CN115314964A - 一种信号切换方法及*** - Google Patents

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Abstract

本申请涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种信号切换方法，所述方法应用于车载设备，包括：采用多信道技术连接多个轨旁设备，其中，所述轨旁设备与所述车载设备通过胖无线桥连模式组网；监测当前连接的多个所述轨旁设备的信号强度，以从多个旁轨设备中确定出信号强度低于预设信号阈值的冗余轨旁设备，和信号强度高于预设信号阈值的目标轨旁设备；根据预设的信号切换规则，车载设备断开所述冗余轨旁设备，切换至与目标轨旁设备进行数据交互，用于消除所述车载设备由越区切换产生的时延，避免列车运行时出现通信中断、时延、丢包等导致影响列车运营的情况，确保列车运行时无线链路的稳定和数据的高效传输，提高了轨道通信***的可靠性。

Description

一种信号切换方法及***
技术领域
本申请涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种信号切换方法及***。
背景技术
轨道通信***通过在轨道内侧布放漏缆实现轨道内无线信号覆盖。由于WLAN的无线信号覆盖半径有限，在轨道较长时，无线信号无可避免要进行越区切换，越区切换过程中，无线链路会断开重连，这导致无线信号产生切换时延，甚至导致数据丢包。轨道通信***是实现列车与控制中心实时通信的通道，关系着列车运行的安全，不能出现通信中断、时延、丢包等导致影响列车运营的情况，在列车高速运行时，需要确保无线链路的稳定和数据的高效传输。
发明内容
为了解决信号越区过程中产生的时延问题，
第一方面，本申请提供一种信号切换方法，所述方法应用于车载设备，所述方法包括：
采用多信道技术连接多个轨旁设备，其中，所述轨旁设备与所述车载设备通过胖无线桥连模式组网；
监测当前连接的多个所述轨旁设备的信号强度，以从多个所述旁轨设备中确定出信号强度低于预设信号阈值的冗余轨旁设备，和信号强度高于预设信号阈值的目标轨旁设备；
根据预设的信号切换规则，所述车载设备断开所述冗余轨旁设备，切换至与所述目标轨旁设备进行数据交互。
进一步，所述方法还包括：监测是否存在新增的所述轨旁设备，当监测结果为是，所述车载设备连接新增的所述轨旁设备；
所述信号切换规则包括：在新增的所述轨旁设备中确定出信号强度高于预设的信号阈值的所述轨旁设备作为目标轨旁设备，与目标轨旁设备进行数据交互。
第二方面，本申请提供一种车载设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-2中任一所述的方法步骤。
第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一所述的方法步骤。
第四方面，本申请提供一种信号切换***，包括：车载设备和轨旁设备；
所述车载设备通过胖无线桥连模式与所述轨旁设备组网，所述车载设备和所述轨旁设备采用多信道技术连接和进行数据交互，用于消除所述车载设备由越区切换产生的时延。
进一步，所述信号切换***还包括局端设备，所述局端设备通过多信道技术连接所述轨旁设备，其中，所述局端设备与所述轨旁设备通过瘦无线桥连模式组网，所述局端设备对多个所述轨旁设备进行集中调度。
进一步，所述局端设备包括无线控制器与核心交换机，所述核心交换机采用双核心节点的方式设置，使所述局端设备与所述轨旁设备能持续进行数据交互。
进一步，所述轨旁设备包括多个等间距设置的轨旁无线接入点，两个相邻所述轨旁无线接入点的间距D为80-150米。
进一步，所述轨旁设备还包括无源分路器和通信漏缆，所述轨旁无线接入点连接所述无源分路器的输入端，所述无源分路器的输出端连接所述通信漏缆，所述通信漏缆输出无线信号与所述车载设备进行数据交互。
进一步，所述车载设备包括车载无线接入点、同轴连接器和车载天线，所述车载无线接入点通过所述同轴连接器连接所述车载天线，与所述轨旁无线接入点进行数据交互。
有益效果：
本申请采用胖无线桥连模式对所述车载设备与所述轨旁设备进行组网，使车载设备在连接新的轨旁设备时无需认证，免除车载设备与局端设备从建立通道到重新下发配置的环节，降低车载设备掉线再上线的时间间隔，从而消除车载设备由越区切换产生的时延，提高轨道通信的可靠性；在胖无线桥连组网模式下，所述车载设备采用多信道技术同时连接多个所述轨旁设备，确保车载设备与轨旁设备始终保持连接；根据预设的信号切换规则，所述车载设备断开所述冗余轨旁设备，切换至与所述目标轨旁设备进行数据交互，确保与车载设备传输数据的轨旁设备信号始终高于信号阈值，从而消除所述车载设备由越区切换产生的时延，避免列车运行时出现通信中断、时延、丢包等导致影响列车运营的情况，确保列车运行时无线链路的稳定和数据的高效传输，提高了轨道通信***的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1是本申请实施例提供的一种用于轨道通信***的信号越区切换***结构示意图；
图2是本申请实施例2提供的一种用于轨道通信***的信号越区切换方法中信号切换规则流程图；
图3是本申请实施例3提供的一种车载设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
实施例1提供一种用于轨道通信***的信号越区切换***，包括局端设备、轨旁设备和车载设备；局端设备通过主干网络连接轨旁设备，轨旁设备通过无线信号连接车载设备；局端设备、轨旁设备、车载设备的数据传输基于IEEE 802.11ac技术实现；
IEEE 802.11ac是802.11家族的一项无线网上标准，由IEEE标准协会制定，透过5GHz频带提供高通量的无线局域网(WLAN)，即5G WiFi(5th Generation of Wi-Fi),能够提供最少1Gbps带宽进行多站式无线局域网通信，或是最少500Mbps的单一连线传输带宽；
IEEE 802.11ac是IEEE 802.11n的继承者,采用并扩展了源自802.11n的空中接口概念，包括：更宽的RF带宽(提升至160MHz)，更多的MIMO空间流(增加到8)，下行多用户的MIMO(最多至4个)，以及高密度的调变(达到256QAM)；
局端设备、轨旁设备、车载设备间的双向传输基于IEEE 802.11ac的多信道技术实现多信号的同时接入与控制；保证列车在高速行驶的情况下，以有效带宽不低于200Mbps的速率在列车和局端设备间双向传输数据，保证最低的延迟，同时保证车载设备同轨旁设备进行信号切换时实现零丢包；
局端设备包括设置在控制机房的无线控制器AC和核心交换机，核心交换机在控制机房采用双核心节点部署方式，避免因为一台核心交换机出现故障而导致控制信息不能下传到列车的问题，提高信息传送的可靠性；
结合附图1，轨旁设备包括轨旁AP、无源分路器、通信漏缆；每个轨旁AP分别安装在一个AP机箱内，机箱满足防护等级；轨旁AP上设有千兆光口，核心交换机直接通过光纤连接轨旁AP；轨旁AP上设有专门的射频口QMA，用于连接射频线缆；轨旁AP通过车载天线连接无源分路器的输入口，无源分路器的输出口通过车载天线连接通信漏缆，通信漏缆向行车轨道发射无线信号，对行车轨道进行无线信号覆盖；
车载设备包括车载AP、同轴连接器和车载天线，车载AP上设有射频口QMA，射频口QMA伸出的射频线缆较短，需要通过同轴连接器连接射频延长线，由于车载AP安装在车身内部，而车载天线安装在车外，需要在车身上打孔；将车载天线的孔直径设置为25mm，车载天线孔的位置设置在车载天线的安装位置附近。
无线控制器AC与轨旁AP之间采用FIT AP模式组网。FIT AP模式由无线控制器、轨旁AP组成，其中无线控制器AC集中设置在控制中心。在FIT AP模式中，轨旁AP必须配合无线控制器AC共同完成无线网络的工作内容，FIT AP模式对无线控制器AC和轨旁AP质检的网络没有要求，只要求IP可达，管理平台仅针对无线控制器AC进行管理，无线控制器AC作为FITAP模式内统一节点对所有轨旁AP进行数据采集、集中管理和自动配置；
采用无线控制器AC加FIT AP的组网方式可以对轨旁AP进行集中化完成配置更改、监控和管理，增强对用户和业务的控制在各种组网模式下完成对轨旁AP的统一管理，避免多个轨旁AP之间的信道冲突、信息干扰等，从而增加了无线网络的稳定性及可用性。同时网络组网设计可以更为灵活，并从整体降低了网络故障率。
车载AP与轨旁AP之间采用FAT AP模式组网，Fat AP模式将WLAN的物理层、用户数据加密、用户认证、QoS、网络管理、漫游技术以及其他应用层的功能集于一体，可以降低车载AP掉线再上线的时间间隔，免除车载AP与无线控制器AC进行连接，建立通道到重新下发配置的环节。
实施例1在车头位置和车尾位置分别配置一台车载AP，每个车载AP配置1根定向双频天线，车载AP探测和接收通信漏缆发送的无线信号再将无线信号发送给用户终端；
实施例1使用的轨旁AP和车载AP的宽温、振动、EMC等满足行业标准要求，该产品不仅支持802.11ac协议，还支持双射频口，在2条流和80MHz的频宽下，设备理论速率可到867Mbps，在列车的高速运动下，可以提供稳定的200Mbps以上的轨道无线带宽。
根据实际测试经验，两个相邻轨旁AP的最佳间距为120-150米，以500米常轨道为例，需要在轨道侧壁等间距悬挂式安装5个轨旁AP。采用上述布点原则，可以保证每个轨旁AP的覆盖范围都存在重叠区，且可以通过自动调节AP发射功率，覆盖故障AP的信号漏洞区，在单个轨旁AP或其它设备出现故障时，仍然保证信号传送的完整性，保证***正常工作；
本申请采用了FIT AP和多信号连接技术，由无线控制器AC实现集中配置管理，漫游切换，信号及发射功率自适应等功能，使得悬挂式交通运输***车辆在进行信号越区时，对已连接多个信号信号强度进行探测，自适应实现零时延越区切换，保障越区切换的无线链路稳定。
实施例2
基于相同的发明构思，实施例2提出一种信号切换方法，所述方法应用于实施例1提出的信号切换***中。
轨道通信***是实现列车与控制中心实时通信的通道，关系着列车运行的安全，不能出现通信中断、时延、丢包等导致影响列车运营的情况。当车载AP从原有的轨旁AP的覆盖区移动到新增的轨旁AP的覆盖区时，发生信号切换，由于车载AP在相邻两个轨旁AP的覆盖区之间的无线信号切换操作是自动的，并且对于列车操作来说是透明的，不做特殊处理的话，WLAN的越区切换时间较长，包括重新鉴定连接权限和其他以安全为目的额外时间开销，在切换期间，车载AP可能与所有轨旁AP断开连接，这对列车运行的安全性造成影响。为避免切换过程中任何可能的数据丢失，基于IEEE 802.11ac的多信道技术，采用先建立备用链接，后择机切换的方法，在列车高速运行过程中，完成信号创建和链路切换，保证报文不丢失。车载AP和轨旁AP之间用于链路建立和通信的下层协议遵循最新增IEEE802.11s标准，车载AP无需对信号进行认证。
结合附图2，车载AP通过预设的信号切换规则连接轨旁设备；
车载AP监测信号连接范围内是否存在新增的轨旁APn+1，当监测结果为否时继续监测；当监测结果为是时，连接新增的轨旁APn+1，同时与原有的轨旁APn保持连接，与原有的轨旁APn保持数据传输；
监测原有的轨旁APn信号强度是否低于设定阈值，当结果为否时继续监测，与原有的轨旁APn保持连接，与原有的轨旁APn保持数据传输；当监测结果为是时，将原有的轨旁设备APn作为冗余轨旁设备，断开与原有的轨旁APn的连接，将新增的轨旁APn+1作为目标轨旁设备，与新增的轨旁APn+1连接，与新增的轨旁APn+1进行数据传输；
重复以上步骤，直至列车离开轨道。
该过程免去了切换信号认证连接的过程，实现了超低时延切换的零丢包切换，解决越区切换无线链路不稳定问题。
基于标准802.11a/b/g/n/ac的切换算法允许车载AP在与原有的轨旁APn脱离前与新增的轨旁APn+1建立连接，即在中断前连接。再加上相邻轨旁AP彼此重叠足够的区域，就能够实现信号切换的零延时。所有与切换有关的处理，在列车运行在相邻轨旁AP重叠区域内都会完成，重叠区域的大小按照列车全速运行来计算，最快切换时延可以小于5ms，即做到零丢包切换。
本申请采用基于802.11a/b/g/n/ac的多信号连接技术，由无线控制器AC对轨旁AP集中配置管理，探测区域内多个信号的信号强度，免认证自动连接最强信号，连接最强信号和断开次强信号同步进行，避免悬挂式交通运输***因越区切换而掉线。
实施例3
基于相同的发明构思，本申请实施例3提供一种车载设备，如附图3所示，包括存储器304、处理器302及存储在存储器304上并可在处理器302上运行的计算机程序，所述处理器302执行所述程序时实现上述有向图绘制方法的步骤。
其中，在图3中，总线架构(用总线300来代表)，总线300可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线300将包括由处理器302代表的一个或多个处理器和存储器304代表的存储器的各种电路链接在一起。总线300还可以将诸如***设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口306在总线300和接收器301和发送器303之间提供接口。接收器301和发送器303可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器302负责管理总线300和通常的处理，而存储器304可以被用于存储处理器302在执行操作时所使用的数据。
实施例4
基于相同的发明构思，本申请实施例4提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述预测带钢跑偏值的方法的步骤。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟***或者其它设备固有相关。各种通用***也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类***所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
以上所述的仅是本申请的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本申请结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本申请的保护范围，这些都不会影响本申请实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种信号切换方法，其特征在于，所述方法应用于车载设备，所述方法包括：
采用多信道技术连接多个轨旁设备，其中，所述轨旁设备与所述车载设备通过胖无线桥连模式组网；
监测当前连接的多个所述轨旁设备的信号强度，以从多个所述旁轨设备中确定出信号强度低于预设信号阈值的冗余轨旁设备，和信号强度高于预设信号阈值的目标轨旁设备；
根据预设的信号切换规则，所述车载设备断开所述冗余轨旁设备，切换至与所述目标轨旁设备进行数据交互。
2.如权利要求1所述的一种信号切换方法，其特征在于：
所述方法还包括：监测是否存在新增的所述轨旁设备，当监测结果为是，所述车载设备连接新增的所述轨旁设备；
所述信号切换规则包括：在新增的所述轨旁设备中确定出信号强度高于预设的信号阈值的所述轨旁设备作为目标轨旁设备，与目标轨旁设备进行数据交互。
3.一种车载设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-2中任一所述的方法步骤。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一所述的方法步骤。
5.一种信号切换***，其特征在于，包括：车载设备和轨旁设备；
所述车载设备通过胖无线桥连模式与所述轨旁设备组网，所述车载设备和所述轨旁设备采用多信道技术连接和进行数据交互，用于消除所述车载设备由越区切换产生的时延。
6.如权利要求5所述的一种信号切换***，其特征在于：所述信号切换***还包括局端设备，所述局端设备通过多信道技术连接所述轨旁设备，其中，所述局端设备与所述轨旁设备通过瘦无线桥连模式组网，所述局端设备对多个所述轨旁设备进行集中调度。
7.如权利要求5所述的一种信号切换***，其特征在于：所述局端设备包括无线控制器与核心交换机，所述核心交换机采用双核心节点的方式设置，使所述局端设备与所述轨旁设备能持续进行数据交互。
8.如权利要求5所述的一种信号切换***，其特征在于：所述轨旁设备包括多个等间距设置的轨旁无线接入点，两个相邻所述轨旁无线接入点的间距D为80-150米。
9.如权利要求5所述的一种信号切换***，其特征在于：所述轨旁设备还包括无源分路器和通信漏缆，所述轨旁无线接入点连接所述无源分路器的输入端，所述无源分路器的输出端连接所述通信漏缆，所述通信漏缆输出无线信号与所述车载设备进行数据交互。
10.如权利要求5所述的一种信号切换***，其特征在于：所述车载设备包括车载无线接入点、同轴连接器和车载天线，所述车载无线接入点通过所述同轴连接器连接所述车载天线，与所述轨旁无线接入点进行数据交互。
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