本發(fā)明涉及列車運行控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)的頻譜分配方法。

背景技術(shù)：

隨著我國城市化的進程大大加快，城市交通面臨著嚴峻的局勢。交通擁堵、空氣污染日益嚴重，嚴重影響了城市經(jīng)濟和社會活動的正常秩序。發(fā)展大容量、快捷、準點、安全的城市軌道交通已成為我國大中城市的首選，這是對國家戰(zhàn)略需求與老百姓出行質(zhì)量改善要求的積極響應(yīng)。北京已開通軌道交通線路527公里、日均客流量超1000萬人次。國內(nèi)多個城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模，進入網(wǎng)絡(luò)化階段，已成為城市公共交通的命脈，在城市運行中發(fā)揮著越來越重要的作用。

城市軌道交通車地無線通信作為保障安全運營的重要環(huán)節(jié)，承載了基于通信的CBTC(Communication Based Train Control System，基于通信的列車自動控制系統(tǒng))系統(tǒng)，列車運行狀態(tài)監(jiān)測、PIS(Passenger Information System，乘客信息系統(tǒng),)系統(tǒng)，和CCTV(Closed Circuit Television，車輛視頻監(jiān)控)系統(tǒng)等多個保障安全運營的應(yīng)用。

CBTC系統(tǒng)主要作用為列車間距及速度防護、列車自動運行與調(diào)度，是城市軌道交通自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，是保證列車和乘客安全，實現(xiàn)列車高效運行、指揮管理有序的自動控制系統(tǒng)。CBTC系統(tǒng)車地傳輸數(shù)據(jù)主要為列車位置、運行控制、移動授權(quán)等信息。該業(yè)務(wù)應(yīng)用層要求低速的實時數(shù)據(jù)的可靠傳輸；控制層要求最高優(yōu)先級的低速邏輯通道；通道層要求獨立、高可靠性及冗余的信道。

CCTV系統(tǒng)用于車內(nèi)情況的視頻監(jiān)視，并為應(yīng)急調(diào)度指揮提供實時的車內(nèi)高清動態(tài)圖像信息。CCTV車地傳輸數(shù)據(jù)主要為視頻信息。該業(yè)務(wù)應(yīng)用層要求海量的實時視頻數(shù)據(jù)傳輸、帶寬要求上行遠大于下行及流媒體形式的錄像回放；控制層要求實時視頻數(shù)據(jù)優(yōu)先級高、小區(qū)切換不丟包、限制錄像回放帶寬；通道層要求大帶寬、高質(zhì)量的實時數(shù)據(jù)通道，減少重傳，降低時延。

PIS系統(tǒng)(包含緊急文本)用于列車車廂內(nèi)資訊發(fā)布、乘客指引信息的視頻展播。PIS系統(tǒng)車地傳輸數(shù)據(jù)主要為視頻信息。該業(yè)務(wù)應(yīng)用層要求直播(廣播)為主、錄播(點播)為輔、錄播要考慮批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捓眯?；控制層要求廣播數(shù)據(jù)優(yōu)先級高、小區(qū)切換不丟包、限制錄播數(shù)據(jù)帶寬、以組播點播結(jié)合的方式進行節(jié)目數(shù)據(jù)傳送；通道層要求高傳輸質(zhì)量的廣播通道、組播通道。除視頻信息外，緊急文本下發(fā)信息也在PIS系統(tǒng)中傳輸，用于通知乘客列車運營信息或其它緊急信息，如某車站通過不停車等。

目前，以上三個保障城市軌道交通安全運營的應(yīng)用都采用各自獨立的車地通信系統(tǒng)。這種獨立的建網(wǎng)方案存在以下幾個問題：

(1)頻譜利用率低

CBTC、PIS和CCTV的車地無線通信目前主要工作在2.4G或5.8G的開放頻段。相互獨立的建網(wǎng)方案，頻段內(nèi)的頻率分配采用固定分配方法，信道長期指配給某一系統(tǒng)用戶使用，當一個信道遇忙時，其它用戶只能等待，往往造成該信道上的用戶爭搶或者出現(xiàn)阻塞，通信質(zhì)量得不到保證；而信道空閑時，別的系統(tǒng)用戶也并不能利用該信道進行通信。這無疑是對頻率資源的一種浪費，也制約了用戶數(shù)量的進一步發(fā)展。

(2)投資建設(shè)時間長

不同的車地通信系統(tǒng)分別建設(shè)，浪費大量的時間、人力與物力。在招投標階段，需要組織多次招投標工作，將浪費大量時間。建設(shè)階段，由于要建設(shè)多個車地通信網(wǎng)絡(luò)，施工時期要協(xié)調(diào)多個建設(shè)單位和多個建設(shè)時間。系統(tǒng)的施工時間延長幾倍之多。

(3)維護難度大，成本高

現(xiàn)有的獨立建網(wǎng)方案，使得這些系統(tǒng)均為獨立使用、分散維護，造成設(shè)備型號各異，種類繁多，相互間無法互通，維護難度大，運營成本較高。以現(xiàn)有的城市軌道交通系統(tǒng)中的CBTC，CCTV與PIS系統(tǒng)來說，目前這些系統(tǒng)都采用基于IEEE 802.11的無線局域網(wǎng)技術(shù)，但系統(tǒng)的車地通信網(wǎng)絡(luò)都由不同的廠家建設(shè)完成，系統(tǒng)的后期維護都由不同的廠家完成。這都將浪費大量的人力與物力。

(4)系統(tǒng)缺乏可擴展能力

隨著軌道交通自動化的發(fā)展，在現(xiàn)有的獨立建網(wǎng)方案下，這些新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，并不能簡單的在現(xiàn)有系統(tǒng)上進行業(yè)務(wù)的疊加和擴展，勢必又要建立新的車地通信網(wǎng)絡(luò)，增加投資和維護成本。

為了解決上述問題，建立車地綜合承載系統(tǒng)可以提高無線電頻譜的利用率，減少不同廠商或規(guī)格的硬件設(shè)備，減少系統(tǒng)隱患，提高系統(tǒng)可靠性，同時縮短建設(shè)周期，降低投資成本。并且能夠減少設(shè)備投入運行后的維護費用，節(jié)約設(shè)備檢修時間。同時，車地無線通信綜合承載系統(tǒng)能夠預(yù)留充足的接口，為不斷涌現(xiàn)新的業(yè)務(wù)需求提供傳輸通道。

目前，已經(jīng)業(yè)界已經(jīng)將建立城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)提上了日程?，F(xiàn)有技術(shù)中的一種車地通信綜合承載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，但目前的車地綜合承載系統(tǒng)只是將各種不同的業(yè)務(wù)接入到一個網(wǎng)絡(luò)中，各個業(yè)務(wù)的無線頻譜分配并沒有具體的標準。而且，由于CBTC系統(tǒng)對可靠性的要求，需要在同一地點布置兩個無線接入點，目前，CCTV和PIS業(yè)務(wù)只是接入到一個無線接入點中，造成另一個接入點無線資源的嚴重浪費。如圖1所示，車頭的CBTC，

PIS和CCTV業(yè)務(wù)匯聚到一個網(wǎng)，只跟一側(cè)的基站通信。另一側(cè)的基站只給車尾的CBTC使用。這樣的設(shè)計同樣能保證CBTC系統(tǒng)的安全，但是無線資源的分配將變得不合理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種應(yīng)用于城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)的頻譜分配方法，以實現(xiàn)在城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)中進行有效的頻譜分配。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種應(yīng)用于城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)的頻譜分配方法，包括：

將城市軌道交通沿線的物理無線接入點分解成多個虛擬無線接入點；

將城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)中的各個業(yè)務(wù)分別分配一個所述虛擬無線接入點，根據(jù)每個業(yè)務(wù)的接入終端信息將所述物理無線接入點的頻譜分配給各個業(yè)務(wù)對應(yīng)的各個虛擬接入點上。

進一步地，所述的將城市軌道交通沿線的物理無線接入點分解成多個虛擬無線接入點，包括：

將城市軌道交通沿線的物理無線接入點分解成多個虛擬無線接入點，每一個虛擬無線接入點具有不同的SSID服務(wù)集標識，所述多個虛擬無線接入點能夠被城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)占用，虛擬無線接入點的SSID對應(yīng)占用該虛擬無線接入點的業(yè)務(wù)，每一個虛擬無線接入點的頻譜寬度能自由調(diào)整。

進一步地，所述的將城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)中的各個業(yè)務(wù)分別分配一個所述虛擬無線接入點，根據(jù)每個業(yè)務(wù)的接入終端信息將所述物理無線接入點的頻譜分配給各個業(yè)務(wù)對應(yīng)的各個虛擬接入點上，包括：

所有虛擬無線接入點的頻譜由城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)中的中心頻譜控制器統(tǒng)一分配，所述中心頻譜控制器將城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)中的各個業(yè)務(wù)分別分配到不同的虛擬無線接入點上，獲取占用各個虛擬無線接入點的業(yè)務(wù)的接入終端數(shù)目、接入終端業(yè)務(wù)需求和接入終端信道條件信息，根據(jù)業(yè)務(wù)的接入終端數(shù)目、接入終端業(yè)務(wù)需求和接入終端信道條件信息將所述物理無線接入點頻譜分配給各個業(yè)務(wù)對應(yīng)的虛擬接入點上。

進一步地，所述城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)包括CBTC業(yè)務(wù)、PIS業(yè)務(wù)和CCTV業(yè)務(wù)，所述中心頻譜控制器優(yōu)先給所述CBTC業(yè)務(wù)分配頻譜。

進一步地，所述方法還包括：

隨著列車的移動，業(yè)務(wù)的接入終端信息發(fā)生變化，中心頻譜控制器將根據(jù)各個業(yè)務(wù)的接入終端信息變化調(diào)整各個虛擬無線接入點上分配的頻譜。

由上述本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，將各種城市軌道交通業(yè)務(wù)集成到同一個網(wǎng)絡(luò)中，每一種業(yè)務(wù)接入到不同的虛擬無線接入點中。采用集中式頻譜管理，中心頻譜控制器能獲得所有虛擬接入點的接入終端信息，根據(jù)每一個虛擬接入點的接入終端數(shù)目，終端業(yè)務(wù)需求，以及終端信道條件，將每一個物理無線接入點頻譜分配給多個虛擬接入點。利用本發(fā)明實施的頻譜分配方法，能在保證CBTC業(yè)務(wù)需求的前提下，盡可能滿足其他業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種車地通信綜合承載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種虛擬化技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種頻譜分配方法示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。

本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切需要提出一種城市軌道交通綜合業(yè)務(wù)車地通信系統(tǒng)的頻譜分配方法，該方法能在保證CBTC系統(tǒng)業(yè)務(wù)可靠性的同時，更好的提高無線頻譜資源的利用效率。

在本發(fā)明實施例中，綜合承載系統(tǒng)在現(xiàn)有的城市軌道交通基于WLAN的CBTC車地通信系統(tǒng)之上升級改造完成，頻率分配方法能在現(xiàn)有硬件設(shè)備上做適當?shù)能浖壗⒌?，不需要增加新的硬件設(shè)備。

AP在同一地點需要冗余備份，以保證CBTC系統(tǒng)的可靠性，所有的冗余備份無線接入點接入同一個骨干網(wǎng)。所有的城市軌道業(yè)務(wù)，包括CBTC，PIS和CCTV，共用物理網(wǎng)絡(luò)的地面部分，包括同一個骨干網(wǎng)，相同的所有地面無線接入點。

軌道沿線的每一個無線接入點，虛擬成多個無線接入點，每一個虛擬無線接入點具有不同的SSID，該SSID對應(yīng)不同的城市軌道交通不同的業(yè)務(wù)，包括CBTC，PIS和CCTV。所有的虛擬無線接入點的頻譜由中心頻譜控制器統(tǒng)一分配，中心頻譜控制器能獲得所有虛擬接入點的接入終端信息。

本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于城市軌道交通車地綜合承載系統(tǒng)的頻譜分配方法。該頻譜分配方法主要應(yīng)用于城市軌道交通綜合承載系統(tǒng)，其中的系統(tǒng)由CBTC地面設(shè)備、PIS地面服務(wù)器、CCTV地面服務(wù)器、骨干網(wǎng)、無線接入點、車載移動臺、車載PIS播放設(shè)備、車載CBTC設(shè)備和車載攝像頭組成。本發(fā)明提出的頻譜分配方法能在保證CBTC業(yè)務(wù)需求的前提下，盡可能滿足PIS,CCTV等其他業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

為了完成這一目標，本發(fā)明首先利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施能夠跟具體的服務(wù)分離，因而，各種不同的應(yīng)用能夠共享同一個物理的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，同時最大化物理網(wǎng)絡(luò)的利用效率。為本發(fā)明實施例提供的一種虛擬化技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用示意圖如圖2所示，從一個物理的AP中虛擬出三個AP，三個不同的應(yīng)用，CBTC，PIS以及CCTV分別使用不同的虛擬AP(Access Point,地面無線接入點)，但物理上，這三個應(yīng)用都使用的是一個物理AP。車載承載不同業(yè)務(wù)的移動臺只能跟具有相同SSID(Service Set Identifier，服務(wù)集標識)的虛擬AP進行關(guān)聯(lián)和通信，中心頻譜控制器通過對每一個虛擬AP的參數(shù)配置，能完成對虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)配置，包括最重要的頻譜分配。

圖3是本發(fā)明實施例提出的一種頻譜分配方法示意圖，在同一個地點部署兩個地面物理AP，每一個地面物理AP虛擬出三個虛擬AP，分別對應(yīng)CBTC，PIS和CCTV的接入AP。每一列車車頭和車尾各有一套CBTC車載設(shè)備，為了提高CBTC系統(tǒng)的可靠性，車頭和車尾的CBTC設(shè)備只能固定接入同一地點的特定物理AP所包含的CBTC虛擬AP，而不能在同一地點選擇任意一個物理AP接入。在圖3中，車頭CBTC設(shè)備只能接入地面的黑色物理AP，車尾CBTC設(shè)備只能接入地面的白色物理AP。每一列車上只有一個PIS和CCTV移動終端，PIS和CCTV能接入同一地點兩個物理AP所包含的PIS和CCTV的虛擬AP。

本發(fā)明提出的頻譜分配方法是，所有的虛擬無線接入點的頻譜由中心頻譜控制器統(tǒng)一分配管理，中心頻譜控制器能獲得所有虛擬接入點的接入終端信息。然后根據(jù)每一個虛擬接入點的接入終端數(shù)目、終端業(yè)務(wù)需求和終端信道條件，將每一個物理無線接入點頻譜分配給多個虛擬接入點。每一個虛擬無線接入點能占用一個物理接入點的所有頻寬，也可以不占用任何頻寬。

隨著列車的移動，終端的信道條件也隨之變化，中心頻譜控制器將根據(jù)列車位置的移動變化調(diào)整各個虛擬無線接入點的頻譜。原則是在保證CBTC業(yè)務(wù)需求的前提下，盡可能滿足其他業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

綜上所述，本發(fā)明為城市軌道交通綜合車地通信系統(tǒng)設(shè)計了一種頻率資源分配方法。特別的，首先利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，將各種城市軌道交通業(yè)務(wù)集成到同一個網(wǎng)絡(luò)中，每一種業(yè)務(wù)接入到不同的虛擬無線接入點中。本發(fā)明提出的頻譜分配方法采用集中式頻譜管理，該方法適用與現(xiàn)有城市軌道交通系統(tǒng)中針對CBTC系統(tǒng)的冗余設(shè)計，中心頻譜控制器能獲得所有虛擬接入點的接入終端信息。根據(jù)每一個虛擬接入點的接入終端數(shù)目，終端業(yè)務(wù)需求，以及終端信道條件，將每一個物理無線接入點頻譜分配給多個虛擬接入點。

利用本發(fā)明實施的頻譜分配方法，能在保證CBTC業(yè)務(wù)需求的前提下，盡可能滿足其他業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

相比于現(xiàn)有的城市軌道交通車地通信系統(tǒng)解決方案，本發(fā)明能夠大大減少物理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，降低了軌道交通通信系統(tǒng)的投資。同時也降低了后期工程上對設(shè)備的維護費用?，F(xiàn)階段，無線頻譜是非常稀缺的資源，利用本發(fā)明的頻譜分配方法，能夠大大減少城市軌道交通對無線頻譜的需求，為社會節(jié)約了更多的無線頻譜。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。

通過以上的實施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品可以存儲在存儲介質(zhì)中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。