[发明专利]一种基于AP切换的列车通信系统及通信方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于AP切换的列车通信系统，本发明还涉及采用该通信系统进行通信的方法。

背景技术

基于通信的列车运行控制系统（CBTC）通过车-地双向数据通信方式对列车进行控制和监督，增强了列车运行安全的操作与管理，提高了列车的安全性和运输效率，是列车运行控制系统的发展方向。欧洲一些国家已经将无线通信技术应用于CBTC的通信子系统，其中IEEE802.11B技术由于其成熟、成本低廉、高带宽等特点，逐渐成为了无线CBTC通信子系统的首选。但是将无线通信技术应用到CBTC通信子系统的过程中，由于无线易受环境（地形、同频干扰）影响、覆盖范围有限的缺点，无线CBTC通信子系统的稳定性、漫游能力都受到极大的考验。

在目前已有的大多数基于WLAN的CBTC通信系统中，各无线接入点之间是相互独立的，即将无线局域网的物理层功能、用户数据加密、用户认证、QoS、网络管理和漫游技术等功能集于一身。而且AP之间各自独立，互相之间没有直接联系，STA（列车车载无线单元）需要给每个AP进行单独的配置，给网络服务质量和效率造成了很大的麻烦，这就是传统的基于FAT AP架构的CBTC系统。选择FAT AP架构的CBTC系统，是因为该架构技术成熟，且初期资金投入不多，但是随着列车的运行速度的提高、无线网络规模逐渐扩大，基于FAT AP架构的CBTC系统的实际运行和维护过程面临的问题逐渐显现：

（1）面对逐渐增加的AP时，缺乏集中的配置管理手段；

（2）缺乏智能的RF管理，难以进行RF设置；

（3） 各AP“冷热”不均，无法实现负载均衡；

（4） 缺乏对漫游的很好支持；

（5） 难以定制有效的接入和控制策略。

根据IEEE 802.11协议规范，一个STA切换逻辑上可分为三个阶段，即探测阶段（Probe）、认证阶段（Re-authentication）和重新关联阶段（Re-association）。其中探测时间占到总切换时间的90%左右。近年来，国内外学者对AP快速切换策略进行了研究，这些策略主要集中在减少信道扫描时间和AP的负载均衡上，但都是基于FAT AP架构的，即各个AP将所有的功能基于一身、相互独立，随着列车速度的提高和无线网络的规模的扩大，无线网络的扩展能力、漫游能力就成了提高列车行车安全的瓶颈。因为在基于FAT AP架构的CBTC系统中，随着列车的高速移动，沿轨道分布的AP数量较多，各自独立的工作，缺乏集中管理和配置，当STA（列车车载无线单元）移动到AP覆盖边缘时，STA将会与下一个已知的AP关联（AP是沿轨道线性分布的），但在关联前，必须首先探测合适的信道，这个探测过程不仅影响无线网络的扩展能力和漫游能力，增加了高速行驶的列车所经过的盲区距离，还导致CBTC系统面临通信时延、报文重传、甚至丢失等威胁，直接威胁到轨道交通对高速行驶中的列车安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于AP切换的列车通信系统，通过在该架构下的控制中心层加入无线控制器以及在轨旁层的无线网络中的通信信道的规划，解决了现有控制系统AP切换的时延较大的问题。

本发明的另一目的是提供一种基于AP切换的列车通信方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于AP切换的列车通信系统，包括依次通过无线通信的中心层、轨旁层及车载层，中心层包括分别通过主干网与服务器相连接的主无线控制器及从无线控制器，轨旁层包括在轨道旁线性分布的至少两个的AP，车载层通过STA与AP通信。

本发明所采用的另一技术方案是，一种基于AP切换的列车通信方法，采用基于AP切换的列车通信系统，该系统的结构为：包括依次通过无线通信的中心层、轨旁层及车载层，中心层包括分别通过主干网与服务器相连接的主无线控制器及从无线控制器，轨旁层包括在轨道旁线性分布的至少两个AP，

所述的基于AP切换的列车通信方法是车载层通过STA与AP通信来实现，具体按照以下步骤实施：

STA不发生AP切换时，车载层通过AP将列车位置、速度和线路参数信息传输给服务器；服务器通过AP将列车的目标位置、速度和线路参数信息发送给列车；

STA发生AP切换时，当列车移动到AP边缘，STA连接到当前的AP信号强度减小，信噪比增大，不能满足STA的需求，STA选择相邻的AP关联，完成列车与控制中心的双向通信，其中STA选择相邻的AP关联，具体按照以下步骤实施：

步骤1：STA选择与相邻的AP预连接：STA向AP发送预连接请求；

步骤2：AP与无线控制器连接；