基于5G通信技术的列车段场内批量数据传输系统及方法与流程

基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统及方法
技术领域
1.本发明属于轨道交通+5g技术应用领域，尤其涉及一种基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统及方法。


背景技术：

2.随着轨道交通车辆的快速发展和智能化程度的不断提高，车载系统越来越多，同时采集的数据越多越多，需要车地传输的数据呈指数增长，比如车载系统的软件升级包传输、车辆状态信息传输以及车载传感器高频数据下载等。目前车地数据的传输大多通过售后人员拿u盘或者移动硬盘逐列登车操作，在面对车辆段场列车数量较多的情况下，传输数据尤其浪费时间和人力。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于5g通信技术的地铁列车段场内批量数据传输方法解决了列车段场进行列车大批量数据传输效率低的问题。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统，包括5g独立物联网小区、手持终端模块、段场服务器和车辆模块；
5.所述5g独立物联网小区，用于形成列车段场内的5g网络；
6.所述手持终端模块，用于获取数据上传信号和数据下载信号，并根据数据上传信号，利用5g网络，将手持终端模块存储的轻量数据传输至车辆模块；
7.所述车辆模块，用于根据5g网络，接收轻量数据，以及根据数据下载信号将车辆模块存储的批量数据传输至段场服务器；
8.所述段场服务器，用于根据5g网络，接收批量数据。
9.本发明的有益效果为：本发明解决了列车段场内车地之间大量数据无线传输的问题；利用了手持终端模块和5g独立物联网小区形成的5g网络进行无线传输，可以有效减少作业值守人员的数量；结合了5g通信技术，可以做到轻量化布局，独立成小区，并且充分利用了5g大带宽、低时延高可靠的特性，可以对批量列车进行大量数据的传输。
10.进一步地，所述5g独立物联网小区包括第一5g核心网icore、第二5g核心网icore、第一主机单元ibbu、第二主机单元ibbu、第一扩展单元ieu、第二扩展单元ieu和若干个室外微型基站irru；
11.所述第一5g核心网icore分别与第一主机单元ibbu和第二主机单元ibbu连接；所述第一主机单元ibbu分别与第一扩展单元ieu、第二扩展单元ieu和第二5g核心网icore；所述第一扩展单元ieu分别与第二主机单元ibbu和各室外微型基站irru连接；第二主机单元ibbu分别与第二扩展单元ieu和第二5g核心网icore连接；所述第二扩展单元ieu与各室外微型基站irru连接；各所述室外微型基站irru分别与手持终端模块、段场服务器和车辆模块连接。
12.上述进一步方案的有益效果为：5g独立物联网小区包括两套5g独立物联网设备，达到备份冗余的功能，提高5g网络的稳定性。
13.进一步地，所述手持终端模块包括第一存储子模块、第一5g通信子模块和第一非对称密码算法子模块；
14.所述第一存储子模块，用于存储轻量数据，并根据数据上传信号，利用5g网络，将轻量数据传输至车辆模块；
15.所述第一5g通信子模块，用于将手持终端模块通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与段场服务器和车辆模块连接；
16.所述第一非对称密码算法子模块，用于根据5g网络，与车辆模块进行用户身份确认，得到数据上传信号和数据下载信号。
17.上述进一步方案的有益效果为：利用第一非对称密码算法字模块与车辆模块进行用户身份确认，提高数据传输的安全性和稳定性。
18.进一步地，所述车辆模块包括第一车载服务器子模块、第二车载服务器子模块、第一5g cpe终端设备和第二5g cpe终端设备；
19.所述第一车载服务器子模块和第二车载服务器子模块，均用于接收轻量数据，以及存储批量数据，并根据数据下载信号将批量数据传输至段场服务器；
20.所述第一5g cpe终端设备和第二5g cpe终端设备，均用于将车辆模块通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与手持终端模块和段场服务器连接。
21.上述进一步方案的有益效果为：第一车载服务器子模块和第二车载服务器子模块均通过5g cpe终端设备连入5g独立物联网小区内，实现冗余备份的功能。
22.进一步地，所述第一车载服务器子模块和第二车载服务器子模块均包括第二非对称密码算法单元、第二存储单元和防火墙；
23.所述防火墙，用于将5g网络和车载以太网隔离；
24.所述第二非对称密码算法单元，用于与第一非对称密码算法子模块进行用户身份确认；
25.所述第二存储单元，用于接收轻量数据，以及存储批量数据，并根据数据下载信号将批量数据传输至段场服务器。
26.上述进一步方案的有益效果为：防火墙将车载以太网和段场5g网络隔离，起到安全防护作用。
27.进一步地，所述段场服务器包括第二5g通信子模块和第三存储子模块；
28.所述第二5g通信子模块，用于将段场服务器通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与手持终端模块和车辆模块连接；
29.所述第三存储子模块，用于接收批量数据。
30.上述进一步方案的有益效果为：段场服务器通过第二5g通信子模块接入5g网络，并可接收手持终端模块的远程操控，提高数据传输效率。
31.本发明提供了一种基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输方法，包括以下步骤：
32.s1、启动5g独立物联网小区，形成5g网络；
33.s2、将手持终端模块、段场服务器和车辆模块接入5g网络；
34.s3、根据手持终端模块，判断车辆模块身份是否正确，若是，进入步骤s4，否则，结束流程。
35.s4、判断手持终端模块是否有需要上传的传输数据，若是，得到数据上传信号，并根据数据上传信号，利用地车通信协议，将手持终端模块中的轻量数据传输至车辆模块，并进入步骤s5，否则，直接进入步骤s5；
36.s5、根据手持终端模块判断段场服务器是否需要下载数据，若是，得到数据下载信号，并根据数据下载信号，利用车地通信协议，将车辆模块中的批量数据传输至段场服务器，并将车辆模块的批量数据删除，完成批量数据传输，否则，结束流程。
37.本发明的有益效果为：本发明解决了段场内车地之间大量数据无线传输的问题；利用了手持终端模块和5g独立物联网小区形成的5g网络进行无线传输，可以有效减少作业值守人员的数量；结合了5g通信技术，可以做到轻量化布局，独立成小区，并且充分利用了5g大带宽、低时延高可靠的特性，可以对批量列车进行大量数据的传输。
附图说明
38.图1为本发明的系统结构图。
39.图2为本发明中5g独立物联网小区架构图。
40.图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
41.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
42.实施例1
43.如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统，包括5g独立物联网小区、手持终端模块、段场服务器和车辆模块；
44.所述5g独立物联网小区，用于形成列车段场内的5g网络；
45.所述手持终端模块，用于获取数据上传信号和数据下载信号，并根据数据上传信号，利用5g网络，将手持终端模块存储的轻量数据传输至车辆模块；
46.所述车辆模块，用于根据5g网络，接收轻量数据，以及根据数据下载信号将车辆模块存储的批量数据传输至段场服务器；
47.所述段场服务器，用于根据5g网络，接收批量数据。
48.本实施例中，5g独立物联网小区由5g核心网icore，主机单元ibbu、扩展单元ieu以及室外微型基站rru组成，这些设备通过光纤连接，在一个车辆段场由两个相同的5g独立物联网小区组成双跨结构，达到备份冗余的功能，防止其中一个小区无法启动，以上设备通过光纤连接成星形拓扑网络架构；
49.手持终端模块内嵌第一5g通信子模块和第一非对称密码算法子模块，可接入5g独立物联网小区，对数据进行上传和下载；
50.段场服务器同时接入5g独立物联网小区和外网，包括第三存储子模块、防火墙等，
该服务器接受手持终端模块的远程操控，接收车辆模块的数据；
51.地铁列车两个头车分别配备一个车载服务器(分别为第一车载服务器子模块和第二车载服务器子模块)和一个5g cpe终端设备(分别为第一5g cpe终端设备和第二5g cpe终端设备)，5g cpe终端设备接收5g信号并通过网线连接车载服务器，当列车入库的时候，采用抢主机制，即哪个5g cpe终端设备先接入5g独立物联网小区，那么该cpe终端设备成为主cpe终端设备；两个车载服务器同时通过车载以太网连接列车网络控制系统，车载服务器包括第二非对称密码算法单元、第二存储单元、防火墙等，防火墙将车载以太网和段场5g网络隔离，起到安全防护作用。
52.本实施例中，5g独立物联网小区是核心，形成整个段场的5g网络，由两个5g核心网icore，两个主机单元ibbu、两个扩展单元ieu以及数个室外微型基站irru(见图2)；手持终端模块、段场服务器通过自身配置的5g通信子模块无线接入段场5g网络；地铁列车配置5g cpe终端设备和车载服务器，5g cpe终端设备无线接入段场5g网络，车载服务器通过网线与5g cpe终端设备相连，间接连入段场的5g网络。通过上述方式，将5g独立物联网小区，手持终端模块、段场服务器以及车辆模块连接起来。
53.5g独立物联网小区的设备可选用华为ran、中兴、浪潮iran等系列设备，只要能形成5g网络的均可，比如5g核心网icore可选用中兴标准i5gc，主机单元ibbu可选用中兴v9200或者华为5900，扩展单元ieu可选用浪潮iran系列产品，室外基站irru可选用华为aau5270e、中兴r9105 s26等，地铁列车配置的5g cpe终端设备可选用华为、中兴mc 888s等型号；手持终端模块建议使用工业pad产品，可以应对车辆段场的一些恶劣工业环境；车载服务器一般选用标准机箱，在卡槽上安装存储介质；段场服务器可选用浪潮或者联想，比如联想的sr660v2。
54.如图2所示，所述5g独立物联网小区包括第一5g核心网icore、第二5g核心网icore、第一主机单元ibbu、第二主机单元ibbu、第一扩展单元ieu、第二扩展单元ieu和若干个室外微型基站irru；
55.所述第一5g核心网icore分别与第一主机单元ibbu和第二主机单元ibbu连接；所述第一主机单元ibbu分别与第一扩展单元ieu、第二扩展单元ieu和第二5g核心网icore；所述第一扩展单元ieu分别与第二主机单元ibbu和各室外微型基站irru连接；第二主机单元ibbu分别与第二扩展单元ieu和第二5g核心网icore连接；所述第二扩展单元ieu与各室外微型基站irru连接；各所述室外微型基站irru分别与手持终端模块、段场服务器和车辆模块连接。
56.所述手持终端模块包括第一存储子模块、第一5g通信子模块和第一非对称密码算法子模块；
57.所述第一存储子模块，用于存储轻量数据，并根据数据上传信号，利用5g网络，将轻量数据传输至车辆模块；
58.所述第一5g通信子模块，用于将手持终端模块通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与段场服务器和车辆模块连接；
59.所述第一非对称密码算法子模块，用于根据5g网络，与车辆模块进行用户身份确认，得到数据上传信号和数据下载信号。
60.所述车辆模块包括第一车载服务器子模块、第二车载服务器子模块、第一5g cpe
终端设备和第二5g cpe终端设备；
61.所述第一车载服务器子模块和第二车载服务器子模块，均用于接收轻量数据，以及存储批量数据，并根据数据下载信号将批量数据传输至段场服务器；
62.所述第一5g cpe终端设备和第二5g cpe终端设备，均用于将车辆模块通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与手持终端模块和段场服务器连接。
63.所述第一车载服务器子模块和第二车载服务器子模块均包括第二非对称密码算法单元、第二存储单元和防火墙；
64.所述防火墙，用于将5g网络和车载以太网隔离；
65.所述第二非对称密码算法单元，用于与第一非对称密码算法子模块进行用户身份确认；
66.所述第二存储单元，用于接收轻量数据，以及存储批量数据，并根据数据下载信号将批量数据传输至段场服务器。
67.所述段场服务器包括第二5g通信子模块和第三存储子模块；
68.所述第二5g通信子模块，用于将段场服务器通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与手持终端模块和车辆模块连接；
69.所述第三存储子模块，用于接收批量数据。
70.实施例2
71.如图3所示，本发明提供了一种基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输方法，包括以下步骤：
72.s1、启动5g独立物联网小区，形成5g网络；
73.s2、将手持终端模块、段场服务器和车辆模块接入5g网络；
74.s3、根据手持终端模块，判断车辆模块身份是否正确，若是，进入步骤s4，否则，结束流程。
75.s4、判断手持终端模块是否有需要上传的传输数据，若是，得到数据上传信号，并根据数据上传信号，利用地车通信协议，将手持终端模块中的轻量数据传输至车辆模块，并进入步骤s5，否则，直接进入步骤s5；
76.s5、根据手持终端模块判断段场服务器是否需要下载数据，若是，得到数据下载信号，并根据数据下载信号，利用车地通信协议，将车辆模块中的批量数据传输至段场服务器，并将车辆模块的批量数据删除，完成批量数据传输，否则，结束流程。
77.本实施例中，为了上传数据的安全，只允许从手持终端模块上传少量数据(即轻量数据)；为了大批量数据的完整性，只允许通过操作手持终端模块，将批量数据从车载模块传输至段场服务器。
78.本实施例中，地车通信协议：即从地面将数据传输到车载服务器的协议，规定了传输方向，传输对象，传输频率，传输内容等，同时由于从地面到车辆的数据传输为轻量传输，所以该协议规定了每个字节的传输内容。
79.车地通信协议：即从车载服务器到地面的传输协议，该协议同样规定了传输方向，传输对象，传输频率，传输内容等，但是与地车通信协议不同之处在于，从车辆到地面的数据传输可以批量传输，所以数据可以压缩打包的形式传到地面以后再解析。
80.本发明针对车辆段场列车大批量数据，利用5g通信进行高效无线传输。一方面可
以进行重要数据的上传，依托手持终端模块和5g网络，实现诸如车载系统远程升级的功能，减少人员逐列登车进行升级；另一方面可以根据需求，完成大批量数据的下载，由于5g技术具有大带宽、低时延、大容量的特性，相比目前依靠员工拿着u盘逐列登车下载数据，通过本发明的方法可以有效减少数据的下载时间，有效提升检修运维人员的作业效率。

技术特征：
1.一种基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统，其特征在于，包括5g独立物联网小区、手持终端模块、段场服务器和车辆模块；所述5g独立物联网小区，用于形成列车段场内的5g网络；所述手持终端模块，用于获取数据上传信号和数据下载信号，并根据数据上传信号，利用5g网络，将手持终端模块存储的轻量数据传输至车辆模块；所述车辆模块，用于根据5g网络，接收轻量数据，以及根据数据下载信号将车辆模块存储的批量数据传输至段场服务器；所述段场服务器，用于根据5g网络，接收批量数据。2.根据权利要求1所述基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统，其特征在于，所述5g独立物联网小区包括第一5g核心网icore、第二5g核心网icore、第一主机单元ibbu、第二主机单元ibbu、第一扩展单元ieu、第二扩展单元ieu和若干个室外微型基站irru；所述第一5g核心网icore分别与第一主机单元ibbu和第二主机单元ibbu连接；所述第一主机单元ibbu分别与第一扩展单元ieu、第二扩展单元ieu和第二5g核心网icore；所述第一扩展单元ieu分别与第二主机单元ibbu和各室外微型基站irru连接；第二主机单元ibbu分别与第二扩展单元ieu和第二5g核心网icore连接；所述第二扩展单元ieu与各室外微型基站irru连接；各所述室外微型基站irru分别与手持终端模块、段场服务器和车辆模块连接。3.根据权利要求1所述基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统，其特征在于，所述手持终端模块包括第一存储子模块、第一5g通信子模块和第一非对称密码算法子模块；所述第一存储子模块，用于存储轻量数据，并根据数据上传信号，利用5g网络，将轻量数据传输至车辆模块；所述第一5g通信子模块，用于将手持终端模块通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与段场服务器和车辆模块连接；所述第一非对称密码算法子模块，用于根据5g网络，与车辆模块进行用户身份确认，得到数据上传信号和数据下载信号。4.根据权利要求3所述基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统，其特征在于，所述车辆模块包括第一车载服务器子模块、第二车载服务器子模块、第一5g cpe终端设备和第二5g cpe终端设备；所述第一车载服务器子模块和第二车载服务器子模块，均用于接收轻量数据，以及存储批量数据，并根据数据下载信号将批量数据传输至段场服务器；所述第一5g cpe终端设备和第二5g cpe终端设备，均用于将车辆模块通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与手持终端模块和段场服务器连接。5.根据权利要求4所述基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统，其特征在于，所述第一车载服务器子模块和第二车载服务器子模块均包括第二非对称密码算法单元、第二存储单元和防火墙；所述防火墙，用于将5g网络和车载以太网隔离；所述第二非对称密码算法单元，用于与第一非对称密码算法子模块进行用户身份确认；
所述第二存储单元，用于接收轻量数据，以及存储批量数据，并根据数据下载信号将批量数据传输至段场服务器。6.根据权利要求5所述基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统，其特征在于，所述段场服务器包括第二5g通信子模块和第三存储子模块；所述第二5g通信子模块，用于将段场服务器通过各室外微型基站irru接入5g网络，并与手持终端模块和车辆模块连接；所述第三存储子模块，用于接收批量数据。7.一种利用权利要求1-6任一所述基于5g通信技术的列车段场内批量数据传输系统的数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、启动5g独立物联网小区，形成5g网络；s2、将手持终端模块、段场服务器和车辆模块接入5g网络；s3、根据手持终端模块，判断车辆模块身份是否正确，若是，进入步骤s4，否则，结束流程。s4、判断手持终端模块是否有需要上传的传输数据，若是，得到数据上传信号，并根据数据上传信号，利用地车通信协议，将手持终端模块中的轻量数据传输至车辆模块，并进入步骤s5，否则，直接进入步骤s5；s5、根据手持终端模块判断段场服务器是否需要下载数据，若是，得到数据下载信号，并根据数据下载信号，利用车地通信协议，将车辆模块中的批量数据传输至段场服务器，并将车辆模块的批量数据删除，完成批量数据传输，否则，结束流程。

技术总结
本发明公开了一种基于5G通信技术的列车段场内批量数据传输系统及方法，属于轨道交通+5G技术应用领域，包括5G独立物联网小区、手持终端模块、段场服务器和车辆模块；所述5G独立物联网小区，用于形成列车段场内的5G网络；所述手持终端模块，用于获取数据上传信号和数据下载信号，并根据数据上传信号，利用5G网络，将手持终端模块存储的轻量数据传输至车辆模块；所述车辆模块，用于根据5G网络，接收轻量数据，以及根据数据下载信号将车辆模块存储的批量数据传输至段场服务器；所述段场服务器，用于根据5G网络，接收批量数据。本发明解决了列车段场进行列车大批量数据传输效率低的问题。段场进行列车大批量数据传输效率低的问题。段场进行列车大批量数据传输效率低的问题。


技术研发人员：罗新苗 郭原 黄晓冲 范昊 魏调忠
受保护的技术使用者：郭原
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/4