CBTC列车安全定位中通信中断时间的研究

通信中断的存在会对目前城市轨道交通的CBTC列车安全定位产生影响,进而影响列车安全间隔距离。CBTC车地通信系统大多采用无线局域网技术。越区切换中断是导致通信中断的主要原因,根据IEEE 802.11协议的越区切换流程,本文推导出越区切换中断时间与列车速度的关系表达式,在此基础上根据安全定位的实现方法和移动闭塞系统中列车安全间隔距离的计算方法,推导出通信中断时间与影响安全定位的因素之一——估计的运行距离及列车运行安全间隔之间的关系表达式。建立两列列车追踪运行模型,仿真不同通信中断时间下两列车的追踪间隔距离。采用此关系表达式进行理论计算的结果与仿真结果验证了通信中断时间与估计的运行距离及列车运行安全间隔的关系表达式是合理的。     

基于随机Petri网的GSM-R越区切换成功率分析

CTCS-3级列车运行控制系统利用GSM-R网络进行车地间连续、双向的安全信息传输。而GSM-R系统采用硬切换技术,切换时必然会产生短暂的通信中断,这就会影响列车控制类数据传输业务。为保证安全数据传输的可靠性,迫切要求更短的切换时间和更高的切换成功率。对此,建立GSM-R系统越区切换的随机Petri网模型,分析影响越区切换成功率的因素,并利用MATLAB仿真得到列车运行速度、越区切换中断时间以及列车追踪间隔与越区切换成功率的关系;最后说明列车在350 km/h和430 km/h速度下运行时,越区切换成功率是否满足CTCS-3级系统需求标准要求。     

基于Stackelberg博弈的城市轨道交通CBTC系统越区切换研究

针对城市轨道交通CBTC系统无线局域网越区切换问题,结合具有竞争机制的Stackelberg博弈模型,提出一种采用协作分集技术的列车越区切换算法,满足CBTC系统可靠连续通信的要求。本文分析列车在无线局域网环境下的中继触发和越区切换过程,中继节点根据列车请求的带宽确定价格策略,设计一种基于价格和收益的列车效用函数,证明纳什均衡的存在性。为获取列车的最优带宽策略和网络收益,提出一种分布式迭代学习法求解纳什均衡,并进一步分析列车越区切换过程。仿真结果表明,本文提出的博弈策略能够激励中继节点参与协作,合理分配网络资源;列车动态越区切换时间小于50ms,切换成功概率明显高于传统切换方法。     

基于IEEE 802.11g标准的CBTC车地通信系统设计

根据城市轨道交通的实际环境,设计基于IEEE 802.11g标准的冗余CBTC车地通信系统结构。根据IEEE 802.11g标准关于不同传输速率的接收机灵敏度的规定,采用ISM 2.4 GHz频段接近地面信号的传播模型,计算列车接收信号电平低于灵敏度的概率,由此确定接入点的布置间距为200 m。根据IEEE 802.11g标准的链路层协议参数计算链路层的延迟时间,分析计算结果可知,延迟时间受传输速率和数据包长度的影响不大,但随着重传次数的增加而迅速增加。在重传10次、延迟时间40 ms、数据处理时间50 ms时,设计通信周期为200 ms。采用仿真软件OPNET对周期偏移量进行仿真可知,当通信周期为200 ms时,只要将周期偏移量控制在65～100 ms范围内,就能使车地双方在每个周期收到实时数据,保证行车的安全和效率。     

城市轨道交通CBTC车地无线通信快速切换算法研究

基于通信的列车控制(CBTC)系统通过应用无线局域网(WLAN)进行车地无线传输.列车在高速行驶时不仅要求无线通信切换执行快速、而且要求切换判决迅速,本文通过分析传统WLAN越区切换在城市轨道交通上应用的瓶颈,在原有越区切换算法的基础上对其进行了优化.     

基于SPN的越区切换模型分析

CTCS-3列车运行控制系统是中国列车控制系统(CTCS)的重要组成部分之一,它采用GSM R实现地面一列车间连续、双向的安全信息的无线传输.对于GSM-R而言,移动台的越区切换必然引起通信连接的暂时中断.由于安全数据传输直接影响行车安全,为保证其传输的可靠性,必然要求更短的切换时间和更高的切换成功率.本文研究安全数据通信在越区切换时的传输可靠性,并对越区切换过程进行随机Petri网的建模和分析.给出列车速度与越区切换成功率的关系,以及列车在350km/h的速度下,越区切换时间与越区切换成功率之间的关系.最后,本文将分析结果与CTCS-3需求标准进行了比较,说明其可以满足要求.     

一种基于车载双天线的GSM-R冗余网络无缝切换方案

随着铁路现代化的发展,列车运行速度逐渐增加,由此导致列车在穿越GSM-R网络小区的过程中需要频繁地执行越区切换操作。由于GSM-R网络先断后连的硬切换方式必然造成切换过程中存在通信中断等问题,对行车造成一定的安全隐患。传统的切换优化方法仅针对单层网络中移动台越区切换过程进行改进,忽视了GSM-R系统现有的冗余网络配置特点。本文提出一种将GSM-R双层冗余网络中的不同基站组成一个为列车服务的虚拟小区,并采用车载双天线与虚拟小区进行协作通信的方案,以充分利用冗余网络配置特点,从而实现列车穿越小区过程中完成无缝切换操作。仿真结果表明:所提出的方案使切换中断率明显降低,为列车的安全运行提供了可靠保证。     

基于LSTM动态波束赋形的高速列车越区切换算法

高速列车越区切换参数具有较强的时空相关性，以及无线信号在不同线路地形下具有衰落差异性，这都对高性能的越区切换提出了新的挑战，针对这一问题，设计一种基于长短期记忆网络动态波束赋形的高速列车越区切换算法。提出基于LTE-R中继通信模型的高铁典型运行场景中波束无遮挡传输的基站天线高度设置规律，通过估计发射波束主瓣方向并利用参考信号接收功率序列的时间相关特性，提出eNB重叠区内天线波束增益需求预测模型；同时采用增加波束预留角策略实现联合约束条件下的高速列车越区切换。结合高速铁路典型运行场景(路堑、高架桥)的路径损耗预测模型仿真评估了算法性能。结果表明，所提算法以略微牺牲越区切换时延为代价提高了越区切换成功率，能够有效避免高速列车越区切换引起的通信中断问题。     

基于802.11协议的CBTC系统数据通信子系统的探讨

数据通信系统DCS是CBTC系统的核心,CBTC系统大多采用成熟的基于IEEE 802.11协议标准的无线局域网技术作为数字通信传输系统。本文利用OPNET Modeler 14.5仿真平台,对CBTC系统的数据通信子系统建模,以802.11b标准为例进行仿真,在不同的无线数据传输速率及列车运行速度下,对无线局域网性能变化进行分析,提出具有冗余设备的列车以保证数据通信的可靠传输。随着人们对列车控制系统性能及多样化信息服务需求的增加,基于802.11协议的CBTC系统也存在一些需要解决的问题。     

基于802.11g的CBTC车地通信子系统建模与分析

CBTC系统是利用连续、大容量的车地双向数字通信实现列车控制信息、列车状态信息传输的先进列车控制系统,CBTC系统中车地通信子系统对于保障列车安全高效的运营具有重要作用。本文根据CBTC移动闭塞系统中的列车追踪模型,分析系统对通信的要求;利用OPNET的三层建模机制,建立基于802.11g的CBTC车地通信系统的系统仿真模型;利用该仿真平台仿真列控业务下的通信系统性能;仿真结果表明,在区间追踪阶段,基于802.11g的无线局域网完全满足列车控制的需要;需要保证车站附近的AP信号覆盖以满足列车进入中间站停车时对通信的要求。