专利名称：城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法
技术领域：
本发明涉及数据传输技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通系统车地无线通信的 切换方法。
背景技术：
在城市轨道交通系统的基于通信的列车控制系统(Communication Based Train Control,CBTC)的车地通信系统通常采用2.4GHz的频段进行数据传输，并且其中相当大一 部分采用无线局域网技术。CBTC的车地通信系统传输的数据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。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。现场测试结果表明，列车在不同的接入点(Access Point, AP) 之间的切换中断时间是影响CBTC车地通信可靠性的最为关键的因素。CBTC系统的轨旁无线设备AP通常以比较小的距离如200 300米的间隔沿轨道 布置，AP的覆盖区域仅仅是此两三百米的范围。轨旁AP的天线通常采用定向天线，这样可 以在某个方向上发送或得到较强的能量，从而扩大AP的覆盖范围，采用定向天线的覆盖方 式如图1所示。为了保证车地通信的可靠性，在实际的CBTC系统中，通常会采用双网冗余的结 构，如图2所示。其中，有线骨干网络采用环型双网结构，采用环型结构的优点是当车站与 车站的一条连接路径中断时，上述车站还可以通过另一条路径保持连接，不影响系统的正 常工作。采用双网冗余结构，当一个网络发生故障时仍可以通过另一个网络传递车地信息， 不影响系统的正常工作。无线网络采用双网单覆盖结构，在沿线的每一个设备箱内同时安装两个无线收发 设备即AP，通过光纤分别与虚线网和实线网的交换机相连接。在列车的头部和尾部安装两 套车载无线设备(通常为无线工作组网桥，(Work Group Bridge，WGB))，两个WGB使用不同 的频点，分别用于接收虚线网和实线网的数据。当单个网络的地面无线设备(AP)或车载无 线设备(WGB)发生故障时，系统仍可以通过另一个网络的地面无线设备(AP)和车载无线设 备(WGB)发送接收数据。前面所描述的冗余双网结构中其虚线网和实线网在物理上是完全隔离的，因而一 个网络的故障完全不影响另一个网络的正常运行。现有的车地通信系统大多数采用2. 4GHz的无线局域网技术，列车需要在不同的 AP间进行频繁的切换，根据协议其切换过程由扫描过程、鉴权过程和重关联过程组成。其 中，扫描过程通常需要对无线局域网所使用的十余个信道进行挨个扫描，因此需要的时间 比较长，最长可到1秒以上，由于无线局域网设备为半双工设备，切换的过程中正常的数 据收发会中断，而影响行车安全，也就无法满足CBTC车地通信的要求，切换问题成了影响CBTC车地通信性能的关键因素之一。有结果表明切换时延是影响基于无线局域网的CBTC 车地通信系统最为关键的因素，切换造成的丢包总数要远远大于正常无线传输导致的丢包 数通常触发车载无线局域网设备进行切换的条件是其接收到的无线信号质量低于 某一特定的门限。无线信号的衰落值是一个随机变量，因此，列车的车头或车尾何时发起切 换也是随机的。这样就可能导致车头和车尾同时进行切换的情况发生，这样会造成车头和 车尾的车地通信同时处于切换中断过程中，由于切换中断的时间比较长，会大大影响CBTC 车地通信的性能
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何避免车头无线设备和车尾无线设备同时进行切 换，以及由此造成通信数据的丢失。(二)技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种城市轨道交通系统车地无线通信的切换方 法，该方法包括步骤Si.列车到达设定切换点时，第一车载无线设备向切换点的轨旁无线设备发送切 换请求帧，所述轨旁无线设备接收所述切换请求帧后向第一车载无线设备回应响应帧，第 一车载无线设备开始从当前轨旁无线设备切换到目标轨旁无线设备的过程；S2.经过预定的等待时间后，第二车载无线设备向所述切换点的轨旁无线设备发 送切换请求帧，所述轨旁无线设备接收所述切换请求帧后向第二车载无线设备回应响应 帧，第二车载无线设备开始从当前轨旁无线设备切换到目标轨旁无线设备的过程。其中，步骤Sl前还包括列车判断自己的位置是否到达切换点的步骤。其中，列车判断自己的位置是否到达切换点是通过全球定位系统实现。其中，列车判断自己的位置是否到达切换点是通过测速传感器、应答器、多普勒雷 达中的一种或几种的组合实现的。其中，所述第一车载无线设备设置于车头，所述第二车载无线设备设置于车尾，二 者使用不重叠的频点。其中，所述预定的等待时间不小于所述第一车载无线设备的切换过程所需要的时 间。(三)有益效果本发明的城市轨道交通系统车地通信切换方法中，列车在预先设置好的切换点进 行切换，并且车头和车尾分别在不同的时间进行切换，可以避免车头和车尾同时切换时的 通信中断和数据丢失的现象发生。
图1为CBTC车地通信系统的双网冗余结构示意图；图2为城市轨道交通系统车地通信环境示意图；图3为依照本发明一种实施方式的城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法流程图。
具体实施例方式对于本发明所提出的组合测速定位系统状态自检方法，结合附图和实施例详细说 明。通过详细的实施例来进一步说明本发明的方法，将其应用于城市轨道交通系统的 车地无线通信中，在该车地无线通信系统中，列车上有两个独立的车载无线收发设备，这两 个无线收发设备分别置于车头和车尾，为车头无线设备和车尾无线设备，二者使用不重叠 的频点Π，f2，而与车载无线收发设备的频点相对应，在轨旁布置有与车载无线设备频点一 致的轨旁无线收发设备，车载无线收发设备分别在各自的频点上与轨旁相对应频点的无线 收发设备进行通信。不同频点上的轨旁无线收发设备发送给车载无线设备的数据信息内容 完全相同，不同频点上的车载无线设备发送给轨旁无线收发设备的数据信息内容也完全相 同，当车载无线收发设备接收到数据信息后，车载控制设备只选择其中一种正确的信息进 行处理。如图2所示，列车在轨道上运行，AP布置在轨旁，与列车进行双向的数据通信，AP 之间通过交换机进行连接。由于轨旁AP的覆盖范围仅仅是覆盖钢轨上列车移动台所在的 区域，城市轨道交通的车地通信系统的AP间切换顺序是固定的。如果AP工作状态正常，移 动台每次到某个特定位置进行切换的目的AP都是不变的，因此其切换方法可以简化，使得 列车每次到了特定的切换点就发起切换。假设列车的车头无线设备接入的是虚线网，车尾 无线设备接入的是实线网，虚线网和实线网完全从物理上隔离。如图3所示，依照本发明一种实施方式的切换方法包括如下步骤Si.列车判断自己是否已经到达切换位置，如果已经到达切换位置，则第一车载无 线设备即车头无线设备(假设使用频点Π)向切换点的轨旁无线设备发送切换相关的请求 帧，请求开始切换。而接收到请求帧的轨旁无线设备向车头无线设备回应一个响应帧，车头 无线设备开始从当前轨旁无线设备切换到目标轨旁无线设备的过程。其中，列车判断自己的位置是否到达切换位置点可以通过全球定位系统，也可以 通过测速传感器、应答器、多普勒雷达等测速装置中的一种或多种测速装置的组合实现。列车不是根据车载无线设备接收的信号质量的强弱低于某一门限发起切换，而是 当列车运行到预先设定好的切换点时，车头无线设备发起切换，从一个轨旁无线设备切换 到另一个轨旁无线设备。通过在固定的切换点发起切换，列车在什么时候发起切换就是可 以控制的，切换的时间点就不再是随机变化的。S2.经过一段预先设定好的等待时间Tro后，第二车载无线设备即车尾无线设备 (假设使用频点f2)向同一切换点的轨旁无线设备发送切换相关的请求帧，开始切换过程， 从当前轨旁无线设备切换到目标轨旁无线设备。这里要求Tm不小于车头切换过程需要的 时间，也就是说不小于切换中断时间，这样就可以避免车头无线设备在进行切换的时候，车 尾不发生切换，从而避免车头和车尾同时发生切换时的通信中断和数据丢失，通常设置为 几百毫秒即可。切换点位置以及目标轨旁无线设备已在预先确定好，设置在列车的控制设备中。 切换点通常在两个AP中间，其设置仅仅与位置相关。由于轨道可能拐弯，因此，设置在两个AP的正中间是其设置位置的一个优选地实施方式，切换点的具体设置应通过具体的工程现 场定测决定。 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法，其特征在于，该方法包括步骤S1.列车到达设定切换点时，第一车载无线设备向切换点的轨旁无线设备发送切换请求帧，所述轨旁无线设备接收所述切换请求帧后向第一车载无线设备回应响应帧，第一车载无线设备开始从当前轨旁无线设备切换到目标轨旁无线设备的过程；S2.经过预定的等待时间后，第二车载无线设备向所述切换点的轨旁无线设备发送切换请求帧，所述轨旁无线设备接收所述切换请求帧后向第二车载无线设备回应响应帧，第二车载无线设备开始从当前轨旁无线设备切换到目标轨旁无线设备的过程。
2.如权利要求1所述的城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法，其特征在于，步 骤Sl前还包括列车判断自己的位置是否到达切换点的步骤。
3.如权利要求2所述的城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法，其特征在于，列 车判断自己的位置是否到达切换点是通过全球定位系统实现。
4.如权利要求2所述的城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法，其特征在于，列 车判断自己的位置是否到达切换点是通过测速传感器、应答器、多普勒雷达中的一种或几 种的组合实现的。
5.如权利要求1所述的城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法，其特征在于，所 述第一车载无线设备设置于车头，所述第二车载无线设备设置于车尾，二者使用不重叠的 频点。
6.如权利要求1-5任一项所述的城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法，其特征 在于，所述预定的等待时间不小于所述第一车载无线设备的切换过程所需要的时间。
全文摘要
本发明提供了一种城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法，该方法包括步骤S1.列车到达设定切换点时，第一车载无线设备向切换点的轨旁无线设备发送切换请求帧，轨旁无线设备接收切换请求帧后向第一车载无线设备回应响应帧，第一车载无线设备开始切换过程；S2.经过预定的等待时间后，第二车载无线设备向切换点的轨旁无线设备发送切换请求帧，轨旁无线设备接收切换请求帧后向第二车载无线设备回应响应帧，第二车载无线设备开始切换过程。本发明的方法中，列车在预先设置好的切换点进行切换，并且车头和车尾分别在不同的时间进行切换，可以避免车头和车尾同时切换时的通信中断和数据丢失的现象发生。
文档编号B61L25/02GK101934804SQ20101024107
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者蒋海林 申请人:北京交通大学