城轨交通车载信息系统方案研究

对音视频格式、车地通信信道进行选择,提出城市轨道交通车载信息系统方案,利用"预存-重传"技术来解决无线AP切换的丢包问题.     

城轨云化建设背景下的高速车地通信测试

介绍基于无线局域网(WLAN)的车地无线技术在高速轨道交通场景中的通信性能测试项目的、测试情况以及测试结果,测试组网采用5?725～5?850 MHz频段80 MHz频宽组网,轨旁AP设备按照间距200 m的间隔进行部署。通过测试验证了WLAN技术在列车高速移动场景下的各项通信性能指标,经过测试验证WLAN车地无线链路平均切换时延小于12 ms、平均丢包率小于0.1%、平均传输时延小于2 ms。在120 km/h、160 km/h场景下车地通信速率可达到350 Mbps以上,在80 km/h场景下车地通信速率可达到450 Mbps以上。本次测试可为后续市域铁路等高速轨道交通项目乘客信息系统业务承载提供参考依据。     

基于预认证的高速列车快速安全切换机制

针对高速列车在行驶过程中面临的安全切换问题,提出基于列车移动方向和位置的目标基站选择方法,设计一种基于预认证的高速列车安全切换机制,结合可认证密钥协商协议实现中继站和目标基站之间的双向认证以及生成共享的会话密钥。安全性分析与仿真实验表明,提出的切换机制不仅具有较高的安全性,而且有效地降低了切换时延和中断率,同时保持了较为稳定的吞吐率,显著改善了车地无线通信的切换性能。当高速列车行驶速率低于500 km/h时,切换时延普遍低于50 ms,切换中断率低于1.6%;当高速列车行驶速率为350 km/h时,切换过程的平均吞吐率高于19.5 Mbit/s。     

一种支持车-地宽带互联的广义AP间切换模型

针对旅客列车车-地宽带互联的AP(Access Point,接入点)间切换不仅要求切换执行快速、而且要求切换判决迅速的特点,研究如何实现车载通信网关自主快速的AP间切换.为此首先提出狭义和广义AP间切换的概念,以描述车载通信网关自主地从一个AP切换到下一个AP的完整过程,并根据旅客列车宽带Internet应用的需求与特...     

高速环境下GSM-R小区广播性能研究

结合GSM-R小区广播系统架构、协议体系结构、小区广播消息格式和消息流程,研究小区广播在高速环境下的性能。基于实验室GSM-R小区广播测试平台和现场测试情况,对小区广播传输时延、传输速率和丢包率进行测量和分析。得出结论:时延主要由信息处理和信息传输决定,通常由信息长度决定;高速运行、小区重选、干扰都会对丢包率产生影响。小区广播单独占用一个SDCCH信道,不对其它无线通信业务造成影响。     

一种应用于高速铁路的GSM—R快速切换算法研究

研究目的:随着我国高速铁路和客运专线建设,GSM-R数字移动通信系统在我国铁路得到迅速发展,同时也带来一些亟待解决的问题.GSM-R的线状覆盖方式,使列车运行过程中越区切换频繁发生,切换性能对系统的服务质量和行车安全有很大的影响,尤其是高速列车对GSM-R系统越区切换提出更加严格的要求.为在高速环境下实现快速可靠切换,针对切换算法进行研究,提出一种快速切换算法,达到缩短切换时延,提高高速环境下跨MSC间越区切换的成功率的目标.研究结论:通过研究提出了一种适用于高速铁路环境下的新型快速切换算法.在理论上对该算法的实现方式和性能进行了分析,并与常规的切换算法在切换时延上进行了比较.结果表明本算法在缩短切换时延上具有一定的优势,特别在跨MSC切换时能减少约64%的时延.采用快速切换算法非常适用于高速环境,通过缩短切换时间,从而提高切换成功率,为移动通信系统提供更高的可靠性和有效性.     

一种基于双无线网卡的广义AP间切换算法

由于目前还不能实现快速自主的AP间切换,限制WiFi在车载Internet等方面的进一步发展和应用。为此,本文基于双无线网卡设计一种广义AP间切换算法TTBC,采用嵌入式系统和Linux开源代码自主研制车载通信网关,并组建狭义和广义AP间切换实验床对该算法进行详细的实验研究与分析。实验结果表明:算法TTBC不仅显著减少甚至消除AP间切换导致的网络中断时间,同时对数据传输带宽也影响甚少,并且可支持车载移动环境下快速自主的AP间切换。     

移动性增强技术在铁路5G专网中应用场景研究

超高可靠低时延通信是5G移动通信系统的三大特性之一,移动性增强是实现超高可靠低时延特性的一个关键技术。铁路5G专网同样也有高可靠性低时延的要求,列车在高速运行过程中,用户设备需要不断在相邻小区间进行业务切换,主要探讨移动性增强技术中的条件切换、双激活协议栈和快速切换失败恢复等3项功能在铁路5G专网中的应用场景。根据这3项功能的工作机制和铁路5G专网覆盖模型的特点,认为双激活协议栈和快速切换失败恢复对减少业务中断时延,保障列车运行安全具有很好的应用价值。     

对利用AP数据库排除车载无线电台干扰的研究

介绍CBTC系统的数据通信网,根据CBTC系统骨干网的双网特性,为轨旁AP建立2个AP数据库,与列车车头和车尾的2套车载无线电台相对应.车载设备中设计一个车载无线电台管理模块,利用轨旁AP数据库排除非法的无线干扰,实现无线覆盖区域间的越区切换,保证切换的安全性和稳定性.     

基于位置的CBTC系统无线局域网切换机制

目前的城市轨道交通CBTC车地通信系统大多采用无线局域网技术。针对同时存在无线自由波和漏泄波导车地通信技术的CBTC无线局域网车地通信系统,提出一种基于位置的无线局域网切换机制。在无线自由波覆盖区段,移动台在确定的位置直接发起重关联请求,而不需要进行探询扫描新AP的过程。而在漏泄波导覆盖区段,通过改变移动台扫描的信道数和最大信道扫描驻留时间,同样明显减小了切换时延。该方法不仅适用于无线自由波的覆盖区域,也可以应用于漏泄波导覆盖的区域,能够减少CBTC车地通信系统中的切换时延。     

铁路沿线线性无线传感器网络路由协议研究

针对铁路沿线环境监测对象种类繁多、位置分散的特点,设计一种无线传感器网络用于将传感器采集信息传输至监测中心,该无线传感器网络由传感器节点、轨边汇聚节点、机房汇聚节点及中继节点组成,重点研究提出轨边汇聚节点与机房汇聚节点之间线性无线传感器网络路由协议。鉴于铁路沿线传感器节点采集信息的重要程度不同,该路由协议根据信息重要程度对数据包进行优先级排序。综合考虑网络寿命和信息重要程度,以网络生命周期内传输数据包数量最大化为目标,建立数据包转发模型和数据包排队模型。在网络能耗均衡的前提下,采用减少优先级高的数据包的转发次数和减少优先级高的数据包在轨边汇聚节点的排队时延两种方式,减少优先级高的数据包的总传输时延。仿真结果表明,该路由协议可以显著减少高优先级数据包的传输时延,均衡使用网络能量,最大化网络寿命。     

地铁列车晚点分析与控制

着重分析地铁列车晚点的产生原因和时空分布特征,从故障预防与应急处理角度,提出减少列车初始延误发生、控制连带延误影响范围的建议和措施.     

一种有效的GSM-R系统越区切换方案

介绍GSM-R越区切换的过程和切换准则,并且根据GSM-R小区分布的特点,在传统目标小区排队模型的基础上,提出切换呼叫采用排队而源发呼叫不采用排队的方案,仿真结果表明,这种方案有效地降低了GSM-R系统的切换阻塞率.     

轨道车辆MVB通信网络的实时特性

多功能车辆总线(MVB)应用于轨道交通车辆的车厢级通信网络已经成为新一代列车通信网的发展趋势。采用MVB必须满足轨道车辆对数据传输提出的实时性要求。MVB网络的端到端传输延迟主要包括报文分组在缓存器内的平均等待延迟、发送报文分组延迟、介质传播延迟等,而影响发送报文分组延迟的主要因素是报文分组的平均等待延迟受介质访问控制方式的约束;主设备消息事件请求帧的到达过程服从泊松分布,多消息事件并发引发的事件仲裁延迟是影响消息数据报文延迟的重要因素。仿真实验结果表明,MVB网络的过程数据具有报文分组传输时间确定、报文分组长度对网络延迟影响小等实时特性,但消息数据的报文延迟受网络负载的影响较大。运用排队理论分析主从轮询方式下过程数据的延迟与MVB的轮询周期、通信速率的关系;分析数据表明,该方法可以取代以往的国外经验值来配置网络,而且配置指标更符合实际运行的要求,并已经成功应用于实际设备的测试分析中。     

一种基于预测和提前认证的机车越区切换方案

基于通信技术的列车控制CBTC(Communication-Based Train Control)系统是城市轨道交通信号系统的主流发展方向。WLAN自身所拥有的优势使其在CBTC系统中得到应用,其中存在的安全问题也成为研究热点。本文在对应用于CBTC系统中的无线局域网络链路层的越区切换具体过程进行深入研究的基础上,将一种基于混合Markov预测模型的WLAN越区切换机制应用于CBTC系统中,并用NS2仿真软件对该方案进行仿真,与一般硬切换过程相比较表明,该方案缩短了时间延迟,保证了列车在高速运行的情况下车地通信的实时性,并且在一定程度上减少了整个CBTC的工程造价。     

有轨电车道口信号优先设计

本文以道口整体延误损失为目标函数,在利用遗传算法优化干线道口之间相位差的基础上,结合道口信号优先控制方法以及有轨电车滞站调度,提出了基于干线协调的有轨电车信号相对优先控制方案,并设计模型进行仿真,证明该方案可以有效降低干线上的车辆延误,并实现有轨电车的准点运行.     

城市轨道交通列车运行延误及其传播特点的仿真研究

城市轨道交通系统具有列车运行间隔小、站间距离短、车站线路布置比较简单等特点，一旦列车发生运行延误，其传播的速度快、影响范围大。本文在分析城市轨道交通列车运行延误发生的随机性特征的基础上，指出城市轨道交通列车运行延误具有直接性、快速性和双向性的特点以及基于这些特点的列车运行延误传播的两种表现形式，然后运用系统仿真的理论与方法，建立了基于列车运行图的城市轨道交通列车运行延误的仿真模型，通过设计合理的列车运行延误统计指标和仿真分析方案，以某城市轨道交通线路为背景进行仿真分析。通过仿真分析发现，列车运行延误及其传播主要与能力利用率、缓冲时间、备车数量以及辅助线数量等因素有关，并且这些参数之间应该保持一定的合理匹配关系。     

基于有限状态机的自动切换机制的设计与实现

为应对各种复杂的无线通信环境,如乒乓效应、快速切换、异构网切换等问题,介绍一种基于有限状态机的移动终端自动切换的控制方法,通过记录状态对各种正常以及异常事件的响应,构建完备的有限状态机对终端的切换过程进行自动控制.本文还介绍了自动切换机制在实脸网络中的实现过程.结果表明,采用有限状态机控制的切换过程能够很好地处理各种可预见的事件,根据实际情况灵活调节各种参数,提高切换的灵活性和稳定可控性.     

一种调度区段晚点时长的神经网络预测模型

晚点是区段内列车运行受到扰动后出现的时刻表偏移现象,为分析和预测晚点的发生,相关研究通常采用晚点传播分析、实绩数据统计的方法改善模型输出结果。在现有分析方法的基础上,设计了初始晚点和连带晚点的分类方法,将列车在调度区段的开行转化为有向图表示,并通过分析有向弧内的计划时间饱和度,实现了晚点的分类与传播路径的确定。在分类方法提供的数据基础上,提出了晚点预测模型,采用反向传播神经网络预测晚点时长。组合模型使用北京铁路局某调度区段的实际运行数据进行验证,结果表明允许误差为5 min时,神经网络的晚点时长预测准确率为85.5%,网络受突发事件影响较大,模型拟合复杂数据关系的能力需要进一步改善。