一種列車無線網絡信道分配方法組成比例

本發明專利技術公開了一種列車無線網絡信道分配方法，適用于列車車廂內基于IEEE?802.11ac協議的多AP(Access?Point,無線接入點)串聯的多跳WiFi系統，合理地進行各AP工作信道的分配，以實現最大程度地降低各AP工作信道(頻點)之間的同頻和鄰頻干擾，最大化系統吞吐量。同時，本發明專利技術還包括列車車廂WiFi系統各設備的部署方案，即在列車中央部署網關節點和車地無線通信設備，用于列車和地面基站之間的通信。每節車廂內部部署1～2個AP，用于承載車內多用戶的接入需求。車廂之間利用無線中繼進行無線連接，車廂內AP和車廂無線中繼之間采用有線連接。這樣為每列車部署單一網關可降低列車WiFi系統的部署成本，同時，車廂間無線中繼的引入便于列車的自動編組，不需對現有舊型列車進行改造。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及無線通信領域，所述無線網絡，除基于IEEE802.llac的WiFi和列車 WiFi特殊場景之外，也適用于基于802. 11協議的無線異構網絡、無線傳感網絡、無線個域 網絡的頻點部署。
技術介紹
隨著移動終端種類和業務量的飛速提升，高吞吐量的無線通信網絡成為亟待解決 的問題。雖然現有的3G和4G移動網絡已經可以極大地滿足用戶需求，但是在常用交通工 具上，傳統蜂窩網用戶的用戶體驗會隨著場景的特殊性極大地降低。為此，目前公交車和高 速鐵路上均開始逐步引進易部署、低成本的WiFi系統作為傳統蜂窩網接入的業務卸載或 補充技術。目前，鐵路客運是人口流動的主要運輸方式，旅客無線接入業務較多為實時性較 低、吞吐量需求較高的視頻和音頻等流媒體業務，合理部署列車車載WiFi系統就成為滿足 旅客業務需求、提高鐵路客運的競爭力的一種手段。目前，為了降低密集型WiFi網絡中不同終端間的無線電干擾水平，并提高無線通 信網絡的整體吞吐性能，國內外學者提出了很多WiFi系統的信道分配方案，其中一部分方 案采用靜態信道分配方法，即各AP激活后固定工作在事先設定的信道。不同的靜態信道分 配方法有各自的局限性，例如，有些只適用于小型WiFi網絡不適用于密集型WiFi網絡，而 另一些靜態分配所選擇的工作信道間隔沒有加以限制，存在信道間隔太小、干擾較高的缺 點。另一方面，對于不同的通信場景和業務需求，沒有考慮發送功率和信道帶寬對系統性能 的影響。 現有的方案中有根據實時無線傳輸信道狀態信息、業務排隊狀態、接收信 號信噪比、接收信號強度指示（RSSI)等信息，實時地調整AP的發送功率或工作信道。 這類動態信道分配方案需要AP和終端站點（Station，STA)之間頻繁地進行信令交互；除此 之外，需要頻繁地調整發送功率和切換工作信道，這些都會導致用戶接入不穩定和業務中 斷系等問題。 通過對現有專利及相關技術的檢索發現，現有的多APWiFi系統的頻點分配方法 包括： (1)文獻提出了一種基于802.lib協議的家庭網絡（如圖1)的信道選擇方 法，在房間3中放置一個路由器，通過有線方式連接房間1/2/4中的多個AP，再由AP向STA 提供無線接入。 文獻中根據信道間相關系數因子（CRC)和信道上接收到的干擾信號功率來計算 干擾功率，并選擇總干擾最小的信道作為新激活AP的工作信道。計算給定信道上的干擾功 率等于所有信道上可識別的所有AP的干擾信號功率加和，即：其中： Pn_INT代表給定信道η干擾信號功率； X代表信道號； Μχ信道X上能識別出的ΑΡ的數量； Pkx代表信道X上可識別的APk的干擾信號功率； CRCZ代表其他信道上干擾信號功率與目標信道目標信號功率的相關系數； Z代表信道間隔，Z=n-x。 (2)當前研究中，對于無線信道干擾的動態調節主要有兩種方式：動態調節發送 功率和工作信道帶寬。 通過對AP發送功率的動態調節可以實現覆蓋范圍的調整，進而達到干擾避免的 目的。文獻中提出了AP端發送功率動態調節的方法，該方法基于無線鏈路占用情況， 預先設定最大和最小的信道占用情況。當有無線數據傳輸時，在一段測量時間內，比較此時 信道占用情況與事先設定的最大信道占用情況的大小，若大于最大信道占用情況，也就是 說業務需求較大，則增加AP的發送功率，進一步提高系統性能。否則，將其與最小信道占空 比進行比較，若小于最小信道占用情況，則減小AP端的發送功率，使其對業務量大、信道占 用嚴重的其他AP的干擾最小。若信道占用情況在最大和最小值之間，則傳輸功率不發生變 化。 動態的信道帶寬分配方法也是干擾協調的一種常用方法，在文獻中提出了一 種基于802.llac的信道綁定機制的動態頻率選擇方法。在該方法中設定優等信道閾值，信 道質量優于閾值的信道優先使用。AP優先選擇某一優等信道作為工作信道，當某條信道傳 輸質量下降，方法再根據信道情況進行工作帶寬的調整。例如有多個80MHz的信道空閑， 則從中挑選信道質量優于閾值的信道進行傳輸，在數據傳輸量較大的時候便可以進行信道 綁定，在該80MHz的信道上進行數據傳輸；如果其中某個或某些20MHz信道不空閑，沒有 80MHz信道空閑，則尋找40MHz的空閑信道，以此類推，最后才考慮單個20MHz的信道。這種 方法需要同時考慮到信道本身質量和周圍信道空閑兩種因素。 (3)文獻總結了高速鐵路無線通信關鍵技術的未來發展趨勢，并提出為列車 旅客提供基于WiFi的列車旅客無線通信系統。現有的高速旅客列車是在新型動車組（共 4節車廂）上部署的基于802. 1In協議的WiFi系統，每節車廂均有各自的網關節點，固定工 作在不相鄰的40MHz信道上（如圖2)。這種部署方式可以以較小的鄰頻干擾部署在車廂數 目少的新型動車組上。 上述現有技術（1)中，在計算干擾信號功率的時候，直接使用的各干擾AP的發送 功率，沒有考慮由于物理距離而產生的信號強度衰減，而高速列車車廂連接處車門對干擾 信號會有較大的衰減作用，并不適合本專利技術的場景；在分配信道時，所有信道號均可用來分 配給AP使用，信道之間并未做到很好的隔離，同頻和鄰頻干擾較大；相對于802.llac協議， 802.lib協議標準的信道數更少，非重疊信道個數更少。另外，802.lib僅有20MHz的信道 帶寬，相比于802.llac，信道帶寬選擇不靈活；只針對當網絡中有新加入的AP時，選擇其最 佳工作信道，但未考慮新AP加入對其他已激活AP的影響，并未重新對網絡整體進行規劃； 該信道分配技術屬于家庭網絡的靜態信道分配方案，針對不同的業務量和信道條件，并沒 有考慮不同工作帶寬下，信道分配方案對于系統吞吐量性能的影響。 上述現有技術（2)中，信道的重新分配存在時延，所依據的鏈路狀態可能存在過 期問題；信道進行切換時，需要將連接的STA斷開，這樣極易造成接入不穩定、業務中斷和 數據丟失等問題。 上述現有技術（3)中，隨著編組車廂數目的增多，為每節車廂獨立部署網關成本 較高；為節約成本，減小網關部署個數，需要在車廂之間引入有線連接電纜，而有線連接電 纜不便于高速列車進行自動編組；802.lln協議的相關技術可能無法滿足車廂內密集用戶 的上網需求，該部署方案僅適用于列車車廂數目較少的情況，若車廂數目增多，頻點分配也 會隨之密集，會導致同頻和鄰頻干擾情況加劇。 參考文獻 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本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種列車無線網絡信道分配方法,為在選定部署的基于IEEE?802.11ac協議的WiFi系統的列車通信設備上提供信道選擇，根據部署AP的個數、AP間物理距離、可用信道個數、發送功率大小、工作信道帶寬大小參數制定信道分配方案,包括如下的步驟:(1)根據AP的地理位置，如從車頭到車尾，依次為各AP編號。并將所有AP加入到待分配信道的AP集合A中；然后，為所有AP初始化相同的工作信道，并計算每一個AP受到的總干擾，作為每一個AP的干擾權重；(2)根據每個AP的干擾權重，將待分配集合A中的AP進行排序，選取干擾最大的AP節點，設定其優先權最高；對于干擾權重相等的AP，則選取AP序列號最小的，設定其優先權最高；(3)對優先權最高的AP，計算其工作在任意可用信道時，所接收的同頻和鄰頻總干擾值，將其受到總干擾最小的信道分配給該AP作為其工作信道，并將該AP從待分配集合A轉移到已分配集合Q；如果待分配集合中仍有剩余元素，則重復(2)，否則，執行(4)；(4)如果系統中每一個AP的干擾權重都趨于穩定，則方法結束；否則，清空已分配集合Q，將所有AP加入到待分配集合A中，并重復(2)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳宇，方旭明，趙亞偉，鄭玉鑫，馮亞雄，
申請(專利權)人：西南交通大學，中國鐵路總公司，
類型：發明
國別省市：四川;51