铁路动车运用所内数据可靠安全通信的方法与流程

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种铁路动车运用所内数据可靠安全通信的方法。


背景技术：

2.现有动车运用所内铁路设备间的通信主要采用光纤或网线，存在工程实施难度大、成本高、维护难的问题。
3.目前，随着科技的进步，特别是无线通信技术与器件生产工艺的快速发展，无线通信在稳定性、安全性、数据吞吐量上都有很大的提高，其实施成本也有了较大的下降。因此，有必要研发针对铁路动车运用所内的无线通信方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种铁路动车运用所内数据可靠安全通信的方法，可以替代现有动车运用所内大量采用的铺埋光纤的通信方案，极大地简化相关项目的施工和维护成本，提高系统可用性与可靠性。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种铁路动车运用所内数据可靠安全通信的方法，包括：设置无线通信模块，利用无线通信模块实现各个终端设备与接口服务器的数据交互；
7.所述无线通信模块包括：多个5g通信模块与多个lora通信模块以及微控制单元；其中，5g通信模块采用基于5g公网通信技术实现数据交互，每一所述5g通信模块能够支持一种5g网络运营商的网络，配合微控制单元实现终端设备与接口服务器的数据交互；每一所述lora通信模块均支持lorawan协议，配合微控制单元实现终端设备与接口服务器的数据交互。
8.由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用了5g+lorawan无线通信技术方案用于铁路动车运用所内数据可靠、安全传输，可以替代现有基于有线设备传输的方案，极大地简化相关项目的施工和维护成本，提高系统可用性与可靠性。
附图说明
9.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
10.图1为本发明实施例提供的一种铁路动车运用所内数据可靠安全通信的方法的框架图；
11.图2为本发明实施例提供的5g通信方案的示意图；
12.图3为本发明实施例提供的lorawan的网络架构图
13.图4为本发明实施例提供的lorawan无线局域网通信方案的示意图；
14.图5为本发明实施例提供的融合的无线通信方案示意图。
具体实施方式
15.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
16.为了解决现有技术存在的技术问题，本发明针对铁路动车运用所设计了无线通信方案，在确保通信的稳定性、安全性的前提下，降低了工程实施的复杂度与实施成本；目前无线通信技术的特点如下：1)通过对cdma及其演变技术的应用，无线通信的数据交换速率更快，延时更小。2)通过大规模智能天线技术和智能蜂窝网络规划技术，无线通信区域的覆盖面更大，通信无盲区。3)通过信道编码技术、智能流量控制等技术使无线通信更加稳定可靠。4)数据加密技术的应用为无线数据安全提供了强有力的保证。5)无线internet网和无线局域组网的技术日趋成熟，多网融合技术联合应用成为趋势。
17.如图1所示，为本发明实施例提供的一种铁路动车运用所内数据可靠安全通信的方法的框架图，设置无线通信模块(wireless terminal)，利用无线通信模块实现各个终端设备(equipment)与接口服务器(interface server)的数据交互。图1所示的网络是多对多，支持扁平化管理和多级网络管理，由终端设备的数目、数据交换方式、数据量的大小和数据交换方向选择适合的网络拓扑结构和参数。
18.所述无线通信模块是本方案的核心技术，无线终端通信模块的设计是保证通信的可靠性、稳定性和安全性的基础。
19.本发明实施例中，无线通信模块同时采用了两种无线通信方式。第一种通信方式基于5g公网通信技术，通过集成多个5g公网网络达到高速数据的高速率、高稳定性、高安全性的交互。第二种方式是采用基于lorawan无线局域网通信技术，用于对低速关键数据的可靠传输，以保证关键业务数据可以安全可靠通信。
20.下面针对这两种无线通信方案，以及融合的无线通信方案进行介绍。
21.一、5g通信方案实现。
22.第五代移动通信技术(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th
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generation，简称5g或5g技术)是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4g(lte
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a、wimax)、3g(umts、lte)和2g(gsm)系统之后的延伸。5g的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。itu imt
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2020规范要求5g理想状态下端到端时延1ms，典型时延控制在10ms之内，通信时延可缩短约1个量级。平均带宽为几个gbps，最高可达20gbit/s，通信传输速率提升2个量级以上。
23.如图2所示，无线通信模块中集成了多个5g通信模块，可以同时支持不同运营商的多个网络同时在线。本发明实施例中，每一所述5g通信模块能够支持一种5g网络运营商的网络，在实施阶段，多个通信模块都采用同一个网络运营商网络，也可以采用不同网络运营商网络。
24.相应的，无线通信模块中还设置微控制单元(mcu)，它与所有5g通信模块连接，负
责在应用层对多种应用数据的分包与组包，支持对同一个应用的同一种数据备份发送与接收，也支持对高速数据的分包/组包以支持大容量的吞吐。
25.本发明实施例中，微控制单元采用高速、高性能dsp器件，完成高速数据的处理，支持200mbit/s以上的应用数据的组包、分包、加密与解密；在软件设计方面，支持系统指定配置和根据应用层协议自适应指派传输模式、组包分包方式、以及加密解密方式。
26.引入5g通信模块，使得大数据吞吐量应用，诸如实时视频采录观看、高清图片采集、实时语音数据传输等都可以安全稳定的实现。
27.二、基于lorawan无线局域网通信方案实现。
28.lora(long range radio，远程无线电)是最近广泛应用的低功耗局域网无线物理层标准。lora最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3
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5倍。
29.如图3所示，为lorawan的网络架构图，从左至右依次为终端节点(end nodes)、lora网关(concentcator/gateway)、网络服务器(network server)、应用服务器(application server)。lorawan的网络中，通过网关转换协议，将终端节点(即各类应用传感器)的数据转换为tcp/ip的格式发送到中心的网络服务器。
30.lora网关用于远距离星型架构，支持多信道、多调制收发、多信道同时解调。由于lorawan的传输特性支持同一信道上同时多信号解调，其相比其他局域网通信协议具有较高的容量。lora网关使用不同于终端节点的rf器件，作为一个透明网桥在终端设备和中心网络服务器间中继消息。终端设备将无线通信报文单播到一个或多个lora网关，lora网关通过标准tcp/ip协议连接到中心的网络服务器直至其他应用服务器。
31.lorawan是基于lora技术的一种通信协议。lorawan技术已广泛的应用的物联网的各种应用上，其稳定性、可靠性和组网灵活性已被业界所公认。本发明实施例中，lorawan技术的采用是对5g公网通信模式的有效补充，主要用于传输低速安全数据。
32.如图4所示，无线通信模块中集成了多个lora通信模块；每一所述lora通信模块均支持lorawan协议。根据应用层协议的相应字节，可以对lora通信模块的相关参数进行修改用以对频率、信道、数据率的指定。
33.相应的，微控制单元也与所有lora通信模块连接，根据应用层协议自适应指派传输模式、组包分包方式、加密解密方式。其通过对应用层数据的分析，对于lora组网模式、网络信号质量进行评估，并通过应用层协议对组网模式、信道分配与工作频率进行配置。
34.三、融合的无线通信方案。
35.本发明实施例中，无线通信模块融合了前述两种无线通信技术，也就是集成了两类通信模块(5g通信模块、lora通信模块)，并采用统一数据汇聚微控制单元进行控制，如图5所示，对于单个终端设备，其通过两类通信模块进行数据交互，既可以支持大数据吞吐量应用的高速稳定传输，也可以支持关键数据的多通道安全传输。本发明能够满足铁路动车运用所内各类远程通信、监控及其他信息交互的相关需求。
36.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
37.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披露的技术范围内，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书的保护范围为准。