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清华大学学报(自然科学版)  2019, Vol. 59 Issue (2): 142-147    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.059
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面向软件定义的铁路无线通信网络
王开锋1,2,3, 张琦2,3, 刘畅2,3, 杜亚珍4, 陈宁宁1,2,3, 高莺1,3
1. 中国铁道科学研究院 研究生部, 北京 100081;
2. 中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所, 北京 100081;
3. 国家铁路智能运输系统工程技术研究中心, 北京 100081;
4. 北京遥测技术研究所, 北京 100076
Software-defined railway wireless communication network
WANG Kaifeng1,2,3, ZHANG Qi2,3, LIU Chang2,3, DU Yazhen4, CHEN Ningning1,2,3, GAO Ying1,3
1. Postgraduate Department, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China;
2. Signal and Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China;
3. National Research Center of Railway Intelligence Transportation System Engineering Technology, Beijing 100081, China;
4. Beijing Research Institute of Telemetry, Beijing 100076, China
全文: PDF(4562 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 针对铁路无线数据通信带宽不足、可靠性不高等问题,提出一种基于软件定义的铁路无线通信网络(RailSDN),将控制平面和数据平面分离,实现跨运营商异构网络协同工作,采用虚拟化技术实现用户的逻辑隔离,为用户提供透明的数据传输服务。基于Markov决策过程建立网络资源调度模型,该模型考虑基础设施网络状态及用户需求等因素,以用户需求的满足程度为优化目标,搜索最优的链路分配决策,将用户需求与网络资源动态适配。测试结果表明:所提出的铁路无线通信网络具有很强的可扩展性,实现了用户需求的弹性定制,提高了网络资源的利用效率。
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王开锋
张琦
刘畅
杜亚珍
陈宁宁
高莺
关键词 铁路无线通信软件定义网络虚拟化Markov决策过程动态适配    
Abstract:Railway wireless data communications have problems with insufficient bandwidth and poor reliability. This paper describes a railway software-defined wireless communication network (RailSDN) which separates the control plane from the data plane, enables heterogeneous network interoperability among operators, provides user logical isolation using virtualization, and provides transparent data transmission for users. A network resource scheduling model is developed based on a Markov decision process which takes into account various factors such as the infrastructure network status and the user requirements. The system searches for the optimal link allocation with the optimization goal being to satisfy user demand and dynamically adapts to the user requirements for the network resources. Tests show that this railway wireless communication network is scalable, enables flexible customization of user demand, and improves the network resources utilization efficiency.
Key wordsrailway wireless communication    software-defined network    virtualization    Markov decision process    dynamic adaptation
收稿日期: 2018-07-02      出版日期: 2019-02-16
基金资助:国家自然科学基金项目(U1534202);国家重点研发计划(2017YFC1500803)
通讯作者: 张琦,研究员,E-mail:gorgeous@139.com     E-mail: gorgeous@139.com
引用本文:   
王开锋, 张琦, 刘畅, 杜亚珍, 陈宁宁, 高莺. 面向软件定义的铁路无线通信网络[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(2): 142-147.
WANG Kaifeng, ZHANG Qi, LIU Chang, DU Yazhen, CHEN Ningning, GAO Ying. Software-defined railway wireless communication network. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2019, 59(2): 142-147.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.059  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2019/V59/I2/142
  图1 面向软件定义的铁路无线通信网络体系结构
  图2 隶属函数曲线示意图
  图3 测试系统结构
  表1 测试线路及测试里程
  图4 数据传输成功率对比
  图5 基础设施网络链路占用比率
[1] SNIADY A, SOLER J. An overview of GSM-R technology and its shortcomings[C]//Proceedings of International Conference on ITS Telecommunications. Piscataway, USA:IEEE Press, 2012:626-629.
[2] HE R S, AI B, WANG G P, et al. High-speed railway communications:From GSM-R to LTE-R[J]. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2016, 11(3):49-58.
[3] 刘锋, 王渝斐. 基于可编程控制网关的一体化网络体系结构[J]. 北京航空航天大学学报, 2015, 41(10):1959-1965.LIU F, WANG Y F. Architecture of unified network based on programmable control gateway[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2015, 41(10):1959-1965. (in Chinese)
[4] KREUTZ D, RAMOS F M V, VERÍSSIMO P E, et al. Software-defined networking:A comprehensive survey[J]. Proceedings of the IEEE, 2015, 103(1):14-76.
[5] BENZEKKI K, FERGOUGUI A E, ELALAOUI A E. Software-defined networking (SDN):A survey[J]. Security & Communication Networks, 2016, 9(18):5803-5833.
[6] RANGISETTI A K, TAMMA B R. Software defined wireless networks:A survey of issues and solutions[J]. Wireless Personal Communications, 2017, 97(4):6019-6053.
[7] 董玮, 陈共龙, 曹晨红, 等. 面向软件定义架构的无线传感器网络[J]. 计算机学报, 2017, 40(8):1779-1797.DONG W, CHEN G L, CAO C H, et al. Towards a software-defined architecture for wireless sensor networks[J]. Chinese Journal of Computers, 2017, 40(8):1779-1797. (in Chinese)
[8] XU S, WANG X W, HUANG M. Software-defined next-generation satellite networks:Architecture, challenges, and solutions[J]. IEEE Access, 2018, 6:4027-4041.
[9] TRIVISONNO R, GUERZONI R, VAISHNAVI I, et al. SDN-based 5G mobile networks:Architecture, functions, procedures and backward compatibility[J]. Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, 2015, 26(1):82-92.
[10] 孙文琦, 李贺武, 吴建平. 软件定义网络中的快速移动性管理[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2015, 55(8):900-905.SUN W Q, LI H W, WU J P. Fast mobility solutions in software-defined networks[J]. Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2015, 55(8):900-905. (in Chinese)
[11] 赵尚弘, 陈柯帆, 吕娜, 等. 软件定义航空集群机载战术网络[J]. 通信学报, 2017, 38(8):140-155.ZHAO S H, CHEN K F, LYU N, et al. Software defined airborne tactical network for aeronautic swarm[J]. Journal on Communications, 2017, 38(8):140-155. (in Chinese)
[12] ZHU L, YU F R, TANG T, et al. An integrated train-ground communication system using wireless network virtualization:Security and quality of service provisioning[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2016, 65(12):9607-9616.
[13] 杨懋, 杨旭, 李勇, 等. 基于虚拟化的软件定义无线接入网结构[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2014, 54(4):443-448.YANG M, YANG X, LI Y, et al. Virtualization based software-defined radio access network architecture[J]. Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2014, 54(4):443-448. (in Chinese)
[14] CHOWDHURY N M M K, BOUTABA R. A survey of network virtualization[J]. Computer Networks, 2010, 54(5):862-876.
[15] JERVIS M, SEN M, STOFFA P L. Network innovation using OpenFlow:A survey[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2014, 16(1):493-512.
[16] VASCONCELOS C R, GOMES R C M, COSTA A F B F, et al. Enabling high-level network programming:A northbound API for software-defined networks[C]//Proceedings of International Conference on Information Networking. Piscataway, USA:IEEE Press, 2017:662-667.
[1] 张庭, 陈智康, 刘斌. SDN流表更新的调度与快速响应[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(5): 917-925.
[2] 姜波, 陈涛, 袁宏永, 范维澄. 基于情景时空演化的暴雨灾害应急决策方法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(1): 52-59.
[3] 赵俊, 包丛笑, 李星. 软件定义网络中低成本流量数据采集算法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(2): 148-153.
[4] 宋宇波, 杨慧文, 武威, 胡爱群, 高尚. 软件定义网络DDoS联合检测系统[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(1): 28-35.
[5] 谢丽霞, 丁颖. 链路洪泛攻击的SDN移动目标防御机制[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(1): 36-43.
[6] 赵俊, 包丛笑, 李星. 基于OpenFlow协议的覆盖网络路由器设计[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(2): 164-169.
[7] 杨洋, 杨家海, 秦董洪. 数据中心网络多路径路由算法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(3): 262-268.
[8] 孙文琦, 李贺武, 吴建平. 软件定义网络中的快速移动性管理[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2015, 55(8): 900-905.
[9] 谢学智, 王瑀屏, 谈鉴锋, 陈启庚. 不可信系统平台下的敏感信息管理系统[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2015, 55(11): 1221-1228.
[10] 杨懋,杨旭,李勇,金德鹏,苏厉,曾烈光. 基于虚拟化的软件定义无线接入网结构[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2014, 54(4): 443-448.
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