基于WLAN的列车控制系统中轨旁AP快速切换方法研究

摘要

基于通信的列车控制(CommunicationbasedTrainControl，CBTC)系统通过车-地双向数据通信方式对列车进行控制和监督，增强了列车运行的安全，提高了列车的运输效率，是列车控制系统的一个主要研究方向。基于IEEE802.11标准的无线局域网(WLAN)以其安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展、高移动性等优点，成为CBTC系统中应用最为广泛的车-地通信方式。在目前的城市轨道交通中，采用WLAN承载车-地之间双向连续、大容量通信的CBTC系统，然而其轨旁无线接入点(AccessPoint，AP)呈现出独立的网络实体，且各自为战，互不相干，缺乏统一管理等特点，随着列车速度的提高和无线网络规模的扩大，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。
　　 本文首先简要介绍了基于WLAN的CBTC数据通信系统的结构，详细分析了地面主干网络、轨旁层网络和车载层网络的在基于WLAN的CBTC数据通信系统中的作用和特点。分析了无线局域网三种架构的特征和应用环境，总结了基于WLAN的CBTC系统采用自治式架构面临的主要问题和不足。在此基础上，提出了一种基于无线控制器的CBTC系统架构，在该架构中，轨旁AP由中心层无线控制器统一配置、控制和管理，车-地之间的双向连续、大容量的数据通信由中心层无线控制器和轨旁AP相互作用下共同完成。
　　 其次，基于无线控制器的CBTC系统架构，结合轨旁AP在轨道上分布的特殊性以及无线局域网无线频率资源分配的特点，设计出轨旁AP与列车车载无线终端(STA)之间使用无频率交叉的无线信道，如：1、6、11频道，提出了一种轨旁AP切换时信道选择的算法和STA的认证机制。
　　 最后，本文在OPNETModeler网络仿真软件中，通过建立基于无线控制器的CBTC系统的网络拓扑结构，创建中心层无线控制器、轨旁AP和STA等节点模型，设计了轨旁AP切换算法，仿真实现了轨旁AP切换过程。仿真实验结果表明，本文中提出的思想和算法，有效地减少了轨旁AP切换时延，缩短了列车经过的盲区距离，提高了列车的行车安全。