點)發出心跳發起消息後，會收到來自車尾無線節點(或車頭無線節點)的心跳應答消息，此時TCP連結建立成功，如圖5所示。當心跳發起消息累計出現多次異常(即多次發出心跳發起消息均沒有收到心跳應答消息)，則認為該TCP連結中斷，重新發起連結，如圖6所示。2)同步節點切換狀態到對端節點，如圖2所示。所述車頭無線節點和車尾無線節點互為對端節點，即車頭無線節點為車尾無線節點的對端節點，車尾無線節點為車頭無線節點的對端節點。當車頭無線節點和軌旁節點發生切換時,發送切換開始消息給車尾無線節點；當切換結束時，發送切換結束消息給車尾無線節點。當車尾無線節點和軌旁節點發生切換時，發送切換開始消息給車頭無線節點；當切換結束時，發送切換結束消息給車頭無線節點。3)車頭無線節點或車尾無線節點在發生切換前，需要查詢保存在自身節點的對端節點的切換狀態，判斷是否可以進行切換。如果已接收到對端節點的切換開始消息，但仍未接收到切換結束消息，則暫停進入切換狀態，一直等待直到收到對端節點發送的切換結束消息後，向對端節點主動發起切換查詢消息，主動詢問是否可以進行切換。如果超過某ー設定時間，仍沒有接收到對端節點發送的切換結束消息，則向對端節點主動發起切換查詢消息，主動詢問是否可以進行切換。
車頭無線節點或車尾無線節點向對端節點主動發起切換查詢消息，主動詢問是否可以進行切換，對端節點回復應答消息，如圖3所示。如果應答消息表明對端節點正在切換，則所述主動發起切換查詢消息的車頭無線節點或車尾無線節點停止切換，過一段時間重新發起切換查詢消息；如果應答消息表明對端節點切換結束，則所述主動發起切換查詢消息的車頭無線節點或車尾無線節點開始切換。如果車頭無線節點或車尾無線節點主動發起切換查詢消息後，沒有接收到對端節點及時應答，則等待一段時間後重新發出切換查詢消息；當切換查詢消息發出次數超過ー定數量後，則認為對端節點出現異常，進入正常切換狀態，如圖4所示。本發明所述的基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法保證了車頭和車尾無線節點與軌旁節點無線接入間兩個切換時間的完全錯開，避免了運行過程中通信數據的 丟失，實現了軌道交通的無縫切換。本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特徵的情況下，本發明可以以其他形式、結構、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實現。
權利要求
1.一種基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，所述軌道交通通信系統包括安裝在列車頭的車頭無線節點、安裝在列車尾的車尾無線節點、安裝在軌道上的軌旁節點，其特徵在於，所述無縫切換方法包括以下步驟 步驟一，在車頭無線節點和車尾無線節點間建立TCP連結，用以同步車頭無線節點和車尾無線節點的切換狀態； 步驟ニ，同步車頭無線節點或車尾無線節點到對端節點；所述車頭無線節點和車尾無線節點互為對端節點； 步驟三，車頭無線節點或車尾無線節點在發生切換前首先查詢保存在自身節點的對端節點的切換狀態，判斷是否可以進行切換；若可以則進行切換；否則停止切換。
2.根據權利要求I所述的基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，其特徵在幹步驟一中，車頭無線節點或車尾無線節點向對端節點發出心跳發起消息後，會收到來自對端節點的心跳應答消息，此時TCP連結處於建立狀態；若多次發出心跳發起消息均沒有收到心跳應答消息，則認為所述TCP連結中斷，此時需要重新發起連結。
3.根據權利要求I所述的基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，其特徵在於，步驟ニ的具體實現過程為當車頭無線節點或車尾無線節點和軌旁節點發生切換時，發送切換開始消息給對端節點；當切換結束吋，發送切換結束消息給對端節點。
4.根據權利要求I所述的基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，其特徵在幹步驟三中，車頭無線節點或車尾無線節點查詢保存在自身節點中的對端節點切換狀態，如果狀態顯示對端節點已經切換完畢，仍然需要主動發起切換查詢消息，以便確保狀態的準確性； 車頭無線節點或車尾無線節點如果已接收到對端節點的切換開始消息，但仍未接收到切換結束消息，則暫停進入切換狀態，一直等待直到收到對端節點發送的切換結束消息後，再進行切換； 車頭無線節點或車尾無線節點如果超過某ー設定時間，仍沒有接收到對端節點發送的切換結束消息，則向對端節點主動發起切換查詢消息，主動詢問是否可以進行切換。
5.根據權利要求4所述的基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，其特徵在於，步驟三中 如果車頭無線節點或車尾無線節點主動發起切換查詢消息後，及時接收到對端節點的應答消息，且如果應答消息表明對端節點正在切換，則停止切換，過一段時間重新發出切換查詢消息；如果應答消息表明對端節點切換結束，則車頭無線節點或車尾無線節點開始切換； 如果車頭無線節點或車尾無線節點主動發起切換查詢消息後，沒有及時接收到對端節點的應答消息，則等待一段時間後重新發出切換查詢消息；當切換查詢消息發出次數超過一定數量後，則認為對端節點出現異常，進入正常切換狀態。
全文摘要
本發明公開了一種基於WLAN的軌道交通通信系統的無縫切換方法，該方法包括步驟一，在車頭無線節點和車尾無線節點間建立TCP連結，用以同步車頭無線節點和車尾無線節點的切換狀態；步驟二，同步車頭無線節點或車尾無線節點到對端節點；所述車頭無線節點和車尾無線節點互為對端節點；步驟三，車頭無線節點或車尾無線節點在發生切換前首先查詢保存在自身節點的對端節點的切換狀態，判斷是否可以進行切換；若可以則進行切換；否則停止切換。本發明保證了車頭和車尾無線節點與軌旁節點無線接入間兩個切換時間的完全錯開，避免了運行過程中通信數據的丟失，實現了軌道交通的無縫切換。
文檔編號H04W36/18GK102869061SQ20111019002
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月7日 優先權日2011年7月7日
發明者汪亮友, 龔勇, 吳國東, 徐浩煜 申請人:上海中科高等研究院