基于IEEE 802.11ac标准的城市轨道交通CBTC系统切换算法

37卷第1期 2018年2月

兰

Journal of Lanzhou Jiaotong University

州交通大学学报

Vol. 37 No. 1 Feb. 2018

文章编号：1001-4373(2018)01-0057-08DOI：10. 3969/j. issn. 1001-4373. 2018. 01. 010

基于IEEE 802. llac标准的

城市轨道交通CBTC系统切换算法

张雁鹏，党建武，林俊亭

(兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州730070)

摘要：城市轨道交通列车控制系统通常采用无线局域网技术实现列车和轨旁设备间的连续数据通信，因而列车在 运行过程中存在多次切换，切换性能直接影响列车运行安全和效率.传统切换算法往往采用固定切换门限，较少考 虑列车速度对切换过程的影响.随着列车运行速度的提高，传统切换算法难以满足实际的运营需求.针对城市轨道 交通列车运行特点和切换过程，以隧道环境的无线传播模型为基础，推导出列车速度与切换迟滯参数之间的约束 关系，提出基于IEEE 802. 11ac标准的自适应切换算法.仿真结果表明，与传统切换算法相比，该算法在降低乒乓 切换率、提高切换成功率和网络呑吐量等方面，能够满足列车在不同速度下的车地通信要求，适用于城市轨道交通 运营场景.

关键词：城市轨道交通；基于通信的列车控制；越区切换；EEE 802. 11 ac 中图分类号：U283.1

文献标志码：八

Investigation on a Seamless Handover Algorithm for CBTC Systems Based on IEEE 802. llac

ZHANG Yan-peng,DANG Jian-wu,LINJun-ting

(School of Automation and Electrical Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)

Abstract ： Wireless LAN technology is usually used in train control systems of urban rail transit to realize continuous data communication between a train and wayside equipment. Handover needs to be executed frequently in the train running process,in which the handover performance has a di­rect impact on the safety and efficiency of train operation. However, the approach of stationary handover threshold is often used in the traditional handover algorithms, which seldom take intoconsideration the impact of the train speed and do not meet the actual operation demands as speed of trains increases gradually. The constraint relationship between train speed and handover hys­teresis parameters was deduced based on the wireless propagation model under tunnel environ­ment， along with

the characteristics of train

operation

and

the handover

sit. An adaptive handover scheme based on IEEE 802. 11ac protocol was proposed. The emulation results show that the proposed algorithm，compared with the traditional handover algorithm，has better effect in reducing

the

rate

of

ping-pong

handover, improving

network throughput. The proposed algorithm meets the high demand of train-to-wayside commu­nications under different train speed and suits to the operation reality in urban rall transit.

process i

successfu

收稿日期：2017-10-18 学报网址：http://xb. lzjtu.edu.cn

基金项目：国家自然科学基金（F030207);长江学者和创新团队发展计划资助（IRT_16R36)

作者筒介：张雁鹏（1980 —），男，山西朔州人，博士研究生，主要研究方向为基于通信的列车控制.E-mail:zhangyanpeng@mail.lztu.cn.

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Key words： urban rail transit； communications-based train control (CBTC) ； handover； IEEE 802. 11 ac基于通信的列车控制（communications-based train control,简写为CBTC)系统能够在确保列车 运行安全的前提下，有效缩短行车间隔、提高运营效 率，已成为城市轨道交通系统不可或缺的部分[12]. 目前，大多数城市轨道交通CBTC系统利用无线局 域网(wireless local area networks，简写为 WLAN)技术传输列车控制信息[3]，通常采用的标 信，从动态调整切换迟滞值的角度出发，分析CBTC 系统无线传播特性，建立列车速度与切换迟滞值之 间的数学模型，提出根据列车运行速度动态调整切 换迟滞值的CBTC系统切换算法，改善列车越区切 换性能，为城市轨道交通车地通信的多业务承载提 供一定的理论依据.准有 IEEE 802. 11 b/g/n/ac•其中，IEEE 802. 11ac 标准是最新推出的WLAN标准之一.2016年6月， 南宁地铁1号线的乘客信息系统（passenger infor­mation system, 简写为 PIS) 首次采用 IEEE 802. 11ac标准实现车地通信.

IEEEStd 1474. 1将CBTC定义为：利用高精 度的列车定位(不依赖于轨道电路），双向连续、大容 量的车-地数据通信，车载、地面的安全功能处理器 实现的一种连续自动列车控制系统[4 ] •在实际运营 中，列车与地面设备之间传输双向连续、大容量的数 据信息，因而CBTC系统对车地通信有着严格的要 求•当前WLAN标准的应用场景主要是室内环境， 很少考虑高速移动场景；当列车高速运行时，切换频 繁，很可能发生车地通信延时和数据包丢失的现象， 严重时将导致列车紧急制动，影响列车安全高效运 行•研究表明引起CBTC系统车地通信延时和数据 包丢失的主要因素是越区切换.

国内外一些学者针对IEEE 802. 11标准的无 线网络提出很多快速切换方案[57]，主要研究了已有 切换方案的优缺点、自适应快速切换参考模型、切换 延时和数据包丢失等性能参数优化、移动性支持等 问题•尽管现有研究的应用场景通常在室内，而且终 端往往是静止或者低速移动的，较少考虑高速移动 场景下的切换问题，但是对设计高速移动场景下的 无缝切换方案仍有重要的参考价值•目前，针对轨道 交通列车越区切换的研究工作[812]，主要集中在轨 道交通运营环境、越区切换影响因素、越区切换模 型、切换时机选择、切换性能参数优化等方面•这些 研究成果改进了列车高速运行下的车地通信性能， 提高了列车运行的安全性和可靠性；然而，大多是面 向高速列车的GSM-R或者LTE-R无线通信环境， 难以直接应用于WLAN环境下的城市轨道交通列 车无缝切换场景．

本文结合城市轨道交通运营环境，采用IEEE 802. 11 ac标准的WLAN实现CBTC系统车地通

1

系统模型

IEEEStd 1474. 1明确提出CBTC系统应具备 ATP(automatic trainprotection,列车自动防护）、 ATO(automatic trainoperation,列车自动驾驶）和 ATS(automatic trainsupervision，列车自动监控） 三个子系统的功能•在城市轨道交通实际应用中， CBTC系统功能分别由轨旁设备、车载设备、ATS 设备、数据通信设备等协同实现；其中，ZCCzone controller,区域控制器）和 CC(carborne controller， 车载控制器）协作完成ATP和ATO的具体功能， 控制中心ATS设备和车站ATS设备共同完成 ATS 的具体功能，DCSCdatacommunicationsub- system，数据通信子系统） 为各设备之间提供安全实 时的数据传输服务.

1. 1 CBTC系统车地通信模型

城市轨道交通CBTC系统DCS包括地面有线 通信网络、车地无线通信网络和车载有线通信网络• 地面有线通信网络和车载有线通信网络均采用 IEEE 802. 3标准，车地无线通信网络采用IEEE 802.11 a/b/g/n/ac标准，典型的CBTC系统车地 通信网络结构如图1所示•在CBTC系统车地通信 网络中，轨旁AP(access point,接人点）与车载MR (mobile radio,移动无线电台）双向通信；列车接收 来自轨旁设备的MA(moving authority,移动授权） 信息，同时将列车位置报告信息发送到轨旁设备.1.2 WLAN覆盖方式

为了使城市轨道交通线路实现WLAN全覆 盖，通常沿线路设置若干AP，间隔几百米，AP通过 光纤环网连接到骨干传输网•每个AP —般都有两 个定向天线，并分别面向线路的两个相反方向•同 时，为了达到更好的收发效果，列车的每一端都装备 一个MR，并为每个MR配置两个定向天线•这样， 在冗余的无线网络覆盖范围内，列车的每一端都能 扫描到两个AP，CBTC系统无线网络覆盖方式如图 2所示•此外，为了满足CBTC系统对数据传输的实

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时性、安全性、可靠性等要求，确保一个AP故障不 会影响CBTC系统车地通信，以及列车以200 km/h

的速度运行时无缝漫游，车地无线通信网络采用双网冗余配置[13].

列车1 列车2 列车3

1典型的CBTC系统车地通信网络结构

Fig. 1 A typical network architecture of train-to-wayside communications for CBTC systems

图

CBTC系统无线网络覆盖方式

Fig. 2 A coverage scheme of wireless networks for CBTC systems

1.3 IEEE 802. 11ac标准相关特性

2008年，IEEE成立了超高吞吐量（very high throughput,简写为VHT)工作组，开始制定IEEE 802. llac标准，目标是WLAN的传输速度达到1 Gbit/s以上[14] •从核心技术来看，IEEE 802. llac 标准是在IEEE 802. 11a标准之上发展起来的，具 有向下兼容的特性，采用更多的空间流、更高密度的 调制方式、更宽的传输带宽等方式提高了物理层性 能[15].考虑城市轨道交通实际运营的特点，本文采 用40 MHz信道带宽、2X2多天线技术，探讨CBTC 系统车地通信的性能优化问题.2

算法描述

在城市轨道交通CBTC系统中，当列车从一个 AP的覆盖范围运行到下一个AP的覆盖范围时，会

发生切换，整个切换过程是自动触发的•为了使列车 在高速运行时能够准确把握切换时机，避免切换过 程中任何可能的数据丢失或车地通信中断，本文提 出动态调整滞后参数H的切换算法，实现CBTC系 统无缝切换.

2.1列车越区切换过程

由于线路上相邻AP之间有足够的重叠区域， 采用基于IEEE 802. 11标准的WLAN技术，列车 可以在与源AP(如AP1)断开连接之前，同目标AP (如AP2)进行关联•也就是说，在相邻AP的重叠区 域内，列车自动完成整个越区切换过程，实现无缝切 换•假设沿线AP的无线信号覆盖环境完全对称，列 车从AP1的小区运行到AP2的小区过程中，信号 强度变化如图3所示•其中：：THl表示切换门限的 最大值；TH2表示切换门限的最小值;Lmin表示最小

图2

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接收电平值；H为迟滞参数.WLAN的无线传播特性会对CBTC系统车地通信 造成一定的影响，然而难以采用一种简单的无线传 播模型表示各种环境下的无线信号传播特性.地面 线路和高架线路为开放空间，可以选用自由空间传

A

r

„P

播模型估算覆盖范围和无线路径损耗；在地下隧道 线路中，CBTC系统存在反射、散射、衍射等造成的 深度衰落和多径效应，而且隧道截面尺寸、传输频 率、天线极化等都会影响车地通信性能[1617].因而， 通过对CBTC系统在隧道环境中的无线传播特性 距离/m

图3列车越区切换过程

Fig. 3 Handoverprocess ofa train

2.2

列车越区切换算法

当列车在相邻AP的重叠区域切换时，选择切 换时机是至关重要的.如果切换时机太早，目标AP 的信号强度较弱，极易产生“乒乓效应”，占用较多的 网络资源，降低网络性能；如果切换时机太晚，源 AP的信号强度较弱，车地通信质量下降，有可能发 生数据包丢失严重，甚至车地通信中断的现象.

现有的城市轨道交通CBTC系统切换算法是 通过设置固定的切换迟滞参数H来触发切换.如果 列车接收到源AP的平均信号强度小于最高切换门 限了、大于最低切换门限，并且目标AP的 平均信号强度比源AP高出H时，就触发切换，这 样能够有效避免\"乒乓效应\"的发生.在图3中，_F点 就是列车切换位置，切换触发条件为

|犜犎2〈犔API〈犜犎1，犔AP2 —犔AP1 =犎.

其中：Lapi表示源AP的平均信号强度；LaP2表示目 标AP的平均信号强度.

切换门限值犜犎1和犜犎2也就是AP的覆盖阈 值，可以通过每一个AP单独设置，是固定值.通常 情况下，根据线路具体情况，合理设置每个AP的覆 盖阈值.同样，如果覆盖阈值太高，则切换难度增大， 切换时机推迟，影响车地通信性能；如果覆盖阈值太 低，切换难度就变小，切换时机提前，容易引起“乒乓 效应”为了使列车在高速运行过程中能够准确把握 切换时机，本文提出动态调整滞后参数犎的切换算 法．

2.3 CBTC系统无线传播特性分析

城市轨道交通线路环境复杂，存在地面线路、高 架线路、隧道线路等多种运营场景，而且绝大部分线 路为地下隧道线路.列车在线路上高速运行时，

进行分析，选用合适的无线传播模型是非常关键的.

1)分界距离确定

地下隧道无线传播特性研究通常采用波导理论， 由于国内城市轨道交通隧道断面尺寸普遍为6 m左 右，电磁波的波长远小于隧道断面尺寸，因此可以将 地下隧道近似为一个有损耗的介质波导，该波导为高 通滤波器，截止频率为

犳二犽二犮槡犪^狀二犮、槡/(犿)2 a + (狀)2.b

⑵

其中犮为光速，数值是3X108 m/s;。为截止波长， 与填充介质有关犽。为截止波数，与电磁波的具体 模式有关;犿和狀为波型指数，取值为任意非负整 数，但不同时为0;和b分别为波导的宽度和高度. 由式⑵可知，隧道的截止频率仅与断面尺寸有关， 通常小于100 MHz;然而列车在隧道中运行时，改 变了波导的宽度和高度，截止频率降低[18]. CBTC 系统车地通信选用ISM的2. 4 GHz频段和5. 8 GHz频段，都远高于截止频率，完全可以在隧道中 传播．

依据波导理论，电磁波在隧道中传播，可划分为 近区和远区，两个传播区域的分界距离通过菲涅尔 区（fresnel zone)理论确定.如果第一菲涅耳区开始 被阻断，发射天线和接收天线之间的距离为分界距 离，那么障碍物为左右壁和上下壁时的分界距离分 别为

犱1 -

h2二了，

(3犱2 -—狑⑵

_ 丁.

(4

因此，地下隧道中发射天线到转折点的最大距离就

是近区和远区的分界距离，即

Db = max(A^

，狑A

).

(5)

其中4为隧道的高度；狑为隧道的宽度;A为电磁波

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的波长.

由式(5)可知，分界距离与隧道的高或宽的平方 成正比，与电磁波的波长成反比.如果将地下隧道近 似为一个空气填充的矩形波导，其断面等效为边长为 6 m的矩形，那么理论上对应于2. 4 GHz和5. 8 GHz 的电磁波的分界距离可以由式(5)计算得到.

犺2狑2、 犺2犳狑

Db —:max(Y，丁）—max( c，\"c)_ A A

(6)

本文将AP沿线路按200 m间隔布置.2.4迟滞参数与列车速度的关系

根据式(8)中的无线路径损耗模型，计算在切换 点F处AP1和AP2的信号强度.假设两个小区的 网络性能完全对称，迟滞参数表示为

犎=10nlg(犱1).

d2

L2 — L1 = PL(d) — PLd)=

(9)

将办:—狑—6 m犳1二 2. 4 GHz，犳—5. 8 GHz,c = 3 X 108 m/s 代人式(6)，可得 2. 4 GHz 和 5. 8 GHz 其中为切换点F到AP1的距离;犱2为切换点F 到AP2的距离.在图3中，AD和BC分别为当前小 的电磁波的分界距离分别为288 m和696 m.

由于在实际的隧道线路环境中，存在列车、钢轨、 轨旁设备、通信线缆、金属固定架、馈线等障碍物，会 对电磁波产生反射和遮蔽的影响，阻断第一菲涅尔区 的电磁波[19]，因而可以等效于减小隧道断面尺寸.这 样，隧道中两种传播区域的分界距离要比理论值小一 些，根据实测数据，分界距离大概减小100 m左右.

2)无线路径损耗分析

通常，估算无线路径损耗和覆盖范围，可采用天 线自由波的无线链路预算公式，如式（)所示.

Pr (dBm) = Pt (dBm) +Gt (dBi) - PL (dB) + Gr (dBi)-Lc(dBm).

(7)其中：R为最小接收电平；为最大发射功率;Gt 为发射天线增益;G为接收天线增益；

为路径损

耗;Lc为综合损耗（包括线缆、接头、玻璃等损耗）.

研究表明[2021]，无线信道的长距离衰落特性服 从对数正态分布，常用的路径损耗模型为

PL(d) = PL(do)+10n\\g(犱犱0

）+Xs.

(8)

其中d为发射机与接收机之间的距离；do为参考 距离，通常取1 mn为路径损耗因子，表征路径损 耗与距离的关系，与周围环境有关，通常开阔空间取 值为2 ;犡.为均值为0、方差为的高斯噪声.

在CBTC系统无线链路预算时，充分考虑线路 环境、WLAN覆盖要求、WLAN工作频段等因素， 进一步优化无线网络拓扑，满足空口速率能达到9 Mbps、信号强度大于等于一86 dBm的要求.通过以 上理论分析，地下隧道采用IEEE 802. 11 ac标准的 WLAN覆盖，当选用5.8 GHz频段、40 M带宽时， 物理传输速率 MCS ( modulation and coding scheme)9的最大覆盖距离为137 m,MCS8的最大 覆盖距离为225 m.因此，CBTC系统中的电磁波在 近区传播，遵循自由空间传播特性，可以准确计算传 播损耗；同时为了满足冗余覆盖要求以及便于仿真，

区AP1和相邻小区AP2的覆盖半径r，CD为相邻两 个小区的重叠区长度hd2=BF=AB—AF=2r—s — dl. 由式 (9) 可得

H = 10nlg-^2?--犱狊—^犱-1

.

(10)

假设列车以速度n行驶，经历切换时间为^则

切换完成时，列车距离AP1为

D —犱1 vt.

(11)

列车在行驶过程中，小区覆盖信号强度模型如 图3所示，当列车从AP1向AP2行驶，满足切换条 件时，触发切换.理论上，切换过程发生在相邻AP 的重叠区内，切换点可以是重叠区内的任何位置[22]•那么d — ? —v，则

H — 10nlg ?—r—狊十V V

.

(12)

可以得到在固定覆盖环境下，切换时间和列车速度

的关系为

a — 1〇10n —r,

v + a(s — r)

(13)

—

( + 1) •

2.5切换迟滞参数H的优化

合理调整切换迟滞参数H可以适应各种列车 速度下的切换难度，有效提高切换成功率，预防乒乓 切换.从前面分析可知，当切换时间固定时，随着速 度的增长，切换迟滞参数H逐渐降低.当速度较大 时，应适当降低H，提前切换；当速度较低时，应适 当推迟切换，防止发生乒乓切换.由于城市轨道交通 列车运营速度通常为60〜80 km/h，广州地铁22号 线的列车最高速度达到160 km/h，同时为了满足未 来列车跨站运营的高速需求，本文考虑列车最高速 度为200 km/h条件下的切换优化算法.将列车在 80 km/h的切换迟滞参数H作为参考值，该值可以 由以上公式推导得出，结合实测数据进行修正，具体 的切换迟滞参数H优化公式为

62

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H(v)= max犺[mrn(ma?fI狏 狏—狏狘，0),)]犽，0}.

一狏I

(14)

且满足

狏狋={

3仿真结果及分析

根据上述推导出的列车速度与切换迟滞参数之

间的约束关系，结合WLAN环境下列车越区切换

f 200 km/h，当狏 > 狏；0km/h,当狏〈狏.

(15)

算法，采用Matlab仿真工具对CBTC系统车地通 信性能进行定性和定量的分析.考虑跨站运营的实 际需求，列车最高速度不超过200 km/h，仿真参数 如表1所列.在下面的仿真中，传统的切换算法均指 采用固定切换门限的切换算法.

其中：犺为列车在80km/h的平均切换门限值;狏为 列车的边界速度；狏为列车的参考运行速度，取值为 80km/h;犽为降低因子，表征滞后余量降低的程度， 本文取值为0. 9.l仿真参数

表

2.6算法的流程

根据上述对列车越区切换算法的描述，具体步 骤为：

Stepl:扫描列车周围AP的接收信号强度，发 现新AP;

Step2:根据新AP的接收信号强度，判别是否 满足切换触发条件；

Step3:测量列车运行速度狏根据速度值选择合 适的切换门限值H;

Step4:执行切换，计数器加1.切换算法流程图如图4所示.

图

4切换算法流程图

Fig. 4 Flowchart of the proposed handover algorithm

Tab. l Simulation parameters

参数类型

AP发射功率

15 数值

dBm发射天线增益G10 dB接收天线增益G,10 dB天线类型90° Directional小区半径r200 m重叠区长度d100 m

信号频率/

2.4 GHz/5.8 GHz

i)乒乓切换性能

\"乒乓效应\"是指由于切换门限值设置太小或者 信号不稳定导致列车在小区边沿来回进行多次切 换.通常，乒乓切换是指列车从源AP切换到目标 AP，行进中再从目标AP切换到源AP的过程.从 图5中可用看出，当切换迟滞参数设置为1. 5dB 时，乒乓切换率低于1.023%;当切换迟滞参数设置 为2 dB时，乒乓切换率低于0. 536%;采用本文提 出的自动调整切换迟滞参数的算法，乒乓切换概率 低于0. 185%.可见，采用动态调整切换迟滞参数能 够有效降低乒乓切换率，提高切换质量.

40 80 120 160 200

\"/(km-h_1)

图5

不同列车速度下的乒乓切换率

Fig 5 Rates of Ping-pong handover under different train spceis

2)列车速度与切换时间的关系

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依据前面的分析，切换时间与列车速度、切换迟 滞参数、AP覆盖半径、重叠覆盖区域之间存在一定 的约束关系.然而，在实际运营中，很多参数都是难 以调整的或固定不变的，比如列车速度、AP覆盖半 径、重叠覆盖区域等.因此，在切换算法中可以考虑 通过调整切换迟滞参数达到调整切换时间的目的. 在列车快速运行过程中，切换时间对切换质量影响 较大.为了确保CBTC系统可靠连续的车地通信， 列车在重叠覆盖区域内需要有足够的切换时间.在 域网、车载双天线等冗余方式能够充分利用WLAN 网络，提高了车地通信的可靠性.

城市轨道交通中，通常需要考虑不利情况下的列车 切换过程，即在重叠覆盖区域内列车至少能够执行 两次切换过程.依据上面设定的条件，列车切换时间 与速度之间的关系如图6所示.

!/(km.h-1)

图6

不同列车速度下的切换时间

Fig. H犪andover time under different train speeds

当列车运行于不同的速度等级时，越区切换位置 发生了变化.从图6中可以看出，列车速度小于80 k m/ h时，切换位置延后，平均切换时间缩短，从最大 138 ms降到了最大86 ms，减少了切换时间，保证了 乒乓切换的低概率;列车速度大于80km/h时，切换 位置前移，从最小12 ms的切换时间降低到了最小23 ms，增加了切换时间，降低了车地通信中断概率.

3)列车速度与切换成功率的关系

当列车速度在0〜200 km/h范围内，传统切换 算法与本文提出的切换算法对于切换成功率的仿真 比较如图7所示.在图7中，列车在不同速度等级下 运行，本文所提算法的切换成功率均高于传统切换

算法.当列车速度在80km/h以下时，列车切换成 功率高于99. 5%;当列车速度在80〜160km/h范 围内，列车切换成功率高于99%;当列车速度高于 160 km/h以下时，列车切换成功率高于97%，能够 满足CBTC系统车地通信的性能要求[23].采用双局

vt (km • h\"1)

图7

不同列车速度下的切换成功率

Fig. 7 Successful handover rate under different train speeds

4)不同列车速度下的网络吞吐量变化

从图8可以看出，采用不同标准的WLAN技术， 列车以不同速度运行时的平均吞吐量变化情况.当列 车速度为100km/h时，采用IEEE802. 11g标准的 WLAN吞吐量降低到1 Mbps以下，难以满足CBTC 系统车地通信的需求;当列车速度为200 km/h时，采 用IEEE802.11n标准的WLAN的吞吐量降到1 Mb­ps 以下，也难以满足 CBTC 车地通信的需求; 此时，采 用IEEE802.11ac标准的车地通信的吞吐量仍然能够 满足车地通信的需求.而且，应用IEEE802. 11ac标准 的多天线技术能够有效抑制CBTC系统车地通信网 络吞吐量的波动，提高通信质量.

vt (km • h\"1)

图

8列车在不同速度下的吞吐量变化

Fig. 8 Change of throughput under different train speeds

4

结论

从动态调整切换门限值的角度出发，提出了基

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于IEEE802. llac标准的城市轨道交通CBTC系 统切换算法.该算法主要考虑列车在WLAN环境 下运行时，列车速度对越区切换质量的影响，采用幂 函数动态调整切换门限值，仿真分析列车在不同速 度下的乒乓切换、切换时间、切换成功率、网络吞吐 量等性能.仿真结果表明，本文算法能够降低乒乓切 换概率，显著提高越区切换成功率，且明显增大了网 络吞吐量，进一步改善了通信质量和资源利用率，能 够满足CBTC系统车地通信的要求.[0] 徐岩，詹强.高速铁路移动通信TD-LTE切换算法研

究[J].铁道学报，2015,37(5):47-51.

[1] 米根锁，马硕梅.基于速度触发的提前切换算法在

LTE-R中的应用研究[J].电子与信息学报，2015,7 (12) 2852-2857[2] 孙斌，冯庆坤，金心宇，等.高铁环境中满意通信概率

模型及切换算法研究[J].浙江大学学报（工学版），

2012(9) 6-12[3] 邸成，方旭明，杨崇哲，等.一种基于车载双天线的

GSM-R冗余网络无缝切换方案[J].铁道学报，2012, 参考文献：

[l]刘晓娟，张雁鹏，汤自安.城市轨道交通智能控制系统

[M].北京：中国铁道出版社，2008:30-36.

[]张雁鹏，党建武，刘晓娟，等.基于Stackelberg博弈的 城市轨道交通CBTC系统越区切换研究[].铁道学 报，20l5(2):39-45.[]陈永刚，罗雅允，贺欢欢.基于WLAN的CBTC系统中 安全通信协议设计与验证[].兰州交通大学学报， 2015,34(4)6-12.

[4]

IEEE Standards Association. IEEE standard for com­munications-based train control (CBTC) performance and functional requirements： 1474. 1 — 2004 [S]. New York：The Institute of Electrical and Electronics Engi­neers ,Inc.，2005.[5]

SEQUEIRAL，CRUZJLDL，RUIZ-MASLetal. Building an SDN enterprise WLAN based on virtual APs[J]. IEEE Communications Letters, 2017,21(2)： 374-377[6] JINS，CHOIS.Aseamlesshandoffwithmultiplera- dios in IEEE 802. 11 WLANs[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2014,63(3) ； 1408-1418.[7] PACKS，CHOIJ，KWONT，etal. Fast-handoff sup­port in IEEE 802. 11 wireless networks[J]. Communi­cations Surveys & Tutorials IEEE，2007，9 (1) ； 2-12.[]曹源，马连川，张玉琢，等.LTE-R与GSM-R的越区切 换成功率比较[J].中国铁道科学，2013,34 (6): 117­[]

123

陈永刚，李德威，张彩珍.一种基于速度的LTE-R越区 切换优化算法[J].铁道学报，2017，39(7) 67-72.

34(6) 51-56[14] 冀保峰，宋康，黄永明，等.基于IEEE 802. 11ac的多

用户MIMO传输方案的优化设计及其性能分析[J]. 通信学报，2013(5)96-106.[5] 潘志鹏，吴斌，叶甜春.适用于IEEE 802. 11ac协议的

高效速率自适应算法[J].西安电子科技大学学报（自

然科学版），2016(1) 120-126.[6] 张振海，党建武，闵永智.基于无线传感网的铁路隧道

环境无线监测系统设计[J].兰州交通大学学报， 2014，33(4) 40-44[17]王洪伟，宁滨，蒋海林，等■ 2. 4GHZCBTC车地通信

系统在隧道中的传播特性研究[J].铁道学报，2013, 35(10) 52-58[8] 孙继平，石庆冬.矩形隧道中的列车对电磁波截止频

率的影响[J].电波科学学报，2001，16(1): 100-102.[9] 孙溶辰，宋坤，陶成，等.隧道环境下无线信道特性分 析[J].铁道学报，2017,39(2):58-66.

[20] 张嘉驰，陶成，孙溶辰，等.基于传播图理论的隧道场

景无线信道模型构建与验证[J].铁道学报，2016,38

(10) 46-54[21] 张跃平，张文梅，郑国莘，等.预测隧道中传播损耗的

混合模型[J].电子学报，200129 (9) 1283-1286.[2]刘留，陶成，陈后金，等.高速铁路无线传播信道测量

与建模综述[J].通信学报，2014(1) 115-127.[23]中华人民共和国住房和城乡建设部.城市轨道交通基 于通信的列车自动控制系统技术要求：CJ/T 407 —

2012[S].北京：中国标准出版社，2013.

(责任编辑：顾桂梅）