專利名稱：面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)的可信傳輸系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)的可信 傳輸系統(tǒng)及方法。
技術(shù)背景隨著國內(nèi)外軌道交通的快速發(fā)展，車地間無線通信逐漸成為各國列車控制系統(tǒng)發(fā)展的目 標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。歐洲列車控制系統(tǒng)(ETCS)是歐洲多個(gè)國家制定的共同規(guī)范；ETCS2是一種基于無 線數(shù)據(jù)通信的列車控制系統(tǒng)，目前己經(jīng)投入使用。2002年12月，在我國召開的國際鐵路聯(lián)盟 (UIC)大會上，鐵道部宣布發(fā)展中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS)的規(guī)劃；其中，CTCS3-4是 基于無線通信的列車方式，標(biāo)志了我國列車控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。軌道交通中的無線數(shù)據(jù)通信為列車控制提供了基本通信保障，因此，可信的車地?zé)o線數(shù) 據(jù)傳輸技術(shù)是軌道交通領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。軌道交通無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚判灾饕齻€(gè) 方面的內(nèi)容低誤碼率、低誤傳率和低誤讀率；其中低誤讀率是可信傳輸?shù)暮诵膬?nèi)容。當(dāng)前 各國的無線數(shù)據(jù)傳輸研究主要集中在基于特定無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的低誤碼率方面，缺少面向 低誤傳率及低誤讀率的車地?zé)o線數(shù)據(jù)可信傳輸技術(shù)方案。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)的可信傳輸系統(tǒng)及方法。主要為 了提高軌道交通車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚判?，確保軌道交通的無線通信安全，為軌道交通各 類基于通信的控制系統(tǒng)的發(fā)展提供保障。本發(fā)明的工作原理是針對無線數(shù)據(jù)傳輸在可信性不同方面的要求，采用分層次數(shù)據(jù)傳 輸結(jié)構(gòu)，使傳輸控制模塊獨(dú)立于具體的物理層傳輸技術(shù)。在保證無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚判苑矫妫?采用發(fā)送數(shù)據(jù)自檢機(jī)制確保低誤傳率；采用建立區(qū)域-時(shí)間段與信號指令映射關(guān)系表的方法保 證低誤讀率。根據(jù)軌道交通在不同區(qū)域不同時(shí)間段內(nèi)表現(xiàn)的特征差異，采用模糊聚類方法對 數(shù)據(jù)信號指令進(jìn)行分類，并在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)附帶增加此類分類識別字段，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)?誤讀率。根據(jù)上述的工作原理，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下(1) 采用層次結(jié)構(gòu)清楚的體系結(jié)構(gòu)，便于模塊及功能劃分；整體分為地面部分和車載移 動部分，每一個(gè)部分包含數(shù)據(jù)傳輸模塊和傳輸控制模塊；(2) 采用獨(dú)立的移動數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)傳輸設(shè)備與系統(tǒng)傳輸控制模塊之
間連接，使數(shù)據(jù)傳輸模塊獨(dú)立于傳輸控制模塊，即在所描述的可信傳輸模塊中不涉及具體的 物理層傳輸技術(shù)；(3) 在保證低誤傳率方面，車載和地面部分設(shè)立了 "數(shù)據(jù)自檢模塊"，對任何即將發(fā)送 的數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過系統(tǒng)的自檢操作完成對待發(fā)送數(shù)據(jù)的確認(rèn)，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡驼`傳率；(4) 通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，針對軌道交通在不同區(qū)域和不同時(shí)間段內(nèi)運(yùn)營特點(diǎn)，增加 對車地?zé)o線數(shù)據(jù)通信的特征描述，采用基于模糊聚類的方法對信號指令進(jìn)行分類，獲得不同 區(qū)域不同時(shí)間段特征下的指令集合。所述獲得不同區(qū)域不同時(shí)間段特征下的指令集合是將軌道交通車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸按區(qū)域 和時(shí)間段特征劃分為不同的子集，并據(jù)此建立區(qū)域-時(shí)間段與信號指令的映射關(guān)系表，使得在 特定類型的區(qū)域和時(shí)間段內(nèi)，復(fù)雜的高維無線數(shù)據(jù)傳輸特征被映射到簡單的線性空間內(nèi)，將 車地間無線數(shù)據(jù)通信限定在各個(gè)子集的范圍內(nèi)，提高無線數(shù)據(jù)通信的可信性。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)增加"附加指令信息"字段，用于輔助對方讀取指令，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡?誤讀率。區(qū)域一時(shí)間段與信號指令映射關(guān)系表在數(shù)據(jù)傳輸開始之前建立，車載與地面部分共 同維護(hù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用獨(dú)立的物理層數(shù)據(jù)傳輸模塊，使傳輸控制模塊無需關(guān)心具體的物 理傳輸技術(shù)，便于實(shí)施可信無線數(shù)據(jù)傳輸控制方法；數(shù)據(jù)發(fā)送前進(jìn)行自檢操作，確保數(shù)據(jù)傳 輸?shù)牡驼`傳率接收到數(shù)據(jù)后根據(jù)區(qū)域一時(shí)間段與信號指令映射關(guān)系表讀取其中的附加字段 和指令，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`讀率。以上三個(gè)方面有力的保證了軌道交通車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?可信性。


圖1是車地?zé)o線數(shù)據(jù)可信傳輸基本體系架構(gòu)。 圖2是發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的流程圖具體實(shí)施方式
圖1中描述了面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)可信傳輸技術(shù)的基本體系結(jié)構(gòu)，采用獨(dú)立的 物理層數(shù)據(jù)傳輸模塊，使所述的可信傳輸方法獨(dú)立于具體的物理網(wǎng)絡(luò)具有更好的普適性；系 統(tǒng)由車載移動部分和地面部分構(gòu)成，每部分都包括各自的傳輸控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。其中車載移動部分的組成如下傳輸控制模塊包括區(qū)域一時(shí)間段與信號指令映射關(guān)系表101，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊102， 移動數(shù)據(jù)中心103，數(shù)據(jù)傳輸程序104，發(fā)送數(shù)據(jù)自檢模塊105，數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)邏輯106; 數(shù)據(jù)傳輸模塊包括獨(dú)立移動數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備/程序107; 地面部分的組成如下 傳輸控制模塊包括數(shù)據(jù)傳輸程序109，發(fā)送數(shù)據(jù)自檢模塊IIO，區(qū)域一時(shí)間段與信號指 令映射關(guān)系表lll，集中數(shù)據(jù)處理模塊112，后臺/地面數(shù)據(jù)中心113; 數(shù)據(jù)傳輸模塊包括獨(dú)立地面數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備/程序108;在數(shù)據(jù)發(fā)送部分，增加"發(fā)送數(shù)據(jù)自檢模塊"，用于對待發(fā)送的進(jìn)行自檢，確保發(fā)送數(shù)據(jù) 的低誤傳率；在數(shù)據(jù)接收與處理部分，采用"區(qū)域-時(shí)間段與信號指令映射關(guān)系表"對附加信 息字段與信號指令進(jìn)行校驗(yàn)確保不會發(fā)生信號指令的誤讀。圖2中簡要說明了數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，整體上分為發(fā)送數(shù)據(jù)201和接收數(shù)據(jù)206兩部分。發(fā)送數(shù)據(jù)部分包括如下步驟1. 生成發(fā)送數(shù)據(jù)2022. 發(fā)送數(shù)據(jù)自檢2033. 對照"映射關(guān)系表"添加附加信息字段2044. 提交至數(shù)據(jù)傳輸模塊205 接收數(shù)據(jù)部分包括如下步驟1. 接收來自數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)2072. 對照"映射關(guān)系表"讀取附加信息字段2083. 讀取相應(yīng)指令字段209 4對兩者進(jìn)行匹配2105. 轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理模塊211發(fā)送數(shù)據(jù)部分進(jìn)行待發(fā)送數(shù)據(jù)的自檢，并根據(jù)"映射關(guān)系表"添加附加信息字段；在數(shù) 據(jù)接收與處理部分，需要讀取附加信息字段和信號指令，并根據(jù)"映射關(guān)系表"對兩者進(jìn)行 校驗(yàn)處理；當(dāng)校驗(yàn)失敗時(shí)，會調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，發(fā)送指令要求重發(fā)或確認(rèn)。
權(quán)利要求
1. 一種面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)的可信傳輸系統(tǒng)，由車載/移動部分和地面部分構(gòu) 成，每部分都包括各自的傳輸控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，其特征在于所述車載/移動部分的組成如下傳輸控制模塊包括區(qū)域一時(shí)間段與信號指令映射關(guān)系表(101),實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊(102)，移動數(shù)據(jù)中心(103)，數(shù)據(jù)傳輸程序(104)，發(fā)送數(shù)據(jù)自檢模塊(105)，數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)邏輯(106);數(shù)據(jù)傳輸模塊包括獨(dú)立移動數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備/程序(107); 所述地面部分的組成如下傳輸控制模塊包括數(shù)據(jù)傳輸程序(109)，發(fā)送數(shù)據(jù)自檢模塊(110),區(qū)域一時(shí)間段與 信號指令映射關(guān)系表(111)，集中數(shù)據(jù)處理模塊(112)，后臺/地面數(shù)據(jù)中心(113); 數(shù)據(jù)傳輸模塊包括獨(dú)立地面數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備/程序(108);上述數(shù)據(jù)發(fā)送部分增加的發(fā)送數(shù)據(jù)自檢模塊(105)、 (110)對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)；在無 線數(shù)據(jù)傳輸方面，采用獨(dú)立的移動數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)傳輸設(shè)備與系統(tǒng)傳輸控 制模塊之間連接，使數(shù)據(jù)傳輸模塊獨(dú)立于傳輸控制模塊，即在所描述的可信傳輸模塊中不涉 及具體的物理層傳輸技術(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)的可信傳輸系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)軌道交通在不同區(qū)域和不同時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行特征，采用一種基于模糊聚類(Fuzzy Clustering)的方法將車地間無線數(shù)據(jù)傳輸指令進(jìn)行分類，即針對軌道交通在不同區(qū)域和不 同時(shí)間段內(nèi)運(yùn)營特點(diǎn)增加對車地?zé)o線數(shù)據(jù)通信的特征描述，將軌道交通車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸按 區(qū)域和時(shí)間段特征劃分為不同的子集，建立所述的區(qū)域一時(shí)間段與信號指令映射關(guān)系表 (101)、 (111)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向軌道交通的車地間無線數(shù)據(jù)的可信傳輸系統(tǒng)，其特征 在于，所述車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸是將無線數(shù)據(jù)傳輸分為數(shù)據(jù)傳輸部分和傳輸控制部分；數(shù)據(jù)傳 輸部分主要是指物理層的無線數(shù)據(jù)傳輸功能，提供低誤碼率的保證；傳輸控制結(jié)構(gòu)包括針對 低誤傳率和低誤讀率采取分層架構(gòu)的各種措施。
4. 一種面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)的可信傳輸方法，其特征在于該方法是發(fā)送數(shù)據(jù) 部分在發(fā)送數(shù)據(jù)前進(jìn)行待發(fā)送數(shù)據(jù)的自檢，并根據(jù)"映射關(guān)系表"添加附加信息字段；在數(shù) 據(jù)接收與處理部分，需要讀取附加信息字段和信號指令，并根據(jù)"映射關(guān)系表"對兩者進(jìn)行 校驗(yàn)處理；當(dāng)校驗(yàn)失敗時(shí)，會調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，發(fā)送指令要求重發(fā)或確認(rèn)；所述數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程分為發(fā)送數(shù)據(jù)(201)和接收數(shù)據(jù)(206)兩部分； 所述發(fā)送數(shù)據(jù)部分包括如下步驟1) 生成發(fā)送數(shù)據(jù)(步驟202)，2) 發(fā)送數(shù)據(jù)自檢(步驟203)，3) 對照"映射關(guān)系表"添加附加信息字段(步驟204)，4) 提交至數(shù)據(jù)傳輸模塊(步驟205); 接收數(shù)據(jù)部分包括如下步驟1) 接收來自數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)(歩驟207)，2) 對照"映射關(guān)系表"讀取附加信息字段(步驟208)，3) 讀取相應(yīng)指令字段(步驟209)，4) 對兩者進(jìn)行匹配(步驟210),5) 轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理模塊(步驟211)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)的可信傳輸方法，其特征在 于,所述對兩者進(jìn)行匹配步驟210用于控制是否進(jìn)行下一步的轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理模塊步驟211，如 果匹配則轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理模塊步驟211，否則會調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)送數(shù)據(jù)部分，發(fā)送指令要求重發(fā) 或確認(rèn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域的一種面向軌道交通的車地?zé)o線數(shù)據(jù)的可信傳輸系統(tǒng)及方法。目的在于提高軌道交通車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚判?。整體分為地面部分和車載/移動部分，每部分包含數(shù)據(jù)傳輸模塊和傳輸控制模塊；采用獨(dú)立的移動數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)傳輸設(shè)備與傳輸控制模塊的連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊獨(dú)立于傳輸控制模塊；車載和地面部分設(shè)立數(shù)據(jù)自檢模塊，對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，以確保低誤傳率；通過分析歷史數(shù)據(jù)，采用模糊聚類的方法將信號指令分類，根據(jù)不同區(qū)域不同時(shí)間段特征下的指令集合建立區(qū)域一時(shí)間段與信號指令的映射關(guān)系表，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)增加“附加指令信息”字段，用于輔助對方讀取指令，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡驼`讀率。
文檔編號H04L1/00GK101145888SQ20071012081
公開日2008年3月19日 申請日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日
發(fā)明者杰 徐, 柴園園, 王艷輝, 勇 秦, 蔡國強(qiáng), 賈利民 申請人:北京交通大學(xué)