[发明专利]城市轨道交通系统车地无线通信的切换方法

说明书

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：

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。

其中，步骤S1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。