CN102833874A

CN102833874A - 一种交通工具和路旁设备的通信方法以及通信系统

Info

Publication number: CN102833874A
Application number: CN2011101580496A
Authority: CN
Inventors: 田继锋; 马蒂亚斯·兰珀
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-06-13
Also published as: DK2705693T3; CN102833874B; ES2619623T3; EP2705693B1; WO2012171870A1; EP2705693A1

Abstract

本发明公开了一种交通工具和路旁设备的通信方法以及通信系统。具体地，该方法包括：为设置在所述路旁设备的多个第一通信单元分配相同的第一媒体接入控制MAC地址；当所述交通工具行驶到靠近所述路旁设备时，触发设置在所述交通工具上的多个第二通信单元监听所述第一通信单元发出的信标信号；当任一个第二通信单元监听到的信标信号的强度大于预先设置的门限值时，该第二通信单元向所述第一MAC地址发出请求，建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接。

Description

一种交通工具和路旁设备的通信方法以及通信系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤指一种交通工具和路旁设备的通信方法以及通信系统。

背景技术

随着城市化的进程，越来越多的人选择公共交通系统出行，这意味着人们将有更多时间在交通工具上度过，比如在地铁系统度过。另一方面，随着多媒体技术的提高，高清晰度视频等多媒体内容越来越受欢迎。因此，对于大容量多媒体服务，比如地铁系统上的高清晰度视频等，将有较大的需求。也即，需要在客运信息系统(PIS，Passenger Information System)中进行大容量多媒体广播。

考虑到无线局域网(WLAN)技术已经被广泛地用在地铁系统的PIS中，通过无线传输如此大容量的多媒体内容，特别是当列车处于行驶状态时，是一个很大的挑战。需要指出，列车在行驶中会频繁地发生切换，从而导致信号中断，对吞吐量产生不利影响。在列车行驶期间保持持续、高速的无线数据连接需要昂贵的路旁基础设施，因为必须在整个轨道旁部署合适的接入点进行全程跟踪，这给设备、布线、安装和维护等均带来较高的成本。

可缓解上述问题的一种解决方案是在车站的站台周围部署多个接入点(AP，access point)，而不必在整个轨道旁都部署AP，并在列车这一侧部署多个客户端(Client)，所述多个客户端在列车停靠在站台的时间内被激活。与列车和路旁设备之间保持持续的数据链路不同的是，该解决方案中数据是在较短时间间隔内以较高速率在列车和路旁设备之间进行交换并存储在列车上以供旅途之用。在停靠时间内，大量的多媒体内容通过多个AP和多个客户端之间的多条数据链路从站台上的服务器传输到列车上的存储器。所有内容都存储在列车上，并在列车行驶期间以正常速度离线播放给乘客观看。这种方法虽然会带来一些节目上的延迟，但是这一延迟是可以容忍的，因为两个连续车站之间的时间间隔通常只有几分钟。当然，还可以提出与该解决方案相比更为优化的交通工具和路旁设备的通信方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出一种通信方法以及系统，以便对交通工具与路旁设备的通信进行优化。

具体地，本发明的技术方案是这样实现的：

一种交通工具与路旁设备的通信方法，包括：

为设置在所述路旁设备的多个第一通信单元(102)分配相同的第一MAC地址；

当所述交通工具行驶到靠近所述路旁设备时，触发设置在所述交通工具(101)上的多个第二通信单元(103)监听所述第一通信单元(102)发出的信标信号；

当任一个第二通信单元(103)监听到的信标信号的强度大于预先设置的门限值时，该第二通信单元(103)向所述第一MAC地址发出请求，建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接。

该方法进一步包括：

为所述多个第二通信单元(103)分配相同的第二MAC地址，所述第二MAC地址不同于所述第一MAC地址；

在所述交通工具与所述路旁设备建立通信连接后，所述第一通信单元(102)将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址。

该方法进一步包括：所述第二通信单元(103)接收目的地址为所述第二MAC地址的数据。

所述第一通信单元将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址包括：

当所述交通工具停靠在所述路旁设备时，每个第一通信单元按照第一传输速率将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址；

当所述交通工具相对于所述路旁设备移动时，每个第一通信单元按照第二传输速率将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址；

其中，所述第二传输速率小于所述第一传输速率。

所述第一通信单元为无线局域网WLAN接入点，所述第二通信单元为WLAN客户端。

一种通信系统，包括：

设置有多个第一通信单元(102)的路旁设备；其中，所述多个第一通信单元分配有相同的第一MAC地址；以及

设置有多个第二通信单元(103)的交通工具(101)；其中，所述多个第二通信单元用于当所述交通工具行驶到靠近所述路旁设备时，监听所述路旁设备发出的信标信号(202，301，302)；

当任一个第二通信单元(103)监听到的信标信号的强度大于预先设置的门限值时，该第二通信单元(103)向所述第一MAC地址发出请求，建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接(203，303，304，305)。

所述多个第一通信单元用于：在所述交通工具与所述路旁设备建立通信连接后，将分配给自身的待传输数据发送给第二MAC地址(306)；其中，所述多个第二通信单元分配有相同的第二MAC地址，所述第二MAC地址不同于所述第一MAC地址。

所述第二通信单元进一步用于：接收目的地址为所述第二MAC地址的数据。

所述第一通信单元用于：

当所述交通工具停靠在所述路旁设备时，按照第一传输速率将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址；

当所述交通工具相对于所述路旁设备移动时，按照第二传输速率将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址；

其中，所述第二传输速率小于所述第一传输速率。

所述交通工具进一步包括：控制单元，用于对所述多个第二通信单元的电源的开启和/或关闭进行控制。

一种交通工具与路旁设备的通信方法，包括：

当所述交通工具行驶到靠近所述路旁设备时，设置在所述交通工具(101)上的多个第二通信单元(103)监听设置在所述路旁设备的多个第一通信单元(102)发出的信标信号；

当任一个第二通信单元(103)监听到的信标信号的强度大于预先设置的门限值时，该第二通信单元(103)向第一MAC地址发出请求，用于建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接；

其中，所述第一MAC地址为所述多个第一通信单元(102)共用。

该方法进一步包括：在所述通信连接建立后，所述多个第二通信单元(103)接收目的地址为第二MAC地址的数据；

其中，所述第二MAC地址不同于所述第一MAC地址，且所述第二MAC地址为所述多个第二通信单元(103)共用。

一种交通工具与路旁设备的通信方法，包括：

第一通信单元A接收到第二通信单元A发送的建立连接的请求，该请求用于建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接，其中所述第一通信单元A为设置在所述路旁设备上的多个第一通信单元(102)中的一个，所述多个第一通信单元共用第一MAC地址，所述第二通信单元A为设置在所述交通工具上的多个第二通信单元(103)中的一个，所述多个第二通信单元共用第二MAC地址；

在所述连接建立后，所述第一通信单元A向进入其覆盖范围的任一第二通信单元以所述第二MAC地址为目的地址发送数据。

由上可见，本发明提供的交通工具和路旁设备的通信方法以及通信系统更为优化，易于交通工具和路旁设备建立通信连接。

下文将以明确易懂的方式通过对实施例的说明并结合附图来对本发明上述方案、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

图1为本发明一个实施例中为交通工具与路旁设备的通信提供的多AP多客户端解决方案；

图2为本发明一个实施例中交通工具与路旁设备通信的方法流程图；

图3为本发明一个实施例中交通工具与路旁设备进行通信的具体实现图；

图4a-图4d为本发明一个实施例中基于客户端和/或接入点捆绑的多AP多客户端通信的过程示例图。

具体地，上述附图中使用的参考符号如下：

列车101、一个或多个接入点(AP)102、一个或多个客户端103、部署在AP的天线104、部署在客户端的天线105。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

在实际使用中发现，现有应用在交通工具(比如列车)停靠后才开始执行无线链路建立以及数据传输，停靠期间的数据传输时间较短，这给无线传输带来很大的挑战。本发明实施例通过加快列车进入站台时的连接建立过程，来增加交通工具与路旁设备之间可用的数据传输时间，从而优化列车和站台之间的数据交换。具体地，本发明实施例提出一种基于媒体接入控制(MAC，Media Access Control)地址捆绑的机制，以便缩短多AP和多客户端之间的连接建立时间，以及充分利用列车的进站时间、停靠时间、出站时间等提高数据传输的效率。

在本发明一个具体实现中，列车101停靠在站台上时，AP 102、客户端103及二者的天线104和105部署如图1所示，其中天线104和天线105可以为定向天线。此时，AP和对应的客户端(构成一个AP/客户端对)之间的距离很短，并且多个AP/客户端对的数据链路并不相互干扰。因此，所有的AP/客户端对可以工作在同一个频率。在本发明实施例提供的通信方法中，多个涉及大容量传输的AP被捆绑到同一个第一MAC地址(可表示为MAC_AP)，设置在列车上的多个客户端被捆绑到同一个第二MAC地址(可表示为MAC_Cli)。比如，本发明实施例为了在地铁系统中进行高清晰度视频传输，执行基于虚拟MAC地址的接入点MAC地址捆绑，或客户端MAC地址捆绑。每个客户端在一个时间内只接收来自一个AP的信号。同样地，每个AP在一个时间内只接收来自一个客户端的信号。因此，虽然多个AP或多个客户端都共用MAC地址，同一个客户端(或AP)不可能接收来自不同AP(或客户端)的数据包而导致数据接收混乱。进一步地，还可在列车上设置与多个客户端连接的控制单元，以便进行客户端控制。

图2为本发明一个实施例中交通工具与路旁设备的通信方法流程示意图，包括：

步骤201：在路旁设备设置有多个第一通信单元，为所述多个第一通信单元分配相同的第一媒体接入控制(MAC)地址。

步骤202：在交通工具上设置有多个第二通信单元，当所述交通工具行驶到靠近所述路旁设备时，触发所述第二通信单元监听所述路旁设备发出的信标信号。

步骤203：当任一个第二通信单元监听到的信标信号的强度大于预先设置的门限值时，该第二通信单元向所述第一MAC地址发出请求，建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接。

在本发明一个具体实现中，第一通信单元为无线局域网(WLAN)接入点，第二通信单元为WLAN客户端。

具体地，本发明实施例的通信过程如图3所示：

在步骤301中，列车进入站台，控制单元为多个客户端上电。该步骤中，可根据现有方法判断出列车是否进入站台，此处不再赘述。

在步骤302中，上电后的客户端切换到指定信道，监听信标(beacon)信号，向控制单元报告信号强度。

在步骤303中，当任何一个客户端接收到信标信号的强度足够强时，比如大于预设的信标信号强度门限值，关联过程启动。具体地，从指定服务集标识(SSID，service set identifier)接收到信标信号的客户端发出关联请求信号，该关联请求信号发往MAC_AP。在本发明一个具体实现中，可以由客户端自行判断信标信号的强度是否足够强，也可以由控制单元进行上述判断并通知相应客户端。

在步骤304中，当某个AP接收到关联请求信号后，将返回关联响应信号。

在步骤305中，执行认证过程，该认证过程类似于关联过程。需要指出，上述步骤302-305为连接建立过程。

在步骤306中，认证完成，开始数据传输。与连接建立过段不同的是，在数据传输过程中，不同的AP传输不同的数据。

在步骤307中，列车离开站台，上述客户端都失去信标信号。此时，控制单元将关闭这些客户端的电源。

可以看出，本发明实施例提供的通信过程可分为3个阶段：

(1)连接建立阶段：多个AP在连接建立过程中采用相同的MAC地址(比如MAC_AP)工作，多个客户端也采用相同的MAC_Cli工作，参见图4a。

(2)列车停靠期间的数据传输阶段：不同的AP传输不同的数据到同一目的地址，参见图4c。在该阶段，数据采用第一传输速率在列车与站台之间传输。在一个具体实现的示例中，第一传输速率可为列车与站台之间允许的最高传输速率。在一个具体实现中，可根据列车的运动速度来判断列车是否已停靠在站台上，比如列车进站后当其运动速度降为0或降为接近0的较小取值时就表明该列车已停靠在站台上。

(3)列车非停靠期间的数据传输阶段：不同的数据分配给不同的AP进行传输，其目标MAC地址是相同的，即为MAC_Cli。如果任意一个客户端移动到任意一个接入点的覆盖区域，传输就会成功。否则，传输失败，需要重传，此处可采用WLAN设备常用的重传机制。

需要指出，非停靠期间包括列车停靠在站台前的减速期间(比如列车的进站时间)，如列车从图4a所示位置移动到图4c所示位置的期间，还可以包括列车启动离开站台时的加速期间(比如列车的出站时间)，如列车从图4c所示位置移动到图4d所示位置的期间。在非停靠期间，信号不够稳定，可能无法保证最高传输速率，因此列车与站台之间可以采用低于最高传输速率的第二传输速率进行数据传输。一般情况下，第二传输速率低于第一传输速率。

进一步地，图4a-图4d示出本发明一个具体实现的示例。

1)当列车进入站台，所有的客户端上电，开始监听信标。当客户端1(表示为C1)接收到的信标信号强度足够强时，表明C1进入AP1的覆盖范围，如图4a所示，则开始连接建立过程。在正常情况下，AP1为列车进站后能够监测到的首个接入点，C1为设置在列车上沿其行驶方向的首个客户端，C1和AP1代表所有的客户端和所有的接入点来完成连接建立过程，包括关联和认证。在图4a中，C1和AP1已经正对，二者之间的距离最小。在实际应用中，可根据具体需要对信标信号强度门限值进行设置，从而在到达图4a所示的位置之前就可以开始连接建立过程。

2)在连接建立后，开始数据传输。需要采取一定的数据分配机制将数据分配给不同的接入点，比如可参考现有技术进行上述分配。其中，自适应分配方案是一种可用的机制，比如执行较多重传的AP分配到的数据较少。所以，如图4b所示，当列车移动时，AP3由于重传较多几乎没有获得数据，而AP1和AP2相对而言分配到更多的数据。列车移动过程中，在接收方以C1为例，其始终从MAC_AP接收数据。具体地，当C1处于AP1的覆盖范围时，C1从AP1接收数据；当C1处于AP2的覆盖范围时，则从AP2接收数据。在发送方以AP1为例，其始终向MAC_Cli发送数据。具体地，当C1处于AP1的覆盖范围时，AP1的数据发送到C1；当C2处于AP1的覆盖范围时，AP1的数据发送到C2。

3)当列车停下时，所有的AP和客户端如图4c所示互相正对，比如AP3正对C1，AP2正对C2，AP1正对C3。在这种情况下，每个数据链路的传输速率可以达到最大值。比如，存在于AP3和C1之间的数据链路以最高传输速率将数据从AP3发送到C1。

4)列车启动要离开站台，从图4c所示位置逐渐移动到图4d所示位置。该阶段的数据传输与图4b所示的类似，此处不再赘述。

5)当列车到达图4d所示的位置时，列车与路旁设备的最后一个连接链路已经断开。比如，根据监听到的信标信号强度，C3发出解除关联信号。或者，在超时的情况下，AP和客户端解除关联。此时，所有的客户端失去信标信号，则控制单元断开所有客户端的电源。

需要指出，本发明实施例提供的方法具有以下至少其中一个优点：

1、本发明实施例提供的基于虚拟MAC地址捆绑进行通信的方法简化了多接入点多客户端之间的连接建立和/或数据传输过程。

2、本发明实施例提供的通信方法，使得列车在站台内的移动期间(包括进站和出站)不仅进行连接建立，进一步能够传输数据。具体地，本发明实施例采用的虚拟MAC地址捆绑操作降低了多AP多客户端之间信令交互的复杂度，也可避免频繁切换操作。

3、对于在地铁列车和部署在车站、靠近轨道的基础设施之间进行的交通工具与路旁设备的通信，本发明实施例提供的方法可以确保在多个AP/客户端对之间具有必要的空间分离，使得物理链路之间的干扰是有限的。比如，通过调整列车长度，采用更低的发射功率、定向天线等，和/或对接入点/客户端沿列车长度方向进行合理放置等，都能够更好地保证空间分离。

需要指出，本发明实施例提供的通信方法适用于地铁列车、火车、机场摆渡车、公共汽车等任意的交通工具，此处不一一罗列。此外，本发明实施例所述的路旁设备包括设置在交通工具的停靠点，比如列车站台、公交车站等的多个通信单元，还包括存储有大容量多媒体内容的服务器计算机。

进一步地，本发明实施例还提供了一种通信系统，包括：

设置有多个第一通信单元的路旁设备；其中，所述多个第一通信单元分配有相同的第一媒体接入控制MAC地址；以及设置有多个第二通信单元的交通工具；其中，所述多个第二通信单元用于当所述交通工具行驶到靠近所述路旁设备时，监听所述路旁设备发出的信标信号；当任一个信标信号的强度大于信标信号强度门限值时，监听到该信标信号的第二通信单元向所述第一MAC地址发出请求，建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接。在本发明一个示例性实现中，所述第一通信单元为无线局域网WLAN接入点，所述第二通信单元为WLAN客户端。

具体地，所述多个第一通信单元用于：在所述交通工具与所述路旁设备建立通信连接后，将分配给自身的待传输数据发送给第二MAC地址；其中，所述多个第二通信单元分配有相同的第二MAC地址，所述第二MAC地址不同于所述第一MAC地址。

具体地，所述第二通信单元进一步用于：接收目的地址为所述第二MAC地址的数据。

进一步地，所述第一通信单元用于：

当所述交通工具停靠在所述路旁设备时，按照第一传输速率将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址；当所述交通工具相对于所述路旁设备移动时，按照第二传输速率将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址；其中，所述第二传输速率小于所述第一传输速率。

在本发明一个示例性实现中，所述交通工具进一步包括：控制单元，用于对所述多个第二通信单元的电源的开启和/或关闭进行控制。

上述通信系统中第一通信单元、第二通信单元以及控制单元等的具体操作可参考图1-3以及方法过程的描述，此处不再赘述。

上文通过附图和实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，本领域技术人员从中推导出来的其他方案也在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种交通工具与路旁设备的通信方法，包括：

为设置在所述路旁设备的多个第一通信单元(102)分配相同的第一媒体接入控制MAC地址；

当所述交通工具(101)行驶到靠近所述路旁设备时，触发设置在所述交通工具(101)上的多个第二通信单元(103)监听所述第一通信单元(102)发出的信标信号；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：所述第二通信单元(103)接收目的地址为所述第二MAC地址的数据。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一通信单元将分配给自身的待传输数据发送给所述第二MAC地址包括：

其中，所述第二传输速率小于所述第一传输速率。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述第一通信单元为无线局域网WLAN接入点，所述第二通信单元为WLAN客户端。

6.一种通信系统，包括：

设置有多个第一通信单元(102)的路旁设备；其中，所述多个第一通信单元分配有相同的第一媒体接入控制MAC地址；以及

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个第一通信单元用于：在所述交通工具与所述路旁设备建立通信连接后，将分配给自身的待传输数据发送给第二MAC地址(306)；其中，所述多个第二通信单元分配有相同的第二MAC地址，所述第二MAC地址不同于所述第一MAC地址。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二通信单元进一步用于：接收目的地址为所述第二MAC地址的数据。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一通信单元用于：

其中，所述第二传输速率小于所述第一传输速率。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述交通工具进一步包括：控制单元，用于对所述多个第二通信单元的电源的开启和/或关闭进行控制。

11.根据权利要求6-10任一项所述的系统，其特征在于，所述第一通信单元为无线局域网WLAN接入点，所述第二通信单元为WLAN客户端。

12.一种交通工具与路旁设备的通信方法，包括：

当任一个第二通信单元(103)监听到的信标信号的强度大于预先设置的门限值时，该第二通信单元(103)向第一媒体接入控制MAC地址发出请求，用于建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接；

其中，所述第一MAC地址为所述多个第一通信单元(102)共用。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：在所述通信连接建立后，所述多个第二通信单元(103)接收目的地址为第二MAC地址的数据；

14.一种交通工具与路旁设备的通信方法，包括：

第一通信单元A接收到第二通信单元A发送的建立连接的请求，该请求用于建立所述交通工具与所述路旁设备的通信连接，其中所述第一通信单元A为设置在所述路旁设备上的多个第一通信单元(102)中的一个，所述多个第一通信单元共用第一媒体接入控制MAC地址，所述第二通信单元A为设置在所述交通工具上的多个第二通信单元(103)中的一个，所述多个第二通信单元共用第二MAC地址；