CN106255156A - 改进的轨道车辆与地面终端间数据交换的WiFi通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的轨道车辆与地面终端间数据交换的WiFi通信系统。该系统包括位于车辆上的在当前信道交换信号的移动单元及基础设施，其包括：多个接入点，用于在当前信道中发射在接入点和移动单元之间建立链路的信标；检测干扰的干扰检测装置，其能够识别不可用的信道；及频率管理设备，其能够基于不可用的信道为每个接入点分配当前信道。频率管理设备针对每个接入点生成关联表，并能够将关联表发送给考虑的接入点，关联表将分配给位于考虑的接入点附近的接入点的当前信道与每个虚拟信道关联；每个接入点包括生成包括关联表的信标的装置；以及移动单元从接收的信标中提取关联表以更新关联表，其用于搜索建立新的通讯链路的信道。

Description

改进的轨道车辆与地面终端间数据交换的WiFi通信系统

技术领域

本发明涉及一种用于在轨道网中运行的轨道车辆与地面终端之间的WiFi通信系统，其中，分配给该系统的频带被分为多个信道。

背景技术

在本说明书的以下部分中，WiFi设备是符合IEEE 802.11标准的设备。

所述频带被分为多个信道Fi。优选地，所述多个信道Fi彼此不相邻且带宽相同。

术语“轨道车辆”指能够在轨道网中运行的任何车辆，诸如客运列车，货运列车，有轨电车，地铁列车等等。

通常，在WiFi通信系统中，蜂窝设施中每个接入点的工作信道在系统调度期间被分配，并且该工作信道在该系统运行期间不能修改。

但是，分配给该WiFi通信系统的频带还被其它无线设备使用，例如气象卫星装备的雷达或用于跟踪航空器的雷达。由这些系统外部的外部信源产生的无线电波能够干扰与该系统进行中的通信，由此会导致车载和轨旁设备之间的数据交换质量降低。另外，由WiFi通信系统产生的信号可能干扰这些其它设备的雷达。由于这些设备被视为该频带的主要用户，因此必须避免对这些设备的干扰。

发明内容

本发明涉及一种用于在轨道网中运行的轨道车辆与地面终端之间的WiFi通信系统，其中，分配给该系统的频带被分为多个信道，所述系统包括：

列车车载移动单元，用于使用当前工作信道发送以及接收无线信号；以及

地面蜂窝设施，包括通过通信网络彼此连接的以下装置：

多个可调节的接入点，其中，每个接入点能够发送以及接收无线信号。具体地，每个接入点能够使用该接入点和移动单元之间的当前工作信道发送用于建立或保持通信链路的信标；

至少一个干扰检测设备，用于检测干扰，其能够识别不可用的频带的信道；以及

至少一个频率管理设备，用于管理频率，其能够根据所述不可用的信道为每个接入点分配当前工作信道。

在本说明书的以下部分中，WiFi设备是符合IEEE 802.11标准的设备。

所述频带被分为多个信道Fi。优选地，所述多个信道Fi彼此不相邻且带宽相同。

术语“轨道车辆”指能够在轨道网中运行的任何车辆，诸如客运列车，货运列车，有轨电车，地铁列车等等。

通常，在WiFi通信系统中，蜂窝设施中每个接入点的工作信道在系统调度期间被分配，并且该工作信道在该系统运行期间不能修改。

但是，分配给该WiFi通信系统的频带还被其它无线设备使用，例如气象卫星装备的雷达或用于跟踪航空器的雷达。由这些系统外部的外部信源产生的无线电波能够干扰与该系统进行中的通信，由此会导致车载和轨旁设备之间的数据交换质量降低。另外，由WiFi通信系统产生的信号可能干扰这些其它设备的雷达。由于这些设备被视为该频带的主要用户，因此必须避免对这些设备的干扰。

为避免这种干扰，通常在WiFi通信系统中执行动态频率管理。具体地，这种系统包括干扰检测设备，其能够为分配给系统的频带中的每个信道测量系统中的和由系统外部信源产生的电磁信号的功率。当信道中的功率超过预设的阈值等级，在预设时间段内系统的接入点不能够使用相应的信道。该系统包括频率管理设备，该频率管理设备根据由干扰检测装置发送的信息来更新频率分配计划。频率分配计划将系统的每个接入点的标识与当前工作信道相关联，所述当前工作信道是从在被移除时不能使用的多个信道当中被分配给该系统的频带的信道当中选择出来的。当在频率分配计划中修改与接入点相关联的当前工作信道时，频率管理设备向该接入点发送适当信息以通知该接入点其需要在刚为其分配的新信道中进行工作。

但是，这样的系统有以下不足：

配置接入点的无线模块的无线电波范围定义了该接入点的覆盖小区。

为保证蜂窝设施的覆盖范围的连续，接入点的覆盖小区与一个或多个相邻接入点的覆盖范围部分重叠。

在第一小区和第二小区的重叠区域，在与关联第一小区的第一接入点的当前链路断开之前，移动设备必须建立与关联第二小区的第二接入点的链路。

为此，在第二接入点的工作信道由于被频率管理设备根据受到的干扰修改而未知的情况下，移动设备必须经过分配给系统的频带的全部信道，以便查找到当前第二接入点工作的工作信道。

一旦移动设备单元检测到由第二接入点发射的信标，其仍必须在能够将正在进行的通信从当前与第一接入点的链路切换到与第二接入点的新链路之前建立与该第二接入点的新链路。

在从第二接入点中搜索信标的过程中扫描频带所需的时间是非常重要的，它将显著增加将进行中的通信切换到新链路所需的总传送时间。因此，在新链路可以被建立之前，存在当前链路断开的风险，从而导致车载以及轨旁设备之间通信的不连续。

在已知WiFi通信系统中的通信转移总时长与这种系统在关键应用中的使用情况不符合。例如，在以安全稳定的方式管理轨道网中车辆的运行时，车载和轨旁设备之间的通信的不连续是不可接受的。

本发明旨在克服以上问题。

为此，本发明的目标是提供一种如权利要求所限定的增强型通信系统和一种如权利要求所限定的方法。

在结合实施例以及与其相关的附图阅读说明书以下部分之后，将更理解本发明以及优点。

附图说明

图1是WiFi通信系统的总体示意图；

图2是图1中的系统的车载设备单元的模块化示意图；

图3是图1中系统的蜂窝设施的接入点的模块化示意图；

图4是图1中系统的干扰检测设备的模块化示意图；以及

图5是图1中系统的频率管理设备的模块化示意图。

具体实施方式

系统

图1示出了用于在轨道网中运行的列车与地面计算机之间的数据交换的WiFi通信系统2。

轨道网使用数字4表示。该轨道网实际上被分为多个连续的区间。例如，轨道网的第一区间对应于列车维修车间，第二区间对应于车站，第三区间对应于隧道的通道等。在图1中，Si-1、Si和Si+1代表三个连续的区间。

为了说明清楚，图1仅示出了一辆列车，其由数字6表示。

在列车6上，各种计算机8被连接到局域网10。计算机8例如是用于执行与列车控制相关的功能的计算机，其向地面终端12发送数据(位置，速度，状态等)并从该终端12接收路线以及移动授权。

终端12由一个或多个能够以安全稳定的方式监控网络4中列车的运行的计算机组成。

列车6的车载计算机8通过系统2与终端12交换数据。

系统2包括移动组件和固定组件。

移动组件由多个移动单元组成，其中，每个列车6配置一个移动单元14。列车6的车载移动单元14被连接到列车局域网10。

地面的固定组件由用于蜂窝无线通信的无线设施16组成。终端12被连接到设施16。

设施16包括多个接入点。图1示出了几十个接入点，其由数字20至22、30至34、40至43表示。

当该移动单元位于与该接入点关联的覆盖小区内时，每个接入点能够建立与移动单元14的临时WiFi链路。

在指定时间，接入点在频带的工作信道Fi上工作，其中，该工作信道已经被动态分配给该接入点。

设施16的不同接入点的覆盖小区彼此重叠，在某种程度上逐步覆盖整个轨道网4。因此，移动单元14能够被连接到设施16的接入点，无论其在轨道网4的任何位置。当列车6移动时，移动单元14还能够基本连续地通过以下方式与终端12交换数据：在与第一接入点的有效链路断开前，建立与第二接入点的新链路，其中，第一和第二接入点相邻。

当两个接入点的小区覆盖部分重叠时，这两个接入点被称作“邻居”。

当一个接入点是第一接入点的邻居或者是第二接入点的邻居，而第二接入点本身是第一接入点的邻居时，该接入点属于第一接入点的邻居。

其覆盖小区主要覆盖轨道网4的相同区间的接入点被划入一个接入点组。因此，如图1所示，其小区覆盖区间Si-1的接入点20、21和22属于组G-1，其小区覆盖区间Si的接入点30、31、32、33、34属于组Gi，其小区覆盖区间Si+1的接入点40、41、42、43属于组Gi+1。

从一个区间到另一区间，一组中接入点的数量基于例如该区间的长度、该区间上的平均列车频率、以及沿着该区间的车上到地面的通信的希望的质量等来变化。

所述基础设施16包括多个干扰检测设备。在图1所示的实施例中，每个接入点与一个干扰检测设备相关联。

因此，所述接入点20、21、22分别与所述干扰检测设备320、321、322相关联；所述接入点30、31、32、33、34与所述干扰检测设备330、331、332、333、334相关联；并且所述接入点40、41、42、43与所述干扰检测设备340、341、342、343相关联。

所述基础设施16包括多个频率管理设备。在图1所示的实施例中，一个频率管理设备与每组接入点相关联。

因此，所述组G-1包括所述频率管理设备29；所述组Gi包括所述频率管理设备39；并且所述组Gi+1包括所述频率管理设备49。

与接入点相关联的所述干扰检测设备地理上位于该接入点的附近。

所述干扰检测设备持续地测量其监控的多个信道中每个信道所接收的无线信号的功率等级。将要被监控的信道包括与考虑的干扰检测设备相关联的接入点的工作信道，以及最少其他3个信道。

在信道的功率等级大于阈值的情况下，所述干扰检测设备能够更新指示该信道不可用的干扰的报告。

接入点的干扰检测设备能够每隔一定间隔向负责接入点所属的一组接入点的频率管理设备发送干扰的报告。

接入点的干扰检测设备能够从负责接入点所属的一组接入点的频率管理设备接收将要被监控的信道的清单。

一组接入点的频率管理设备被设计为在系统2的操作过程期间动态地向该组接入点的每个接入点分配工作信道。为此，一组接入点的频率管理设备能够考虑到被所述组接入点的干扰检测设备识别为不可用的信道。

基础设施16还包括控制单元50，其功能在于监督基础设施16的行为并且允许操作者在需要时修改该行为。

基础设施16包括有线局域通信网络52，其支持TCP/IP协议(传输控制协议/因特网协议)并连接所述接入点、所述干扰检测设备、所述频率管理设备以及所述控制单元50，所述基础设施16还包括路由器54，用于为与终端12的通信形成网关。

移动单元

现在将参考图2详细描述所述移动单元14

所述移动单元14为计算机，除了处理器60、存储器62以及用于连接列车6的局域网络10的输入/输出接口64之外，所述移动单元14还包括，用于发送接收射频波的无线发送/接收装置68。

所述存储器62包括空间70，用于存储由所述发送/接收装置68使用的当前工作信道CC。在图2中，所述当前工作信道为信道F7。

所述存储器62包括车载关联表72，其与N+2个虚拟信道的集合中的每个虚拟信道CVi以及所述频段的信道Fi相关联。N是预先确定的，以使得所述表72具有减小的长度。因此，N小于10，优选地小于5，例如等于3。在优选的实施例中，所述表72包括五列，对应于五个虚拟信道CV1至CV5的集合，如图2所示。下面将描述在列车6沿着网络4移动过程期间对所述表72进行更新

所述存储器62还包括存储用于建立当前活动链路的虚拟信道CVU的区域74。在图2中，所使用的虚拟信道为所述信道CV2。

所述发送/接收装置68包括具有天线81的无线模块80、信标模块82、信道调整模块84、用于检测当前链路状态的链路检测模块86、以及用于搜索在其上建立新链路的信道的信道搜索模块88。

所述无线模块80被设计为用于通过所述天线81发送以及接收其频率位于所述无线模块80的当前工作信道CC的无线通信信号。在所述存储器62的空间70中指示该当前信道。

具体地，为了建立新的链路或者维持当前链路，所述无线模块80能够接收由接入点发送的信标。所述无线模块80能够向信标模块82传递所接收的信标。

所述无线模块80被设计为用于周期性地向所述链路检测模块86指示与之建立当前链路的接入点接收的信标的功率。

所述信标模块82能够提取由无线模块80向其传递的信标中包含的数据项目。

所述信标模块82能够根据预先确定的协议管理与作为信标发送方的接入点的链路的建立或者维护。

此外，所述信标模块82被设计为用于从信标提取与虚拟信道的分配相关的信息，并且用于基于该信息更新所述车载分配表72。

一旦新的链路建立，模块82还能够向负责搜索在其上建立新的链路的信道的信道搜索模块88发送"连接已建立"消息。

所述信道调整模块84被设计为用于调整存储器62的空间70中指示的信道上的无线模块80的工作信道。当用于修改其内容的条目被写入空间70时，以使得适当地调整无线模块80的方式执行所述模块84。

用于检测当前链路的状态的链路检测模块86被设计为用于检测当前活动链路的即将到来的中断(impending breaking)。模块86能够比较无线模块80测量的功率与功率阈值，其中，在低于该阈值时模块86被设计为发动执行信道搜索模块88。

当模块86检测当前链路的即将到来的中断时，模块88被设计为搜索在其上建立新的链路的信道。

模块88能够在存储器62的区域74中读取用于建立当前链路的虚拟信道CVU，即将要被中断的链路。

模块88被设计为从表72中提取信道Fi，信道Fi与虚拟信道CVi相关联，虚拟信道CVi跟随在区域74中指示的虚拟信道CVU(CVi＝CVU+1)。因此，提取了信道Fi并随后写入空间70。

这将具有发动执行无线模块80的当前工作信道的调整模块84的效果。

模块88被设计为等待接收由信标模块82发送的"链路已建立"消息。

一旦接收到这样的消息，模块88被设计为将成功用于建立新的链路时使用的虚拟信道的标识符CVi写入区域74。

然而，在预先确定的等待时间T之后，如果尚未接收到“链路已建立”消息，模块88被设计为针对在表72中的后续虚拟信道，即CVi+1，重复前述步骤。

如果在表72中，没有值与虚拟信道相关联，模块88立即传递到表72中的下一个虚拟信道。当到达表72的末尾时，模块88能够返回至表72的开始。

因此，模块88能够遍历表72，直至实现与接入点的新的链路的建立。

接入点

下面参考图3说明接入点。更具体的说明将通过参考组Gi的接入点33的示例来给出。

接入点33是计算机，除了处理器90、存储器92以及用于连接局域网络52的输入/输出接口94之外，其包括用于发送/接收射频波的发送/接收装置98。

存储器92包括存储接入点33的标识符ID_PA的存储器区域100。接入点，诸如接入点33，的标识符为在局域网络52中的接入点的IP地址IP33。

存储器92包括存储用于接入点33所属的组Gi的频率管理设备39的标识符ID_DGF的存储器区域102。频率管理设备，诸如设备39，的标识符为在局域网络52的该设备的IP地址IP39。

存储器92包括存储与接入点33相关联的干扰检测设备333的标识符ID-DDI的存储器区域105。干扰检测设备，诸如设备333，的标识符为局域网络52中的该设备的IP地址，IP333。

存储器92包括存储接入点33的当前工作信道的标识符CC的空间104。例如，接入点33的当前工作信道为信道F7。

存储器92包括虚拟信道关联表106。表106与N+2个虚拟信道的集合的每个虚拟信道CVi、频段的信道标识符Fi相关联。表106在系统2的使用过程期间定期更新。下面将描述表106的生成。

装置98包括具有天线111的无线模块110，用于设置/调节无线模块110的当前工作信道的信道调节模块112，以及用于准备信标的模块114。

无线模块110能够接收和发送无线信号。特别地，无线模块110能够周期性地发送信标，从而使得位于与接入点33相关联的覆盖小区中的移动单元14能够使用该接入点建立或维持链接。

信标的发送与通过接入点33和移动单元14之间的现有链接进行的数据交换并行地进行。

无线模块110工作在存储器92的空间104中所指示的当前工作信道上。该当前工作信道可调节，并且通过频率管理设备39被动态地分配给接入点33。

信道调节模块112能够调节无线模块110的工作信道。为此，模块112能够读取在存储器92的空间104中涉及的当前工作信道CC。

此外，用于准备信标的模块114能够读取表格106并且准备嵌入至从表格106中提取出的关联信息之中的信标。该信标被转发至无线模块110，并且无线模块通过信标信号周期性地发送信标。

干扰检测设备

现将参考图4详细描述干扰检测设备。更特别地，将通过实例考虑用于与接入点33相关联的组Gi的设备333。

设备333为计算机。除了处理器120，设备333还包括存储器122，用于连接至本地局域网52的输入/输出接口124，以及用于检测干扰的装置125。

存储器122包括存储干扰检测设备333的标识符ID_DDI的区域130，该标识符包括设备的IP地址，即IP333。

存储器122包括存储用于设备333所属的组Gi的频率管理设备39的标识符ID_DGF的区域132，该标识符包括局域网52中的设备39的IP地址，即IP39。

存储器122还包括存储与设备333相关联的接入点33的标识符ID_PA的区域133。

最后，存储器122还包括将被监测的信道的列表134。该列表134包括接入点33的当前工作信道F7以及三个其他的信道F1、F9和F5。

干扰检测装置126包括具有天线141的功率监测模块140以及用于更新和发送干扰报告的模块142。

模块140被设计用于针对列表134中的每个信道来测量入射至天线141上的信号的总功率，其频率位于所考虑的信道之中。

在每个工作周期结束时，模块140启动模块142的执行。

模块142被设计用于更新干扰报告。干扰报告包括其总功率大于预定阈值的每个被监测信道的标识符，以及当前日期。

模块142被设计用于将包括干扰报告的消息发送至该组中的频率管理设备。

频率管理设备

现将参考图5详细描述频率管理设备。更特别地，将通过实例来考虑用于组Gi的设备39。

该频率管理设备为计算机。除了处理器150，该频率管理设备还包括存储器152，用于连接至本地局域网52的输入/输出接口154，以及用于管理频率的装置156。

存储器152包含列表160，该列表涉及设备39的标识符ID_DGFi，相邻组Gi-1和Gi+1中的频率管理设备29、49的标识符ID_DGFi-1和ID_DGFi+1，以及控制单元50的标识符ID_UC。

存储器152包括频率分配计划162，其涉及：

-组Gi及其相邻组Gi-1和Gi+1中的接入点的标识符；

-关于每个接入点的地理位置数据，其使得能够确定接入点是否位于区间(Section)的最后，或者接入点是否与位于区间的最后的接入点相邻(计划162的排序方式即为此数据的提供方式)；

-在当前时间被分配至每个接入点的工作信道。

存储器152包括不可使用的信道CIn的表格164。针对被识别为不可使用的每个信道，该表格涉及信道的标识符，其被检测为不可使用的日期，以及进行此检测的干扰检测设备的标识符ID_DDI。

存储器152还包括表格163。针对每个接入点ID_PA，该表格涉及将通过与所考虑的接入点相关联的干扰检测设备ID_DDI来监测的信道CS，以及可使用的信道CU。在检测干扰时，所述信道可以分配给所考虑的接入点。

用于动态地管理频率的频率管理设备156包括：用于收集与干扰报告有关的消息的模块170，用于更新频率分配计划162的模块172，用于为属于由设备39管理的组Gi的不同接入点生成车载分配表格72的模块174，以及用于与相邻组Gi-1和Gi+1中的频率管理设备29、49和控制单元50进行通信的通信模块176。

模块170根据接收自干扰检测设备330-334的模块142的消息来对涉及不可使用信道CIn的表格164进行更新。

更确切地说，模块170能够收集由组Gi的干扰检测设备发送的消息。基于这些消息的有效负载，模块170能够更新不可使用信道CIn的表格164。如果不可使用信道的标识符已经存在于表格164中，那么模块170更新日期。相反，如果一个信道新近被识别为不可使用，那么模块170能够在表格164中增加一行，并在状态警告消息中指示该信道的标识符和日期，以及干扰检测设备的标识符。

模块170能够将与其日期值晚于预定值的信道相关的行从表格164中删除。这使得在经过一段等待时间而没有进一步检测到干扰后能够重新使用信道。

模块170还能够基于表格164的内容，对涉及可使用信道CU的表格163进行更新。

当对表格163进行修改时，用于更新计划162的模块172被执行。

当信道的标识符从表格163中删除时，模块172能够修改被分配至接入点的该信道。

模块172能够遍历计划162，并且根据表格163来验证被分配至每个接入点的信道为“可用的”。

与之相反，模块172能够在可被接入点使用的信道的列表中，来识别在当前时间还没有被分配至与所考虑的接入点的相邻的一个接入点的信道。

此最后的条件使得能够防止两个相邻的接入点工作在可能在系统2中导致干扰的相近的频率上。

模块172能够在表格162中用被识别为空闲信道的信道来替换受到干扰影响的信道。

当在计划162中对分配给接入点的信道进行修改时，模块172能够将用于新工作信道分配的消息发送至相应的接入点。该消息使得能够将新分配工作信道的标识符写入该接入点的存储器92的空间104中。

当对计划162进行修改时，用于生成车载分配表格72的模块174被执行。

对于组Gi中的每个接入点，设备39的模块174能够基于计划162，以下述方式生成针对此接入点的关联表格106：

-前三个虚拟信道CV1-CV3指示所考虑的组中接入点的三个工作信道；

-当所考虑的接入点位于区间最后或者其与位于区间最后的接入点相邻时，使用表格106中的第四和第五虚拟信道CV4和CV5。它们分别指示位于区间最后的接入点和与位于区间最后的接入点相邻的接入点的工作信道；

-当所考虑的接入点并不是位于区间Si的最后，空值与虚拟信道CV4和CV5相关联。

因此，对于接入点33的情况，在当前时间，表格106与信道CV1、CV2和CV3相关联地包括信道F1、F7以及被接入点30-34所使用的信道F1。

此外，在接入点33为位于区间Si最后的接入点34的相邻接入点的情况下，虚拟信道CV4和CV5被输入进去。它们分别包括由位于相邻区间Si+1最后的接入点40以及该接入点40的相邻接入点41所使用的信道F5和F2。

模块174能够将由此生成的表格106发送至相应的接入点。

当对计划162进行修改时，通信模块176将用于修改所发送的计划的计划修改消息发送至控制单元50。该修改消息的有效负载包括与由设备39管理的组Gi有关的计划162的信息。

控制单元

控制单元50使得操作者能够对设施16的操作(特别是沿线的无线电频谱的使用)的当前状态进行概览。

为了确保此任务的执行，控制单元50通过链接从干扰检测设备接收的干扰报告消息，周期性地接收与由频率管理设备29、39、49生成的干扰报告相关的元消息。

由控制单元50接收的元消息的内容被存储在数据库中。

控制单元50包括系统2的配置的配置文件和频率分配的总体方案。

在设施16的上电之后的设施16的初始化阶段，控制单元50使用配置文件来发现频率管理设备。

控制单元50从每个频率管理设备请求其维持的频率分配计划162。如果该频率分配计划162并不相同于在配置文件中定义的计划，则控制单元50能够发送在配置文件中定义的缺省的频率分配计划。

通过使用适当的人/机接口，单元50向操作者呈现系统2的概要框图，并使得操作者可以验证频率管理设备的状态。

通过控制单元50，操作者在系统2的操作的全部时间，都能够向频率管理设备发送消息，以修改其频率分配计划162来优化频段的使用。

控制单元50还使得操作者可以定义用于在特定信道中再次出现干扰的情况下自动修改频率分配的规则。

系统可以在没有控制单元50的情况下进行操作。使用控制单元50来以非侵入的方式执行系统的控制处理。并不缺省地激活任何控制功能。

操作方法

在初始化阶段，每个单元或设备基于在对其特定的配置文件中存储的数据来发现其环境。

在上电之后，需要接入点来发现与其相关联的频率管理设备的存在，并向频率管理设备告知其存在。

需要每个频率管理设备发现相邻组接入点的频率管理设备。

每个频率管理设备处理缺省的频率分配计划162，以使得其能够向每个接入点发送缺省的当前工作信道。

频率管理设备还向每个接入点发送关联表格106，该关联表格106是基于接入点的标识符和缺省的分配方案162而生成的。

表格106被存储在接入点的存储器92中。

在其上电阶段，控制单元50基于在其配置文件中存储的信息检查哪些频率管理设备处于操作中。

控制单元50从每个频率管理设备请求计划162的当前信道集合，并且在必要的情况下发送当前信道的新的集合。

在使用阶段，当新分配的当前工作信道CC的标识符F7被写入到空间104中时，诸如接入点33之类的接入点的调整模块112进行操作。

随后，模块112相应地调整无线模块110的当前工作信道。

一旦当前工作信道被调整，无线模块110就能够发送和接收频率在当前工作信道F7内的无线电信号。特别是，无线模块110发送用于与移动设备单元14建立或维持WiFi链路的信标。

为了生成这些信标，接入点33的模块114进行操作。此时，接入点33的模块114读取在存储器92中找到的表格106，并且生成信标，该信标的有效载荷包括与虚拟信道CVi的分配相关的信息等。

这样生成的信标被发送到无线模块110，以便被以规则间隔发射。

当位于接入点33的覆盖小区内的移动单元14的无线模块80提取了由此接入点发射的信标信号时，无线模块80将该信标信号发送到信标模块82。

信标模块82进行执行，以从所接收到的信标中提取与虚拟信道CVi的分配相关的信息。因此，信标模块82更新存储器62中的表格72。

当模块86检测到与第一接入点(例如接入点33)的当前活动链路即将断开时，模块86启动信道搜索模块88的执行，以搜索在其上建立与第二接入点的新链路的信道，该第二接入点(例如接入点34)邻近第一接入点。

模块88从存储器62的区域74读取信息，根据该信息，通过使用与第二虚拟信道CV2相关联的信道已经建立了当前活动的链路。

因此，模块88查询表格72，并且读取与虚拟信道CV3相关联的信道，该信道是表格72中虚拟信道CV2之后的虚拟信道。

模块88读取标识符F1，并且将该标识符F1写入到空间70中作为当前工作信道CC的值。

这使得调整模块84开始进行操作，该调整模块84调整无线模块80在值F1处的当前工作信道。

这样设置的无线模块80能够接收由当前工作信道对应于信道F1的接入点发射的信标。

在邻近接入点33的接入点34发射信标时，属于这种情况。

当无线模块80接收到由接入点34发射的信标时，无线模块80将该信标发送到管理与此接入点34建立新链路的信标模块82。

一旦建立了此新链路，就将进程中的通信从与接入点33的链路切换到与接入点34的新链路。

此外，模块82将“已建立链路”的消息发送到信道搜索模块88。一旦接收到该消息，信道搜索模块88就在区域74中放置使得建立了此新链路的虚拟信道的标识符CV3。

与此相反，当在预定的等待时间T之后信道搜索模块88尚未接收到任何“已建立链路”的消息时，信道搜索模块88再次查询表格72，以便提取与后续虚拟信道相关联的信道F5，其标识符CV4，并且将该标识符CV4放置在空间70中，以便搜索信道F5中的信标。

从而读取表格72，以便调整无线电模块来搜索由与其建立了新的WiFi的接入点发射的信标。

下述为出现干扰的情况下的操作。

在这种情况下，例如在与接入点34相关联的干扰检测设备334的功率检测模块140检测到在信道F1中存在干扰时，检测设备334的模块142更新干扰报告。

将该干扰报告发送到频率管理设备39。

频率管理设备39的模块170利用在所接收到的报告中包含的信息来更新不可使用信道的表格164，所述信息包括信道F1的标识符、此信道F1上的干扰的检测日期和检测到这些干扰的设备的标识符IP334。

如果不可使用信道F1已经被存储在该表格164中，则模块170仅更新与不可使用信道相关联的日期信息，否则，也就是说如果其是新近被识别为不可使用的信道，则模块170就在表格164中增加一行来记录与新的不可使用信道相关的信息。

模块170随后基于表格164执行不可使用信道CU的表格163的更新。尤其是，从与接入点31和34分别相关联的不可使用信道CU的表格中移除信道F1。

最后执行模块172。模块172搜索计划162，并验证被分配给每个接入点的信道在表格163中被标记为可以使用。

模块172识别出被分配给接入点34的信道F1不再被包括在可以由接入点34使用的可用信道CU的列表中，如表格163中所示。

在这些可用信道F7、F4、F3中，模块172例如识别出信道F4没有被分配给接入点33或接入点40。

在接入点34的表格162中，模块172利用空闲信道F4来替换受干扰影响的信道F1。

类似地，在接入点31的表格162中，模块172利用空闲信道F4来替换受干扰影响的信道F1。

在计划162被修改之后，模块172将分配消息分别发送到接入点31和34。

这样的消息使得可以将信道F4作为当前工作信道写入到接入点31和34中的每个的存储器92的空间104中。随后，设置接入点31和34中的每个的无线模块110的工作信道。

在计划162被修改之后，执行模块174，以便生成组Gi的接入点30到34的关联表格106，以便考虑由信道F4来替代信道F1。模块174输出产生的每个表格106被发送到对应的接入点。

接入点33由此接收更新的表格106，在该更新的表格106中，虚拟信道CV3当前关联于信道F4。

随即由接入点33使用该更新的表格106以生成更新的信标，该更新的信标的有效载荷包括虚拟信道CV3当前关联于信道F4的信息。

与所述接入点22连接的移动单元14周期性地接收接入点33发送的信标。因此，在接收到更新的信标后，移动单元14被通知虚拟信道CV3现在与信道F4关联。

信标模块82通过针对虚拟信道CV3用信道F4T替换信道F1来更新移动设备单元14中的表格72。

当接入点33的当前链路即将断开时，移动单元14使用更新的表格72在第一位置搜索与虚拟信道CV3关联的信道F4中的信标。

由于信道F4与新分配给接入点34的当前工作信道对应，因此，移动单元14检测接入点34发射的信标。然后，可以执行建立接入点34的新链路的步骤和将通信从接入点33的当前链路切换到接入点34的新链路的步骤。

通过信标传输位于发送该信标的接入点附近的接入点的当前工作信道的信息，移动单元在搜索以建立新的链路时遍历频带的信道集合的一部分。

通过将虚拟信道的数量保持在较低的数值，减少了将实时通讯从当前链路转移到新链路的转移时间。

这允许为敏感的铁路应用如管理铁路网的交通管理使用频率动态管理。

可选实施例

上述系统的其他实施例及其使用是可以预知。

因此，每个接入点包括干扰检测设备，其能够测量入射到接入点的由系统外部的信号源产生的无线波束的功率。在基础设施的初始配置阶段，接入点被如此配置使得接入点将其干扰检测设备处于活动状态或非活动状态。优选地，为了能够检测每个接入点附近的干扰，在系统启动和配置时，基础设施的所有接入点的干扰检测设备处于活动状态。

优选地，在简化的实施例中，接入点的干扰检测设备能够测量该接入点的当前工作信道中入射波的功率。

在另一变形例中，与前一实施例无关的，每个接入点集成有频率管理设备。在基础设施的初始配置阶段，接入点被如此配置使得接入点将其频率管理设备处于活动状态或非活动状态。

在与网络的一部分关联的一组接入点中，只有被称为主设备的第一接入点的频率管理设备和被称为辅设备的第二接入点的频率管理设备处于活动状态。该组中其他接入点的频率管理设备处于非活动状态。

辅设备保存包含在主设备的存储器中数据的最新副本。因此，一旦主设备出现故障，辅设备以确保系统所有功能的连续性的方式立即代替主设备。

Claims (9)

1.一种用于在铁路网(4)上行驶的轨道车辆(6)与在地面终端(12)之间交换数据的WiFi通信系统，其中，分配给所述系统的频带被细分为多个信道(Fi)，所述系统包括：

-位于所述轨道车辆(6)上的移动单元(14)，其被设计为用于在当前工作信道中发送和接收无线电信号；及

-位于地面上的蜂窝基础设施(16)，包括：

-多个接入点(20-43)，每个接入点能够发送和接收无线电信号，特别地，在当前工作信道中发送用于建立或维持所述多个接入点和移动单元之间的通讯链路的信标，所述工作信道是可调整的；

-用于检测干扰的至少一个干扰检测装置(28，38，48)，其能够识别所述频带中的不可用的信道；及

-用于管理频率的至少一个频率管理设备(29，39，49)，其能够基于所述不可用的信道为每个接入点分配当前工作信道；

所述多个接入点、所述至少一个干扰检测装置和所述至少一个频率管理设备通过通讯网络(52)相互连接；

其特征在于，所述频率管理设备(29，39，49)能够针对每个接入点生成特定于考虑的接入点的关联表(106)，并能够将所述关联表发送给所述考虑的接入点，所述关联表将分配给位于所述考虑的接入点附近的接入点的当前工作信道与多个虚拟信道中的每个虚拟信道(CVi)关联；及，每个接入点包括信标生成装置，用于生成包括所述频率管理设备发送的关联表(106)的信息片段的信标；以及所述移动单元(14)能够从接收的信标中提取所述信息片段以更新所述移动单元(14)存储的车载关联表(72)，并能够使用车载关联表(72)搜索用以建立新的通讯链路的信道。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述频率管理设备(29，39，49)包括基于所述考虑的接入点、表明所述考虑的接入点附近的接入点的所述蜂窝基础设置的说明以及将当前工作信道与每个接入点关联的频率分配计划，生成关联表(106)的装置。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，每个接入点包括信标模块(114)，其能够读取所述接入点当前存储的所述关联表(106)，并能够生成包括相关关联信息的信标。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述移动单元(14)包括信标模块(82)，其能够从接受的信标中提取所述相关关联信息，并能够相应地更新所述车载关联表(72)。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其特征在于，所述移动单元(14)包括信道搜索模块，其搜索用于建立新的链路的信道，所述信道搜索模块能够：

读取所述车载表(72)以将所述移动单元的工作信道设置为与第一虚拟信道关联的第一信道，及

当在所述第一信道建立新的链路失败时，读取所述车载关联表(72)以将所述移动单元的工作信道设置为与第二虚拟信道关联的第二信道；

所述模块(88)遍历所述车载关联表(72)直至建立一个链路。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的系统，其特征在于，所述多个虚拟信道包括N+M个虚拟信道，且N+M小于所述频带中的信道的总数，N优选地小于10，更优选地小于5，例如，等于3；M优选地小于6，更优选地小于3，例如等于2。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述移动单元(14)的所述车载关联表(72)和所述接入点的所述关联表(106)具有相同的格式。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的系统，包括多个频率管理设备(29，39，49)，每个频率管理设备管理所述蜂窝基础设施(16)的多个接入点中的一组接入点(Gi-1，Gi，Gi+1)。

9.一种使用权利要求1至8中任意一项所述的WiFi通信系统在铁路网(4)上行驶的轨道车辆(6)与在地面上的终端(12)之间交换数据的方法，其中，分配给所述系统的频带被细分为多个信道(Fi)，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

频率管理设备(29，39，49)针对每个接入点生成特定于考虑的接入点的关联表(106)，其将分配给位于所述考虑的接入点附近的接入点的当前工作信道与多个虚拟信道中的每个虚拟信道(CVi)关联；

每个接入点发射信标，所述信标包括与所述频率管理设备生成的关联表(106)对应的关联相关信息；

所述移动单元(14)从接收的信标中提取所述关联相关信息；

所述移动单元更新车载关联表(72)；

在搜索用以建立新的链路的信道的过程中使用所述车载关联表(72)。