一种基于线路拓扑和安全完整性等级的铁路多承载通信管理方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及铁路通信，尤其涉及一种基于线路拓扑和安全完整性等级的铁路多承载通信管理方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、随着铁路交通系统向智能化、高密度和高速运营方向发展，列车与地面之间的可靠通信成为列车运行控制和安全保障的基础，铁路通信系统承载着不同安全完整性等级的业务，例如sil-4等级的列车控制指令、sil-2等级的自动列车运行业务以及sil-1等级的乘客信息系统业务，不同安全等级的业务对通信链路的连续性、时延、带宽和可靠性具有差异化的要求。然而，现有铁路通信系统面临多方面挑战：现有的gsm-r或wlan系统通常采用单一承载架构，在隧道、弱覆盖区域和高速切换区域中链路中断无法快速恢复，对安全关键业务构成中断风险；现有的lte-r或5g-r多承载方案缺乏与安全完整性等级绑定的资源调度机制，不同安全等级的业务共享信道资源，存在低优先级业务抢占安全关键带宽的风险；传统的切换决策主要依赖于rssi、sinr等实时测量指标的被动响应，切换时延较高；现有系统未充分利用铁路固有的固定线路拓扑特征作为预测性输入，隧道位置、接入点分布、覆盖区域边界等已知且稳定的拓扑信息未被纳入切换决策，导致抗干扰能力不足；此外，在gsm-r向frmcs过渡期间多代无线通信技术长期共存，传统的静态主备策略难以适应多技术并存的实际部署需求。因此，亟需一种能够融合线路拓扑先验知识和安全完整性等级约束的铁路多承载通信管理方案，以提高通信连续性、自愈能力和多技术协调能力。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种基于线路拓扑和安全完整性等级的铁路多承载通信管理方法、系统及存储介质，通过铁路线路拓扑数据库构建、统一承载抽象、基于线路拓扑和安全完整性等级的承载评估、预分配与预测性切换、sil约束的qos调度、自愈与安全约束调度以及三层协同状态融合与同步的协同处理，实现对铁路多承载通信的持续管理，提高安全关键业务的通信连续性和可靠性，降低切换中断概率，并支持多代无线技术的长期共存。

2、本发明实施例中提出的一种基于线路拓扑和安全完整性等级的铁路多承载通信管理方法，包括：铁路线路拓扑数据库构建：建立铁路线路拓扑数据库，所述铁路线路拓扑数据库存储和维护铁路线路的线路段信息、拓扑特征信息、候选承载信息、历史无线链路质量信息以及业务配置信息；统一承载抽象：将多种异构无线承载映射为统一的候选承载对象，每个所述候选承载对象具有标准化的能力描述符，所述能力描述符至少包括可用性、时延、带宽、抗干扰能力、安全等级适用性和当前状态；基于线路拓扑和安全完整性等级的承载评估：根据列车的当前位置、速度、行驶方向、业务类型和消息映射的安全完整性等级，调用评估模块对所述候选承载对象进行评分和排序，输出主用承载、至少一个备用承载以及预切换策略；预分配与预测性切换：在列车到达切换边界或高干扰区段之前，利用所述铁路线路拓扑数据库中的拓扑信息和历史链路质量信息，提前建立备用承载上下文或预留资源；sil约束的qos调度：根据安全完整性等级实施多级强制优先级调度，对不同安全完整性等级的业务分配差异化的承载保障策略，在资源争用时强制抢占低安全完整性等级承载的资源以保障高安全完整性等级业务；自愈与安全约束调度：采用多时间窗口加权方式持续计算各所述候选承载对象的承载属性，当检测到主用承载发生退化、故障或安全风险超限时，根据业务的安全完整性等级执行自愈策略；三层协同状态融合与同步：采用包括车载层、轨旁层和中心层的三层协同架构进行通信管理，通过对所述车载层、所述轨旁层和所述中心层的状态信息进行加权融合得到综合通信状态，并在三层之间进行状态同步。能够通过线路拓扑先验知识实现预测性切换以减少通信中断，通过安全完整性等级约束实现差异化资源调度以保障安全关键业务，通过统一承载抽象支持多代无线技术的长期共存，通过多时间窗口加权的承载状态监测和自愈策略提高系统自愈能力，通过三层协同架构实现全局最优的通信管理决策。

3、本发明实施例中提出的一种基于线路拓扑和安全完整性等级的铁路多承载通信管理系统，包括：铁路线路拓扑数据库构建模块，被配置为建立铁路线路拓扑数据库，所述铁路线路拓扑数据库存储和维护铁路线路的线路段信息、拓扑特征信息、候选承载信息、历史无线链路质量信息以及业务配置信息；统一承载抽象模块，被配置为将多种异构无线承载映射为统一的候选承载对象，每个所述候选承载对象具有标准化的能力描述符，所述能力描述符至少包括可用性、时延、带宽、抗干扰能力、安全等级适用性和当前状态；承载评估模块，被配置为根据列车的当前位置、速度、行驶方向、业务类型和消息映射的安全完整性等级，对所述候选承载对象进行评分和排序，输出主用承载、至少一个备用承载以及预切换策略；预分配与预测性切换模块，被配置为在列车到达切换边界或高干扰区段之前，利用所述铁路线路拓扑数据库中的拓扑信息和历史链路质量信息，提前建立备用承载上下文或预留资源；sil约束的qos调度模块，被配置为根据安全完整性等级实施多级强制优先级调度，对不同安全完整性等级的业务分配差异化的承载保障策略，在资源争用时强制抢占低安全完整性等级承载的资源以保障高安全完整性等级业务；自愈与安全约束调度模块，被配置为采用多时间窗口加权方式持续计算各所述候选承载对象的承载属性，当检测到主用承载发生退化、故障或安全风险超限时，根据业务的安全完整性等级执行自愈策略；三层协同状态融合与同步模块，被配置为采用包括车载层、轨旁层和中心层的三层协同架构进行通信管理，通过对所述车载层、所述轨旁层和所述中心层的状态信息进行加权融合得到综合通信状态，并在三层之间进行状态同步。能够通过线路拓扑先验知识实现预测性切换以减少通信中断，通过安全完整性等级约束实现差异化资源调度以保障安全关键业务，通过统一承载抽象支持多代无线技术的长期共存，通过多时间窗口加权的承载状态监测和自愈策略提高系统自愈能力，通过三层协同架构实现全局最优的通信管理决策。

4、本发明实施例提出的一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器耦合的一个存储器，所述存储器用于存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述处理器执行如以上所述的方法。

5、本发明实施例提出的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在被运行时执行如上任一实施方式所述的方法。

6、本发明实施例提出的一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实施如上任一实施方式所述的方法。

1.一种基于线路拓扑和安全完整性等级的铁路多承载通信管理方法（100），其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线路段信息包括线路段标识、起止里程、曲线半径、坡度和最大速度；所述拓扑特征信息包括隧道、站台、切换区域和重叠覆盖区域；所述候选承载信息包括各区段的候选承载类型和优先级；所述历史无线链路质量信息包括信噪比、干扰水平和切换成功率；所述业务配置信息包括安全等级、最小时延、最小带宽和抢占标志。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多种异构无线承载包括gsm-r、frmcs、wlan和c-v2x中的至少两种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评分和排序综合考虑以下因素中的至少两种：当前无线测量值、前方线路区段的拓扑信息、切换点位置、业务或消息的安全完整性等级、目标时延和带宽约束以及预测干扰信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预分配与预测性切换还结合列车时刻表信息和/或列车定位信息确定列车到达切换边界的预计时间，并在所述预计时间之前触发备用承载上下文的建立或资源预留。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多级强制优先级调度包括：对最高安全完整性等级的业务强制分配双承载同时传输，对次高安全完整性等级的业务分配主用承载加备用承载，对中等安全完整性等级的业务分配单个最优质量承载，对较低安全完整性等级的业务和基本完整性业务采用尽力而为方式传输。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自愈策略包括以下操作中的至少一种：备用承载激活、安全关键业务优先迁移、低优先级业务限速或中断、抢占控制、承载间带宽重新均衡以及故障隔离与恢复。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车载层用于采集列车的位置、速度以及承载状态信息；所述轨旁层用于提供覆盖边界、切换点、接入点和本地无线条件信息；所述中心层用于维护列车时刻表、全局线路拓扑数据库、策略模板、网络状态和历史故障记录。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加权融合为分别将所述车载层的状态信息、所述轨旁层的状态信息和所述中心层的状态信息乘以各自对应的权重后求和，得到所述综合通信状态；其中，所述车载层的权重大于所述轨旁层的权重，所述轨旁层的权重大于所述中心层的权重。

10.一种基于线路拓扑和安全完整性等级的铁路多承载通信管理系统（200），其特征在于，所述系统包括：

11.一种电子设备（300），包括：

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在被运行时执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法。

13.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实施权利要求1-9中任一项所述的方法。