一种列车无线网络信道分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种列车无线网络信道分配方法，适用于列车车厢内基于IEEE 802.11ac协议的多AP(Access Point,无线接入点)串联的多跳WiFi系统，合理地进行各AP工作信道的分配，以实现最大程度地降低各AP工作信道(频点)之间的同频和邻频干扰，最大化系统吞吐量。同时，本发明专利技术还包括列车车厢WiFi系统各设备的部署方案，即在列车中央部署网关节点和车地无线通信设备，用于列车和地面基站之间的通信。每节车厢内部部署1～2个AP，用于承载车内多用户的接入需求。车厢之间利用无线中继进行无线连接，车厢内AP和车厢无线中继之间采用有线连接。这样为每列车部署单一网关可降低列车WiFi系统的部署成本，同时，车厢间无线中继的引入便于列车的自动编组，不需对现有旧型列车进行改造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，所述无线网络，除基于IEEE802.llac的WiFi和列车 WiFi特殊场景之外，也适用于基于802. 11协议的无线异构网络、无线传感网络、无线个域 网络的频点部署。
技术介绍
随着移动终端种类和业务量的飞速提升，高吞吐量的无线通信网络成为亟待解决 的问题。虽然现有的3G和4G移动网络已经可以极大地满足用户需求，但是在常用交通工 具上，传统蜂窝网用户的用户体验会随着场景的特殊性极大地降低。为此，目前公交车和高 速铁路上均开始逐步引进易部署、低成本的WiFi系统作为传统蜂窝网接入的业务卸载或 补充技术。目前，铁路客运是人口流动的主要运输方式，旅客无线接入业务较多为实时性较 低、吞吐量需求较高的视频和音频等流媒体业务，合理部署列车车载WiFi系统就成为满足 旅客业务需求、提高铁路客运的竞争力的一种手段。目前，为了降低密集型WiFi网络中不同终端间的无线电干扰水平，并提高无线通 信网络的整体吞吐性能，国内外学者提出了很多WiFi系统的信道分配方案，其中一部分方 案采用静态信道分配方法，即各AP激活后固定工作在事先设定的信道。不同的静态信道分 配方法有各自的局限性，例如，有些只适用于小型WiFi网络不适用于密集型WiFi网络，而 另一些静态分配所选择的工作信道间隔没有加以限制，存在信道间隔太小、干扰较高的缺 点。另一方面，对于不同的通信场景和业务需求，没有考虑发送功率和信道带宽对系统性能 的影响。 现有的方案中有根据实时无线传输信道状态信息、业务排队状态、接收信 号信噪比、接收信号强度指示（RSSI)等信息，实时地调整AP的发送功率或工作信道。 这类动态信道分配方案需要AP和终端站点（Station，STA)之间频繁地进行信令交互；除此 之外，需要频繁地调整发送功率和切换工作信道，这些都会导致用户接入不稳定和业务中 断系等问题。 通过对现有专利及相关技术的检索发现，现有的多APWiFi系统的频点分配方法 包括： (1)文献提出了一种基于802.lib协议的家庭网络（如图1)的信道选择方 法，在房间3中放置一个路由器，通过有线方式连接房间1/2/4中的多个AP，再由AP向STA 提供无线接入。 文献中根据信道间相关系数因子（CRC)和信道上接收到的干扰信号功率来计算 干扰功率，并选择总干扰最小的信道作为新激活AP的工作信道。计算给定信道上的干扰功 率等于所有信道上可识别的所有AP的干扰信号功率加和，即：其中： Pn_INT代表给定信道η干扰信号功率； X代表信道号； Μχ信道X上能识别出的ΑΡ的数量； Pkx代表信道X上可识别的APk的干扰信号功率； CRCZ代表其他信道上干扰信号功率与目标信道目标信号功率的相关系数； Z代表信道间隔，Z=n-x。 (2)当前研究中，对于无线信道干扰的动态调节主要有两种方式：动态调节发送 功率和工作信道带宽。 通过对AP发送功率的动态调节可以实现覆盖范围的调整，进而达到干扰避免的 目的。文献中提出了AP端发送功率动态调节的方法，该方法基于无线链路占用情况， 预先设定最大和最小的信道占用情况。当有无线数据传输时，在一段测量时间内，比较此时 信道占用情况与事先设定的最大信道占用情况的大小，若大于最大信道占用情况，也就是 说业务需求较大，则增加AP的发送功率，进一步提高系统性能。否则，将其与最小信道占空 比进行比较，若小于最小信道占用情况，则减小AP端的发送功率，使其对业务量大、信道占 用严重的其他AP的干扰最小。若信道占用情况在最大和最小值之间，则传输功率不发生变 化。 动态的信道带宽分配方法也是干扰协调的一种常用方法，在文献中提出了一 种基于802.llac的信道绑定机制的动态频率选择方法。在该方法中设定优等信道阈值，信 道质量优于阈值的信道优先使用。AP优先选择某一优等信道作为工作信道，当某条信道传 输质量下降，方法再根据信道情况进行工作带宽的调整。例如有多个80MHz的信道空闲， 则从中挑选信道质量优于阈值的信道进行传输，在数据传输量较大的时候便可以进行信道 绑定，在该80MHz的信道上进行数据传输；如果其中某个或某些20MHz信道不空闲，没有 80MHz信道空闲，则寻找40MHz的空闲信道，以此类推，最后才考虑单个20MHz的信道。这种 方法需要同时考虑到信道本身质量和周围信道空闲两种因素。 (3)文献总结了高速铁路无线通信关键技术的未来发展趋势，并提出为列车 旅客提供基于WiFi的列车旅客无线通信系统。现有的高速旅客列车是在新型动车组（共 4节车厢）上部署的基于802. 1In协议的WiFi系统，每节车厢均有各自的网关节点，固定工 作在不相邻的40MHz信道上（如图2)。这种部署方式可以以较小的邻频干扰部署在车厢数 目少的新型动车组上。 上述现有技术（1)中，在计算干扰信号功率的时候，直接使用的各干扰AP的发送 功率，没有考虑由于物理距离而产生的信号强度衰减，而高速列车车厢连接处车门对干扰 信号会有较大的衰减作用，并不适合本专利技术的场景；在分配信道时，所有信道号均可用来分 配给AP使用，信道之间并未做到很好的隔离，同频和邻频干扰较大；相对于802.llac协议， 802.lib协议标准的信道数更少，非重叠信道个数更少。另外，802.lib仅有20MHz的信道 带宽，相比于802.llac，信道带宽选择不灵活；只针对当网络中有新加入的AP时，选择其最 佳工作信道，但未考虑新AP加入对其他已激活AP的影响，并未重新对网络整体进行规划； 该信道分配技术属于家庭网络的静态信道分配方案，针对不同的业务量和信道条件，并没 有考虑不同工作带宽下，信道分配方案对于系统吞吐量性能的影响。 上述现有技术（2)中，信道的重新分配存在时延，所依据的链路状态可能存在过 期问题；信道进行切换时，需要将连接的STA断开，这样极易造成接入不稳定、业务中断和 数据丢失等问题。 上述现有技术（3)中，随着编组车厢数目的增多，为每节车厢独立部署网关成本 较高；为节约成本，减小网关部署个数，需要在车厢之间引入有线连接电缆，而有线连接电 缆不便于高速列车进行自动编组；802.lln协议的相关技术可能无法满足车厢内密集用户 的上网需求，该部署方案仅适用于列车车厢数目较少的情况，若车厢数目增多，频点分配也 会随之密集，会导致同频和邻频干扰情况加剧。 参考文献 ETSIstandardΕΝ301893V1. 7. 0,BroadbandRadioAccess Networks(BRAN) ；5GHzhighperformanceRLAN；HarmonizedENcoveringtheessential requirementsofarticle3. 2oftheR&TTEDirective,2012. L.Georgiadis,M.Neely,andL.Tassiulas,Resourceallocationand crosslayercontrolinwirelessnetworks,FoundationsandTrendsinNetworking,v ol. 1,no. 1,pp. 1-144,Apr. 2006 VivekShrivastava,D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列车无线网络信道分配方法,为在选定部署的基于IEEE 802.11ac协议的WiFi系统的列车通信设备上提供信道选择，根据部署AP的个数、AP间物理距离、可用信道个数、发送功率大小、工作信道带宽大小参数制定信道分配方案,包括如下的步骤:(1)根据AP的地理位置，如从车头到车尾，依次为各AP编号。并将所有AP加入到待分配信道的AP集合A中；然后，为所有AP初始化相同的工作信道，并计算每一个AP受到的总干扰，作为每一个AP的干扰权重；(2)根据每个AP的干扰权重，将待分配集合A中的AP进行排序，选取干扰最大的AP节点，设定其优先权最高；对于干扰权重相等的AP，则选取AP序列号最小的，设定其优先权最高；(3)对优先权最高的AP，计算其工作在任意可用信道时，所接收的同频和邻频总干扰值，将其受到总干扰最小的信道分配给该AP作为其工作信道，并将该AP从待分配集合A转移到已分配集合Q；如果待分配集合中仍有剩余元素，则重复(2)，否则，执行(4)；(4)如果系统中每一个AP的干扰权重都趋于稳定，则方法结束；否则，清空已分配集合Q，将所有AP加入到待分配集合A中，并重复(2)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇，方旭明，赵亚伟，郑玉鑫，冯亚雄，
申请(专利权)人：西南交通大学，中国铁路总公司，
类型：发明
国别省市：四川;51