CN104717718B - 一种高铁列车WiFi热点通信控制方法和*** - Google Patents

一种高铁列车WiFi热点通信控制方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高铁列车WiFi热点通信控制方法，热点基站可以不必时刻进行高频大带宽的通信广播，只需要保持带宽足够小和频率足够低的低功率广播，就可以被高铁列车上的中继模块探测到，然后才进行通信广播，节省了功率。同时，该方法规范了切换热点基站时的数据包处理过程，避免了上下行数据包的紊乱。

Description

一种高铁列车WiFi热点通信控制方法和***
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种高铁列车WiFi热点通信控制方法和***。
背景技术
随着WiFi(wireless fidelity)技术的不断普及，除了传统的笔记本电脑外，智能手机、平板电脑、甚至健康手环、智能手表和相机等无线移动终端都对通过WiFi稳定高速地接入Internet提出了更高的要求。在诸多WiFi接入环境中，时速高达200km/h以上的高铁列车显然具有极大的特殊性。作为多种交通方式中发展最为迅猛的高速铁路，目前仅在我国，正式投入运营以及正在施工建设的高铁里程已达两万公里以上。高铁列车车速快、里程长、无线接入终端多，高度动态的接入环境和场景变换速率导致移动终端的通信效率下降，这与车厢内密集的移动终端的接入需求形成了极大的矛盾。
目前的列车WiFi热点通信***，在接入网部分由列车通信***和车地通信***两部分组成。列车通信***包括在每节车厢内设置的供无线终端接入的WiFi接入模块以及与所述多个WiFi接入模块连接的中继模块。车地通信***由上述中继模块和列车轨道旁布置的热点基站组成，每隔适当距离，布置若干热点基站。通过无线终端-WiFi接入模块-中继模块-热点基站之间的信令交互达成接入。
然而，由于高铁列车的车速过快，为了保持通信连接，每隔很短的时间，中继模块就要切换其接入的热点基站，过于频繁的切换严重影响了通信质量，尤其是在两个热点基站的重叠区域，会产生数据包发送和接收的紊乱。并且，为了保证通信质量，热点基站需要持续进行通信广播，消耗了过多的功率。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种高铁列车WiFi热点通信控制方法，其特征在于，沿高铁轨道每隔一段距离布置一座热点基站，每个热点基站都具有低频广播发射模块，通过低频信道持续发射广播信号，该广播信号中携带有指示高铁列车从当前位置进入当前热点基站与下一热点基站重叠区域的距离的信息，所述高铁列车WiFi热点通信控制方法包括以下步骤：
S1，对于迎着高铁列车行进方向上的两个相邻的当前热点基站和下一热点基站，当前热点基站为当前高铁列车中继模块接入的热点基站，下一热点基站为高铁列车中继模块即将接入的热点基站，下一热点基站的低频广播发射模块通过低频信道持续发射广播信号，该广播信号具有带宽足够小和频率足够低的特点，使得其广播覆盖范围大于热点基站的户外实际通信覆盖范围，高铁列车行驶在当前热点基站的通信覆盖区域z1，尚未进入当前热点基站的通信覆盖区域z1和下一热点基站的通信覆盖区域z2的重叠区域z3时，就可以接收到该广播信号，该广播信号中携带的指示高铁列车从当前位置进入区域z3的距离的信息中，设定该距离为k，下一热点基站的广播信号覆盖半径和的通信覆盖半径分别为R和r，下一热点基站在建设时测得的与高铁轨道的垂直距离为d，根据下述公式求得k：
在其广播信号被任何高铁列车的中继模块接收之前，下一热点基站仅仅通过低频广播发射模块发射该广播信号，在其广播信号被任何高铁列车的中继模块接收之后，下一热点基站才进行高频大带宽的通信广播；
S2，高铁列车上的中继模块接收到下一热点基站的低频广播发射模块发射的广播信号后，基于距离k和当前高铁列车的行驶速度v，根据下述公式求得高铁列车进入区域z3的时间t：
t＝k/v；
S3，根据t的大小，中继模块将时间t内不能完整上行到当前热点基站的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但t时间内不能完整从当前热点基站下行的业务的数据包排序、标记并缓存，并且，中继模块将包含时间t的大小的通知信息发送给当前热点基站，当前热点基站根据该通知信息，将t时间内不能完整下行到中继模块的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但t时间内不能完整从中继模块上行的业务的数据包排序、标记并缓存；
S4，时间t后，高铁列车进入区域z3，中继模块执行从当前热点基站到下一热点基站的切换，当前热点基站将上述缓存的数据包通过当前热点基站和下一热点基站之间的X2接口按顺序发送给下一热点基站，使切换后中继模块和下一热点基站之间的上行和下行业务不致中断重传；
中继模块断开与当前热点基站的连接后，如果当前热点基站的低频广播发射模块发射的广播信号没有被任何高铁列车的中继模块接收，当前热点基站将不进行高频大带宽的通信广播，仅仅通过低频广播发射模块发射该广播信号。
进一步地，上述的高铁列车WiFi热点通信控制方法，其特征在于，中继模块始终判断与目前接入的热点基站的距离，以控制通信传输速率，所采用的具体方法在于：将通信传输速率划为4档，分别为V1-V4，V1-V4传输速率依次递增，中继模块根据当前热点基站和下一热点基站发射的低频广播信号和通信广播信号判定高铁列车所处的区域，控制通信传输速率，中继模块接收到下一热点基站的低频广播信号且与当前热点基站进行通信时，采用传输速率V2；中继模块处于所述区域z3时，采用传输速率V1；中继模块仍可接收到先前的当前热点基站的低频广播信号且与先前的下一热点基站进行通信时，采用传输速率V3；中继模块仅可接收到先前的下一热点基站的低频广播信号且与先前的下一热点基站进行通信时，采用传输速率V4。
另外，本发明还提供了一种用于实施上述高铁列车WiFi热点通信控制方法的***，其特征在于，该***由列车通信***和车地通信***两部分组成，列车通信***包括在每节车厢内设置的供无线终端接入的WiFi接入模块以及与所述多个WiFi接入模块连接的中继模块；车地通信***由上述中继模块和列车轨道旁布置的多个热点基站组成；高铁车厢内旅客的无线终端接入多个WiFi接入模块，多个WiFi接入模块连接到中继模块，中继模块连接到多个热点基站中的一个。
进一步地，上述的高铁列车WiFi热点通信控制方法的***，其特征在于，所述中继模块包括：低频广播接收模块，用于接收多个热点基站发送的低频广播信号；时间计算模块，用于根据接收的低频广播信号中携带的高铁列车与当前热点基站通信覆盖区域和下一热点基站通信覆盖区域的重叠区域的距离，计算得到高铁列车进入所述重叠区域所需要的时间；低频发送模块，用于将包含所需要的时间的大小的通知信息发送给下一热点基站；业务控制模块，用于将所需要的时间内不能完整上行到当前热点基站的业务的数据包排序、标记并缓存也将已接收但所需要的时间内不能完整从当前热点基站下行的业务的数据包排序、标记并缓存；通信传输速率控制模块，根据当前热点基站和下一热点基站发射的低频广播信号和通信广播信号判定高铁列车所处的区域，控制通信传输速率；切换模块，用于执行中继模块所接入的热点基站间的切换。
进一步地，上述的高铁列车WiFi热点通信控制方法的***，其特征在于，所述多个热点基站都包括：低频广播发射模块，用于发射低频广播信号，该低频广播信号中携带有高铁列车接收到该低频广播信号时，与当前热点基站通信覆盖区域和下一热点基站通信覆盖区域的重叠区域的距离的信息；距离计算模块，用于计算所述距离并通知低频广播模块；低频接收模块，用于接收中继模块的低频发送模块发送的包含所需要的时间的通知信息；业务转移模块，用于根据该通知信息，将所需要的时间内不能完整下行到中继模块的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但所需要的时间内不能完整从中继模块上行的业务的数据包排序、标记并缓存，并在所需要的时间过后，将上述缓存的数据包通过当前热点基站和下一热点基站之间的X2接口按顺序发送给下一热点基站。
附图说明
图1为沿高铁轨道布置热点基站的示意图。
图2为高铁列车WiFi热点通信控制方法的流程图。
图3为实施高铁列车WiFi热点通信控制方法的***框图。
图4为高铁列车中继模块的示意框图。
图5为热点基站的示意框图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
如图1所示，沿高铁轨道每隔适当的距离布置一座热点基站，由于具体的地理状况和周边环境存在差异，不同热点基站的户外实际通信覆盖范围通常存在差异，每两座相邻热点基站之间的距离也不相同。图1中示出了热点基站1和2，二者的实际通信覆盖区域分别为z1和z2，z1和z2的重叠区域为z3，由于区域z3的面积大大小于z1和z2，高铁列车在进入区域z3后就开始进行接入的热点基站的切换。图1中，高铁列车当前正行驶在热点基站1的通信覆盖区域z1，尚未进入z1和z2的重叠区域z3。
热点基站1和2都具有低频广播发射模块，通过低频信道持续发射广播信号，该广播信号中携带有指示高铁列车从当前位置进入当前热点基站与下一热点基站重叠区域的距离的信息。
如图2所示，高铁列车WiFi热点通信控制方法包括以下步骤：
S1，热点基站2的低频广播发射模块通过低频信道持续发射广播信号，该广播信号具有带宽足够小和频率足够低的特点，使得其广播覆盖范围大于热点基站的户外实际通信覆盖范围。也就是说，图1中的高铁列车行驶在热点基站1的通信覆盖区域z1，尚未进入z1和z2的重叠区域z3时，就可以接收到该广播信号。该广播信号中携带有指示高铁列车从当前位置进入区域z3的距离k的信息，设定热点基站2的广播信号覆盖半径和的通信覆盖半径分别为R和r，热点基站2在建设时测得的与高铁轨道的垂直距离为d，根据公式1求得k：
(公式1)。
其中，R和r的值对于不同的基站来说不一定相同，对于同一基站也是可以进行调整的，这里的k需要进行计算。列车收到广播信号时，也就是进入R的范围内时，立刻开始计算，得到k。
在其广播信号被任何高铁列车的中继模块接收之前，热点基站2仅仅通过低频广播发射模块发射该广播信号；在其广播信号被任何高铁列车的中继模块接收之后，热点基站2才进行高频大带宽的通信广播。
S2，高铁列车上的中继模块接收到热点基站2的低频广播发射模块发射的广播信号后，基于距离k和当前高铁列车的行驶速度v，根据公式2求得高铁列车进入区域z3的时间t：
t＝k/v (公式2)。
S3，根据t的大小，中继模块将时间t内不能完整上行到热点基站1的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但t时间内不能完整从热点基站1下行的业务的数据包排序、标记并缓存。并且，中继模块将包含时间t的大小的通知信息通过同样的低频信道发送给热点基站1，热点基站1根据该通知信息，将t时间内不能完整下行到中继模块的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但t时间内不能完整从中继模块上行的业务的数据包排序、标记并缓存。
S4，时间t后，高铁列车进入区域z3，中继模块执行从热点基站1到热点基站2的切换。热点基站1将上述缓存的数据包通过热点基站1和2之间的X2接口按顺序发送给热点基站2，使切换后中继模块和热点基站2之间的上行和下行业务不致中断重传。
中继模块断开与热点基站1的连接后，如果热点基站1的低频广播发射模块发射的广播信号没有被任何高铁列车的中继模块接收，热点基站1将不进行高频大带宽的通信广播，仅仅通过低频广播发射模块发射该广播信号。
另外，由于高铁列车WiFi环境下，较高的通信传输速率下通信距离较短，较低的通信传输速率下通信距离较长，本发明的高铁列车WiFi热点通信控制方法中，中继模块始终判断与目前接入的热点基站的距离，以控制通信传输速率，所采用的具体方法在于：将通信传输速率划为4档，分别为V1-V4，V1-V4传输速率依次递增。中继模块根据热点基站1和2发射的低频广播信号和通信广播信号判定高铁列车所处的区域，控制通信传输速率。中继模块接收到热点基站2的低频广播信号且与热点基站1进行通信时，采用传输速率V2；中继模块处于区域z3时，采用传输速率V1；中继模块仍可接收到热点基站1的低频广播信号且与热点基站2进行通信时，采用传输速率V3；中继模块仅可接收到热点基站2的低频广播信号且与热点基站2进行通信时，采用传输速率V4。
采用上述高铁列车WiFi热点通信控制方法，热点基站可以不必时刻进行高频大带宽的通信广播，只需要保持带宽足够小和频率足够低的低功率广播，就可以被高铁列车上的中继模块探测到，然后才进行通信广播，节省了功率。同时，该方法规范了切换热点基站时的数据包处理过程，避免了上下行数据包的紊乱。
如图3所示，实施上述高铁列车WiFi热点通信控制方法的***由列车通信***和车地通信***两部分组成。列车通信***包括在每节车厢内设置的供无线终端301-305等接入的WiFi接入模块311-315等以及与所述多个WiFi接入模块311-315等连接的中继模块321。车地通信***由上述中继模块321和列车轨道旁布置的热点基站1-5等组成。高铁车厢内旅客的无线终端301-305等接入多个WiFi接入模块311-315等，多个WiFi接入模块311-315等连接到中继模块321，中继模块321连接到多个热点基站1-5等中的一个。该***用于执行上述高铁列车WiFi热点通信控制方法。
如图4所示，高铁列车上的中继模块321包括：低频广播接收模块3211，用于接收图3中热点基站1-5等发送的低频广播信号；时间计算模块3212，用于根据接收的低频广播信号中携带的高铁列车与当前热点基站通信覆盖区域和下一热点基站通信覆盖区域的重叠区域的距离，计算得到高铁列车进入所述重叠区域所需要的时间；低频发送模块3213，用于将包含所需要的时间的大小的通知信息发送给下一热点基站；业务控制模块3214，用于将所需要的时间内不能完整上行到当前热点基站的业务的数据包排序、标记并缓存也将已接收但所需要的时间内不能完整从当前热点基站下行的业务的数据包排序、标记并缓存；通信传输速率控制模块3215，根据当前热点基站和下一热点基站发射的低频广播信号和通信广播信号判定高铁列车所处的区域，控制通信传输速率；切换模块3216，用于执行中继模块所接入的热点基站间的切换。
如图5所示，热点基站1-5等都包括：低频广播发射模块11，用于发射低频广播信号，该低频广播信号中携带有高铁列车接收到该低频广播信号时，与当前热点基站通信覆盖区域和下一热点基站通信覆盖区域的重叠区域的距离的信息；距离计算模块12，用于计算所述距离并通知低频广播模块11；低频接收模块13，用于接收中继模块321的低频发送模块3213发送的包含所需要的时间的通知信息；业务转移模块14，用于根据该通知信息，将所需要的时间内不能完整下行到中继模块的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但所需要的时间内不能完整从中继模块上行的业务的数据包排序、标记并缓存，并在所需要的时间过后，将上述缓存的数据包通过当前热点基站和下一热点基站之间的X2接口按顺序发送给下一热点基站。
以上实施例仅用于说明本发明，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。

Claims (5)

1.一种高铁列车WiFi热点通信控制方法，其特征在于，沿高铁轨道每隔一段距离布置一座热点基站，每个热点基站都具有低频广播发射模块，通过低频信道持续发射广播信号，该广播信号中携带有指示高铁列车从当前位置进入当前热点基站与下一热点基站重叠区域的距离的信息，所述高铁列车WiFi热点通信控制方法包括以下步骤：
S1，对于迎着高铁列车行进方向上的两个相邻的当前热点基站和下一热点基站，当前热点基站为当前高铁列车中继模块接入的热点基站，下一热点基站为高铁列车中继模块即将接入的热点基站，下一热点基站的低频广播发射模块通过低频信道持续发射广播信号，该广播信号具有带宽足够小和频率足够低的特点，使得其广播覆盖范围大于热点基站的户外实际通信覆盖范围，高铁列车行驶在当前热点基站的通信覆盖区域z1，尚未进入当前热点基站的通信覆盖区域z1和下一热点基站的通信覆盖区域z2的重叠区域z3时，就可以接收到该广播信号，该广播信号中携带的指示高铁列车从当前位置进入区域z3的距离的信息中，设定该距离为k，下一热点基站的广播信号覆盖半径和的通信覆盖半径分别为R和r，下一热点基站在建设时测得的与高铁轨道的垂直距离为d，根据下述公式求得k：
在其广播信号被任何高铁列车的中继模块接收之前，下一热点基站仅仅通过低频广播发射模块发射该广播信号，在其广播信号被任何高铁列车的中继模块接收之后，下一热点基站才进行高频大带宽的通信广播；
S2，高铁列车上的中继模块接收到下一热点基站的低频广播发射模块发射的广播信号后，基于距离k和当前高铁列车的行驶速度v，根据下述公式求得高铁列车进入区域z3的时间t：
t＝k/v；
S3，根据t的大小，中继模块将时间t内不能完整上行到当前热点基站的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但t时间内不能完整从当前热点基站下行的业务的数据包排序、标记并缓存，并且，中继模块将包含时间t的大小的通知信息发送给当前热点基站，当前热点基站根据该通知信息，将t时间内不能完整下行到中继模块的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但t时间内不能完整从中继模块上行的业务的数据包排序、标记并缓存；
S4，时间t后，高铁列车进入区域z3，中继模块执行从当前热点基站到下一热点基站的切换，当前热点基站将上述缓存的数据包通过当前热点基站和下一热点基站之间的X2接口按顺序发送给下一热点基站，使切换后中继模块和下一热点基站之间的上行和下行业务不致中断重传；
中继模块断开与当前热点基站的连接后，如果当前热点基站的低频广播发射模块发射的广播信号没有被任何高铁列车的中继模块接收，当前热点基站将不进行高频大带宽的通信广播，仅仅通过低频广播发射模块发射该广播信号。
2.一种如权利要求1所述的高铁列车WiFi热点通信控制方法，其特征在于，中继模块始终判断与目前接入的热点基站的距离，以控制通信传输速率，所采用的具体方法在于：将通信传输速率划为4档，分别为V1-V4，V1-V4传输速率依次递增，中继模块根据当前热点基站和下一热点基站发射的低频广播信号和通信广播信号判定高铁列车所处的区域，控制通信传输速率，中继模块接收到下一热点基站的低频广播信号且与当前热点基站进行通信时，采用传输速率V2；中继模块处于所述区域z3时，采用传输速率V1；中继模块仍可接收到先前的当前热点基站的低频广播信号且与先前的下一热点基站进行通信时，采用传输速率V3；中继模块仅可接收到先前的下一热点基站的低频广播信号且与先前的下一热点基站进行通信时，采用传输速率V4。
3.一种用于实施如权利要求1或2所述的高铁列车WiFi热点通信控制方法的高铁列车WiFi热点通信控制***，其特征在于，该***由列车通信***和车地通信***两部分组成，列车通信***包括在每节车厢内设置的供无线终端接入的WiFi接入模块以及与多个所述WiFi接入模块连接的中继模块；车地通信***由上述中继模块和列车轨道旁布置的多个热点基站组成；高铁车厢内旅客的无线终端接入多个WiFi接入模块，多个WiFi接入模块连接到中继模块，中继模块连接到多个热点基站中的一个。
4.一种如权利要求3所述的高铁列车WiFi热点通信控制***，其特征在于，所述中继模块包括：低频广播接收模块，用于接收多个热点基站发送的低频广播信号；时间计算模块，用于根据接收的低频广播信号中携带的高铁列车与当前热点基站通信覆盖区域和下一热点基站通信覆盖区域的重叠区域的距离，计算得到高铁列车进入所述重叠区域所需要的时间；低频发送模块，用于将包含所需要的时间的大小的通知信息发送给下一热点基站；业务控制模块，用于将所需要的时间内不能完整上行到当前热点基站的业务的数据包排序、标记并缓存也将已接收但所需要的时间内不能完整从当前热点基站下行的业务的数据包排序、标记并缓存；通信传输速率控制模块，根据当前热点基站和下一热点基站发射的低频广播信号和通信广播信号判定高铁列车所处的区域，控制通信传输速率；切换模块，用于执行中继模块所接入的热点基站间的切换。
5.一种如权利要求3所述的高铁列车WiFi热点通信控制***，其特征在于，所述多个热点基站都包括：低频广播发射模块，用于发射低频广播信号，该低频广播信号中携带有高铁列车接收到该低频广播信号时，与当前热点基站通信覆盖区域和下一热点基站通信覆盖区域的重叠区域的距离的信息；距离计算模块，用于计算所述距离并通知低频广播模块；低频接收模块，用于接收中继模块的低频发送模块发送的包含所需要的时间的通知信息；业务转移模块，用于根据该通知信息，将所需要的时间内不能完整下行到中继模块的业务的数据包排序、标记并缓存，也将已接收但所需要的时间内不能完整从中继模块上行的业务的数据包排序、标记并缓存，并在所需要的时间过后，将上述缓存的数据包通过当前热点基站和下一热点基站之间的X2接口按顺序发送给下一热点基站。
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