[发明专利]车地协同的高速铁路宽带通信系统集散式网络管理系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络管理系统及方法，特别是涉及一种适用于高速铁路宽带通信系统的网络管理系统及方法。

背景技术

随着我国高速铁路建设的不断发展，高速列车成为旅客远距离出行的重要交通工具，与此同时，旅客对在高速列车上进行高质量的通信和数字娱乐服务的需求日益迫切。目前国外将卫星技术、GPRS（通用无线分组业务）和UMTS（通用移动通信系统）技术与WiFi无线网络相结合，在时速高达300km/h的跨境列车上提供不中断的无线宽带互联网连接；并有人提出基于WiMAX（全球微波接入互操作性）技术的列车运行控制网络来取代现有基于GSM-R（铁路移动通信标准）网络的列车运行控制系统，在信号控制数据传输带宽的同时提供多样化的网络服务。而国内乘客在高速列车上通话和上网主要基于既有的2G、3G公众移动通信网络。与传统无线网络覆盖环境相比，在高速铁路环境下，由于列车运动速度快而且车体损耗大，导致无线信号多普勒效应明显，网络切换频繁，高速列车上的终端用户容易出现无法接通、频繁掉话、话音断续等现象，严重影响了旅客的通信质量和服务体验。

近年来LTE技术的发展为建设高速铁路宽带通信系统，给旅客提供高速、稳定的通信质量和丰富多样的用户体验提供了解决方案。特别是TD-LTE技术，是我国拥有核心自主知识产权的通信技术标准，与我国提出的第三代移动通信系统标准TD-SCDMA共存。为了实现高速铁路宽带通信网络对2G/3G/LTE以及WiFi等多类无线通信应用，基于TD-LTE的高速铁路宽带通信系统专网设计被重点关注。该系统包括车载网子系统、接入网子系统和核心网子系统三个部分。系统总体框架图如图1所示。

车载网子系统主要包括的车载网元，车载网元有：车载台、车载网关、车载网络、车载2G/3G微基站单元及WiFi热点。车载台直接与地面TD-LTE基站通信，负责搭建车-地间的大容量数据传输通道。接入网子系统包括基站eNodeB，由基带处理单元BBU和无线远端单元RRU组成。核心网子系统包括移动管理设备MME、服务网关S-GW、分组数据网网关P-GW、归属签约用户服务器HSS、策略和计费控制单元PCRF以及接入控制器。

为了保证基于高速铁路宽带通信系统运行的稳定性和可靠性，实现面向全网范围的信息交换、资源共享、故障定位、性能分析等功能，适用于高速铁路宽带通信系统的网络管理研究成为需要解决的一个关键问题。由于高速铁路自身的特点，高速铁路宽带通信系统的网络管理与传统的移动通信网络管理之间存在很多不同之处，主要包括以下几个方面：

（1）网络管理对象的特殊性

高速铁路宽带通信系统的管理除了包括传统的接入网和核心网子系统，还将车载网子系统纳入了管理范畴。车载网子系统随列车高速移动，给网络管理带来了复杂性和特有性。车地通信带宽资源有限，需要支持话音、视频、数据等多种业务。因此，管理方法和实施手段，必须简单、可靠，节约频谱资源和计算资源。

（2）网络管理结构上的不同

传统的网络管理结构分为集中式管理模式和分布式管理模式，传统的网络管理系统通常采用单一的管理模式。基于高速铁路宽带通信网络的特点，地面接入网和核心网子系统其网络结构简单，而车载子系统内的网元种类较多，管理信息传递占用车地之间的通信带宽，单一采用集中式网络管理或分布式网络管理结构模式均不合适。

（3）网络管理信息采集方式的不同

网络管理结构上不是采用集中式或分布式管理，不能采用单一的周期性轮询采集模式或者陷阱自动上报机制，应该在不同的管理层次采用不同的管理通信协议，有时甚至在同一个管理层次面向不同的管理功能也需要采用不同的管理协议，实现对管理信息高效的采集；同时，车载子网络随列车处于高速运动之中，管理信息的采集也需要考虑高效与实时的有效折中。

（4）网络管理的实时性与可靠性要求不同

大部分列车都是按时刻表运行在各种铁路轨道上，这就使得车载网节点以及节点之间的通信链路不像地面计算机网络那样处在固定的位置上，而是随时间不断的变化，拓扑结构的周期性变化，要求对网络实施实时的、移动的管理。同时，由于列车高速运动带来的多普勒频移和快速切换，使得车地间的通信链路可能存在较大的误码率，信息的重发，甚至导致通信链路的中断，影响传播延时。因此，空间信息网络的管理要具有很强的容错能力。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种车地协同的高速铁路宽带通信系统集散式网络管理系统及方法，针对高速铁路列车快速运动的特点，减少车地间管理信息流量占用无线带宽，实现网络高效、合理的管理。