一种磁悬浮列车车地通信传输时延在线计算方法

1.本发明属于高速磁浮轨道交通系统车地通信技术，特别涉及一种磁悬浮列车车地通信传输时延在线计算方法。


背景技术：

2.高速磁浮列车是一种新型交通工具，信息化、安全化、智能化是其发展的必然趋势。磁悬浮列车车地通信系统是列车的关键系统之一，被称为列车的“神经系统”。由于磁浮列车在高速运行过程中存在通信协议转换、运行环境变化等影响因素，使信号在传输过程中不可避免地产生时延。车地通信传输时延对列车的运行产生影响，使数据无法及时传输，时延过大将会导致列车无法正常控制、牵引和制动，对旅客舒适度及旅客安全产生影响。因此，在线监测和分析车地通信传输时延对磁浮列车的高速安全运行有着至关重要的作用。
3.目前国内外对车地通信传输时延的研究主要针对gsm-r移动通信系统和lte-m(针对城市轨道交通的长期演进)通信系统，这两种通信系统在轮式高速列车交通系统中得到了广泛应用。
4.gsm-r作为铁路通信的综合平台，在列车与地面之间进行大容量的双向数据传输，从而实现对列车的闭环控制。现有研究中，gsm-r系统中数据传输时延主要由以下几部分构成：移动台(ms)、基站子系统(bss)及网络子系统(nss)的处理时延；移动业务交换中心(msc)与基站控制器(bsc)、基站收发信台(bts)之间传输时延；本地msc之间的传输时延。
5.在lte-m通信系统中，数据包传输也存在类似的时延。目前的研究分析中，其总时延的构成主要分为三部分：数据包接入lte-m系统传输时产生的时延、多个数据包同时需要传输时产生的排队时延，以及各个大小的数据包在系统有限吞吐量下处理产生的时间消耗，即数据包各部分处理时延之和。
6.上述通信系统中虽然指出了时延的组成与分配，但是仅从理论上描述，并无在线时延计算方法，不具有实际操作性。
7.与轮式高速列车相比，高速磁浮列车对车地通信系统的传输时延和可靠性要求更高，如牵引动力与列车位置紧密相关，而列车位置参数需要从车上传输至地面牵引和运控中心。在磁悬浮列车通信网络中，列车数据从车传送到地面控制中心的过程中传输时延要满足要求，一旦数据时延超过系统要求，会造成列车不能正常牵引，引起频繁制动，甚至危及行车安全，降低列车运营效率。
8.如果列车位置等参数在传输给目标系统时，能给出数据传输的时延，将在目标系统使用参数时提供极大帮助。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用车载和地面设备自己的时钟进行准确有效地通信时延计算，计算方法简单且结果实时可靠的磁悬浮列车车地通信传输时延在线计算方法。
10.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种磁悬浮列车车地通信传输时延在线计算方法，包括以下步骤：
11.s1、计算车载无线电控制单元的时延，包括以下子步骤：
12.s11、启动磁悬浮列车车地通信系统，车载无线电控制单元计时器清零；
13.s12、车载设备将列车数据传输到磁悬浮列车车载无线电控制单元，车载无线电控制单元收到数据后开启计时，并等待分区无线控制单元的通信指令，若车载无线电控制单元收到分区无线控制单元的通信指令则停止计时，得到车载时延t1，否则持续等待和计时；
14.s13、车载无线电控制单元收到分区无线控制单元的通信指令后，把车载时延t1加到响应数据帧中传输给分区无线控制单元，列车车载无线电控制单元的时延计算结束，进入下一次延时计算准备状态；
15.s2、计算分区无线控制单元的时延，包括以下子步骤：
16.s21、启动磁悬浮列车车地通信系统，分区无线控制单元计时器清零；
17.s22、分区无线控制单元对驶入其通信区域内的列车发出通信指令和数据，并开启计时；
18.s23、分区无线控制单元发出的指令和数据首先经光纤网络发送到地面无线电基站，地面无线电基站以无线方式将通信指令和数据传输给车载无线电基站，车载无线电基站将收到的通信指令和数据发送给车载无线电控制单元；
19.s24、车载无线电控制单元收到通信指令和数据后作出应答，开始向分区无线控制单元传输数据，该数据中包含有车载无线电控制单元的时延t1；
20.s25、车载无线电控制单元发出的数据经编码后通过车载网络传输给车载无线电基站，然后以无线方式发射给地面无线电基站，地面无线电基站将收到的信号经过转换、解码厚送入分区无线控制单元，分区无线控制单元接收到应答数据帧后停止计时，得到地面时延t2；得到数据帧从车载无线电控制单元传输到分区无线控制单元单向过程的时延为
21.s3、计算磁悬浮列车车地通信传输总时延t：
22.本发明的有益效果是：本发明不需要gps、北斗等高精度时钟同步，可以利用车载和地面设备自己的时钟进行准确有效地通信时延计算，计算方法简单且结果实时可靠。能够在线给出通信时延，可实时监测通信系统状态，同时为后续系统对通信时延进行修正和补偿提供重要参数。对于研究磁浮列车运行控制系统、牵引控制系统及车地通信系统等的工程部署有指导性意义，同时对消除通信时延影响具有参考价值。
附图说明
23.图1为车地通信系统示意图；
24.图2为本发明磁悬浮列车车地通信传输时延在线计算方法的流程图；
25.图3为磁悬浮列车车地通信传输时延示意图。
具体实施方式
26.磁悬浮列车车地通信系统是列车实时控制系统的重要组成部分，要求信息传输的实时性和可靠性极高。本发明主要针对磁悬浮轨道交通系统的车地通信系统，根据列车通
信数据在车地间的传输过程，提出一种磁悬浮列车车地通信时延的在线计算方法。
27.本发明的实现有以下前提条件：1、车载无线电控制设备和地面无线电控制设备能精确地计时(只需相对计时，不用绝对计时)；2、车地为应答式通信，即车载无线电控制设备不主动发送数据，只在收到对应的地面无线电信号时才应答地向地面发送数据。
28.下面介绍本发明的技术构思。
29.磁悬浮列车车地通信系统主要负责信息采集和利用、信息汇集和分解、信息源编解码，以及可靠、透明地传输磁浮列车与地面设备间的状态信息、控制命令、诊断信息等，对行车安全关系重大。由于磁浮列车运行速度较高，列车与地面脱离接触，造成传统利用轨道回路通信失效，车地通信完全依赖无线的方式，因此对系统的可靠性和延时提出了更严格的要求。
30.图1是磁悬浮列车车地通信系统的组成示意，由地面无线电系统和车载无线电系统组成，地面无线电系统包括分区无线控制单元(drcu)、地面无线电基站(rbs)，车载无线电系统包括车载无线电控制单元(mrcu)和车载无线电基站(msb)，车在无线电控制单元还有列车上的其他车载设备相连。
31.广义上来说，数据传输时延是指数据帧从一个站点开始发送，到该数据帧被另一个站点全部接收所需的总时间。本发明中传输时延指的是数据从车载设备开始发送到drcu全部接收所需的时间。
32.车辆运行过程中需要实时地对地面分区设备进行数据更新，车载设备得到车辆信息后，对原始数据进行编码，并通过接口传输到mrcu。mrcu收到后对数据帧进行处理和缓存，并且开启计时。mrcu接收到车辆信息后并不会主动向地面发送，而是等待drcu来的发数控制指令才向地面发送数据。一旦收到drcu的数据发送指令mrcu立即停止计时并得到时延t1，接着mrcu把时延t1加到响应数据帧中发送给drcu。该过程的时延包括从车载设备发送第一个数据，到mrcu向drcu发送该数据为止的整个时延。
33.下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
34.如图2所示，本发明的一种磁悬浮列车车地通信传输时延在线计算方法，包括以下步骤：
35.s1、计算车载无线电控制单元的时延，包括以下子步骤：
36.s11、启动磁悬浮列车车地通信系统，车载无线电控制单元计时器清零；
37.s12、车载设备将列车数据传输到磁悬浮列车车载无线电控制单元，车载无线电控制单元收到数据后开启计时，并等待分区无线控制单元的通信指令，若车载无线电控制单元收到分区无线控制单元的通信指令则停止计时，得到车载时延t1，否则持续等待和计时；
38.s13、车载无线电控制单元收到分区无线控制单元的通信指令后，把车载时延t1加到响应数据帧中传输给分区无线控制单元，列车车载无线电控制单元的时延计算结束，进入下一次延时计算准备状态；
39.s2、计算分区无线控制单元的时延，包括以下子步骤：
40.s21、启动磁悬浮列车车地通信系统，分区无线控制单元计时器清零；
41.s22、分区无线控制单元对驶入其通信区域内的列车发出通信指令，并开启计时；
42.s23、分区无线控制单元发出的指令和数据首先经光纤网络发送到地面无线电基站，地面无线电基站以无线方式将通信指令和数据传输给车载无线电基站，车载无线电基
站将收到的通信指令和数据发送给车载无线电控制单元；
43.s24、车载无线电控制单元收到通信指令和数据后作出应答，开始向分区无线控制单元传输数据，该数据中包含有车载无线电控制单元的时延t1；
44.s25、车载无线电控制单元发出的数据经编码后通过车载网络传输给车载无线电基站，然后以无线方式发射给地面无线电基站，地面无线电基站将收到的信号经过转换、解码厚送入分区无线控制单元，分区无线控制单元接收到应答数据帧后停止计时，得到地面时延t2；考虑车地双向通信的过程相同或相似，那么数据帧从车载无线电控制单元传输到分区无线控制单元单向过程的时延为
45.s3、计算磁悬浮列车车地通信传输总时延t，如图3所示，车辆数据由车载设备发送到mrcu，再由mrcu传输到地面drcu，即实现了车对地面的数据更新。上述两过程的时延均可从通信数据帧中获取，则传输总时延t可由drcu端在线计算得到，即为两个传输时延之和：
46.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。