基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法技术

本发明专利技术提供了一种基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法，属于轨道交通通信领域。所述方法基于既有车载终端获取列车实时数据协议TRDP包，进行TDRP<

【技术实现步骤摘要】
基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法


[0001]本专利技术属于轨道交通通信领域，具体涉及一种基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法。

技术介绍

[0002]轨道交通的通信功能和控制系统需要通过通信网络实现。当前列车网络是基于实时以太网的列车网络来保障数据交互；随着智能轨道的实施，传感器和车载设备节点不断增加，有线网络将无法满足通信及控制需求。对于未来的智能轨道，正在考虑采用铁路长期演进(LTE
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R)标准的通信系统；然而，LTE
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R系统的最大带宽仅为20MHz，只能支持Mbps级数据速率，无法满足如实时超高清(UHD)视频传输、列车车厢内的安全闭路电视(CCTV)、列车远程维护、火车站的高数据速率无线卸载等需求；而基于通用无线分组业务(GPRS)的无线数据传输系统，利用GPRS覆盖范围广、低成本的优势实现无线数据传输，但其较低通信速率也无法满足未来智能轨道的需求。5G网络具有高速率、低时延、大连接等特点，为无线通信带来了新的契机，也能够满足轨道交通无线通信系统对高速、低时延的要求。
[0003]轨道交通的通信网络中，车载终端随着列车的移动一直处于运动状态，其性能决定着通信状态的优劣，是关键节点。当前5G车载终端数据的传输主要基于隧道协议，5G车载物联网由5G终端、接入网和核心网组成。接入网和核心网采用TCP/IP协议互联，终端IP地址由核心网独立进行分配。5G终端IP地址分配与列车车载业务终端的TRDP数据包IP地址相互独立，无法直接互通，因此采用隧道协议技术对TRDP数据包进行封装，在两个列车车载业务终端之间建立一个传输隧道，实现列车车载业务终端的数据交互。
[0004]目前常用的隧道协议有一般路由封装(GRE)、链接层隧道协议(Layer Two Tunneling Protocol,L2TP)、点对点隧道协议(Point
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to
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Point Tunneling Protocol,PPTP)、IPSec、多协议标签交换(Multi
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Protocol Label Switching,MPLS)、IPinIP、GTP(GPRS隧道协议)等。在IP组播传输模型中，发送者不关心接收者所处的位置，只要将数据发送到约定的目的地址，剩下的工作就交给网络去完成，网络中的组播设备必须收集接收者的信息，并按照正确的路径实现组播报文的转发和复制，在IP组播的发展过程中，形成了一套完整的协议来完成此任务。常见的组播协议有：组播组管理协议(Internet Group Management Protocol,IGMP)、协议无关组播(Protocol Independent Multicast,PIM)、组播源发现协议(Multicast Source Discovery Protocol,MSDP)、组播边界网关协议MBGP(MultiProtocol Border Gateway Protocol,MBGP)等。
[0005]不同的隧道协议在支持的数据流数量、协议开销程度、服务质量保障能力、数据加密等方面具有不同的特征，若将上述协议应用于未来智能轨道车载终端组网方面，均存在一定的问题。PPTP的特点是速度快，易于安装和使用，几乎所有平台都支持该协议，但是防火墙可以拦截PPTP协议，是最不安全的协议之一，并且该协议不支持QoS。L2TP是一个二层隧道协议，是一种虚拟隧道协议，通常用于虚拟专用网，但是L2TP和IPSec使用面向连接的重叠模型，因此在可扩展性方面存在很多问题；新用户节点的添加、删除和改变都要求重新
设置现存的所有节点。MPLS是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术，但是它将需要公共5G网内部的所有相关路由器都能够支持MPLS，所以这种技术对网络有较为特殊的要求。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本专利技术实施例提供了一种基于5G的轨道交通5G车载终端动态组网方法，提出并创建了T
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GRE隧道协议，实现5G车载终端的5G组播通信，满足列车通信所需的高速率、高可靠性、低时延需求，根据无线通信网络中无线电信号强度的方式来完成5G车载终端(即5G车载终端)的邻居发现与物理拓扑发现，实现了车载终端节点的动态发现，并根据动态发现结果进行组播组成员编组并向T
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GRE服务器上完成组测，实现由点到多的组播通信传输，在支持动态网络感知的同时，实现一个组播中的业务终端互通，减少了人工地址配置和编组。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：
[0008]一种基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法，包括如下步骤：
[0009]步骤S1，以标准以太网协议栈为基础，对列车实时数据协议进行TDRP<
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>5G IP协议转换，为5G轨道交通网络中任意两个设备之间的过程数据和消息数据通信提供有安全保障的端到端数据传输；同时，在5G核心网侧安装T
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GRE服务器，每个5G车载终端与服务器之间建立T
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GRE隧道并与其他5G车载终端建立连接，通过T
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GRE服务器在当前网络环境的所有设备之间打通二层隧道，实现一个组播组中的业务互通；
[0010]步骤S2，根据列车拓扑发现协议，5G轨道交通网络的交换机在网络拓扑结构发生改变后，基于网络感知发现发生变化的节点，并自动与其他网络设备进行协商，并根据新的列车车厢的指令为发生改变的5G车载终端分配一个IP地址；
[0011]步骤S3，对于已发现的节点将列车终端的位置信息、小区ID、上下行信息、速度信息实时上传到T
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GRE服务器上；
[0012]步骤S4，服务器上分析全部列车的上传数据，并对当前网络拓扑结构中所发现的所有节点及本地节点的5G车载终端，基于列车位置信息和5G覆盖区域ID判断列车是否在T
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GRE覆盖区域内；在T
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GRE上建立一个逻辑总线，在服务器对覆盖区域内连接各列车的T
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GRE隧道和逻辑总线上部署逻辑开关，由编组逻辑决定哪些列车可以互通，对于互通的5G车载终端形成一个虚拟广播域，实现TTDP/TRDP报文的互通，实现动态组网。
[0013]作为本专利技术的一个优选实施例，所述TRDP层的报文结构包括四层，从上至下依次为版本及总长度层、标示标志和片偏移层、TTL和协议UDP检验层以及源IP地址和目地IP地址层。
[0014]作为本专利技术的一个优选实施例，所述网络拓扑结构发生改变，包括列车启动时的初始配置改变和列车启动后车厢位置变换发生的配置改变。
[0015]作为本专利技术的一个优选实施例，所述通过配置列车拓扑发现协议，使得5G轨道交通网络的交换机在网络拓扑结构发生改变后自动与其他网络设备进行协商，包括：
[0016]步骤S21，根据列车拓扑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，以标准以太网协议栈为基础，对列车实时数据协议进行TDRP<
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>5G IP协议转换，为5G轨道交通网络中任意两个设备之间的过程数据和消息数据通信提供有安全保障的端到端数据传输；同时，在5G核心网侧安装T
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GRE服务器，每个5G车载终端与服务器之间建立T
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GRE隧道并与其他5G车载终端建立连接，通过T
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GRE服务器在当前网络环境的所有设备之间打通二层隧道，实现一个组播组中的业务互通；步骤S2，根据列车拓扑发现协议，5G轨道交通网络的交换机在网络拓扑结构发生改变后，基于网络感知发现发生变化的节点，并自动与其他网络设备进行协商，并根据新的列车车厢的指令为发生改变的5G车载终端分配一个IP地址；步骤S3，对于已发现的节点将列车终端的位置信息、小区ID、上下行信息、速度信息实时上传到T
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GRE服务器上；步骤S4，服务器上分析全部列车的上传数据，并对当前网络拓扑结构中所发现的所有节点及本地节点的5G车载终端，基于列车位置信息和5G覆盖区域ID判断列车是否在T
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GRE覆盖区域内；在T
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GRE上建立一个逻辑总线，在服务器对覆盖区域内连接各列车的T
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GRE隧道和逻辑总线上部署逻辑开关，由编组逻辑决定哪些列车可以互通，对于互通的5G车载终端形成一个虚拟广播域，实现TTDP/TRDP报文的互通，实现动态组网。2.根据权利要求1所述的基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法，其特征在于，所述TRDP层的报文结构包括四层，从上至下依次为版本及总长度层、标示标志和片偏移层、TTL和协议UDP检验层以及源IP地址和目地IP地址层。3.根据权利要求1所述的基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法，其特征在于，所述网络拓扑结构发生改变，包括列车启动时的初始配置改变和列车启动后车厢位置变换发生的配置改变。4.根据权利要求3所述的基于5G的轨道交通无线车载终端动态组网方法，其特征在于，所述通过配置列车拓扑发现协议，使得5G轨道交通网络的交换机在网络拓扑结构发生改变后自动与其他网络设备进行协商，包括：步骤S21，根据列车拓扑发现协议判断BN节点的状态，若为UNNAMED，转入步骤S22；若为NAMING状态，进入步骤S23；若为NAMED状态，转入步骤S24；步骤S22，在列车上电或复位后进入初始的UNN...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔佳南，韩凯，张晓宁，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：