CN102811415B - 城市轨道交通的车地通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轨道交通通信技术领域中的一种城市轨道交通的车地通信方法，用于解决现有的车地通信方法存在的无线链路干扰问题。该方法包括：为每个无线接入点AP主机设置固定IP地址；在车载无线控制器中，预先存储无线接入点AP主机IP地址列表；无线接入点AP主机接到地面控制器发送的列车控制信息后，将自身的IP地址加入到列车控制信息中；车载无线控制器收到列车控制信息并确定是发给自身的信息后，从无线接入点AP主机IP地址列表中查找出无线接入点AP主机的IP地址以及下一个无线接入点AP主机的IP地址，并分别向这两个IP地址单播车载信息。本发明减少了列车对地面发送数据时的干扰，提高了系统车地通信的性能。

Description

城市轨道交通的车地通信方法

技术领域

本发明属于轨道交通通信技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通的车地通信方法。

背景技术

随着通信技术特别是无线电技术飞速发展，人们开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统CBTC（Communication Based Train Control System）。CBTC系统利用无线通信可靠、实时地传输车-地双向大容量信息，列车在运行过程中通过无线实时地向地面中心发送自身的位置、速度等状态信息。地面中心通过无线将前方障碍物、临时限速等信息发送给列车。列车根据前方障碍物信息、列车参数、线路参数等信息实时计算速度曲线，控制列车在安全速度下运行。

CBTC系统的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。CBTC的突出优点是可以实现车-地之间的双向通信，并且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在CBTC系统中不仅可以实现列车运行控制，而且可以实现综合运行管理。因为，双向无线通信系统既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类信息，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC既可以实现固定自动闭塞系统，也可以实现移动自动闭塞系统。

CBTC的车地通信系统传输的安全类信息传输包括列车向地面发送的列车位置信息，以及地面向列车发送的列车控制信息等。这些信息是对安全性要求很高的数据，因此，对车地通信的可靠性要求很高。在IEEE 1474.1（2004）标准中，规定车地通信和地车通信的延时不能超过0.5~2秒，否则列车将会紧急制动。同时，车地通信的丢包率以及切换中断时间也是影响车地通信质量的重要指标。

一种常用的CBTC数据通信系统结构如图1所示，参见专利申请“列车控制系统”（申请号：200810211077.8）。在实现列车运行控制的通信网络当中，列车在轨道上运行，车上的车载无线控制器与地面的无线接入点AP（Access Point）通过无线通信的方式交换列车位置信息及列车控制信息。

其中地面控制器基于来自车载系统的列车在线位置信息，生成发给车载系统的列车控制报文（停车位置信息等），并发送给各个无线接入点AP主机设备。无线接入点AP的处理周期通常与地面控制器的周期不同，无线接入点AP主机实现地面控制器与无线接入点AP之间的数据收发同步及数据格式转换，其功能是接收所辖范围内所有无线接入点AP的信息，按照一定的格式组成帧，并以一定的周期发送给地面控制器。同样无线接入点AP主机将地面控制器发过来的信息每隔一定的周期发送给所辖范围内所有的无线接入点AP，无线接入点AP再通过无线链路发送给车载无线控制器。不同的无线接入点AP主机之间通常是独立的，不存在直接的连接关系。

列车上的列车位置信息通过车上的车载无线控制器在无线链路上发送，安装在轨旁的无线接入点AP接收此信息，并将此信息通过光纤和交换机送至无线接入点AP主机，无线接入点AP主机再将此信息通过有线网和交换机发送给地面控制器。而地面控制器产生的列车控制信息通过交换机和有线网络先发送给无线接入点AP主机，无线接入点AP主机通过交换机转发给连接在交换机上的多个无线接入点AP，无线接入点AP通过无线链路将信息发送给车上的车载无线控制器。

在进行数据通信时，需要设置发送端和接收端的IP地址。由于在地铁和轻轨线路上运行的列车数量较多，因此地面控制器在给列车发送列车控制信息时，先发送给各个无线接入点AP主机，无线接入点AP主机通常采用广播方式将接收到的列车控制信息通过广播发送给其所辖的各个无线接入点AP和列车，此时的发送端地址设置为无线接入点AP主机的IP地址，而接收地址为255.255.255.255，即设置为广播发送。在线路上运行的所有列车都能接收地面发送的列车控制信息，列车上的无线控制器通过读取所收取信息的列车ID或其它标识判断是否是发送给自己的控制信息，从而进行进一步的信息处理。

而列车在线路上运行时，需要与轨旁的一个无线接入点AP进行关联，无线接入点AP又隶属于其中的一个无线接入点AP主机。列车上的车载无线控制器要发送数据给地面控制器时，必须先通过无线接入点AP主机转发，这是因为通常车载无线控制器通过无线链路发送数据的间隔通常较小，为几十毫秒，数据包长度也比较小，为几十个字节。无线接入点AP主机可以接收一个通信周期（通常为几百毫秒）内与其相连的所有无线接入点AP接收的列车位置信息，将其组成一个长度更大的数据包，并发送给地面控制器。而列车在线路上运行时，需要经常切换与其关联的无线接入点AP和无线接入点AP主机，通常并不知道自己到达了哪一个无线接入点AP主机的管辖范围，也不知道无线接入点AP主机的IP地址，因此在给无线接入点AP主机发送数据包时，只能以广播方式发送，即接收地址设置为广播地址255.255.255.255。

车载无线控制器以广播方式向无线接入点AP发送数据存在一定的问题。如图2所示，车载无线控制器2发送的数据包首先通过无线链路发送给地面轨旁的无线接入点AP1，无线接入点AP1将数据通过有线网络发送给无线接入点AP主机。但是，无线接入点AP主机通过网络交换机与其管辖的所有无线接入点AP连接在一起，因此当无线接入点AP主机接收到列车发送的广播数据包后，将把数据包广播发送到交换机上的所有端口，也就是说数据包会广播发送到连接到交换机的所有无线接入点AP，如图中的无线接入点AP2、……、无线接入点APn，并通过这些无线接入点AP发送给与无线接入点AP关联的车载无线控制器。

从以上描述的过程可以看出，车载无线控制器对无线接入点AP主机进行广播发送数据时，数据不仅发送给无线接入点AP主机，也会发送给与无线接入点AP主机连接在同一交换机上的所有无线接入点AP，并最终发送给与无线接入点AP关联的所有车载无线控制器。由于无线接入点AP与车载无线控制器通过无线方式进行连接，这样势必会造成列车与地面之间的无线传输干扰增大，影响车地通信的性能。

因此，需要提出一种城市轨道交通的车地通信机制，避免列车与地面通信时出现太多的广播数据包，减少无线链路的干扰。

发明内容

本发明的目的是，提供一种城市轨道交通的车地通信方法，用以解决目前车地通信方法存在的广播数据包过多导致的无线链路干扰问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种城市轨道交通的车地通信方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：为每个无线接入点AP主机设置固定IP地址；

步骤2：在车载无线控制器中，预先存储无线接入点AP主机IP地址列表；

步骤3：地面控制器向无线接入点AP主机发送列车控制信息；

步骤4：无线接入点AP主机接到列车控制信息后，将自身的IP地址加入到列车控制信息中；

步骤5：无线接入点AP主机通过广播的方式将列车控制信息发送到与所述无线接入点AP主机相连的无线接入点AP，再由所述无线接入点AP将列车控制信息发送到列车的车载无线控制器；

步骤6：列车的车载无线控制器收到列车控制信息后，根据列车控制信息中的列车ID判断所述列车控制信息是否是发送给列车自身的列车控制信息，如果所述列车控制信息是发送给列车自身的列车控制信息，则执行步骤7；否则，丢弃该列车控制信息并执行步骤10；

步骤7：车载无线控制器从列车控制信息中提取无线接入点AP主机的IP地址，然后从无线接入点AP主机IP地址列表中查找出无线接入点AP主机的IP地址以及下一个无线接入点AP主机的IP地址；

步骤8：车载无线控制器以单播的方式向无线接入点AP主机的IP地址发送车载信息，再以单播方式向下一个无线接入点AP主机的IP地址发送车载信息。

步骤9：无线接入点AP主机将车载信息发送给地面控制器；

步骤10：结束。

所述无线接入点AP主机IP地址列表包括如下字段：无线接入点AP主机ID编号、无线接入点AP主机位置编码和无线接入点AP主机的IP地址。

本发明在地面控制器与车载无线控制器进行通信时采用广播机制，而车载无线控制器与地面控制器进行通信时，则对正在通信的AP主机和下一个要通信的AP主机进行单播发送，从而有效减少了列车对地面发送数据时的干扰，提高了系统车地通信的性能。

附图说明

图1是常用的CBTC数据通信系统示意图；

图2是车载无线控制器对无线接入点AP主机广播发送示意图；

图3是城市轨道交通的车地通信方法流程图；

图4是无线接入点AP主机IP地址列表。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图3是城市轨道交通的车地通信方法流程图。如图3所示，城市轨道交通的车地通信方法包括：

步骤1：为每个无线接入点AP主机设置固定IP地址。

步骤2：在车载无线控制器中，预先存储无线接入点AP主机IP地址列表。

图4是无线接入点AP主机IP地址列表，无线接入点AP主机IP地址列表包括如下字段：无线接入点AP主机ID编号、无线接入点AP主机位置编码和无线接入点AP主机的IP地址。

步骤3：地面控制器向无线接入点AP主机发送列车控制信息。

步骤4：无线接入点AP主机接到列车控制信息后，将自身的IP地址加入到列车控制信息中。

步骤5：无线接入点AP主机通过广播的方式将列车控制信息发送到与所述无线接入点AP主机相连的无线接入点AP，再由所述无线接入点AP将列车控制信息发送到列车的车载无线控制器。

步骤6：列车的车载无线控制器收到列车控制信息后，根据列车控制信息中的列车ID判断所述列车控制信息是否是发送给列车自身的列车控制信息，如果所述列车控制信息是发送给列车自身的列车控制信息，则执行步骤7；否则，丢弃该列车控制信息并执行步骤10。

步骤7：车载无线控制器从列车控制信息中提取无线接入点AP主机的IP地址，然后从无线接入点AP主机IP地址列表中查找出无线接入点AP主机的IP地址以及下一个无线接入点AP主机的IP地址。

在无线接入点AP主机IP地址列表中，通过无线接入点AP主机位置编码，可以找到无线接入点AP主机的下一个无线接入点AP主机，即轨道上与该无线接入点AP主机相邻的下一个无线接入点AP主机，然后再通过无线接入点AP主机IP地址列表，可以查到下一个无线接入点AP主机的IP地址。

步骤8：车载无线控制器以单播的方式向无线接入点AP主机的IP地址发送车载信息，再以单播方式向下一个无线接入点AP主机的IP地址发送车载信息。

在以单播方式发送车载信息时，车载无线控制器应当设定目标IP地址（接收端的IP地址）。在向无线接入点AP主机的IP地址发送车载信息，设置的目标IP地址为无线接入点AP主机的IP地址。在向下一个无线接入点AP主机的IP地址发送车载信息时，设置的目标IP地址为下一个无线接入点AP主机的IP地址。

车载无线控制器重复发送两次数据给不同的无线接入点AP主机，其目的是避免车载无线控制器在不同的无线接入点AP主机间切换时导致数据丢失。例如在车载无线控制器首先在无线接入点AP主机1管辖的无线接入点AP区间运行，此时车载无线控制器设置的目标IP地址是无线接入点AP主机1的IP地址IP1，当列车切换到无线接入点AP主机2所管辖的无线接入点AP区间时，由于列车并不知道无线接入点AP主机已经发生了切换，仍然以IP1作为目标地址发送数据，导致无线接入点AP主机2接收不到此数据。因此，当列车在不同的无线接入点AP主机间进行切换时，其发送的车载信息（列车位置信息）数据会发生短时间的丢失。而在车载无线控制器发送数据的时候，分别对当前通信的无线接入点AP主机和下一个将切换到的无线接入点AP主机发送数据，就可以避免在无线接入点AP主机间切换时的数据丢失。

步骤9：无线接入点AP主机将车载信息发送给地面控制器。

步骤10：结束。

本发明提供的方法在车载无线控制器在没有接收到地面控制器发送的信息之前，无法获得和设定需发送数据包的目标IP地址，因此需要预先设定车载无线控制器的第一个目标IP地址，即第一个AP主机的IP地址。在城市轨道交通车地通信环境中，网络结构和AP主机的设置都是固定的，因此车载无线控制器的第一个目标AP主机IP地址是可以设置的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种城市轨道交通的车地通信方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：为每个无线接入点AP主机设置固定IP地址；

步骤2：在车载无线控制器中，预先存储无线接入点AP主机IP地址列表；

步骤3：地面控制器向无线接入点AP主机发送列车控制信息；

步骤4：无线接入点AP主机接到列车控制信息后，将自身的IP地址加入到列车控制信息中；

步骤5：无线接入点AP主机通过广播的方式将列车控制信息发送到与所述无线接入点AP主机相连的无线接入点AP，再由所述无线接入点AP将列车控制信息发送到列车的车载无线控制器；

步骤6：列车的车载无线控制器收到列车控制信息后，根据列车控制信息中的列车ID判断所述列车控制信息是否是发送给列车自身的列车控制信息，如果所述列车控制信息是发送给列车自身的列车控制信息，则执行步骤7；否则，丢弃该列车控制信息并执行步骤10；

步骤7：车载无线控制器从列车控制信息中提取无线接入点AP主机的IP地址，然后从无线接入点AP主机IP地址列表中查找出无线接入点AP主机的IP地址以及下一个无线接入点AP主机的IP地址；

步骤8：车载无线控制器以单播的方式向无线接入点AP主机的IP地址发送车载信息，再以单播方式向下一个将切换到的无线接入点AP主机的IP地址发送车载信息；

步骤9：无线接入点AP主机将车载信息发送给地面控制器；

步骤10：结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述无线接入点AP主机IP地址列表包括如下字段：无线接入点AP主机ID编号、无线接入点AP主机位置编码和无线接入点AP主机的IP地址。