高速场景下基于位置信息的切换优化算法

高速场景下速度优化算法在提高切换成功率的同时，存在乒乓切换触发率急剧增加的问题。为了解决这一问题，通过分析迟滞余量和切换位置对乒乓切换率和切换成功率的影响，提出高速场景下基于位置信息的切换优化算法。该优化算法将迟滞余量与终端位置建立一次减函数关系，利用迟滞余量随终端远离源基站呈递减的趋势，解决在重叠带不同位置使用相同迟滞余量时所引发的乒乓切换触发率提高或切换成功率降低的问题。仿真结果表明，所提出的基于位置信息的切换优化算法与速度优化算法相比，可以实现在提高切换成功率的同时避免乒乓切换率增加。     

基于IGWO-RBF的LTE-R切换算法研究

针对高速铁路LTE-R越区切换中,A3事件下的越区切换算法容易出现乒乓效应（PPE）和无线链路连接失败（WLF）的问题,提出了粒子群优化（PSO）灰狼算法改进的RBF神经网络（IGWO-RBF）的越区切换优化算法。该算法采集大量列车以不同速度（0~100 m/s）运行在特定环境中时切换成功率高的切换迟滞门限[(Hys)]和触发延迟时间[(TTT)]参数集,送入改进的RBF神经网络,训练完成后得到不同速度下的[Hys]和[TTT]的拟合曲线。根据列车接收到的参考信号接收质量（RSRQ）,加入自矫正项对[Hys]和[TTT]进行二次优化调整。在matlab上进行仿真实验,结果表明提出的算法减小了掉话率和乒乓切换率,提高了列车在高速环境下的切换成功率及鲁棒性。     

基于RBF神经网络的LTE-R切换算法优化

在LTE-R越区切换中,基于A3事件的越区切换算法在列车高速运行时容易出现乒乓效应和无线链路连接失败的问题。为此,提出基于RBF神经网络的越区切换优化算法。采集列车运行在特定环境中不同速度时切换效果较好的hys和ttt参数,并将其发送到RBF神经网络进行训练,得到不同速度下hys和ttt的非线性表达式,根据列车接收到的参考信号质量,加入自矫正项对hys和ttt进行二次调整和优化。在Matlab上进行的仿真实验结果表明,该算法能够降低掉话率和乒乓切换率,提高列车在高速运行环境下的切换成功率及鲁棒性。     

蜂窝网中基于位置预测的切换算法

为了满足未来移动网络蜂窝小、切换频繁、支持规模用户和多媒体应用的需求,对位置预测与越区切换进行深入分析,提出了基于位置预测的越区切换方案HDLP(Handover Decision based on Location Prediction),其基本思想是:(1)从移动用户的大量历史移动轨迹数据中挖掘频繁轨迹;(2)根据挖掘出的频繁轨迹集合生成运动规则;(3)将运动规则运用于判决蜂窝移动通信的越区切换中。对所提算法进行仿真的结果表明,与传统的切换方案相比较,本算法减少了不必要的越区切换次数,降低了错误切换率,提高了切换的准确率,进而在一定程度上降低了通信代价,提高了通信系统的容量以及QoS。     

基于线性回归预测的城市轨道交通车地无线通信性能提升方法研究

车地无线通信是城市轨道交通信号系统正常运行的基础,切换性能是无线通信质量的重要指标,也是影响车地列车控制信息传输的重要因素。在广州地铁运维过程中,通过分析日志发现切换性能是限制车地无线通信性能的重要因素。为此提出了一种基于线性回归预测的WLAN切换算法,针对WLAN制式的无线通信方式,以当前连接AP的接收信号强度、待连接AP的接收信号强度和列车位置作为参数,计算预测函数并根据预测的两种接收信号强度值进行切换触发判决,提高WLAN切换的性能,从而提高车地无线通信性能。基于广州地铁某线路的测试数据的仿真实验结果表明该方法效果良好。     

无线Mesh网在城市轨道交通车地通信系统中的研究

无线Mesh网因组网灵活、支持范围大和移动性强等特点,使其在城市轨道交通(城轨)中具有很好的应用前景。尝试将无线Mesh网技术应用于城轨车地通信系统中,针对车地通信存在的越区切换问题,提出了一种基于车载MMS(mobile Mesh station)位置触发的越区切换方案,利用OPNET对组网方案和切换方案进行了仿真。仿真结果表明,无线Mesh组网方案性能优于传统WLAN组网方案性能,切换方案能有效降低时延并避免了假切换和乒乓切换的发生。     

基于GSM-R铁路无线通信系统的越区切换分析研究

列车和无线闭塞中心在多数情况下通信处于正常状态,但是在实际通信过程中可能出现以下几种引发故障因素:传输数据出错、连接丢失、越区切换、端到端传输延时.主要考虑了高速列车在移动闭塞区间条件下GSM-R无线通信系统的越区切换的可靠性,采用计算机仿真的方法得到GSM-R通信系统在通信故障情况下的越区切换成功概率.结合随机Petri网理论对于铁路无线通信系统GSM-R中的越区切换事件进行了建模和分析,给出了随机Petri网表示的列车与无线闭塞中心通信的越区切换模型,并使用TimeNET仿真工具分析了GSM-R越区切换的可靠性.     

基于上下文感知和移动位置预测的切换机制

切换机制是无线通信系统中为用户提供无缝移动应用服务的一项关键技术,切换成功与否直接影响着用户业务体验和使用。提出了基于上下文感知和移动位置预测的切换机制,即采用多种类型上下文信息并利用修正证据理论预测移动用户的准确位置。提出的方法能够避免"乒乓切换",缩短切换延迟,提前预留资源,为快速、准确和可靠的切换判决提供依据,显著地改善了网络服务质量。理论分析和仿真结果表明,该方法位置预测更接近用户真实的运动轨迹,位置预测的均方根误差较小,大大提高了切换成功率。     

一类解决GSM越区切换的混合优化算法

移动通信设备对无线通信系统的要求是简化切换过程,缩短切换时间,减少切换次数,提高切换成功率。针对这些要求,给出了全球移动通信系统(GSM)路径损耗模型,并分析了信道切换对GSM通信网络的影响。提出了基于规则确定越区切换小区,相邻小区列表的简化和目标小区信道提前激活的混合优化算法。通过数据仿真实验,可以看出越区切换的时间延时得到有效降低,缩短了切换时间,证明了所提算法的有效性。     

一种SAE异构网络中的预测辅助切换判决算法*

针对3GPP R8中基于SAE（system architecture evolution,系统演进架构）的全IP异构网络,提出一种预测辅助的切换判决算法。以往的算法没有考虑移动终端高速运动时对切换效果的不利影响,在此算法中首先提出了一种最大速度的预判决方法,然后根据信号接收强度的历史信息,合理运用卡尔曼滤波预测算法对下一抽样时刻作出快速、准确预测,使移动节点可以对切换触发时机作出准确判断。仿真结果表明该算法提高了切换中的整体性能,并有利于系统运行效率的提升。     

下一代高速铁路异构网络切换安全认证

近年来,随着高速铁路无线通信技术的快速发展, GSM-R无线通信系统将逐步向LTE-R系统演进。在此演进过程中存在GSM-R和LTE-R长期共存的局面,如何实现高速铁路无线通信异构网络之间的快速切换和安全认证成为铁路无线通信研究的热点问题。针对高速铁路无线通信异构网络切换认证过程中,存在安全性低和认证开销高等问题,提出了一种适用于下一代高速铁路异构网络的轻量级切换安全认证方案。首先,采用哈希函数等操作生成切换请求Token和异构网络切换认证码PASS,实现了用户身份匿名性和可追溯性等安全要求,并且高速列车无需多次注册就可实现异构网络间的无缝切换。其次,设计了基于椭圆曲线密钥交换的轻量级切换算法,完成了高速列车与目标基站的相互认证和密钥协商,降低了计算开销和通信开销,实现了会话协商密钥的前后向安全性。最后,采用形式化方式BAN逻辑进行了安全性验证,并使用朔黄铁路LTE-R线路实测数据进一步对本文所提方案的有效性进行了验证,分析得出所提方案能够满足可追溯性、匿名性、抗伪装用户攻击、抗中间人攻击和抗重放攻击等安全特性。性能分析表明,本文方案在通信开销和计算开销方面较比较方法性能更优,能够满足...     

Energy-efficient receding horizon trajectory planning of high-speed trains using real-time traffic information

Optimal trajectory planning of high-speed trains (HSTs) aims to obtain such speed curves that guarantee safety, punctuality, comfort and energy-saving of the train. In this paper, a new shrinking horizon model predictive control (MPC) algorithm is proposed to plan the optimal trajectories of HSTs using real-time traffic information. The nonlinear longitudinal dynamics of HSTs are used to predict the future behaviors of the train and describe variable slopes and variable speed limitations based on real-time traffic information. Then optimal trajectory planning of HSTs is formulated as the shrinking horizon optimal control problem with the consideration of safety, punctuality, comfort and energy consumption. According to the real-time position and running time of the train, the shrinking horizon is updated to ensure the recursive feasibility of the optimization problem. The optimal speed curve of the train is computed by online solving the optimization problem with the Radau Pseudo-spectral method (RPM). Simulation results demonstrate that the proposed method can satisfy the requirements of energy efficiency and punctuality of the train.     

高速铁路列车追踪间隔时间优化研究

目前我国高速铁路在CTCS2/3级运行条件下,基本达到3min追踪间隔时间,为进一步缩短列车追踪间隔时间,基于线路坡度参数,对列车制动距离进行多阶段划分,通过建立列车混合优化模型和基于动态规划的多阶段决策模型,采用COADP算法(自适应动态规划协同优化算法)优化列车制动距离,得到各阶段的最优决策序列,以及列车制动距离的最优目标函数,对高速铁路列车追踪间隔时间进行优化,并对ADP算法(自适应动态规划算法)和COPADP算法的优化结果进行了仿真对比,结果表明COADP算法不仅有效避免了ADP算法的"维数灾"问题,而且对追踪间隔时间的优化作用更为明显,提升了高速铁路的通过能力。     

基于蚁群优化算法的高速列车运行调整研究

高速列车在运行过程中不可避免地会受到各种各样因素的影响,导致大量的高速列车出现晚点状况,影响高速列车的运行效率。为了保证所有的高速列车能够按照正点运行,对蚁群算法进行改进,引入混沌序列,优化蚂蚁的选路策略,建立以加权后列车总晚点时间最少为目标的高速列车运行调整模型,并且按照相应的约束条件对高速列车运行调整模型进行求解,实现对晚点高速列车运行图的快速调整。最后,通过比较算例得出,该算法能够有效解决高速列车运行调整问题。     

基于LabVIEW的高速列车远程监测系统设计

随着高铁运营速度的不断提高,对高速列车进行长期的实时监测,有利于保障列车的行车安全.在明确监测需求的基础上,开发出基于LabVIEW的高速列车车下设备舱远程监测系统.系统以LabVIEW软件为编程平台,以NI CompactRIO硬件结构体系为载体,选择可重复配置的FPGA数据采集模块进行数据采集,数据传输采用DMA FIFO方法,实现了车下设备舱关键受力部位吊架和支座数据的高速采集、实时显示、远程传输等功能.通过远程监测系统对采集的数据进行实时查看,可以实时掌握列车的运行状态,对维护列车运行的安全性和稳定性具有重要意义.     

基于高速铁路通信的多波束机会波束赋形技术

鉴于高速铁路通信中,列车位置信息可预测、列车车顶中继转发天线数有限,以及反馈信息时延大、多普勒衰落较大、频繁切换等特性,传统的波束赋形并不适用于高速铁路场景。位置信息辅助的多波束机会波束赋形能够利用列车位置信息可预测的优势,在机会波束赋形算法中有效地提高发送波束随机相位与来波相位匹配的概率,同时支持多个波束并行传输,以多波束选择实现更好的多用户分集增益,且机会波束赋形无需反馈完全信道状态信息。因此位置信息辅助的多波束机会波束赋形技术适用于高速铁路通信。     

旅客列车线路选择的蚁群算法求解

高速铁路建成后客运通道内的线路组成要素及线路功能将发生较大变化,旅客列车在通道内的线路选择方案也需要进一步优化。采用蚁群算法（ACO）对旅客列车的线路选择进行了设计,给出了转移概率及信息量更新方法,并采用对每个蚁群单独寻优的思路,制定了相应的求解策略。经过实例验证,取得了较好的结果,为今后基于路网条件下的旅客列车线路选择方案决策优化提供了一种新的参考方法。