专利名称：一种基于wlan的轨道交通通信系统的无缝切换方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及ー种基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法。
背景技术：
由于轨道交通具有运カ大、运行准时的特点，已经逐步成为大型城市公共交通核心的组成部分，其运行控制和运行安防都是轨道交系统设计中的关键技术，这些技术的实施都是基于列车与地面的车地通信系统。最初的轨道交通系统的车地通信系统是采用国外成套的设备，这些国外设备主要是采用了遵循IEEE802. 11系列协议的无线局域网络(Wireless Local Area Networks,WLAN)技术。WLAN是相当便利的数据传输系统，它利用射频(Radio Frequency,RF)的技术， 取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。WLAN技术具有带宽大、频谱开放、技术成熟、成本低等优点，其被广泛用于轨道通信系统。但由于IEEE802. 11系列协议自身的设计是针对无线覆盖应用提供的，对移动性支持不佳，特别是当列车在运行中进行无线越区切换时，WLAN对切换无法提供无缝漫游，这就造成列车与地面之间的通信系统瞬间或短时间内中断。虽然通过减产切換中断的时间可以满足列车的基本运行控制需求，但随着列车运行控制要求的不断提高，以及车地通信数据的增量，短时的通信中断就可能对列车的运行控制或是信息服务产生严重影响。在轨道通信系统中，WLAN设备需要分别部署在列车上和轨道旁。列车上的节点在移动的过程中需要与不同的地面固定节点之间进行切換，为了保证切换的可靠性，需要进行较快的无线切換。此外，随着通信业务的发展，现有轨道交通上不仅需要语音信号的传输，还需要视频图像的传输。一般的切換方法会导致视频图像出现不连贯等问题，到目前为止，缺乏能支持WLAN快速切換的成熟产品。虽然单个无线链路不具备快速切換功能，但是可以利用多个WLAN设备同步处理视频数据，如果让这些多个WLAN链路切换时间能完全错开，则整体效果就是无缝切換。实际应用中，考虑到列车长度以及成本等因素，在车头和车尾分别安装ー个WLAN设备，然后将这两个WLAN设备和车载服务器链接，另外地面上还需要部署ー个轨旁服务器，其中轨旁服务器和车载服务器可以从两条无线链路中挑选出较优数据，具体情况如图I所示。事实上，由于列车运行速度很快以及轨旁无线接入点间距不够长，车载节点与轨旁节点间就会频繁发生切換，于是很难保证车头和车尾无线节点和轨旁无线接入间两个切换时间完全错开，最終会导致运行过程中通信数据丢失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切換方法，该方法通过保证车头无线节点和车尾无线节点不同时与轨旁无线节点间发生切换从而实现数据的无缝切换传输和无中断传输。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。一种基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法，所述轨道交通通信系统包括安装在列车头的车头无线节点、安装在列车尾的车尾无线节点、安装在轨道上的轨旁节点；所述无缝切換方法包括以下步骤步骤一，在车头无线节点和车尾无线节点间建立TCP链接，用以同步车头无线节点和车尾无线节点的切换状态；步骤ニ，同步车头无线节点或车尾无线节点到对端节点；所述车头无线节点和车尾无线节点互为对端节点；步骤三，车头无线节点或车尾无线节点在发生切換前首先查询保存在自身节点的对端节点的切换状态，判断是否可以进行切換；若可以则进行切換；否则停止切換。
作为本发明的一种优选方案，步骤一中，车头无线节点或车尾无线节点向对端节点发出心跳发起消息后，会收到来自对端节点的心跳应答消息，此时TCP链接处于建立状态；若多次发出心跳发起消息均没有收到心跳应答消息，则认为所述TCP链接中断，此时需要重新发起链接。作为本发明的另ー种优选方案，步骤ニ的具体实现过程为当车头无线节点或车尾无线节点和轨旁节点发生切换时，发送切换开始消息给对端节点；当切換结束时，发送切换结束消息给对端节点。作为本发明的再一种优选方案，步骤三中，车头无线节点或车尾无线节点查询保存在自身节点中的对端节点切换状态，如果状态显示对端节点已经切换完毕，仍然需要主动发起切换查询消息，以便确保状态的准确性；车头无线节点或车尾无线节点如果已接收到对端节点的切换开始消息,但仍未接收到切换结束消息，则暂停进入切换状态，一直等待直到收到对端节点发送的切换结束消息后，再进行切换；车头无线节点或车尾无线节点如果超过某ー设定时间，仍没有接收到对端节点发送的切换结束消息，则向对端节点主动发起切换查询消息，主动询问是否可以进行切換。作为本发明的再一种优选方案，步骤三中如果车头无线节点或车尾无线节点主动发起切换查询消息后，及时接收到对端节点的应答消息，且如果应答消息表明对端节点正在切換，则停止切換，过一段时间重新发出切换查询消息；如果应答消息表明对端节点切换结束，则车头无线节点或车尾无线节点开始切换；如果车头无线节点或车尾无线节点主动发起切换查询消息后，没有及时接收到对端节点的应答消息，则等待一段时间后重新发出切换查询消息；当切换查询消息发出次数超过一定数量后，则认为对端节点出现异常，进入正常切換状态。本发明的有益效果在于在车载节点与轨旁节点间频繁切換的情况下，本发明所述的基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法保证了车头和车尾无线节点与轨旁节点无线接入间两个切换时间的完全错开，避免了运行过程中通信数据的丢失，实现了轨道交通的无缝切換。
图I为传统的轨道交通通信系统的通信场景示意图2为本发明所述方法中同步节点切换状态到对端节点的流程示意图；图3为本发明所述方法中向对端节点主动发起切换查询消息的流程示意图；图4为本发明所述方法中切换查询消息接收异常的流程示意图；图5为本发明所述方法中建立TCP链接的流程示意图；图6为本发明所述方法中TCP链接异常的流程示意图；图7为本发明所述的基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法的流程示意图。
具体实施方式
为了克服单条WLAN无线链路切换会导致轨道通信质量下降的缺陷(比如实时视频图像出现停顿或者马赛克等现象)，在车头和车尾分别安装ー个节点，通过两条不同链路往地面传送相同数据，轨旁服务器和车载服务器从中挑选出较优数据。但是由于无线切换的频繁性会导致两条无线链路同时发生切換。为了实现无缝切換，本发明提供一种基于WLAN的轨道通信系统的无缝切换的方法，用来避免两条链路同时发生切換。下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进ー步详细说明。实施例一为了克服车头和车尾切换时间不能完全错开的缺陷，本实施例提供一种基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法，该方法提高了车辆运行过程中的通信质量，具体步骤为I)在车头无线节点和车尾无线节点间建立TCP链接，通过该可靠的TCP连接链路来同步车头无线节点和车尾无线节点的切换状态。对于TCP链接，启用心跳发起消息；车头无线节点(或车尾无线节点)向车尾无线节点(或车头无线节点)发出心跳发起消息后，会收到来自车尾无线节点(或车头无线节点)的心跳应答消息，此时TCP链接建立成功，如图5所示。当心跳发起消息累计出现多次异常(即多次发出心跳发起消息均没有收到心跳应答消息)，则认为该TCP链接中断，重新发起链接，如图6所示。2)同步节点切换状态到对端节点，如图2所示。所述车头无线节点和车尾无线节点互为对端节点，即车头无线节点为车尾无线节点的对端节点，车尾无线节点为车头无线节点的对端节点。当车头无线节点和轨旁节点发生切换时,发送切换开始消息给车尾无线节点；当切換结束时，发送切换结束消息给车尾无线节点。当车尾无线节点和轨旁节点发生切换时，发送切换开始消息给车头无线节点；当切換结束时，发送切换结束消息给车头无线节点。3)车头无线节点或车尾无线节点在发生切换前，需要查询保存在自身节点的对端节点的切换状态，判断是否可以进行切換。如果已接收到对端节点的切换开始消息，但仍未接收到切换结束消息，则暂停进入切換状态，一直等待直到收到对端节点发送的切换结束消息后，向对端节点主动发起切换查询消息，主动询问是否可以进行切換。如果超过某ー设定时间，仍没有接收到对端节点发送的切换结束消息，则向对端节点主动发起切换查询消息，主动询问是否可以进行切換。
车头无线节点或车尾无线节点向对端节点主动发起切换查询消息，主动询问是否可以进行切換，对端节点回复应答消息，如图3所示。如果应答消息表明对端节点正在切換，则所述主动发起切换查询消息的车头无线节点或车尾无线节点停止切換，过一段时间重新发起切换查询消息；如果应答消息表明对端节点切换结束，则所述主动发起切换查询消息的车头无线节点或车尾无线节点开始切换。如果车头无线节点或车尾无线节点主动发起切换查询消息后，没有接收到对端节点及时应答，则等待一段时间后重新发出切换查询消息；当切换查询消息发出次数超过ー定数量后，则认为对端节点出现异常，进入正常切换状态，如图4所示。本发明所述的基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法保证了车头和车尾无线节点与轨旁节点无线接入间两个切换时间的完全错开，避免了运行过程中通信数据的 丢失，实现了轨道交通的无缝切換。本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求
1.一种基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法，所述轨道交通通信系统包括安装在列车头的车头无线节点、安装在列车尾的车尾无线节点、安装在轨道上的轨旁节点，其特征在于，所述无缝切換方法包括以下步骤 步骤一，在车头无线节点和车尾无线节点间建立TCP链接，用以同步车头无线节点和车尾无线节点的切换状态； 步骤ニ，同步车头无线节点或车尾无线节点到对端节点；所述车头无线节点和车尾无线节点互为对端节点； 步骤三，车头无线节点或车尾无线节点在发生切換前首先查询保存在自身节点的对端节点的切换状态，判断是否可以进行切換；若可以则进行切換；否则停止切換。
2.根据权利要求I所述的基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法，其特征在干步骤一中，车头无线节点或车尾无线节点向对端节点发出心跳发起消息后，会收到来自对端节点的心跳应答消息，此时TCP链接处于建立状态；若多次发出心跳发起消息均没有收到心跳应答消息，则认为所述TCP链接中断，此时需要重新发起链接。
3.根据权利要求I所述的基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法，其特征在于，步骤ニ的具体实现过程为当车头无线节点或车尾无线节点和轨旁节点发生切换时，发送切换开始消息给对端节点；当切换结束吋，发送切换结束消息给对端节点。
4.根据权利要求I所述的基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法，其特征在干步骤三中，车头无线节点或车尾无线节点查询保存在自身节点中的对端节点切換状态，如果状态显示对端节点已经切换完毕，仍然需要主动发起切换查询消息，以便确保状态的准确性； 车头无线节点或车尾无线节点如果已接收到对端节点的切换开始消息，但仍未接收到切换结束消息，则暂停进入切换状态，一直等待直到收到对端节点发送的切换结束消息后，再进行切換； 车头无线节点或车尾无线节点如果超过某ー设定时间，仍没有接收到对端节点发送的切换结束消息，则向对端节点主动发起切换查询消息，主动询问是否可以进行切換。
5.根据权利要求4所述的基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法，其特征在于，步骤三中 如果车头无线节点或车尾无线节点主动发起切换查询消息后，及时接收到对端节点的应答消息，且如果应答消息表明对端节点正在切換，则停止切換，过一段时间重新发出切换查询消息；如果应答消息表明对端节点切换结束，则车头无线节点或车尾无线节点开始切换； 如果车头无线节点或车尾无线节点主动发起切换查询消息后，没有及时接收到对端节点的应答消息，则等待一段时间后重新发出切换查询消息；当切换查询消息发出次数超过一定数量后，则认为对端节点出现异常，进入正常切換状态。
全文摘要
本发明公开了一种基于WLAN的轨道交通通信系统的无缝切换方法，该方法包括步骤一，在车头无线节点和车尾无线节点间建立TCP链接，用以同步车头无线节点和车尾无线节点的切换状态；步骤二，同步车头无线节点或车尾无线节点到对端节点；所述车头无线节点和车尾无线节点互为对端节点；步骤三，车头无线节点或车尾无线节点在发生切换前首先查询保存在自身节点的对端节点的切换状态，判断是否可以进行切换；若可以则进行切换；否则停止切换。本发明保证了车头和车尾无线节点与轨旁节点无线接入间两个切换时间的完全错开，避免了运行过程中通信数据的丢失，实现了轨道交通的无缝切换。
文档编号H04W36/18GK102869061SQ20111019002
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者汪亮友, 龚勇, 吴国东, 徐浩煜 申请人:上海中科高等研究院