CN102320317A - 一种基于无线通信的新型ctcs-3级列控系统车载设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无线通信的新型CTCS-3级列控系统车载设备。其中的无线通信单元用于列控系统车载设备，车载设备包括2乘架构的关键计算机单元、无线传输单元和无线通信单元，无线通信单元包括：两个相同的用于铁路的全球移动通讯系统子单元，所述两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元用于与2乘架构中无线传输单元的两个无线传输模块分别相连，独立提供无线通信功能。本发明提供的无线通信单元通过采用“2乘”架构设计使其与CTCS-3级列控系统的2乘体系相一致，分别为两套独立运行的关键计算机单元和无线传输单元提供无线通信功能。上述架构设计提高了系统的可靠性。

Description

一种基于无线通信的新型CTCS-3级列控系统车载设备

技术领域

本发明实施例涉及无线通信技术，尤其涉及一种无线通信单元和基于无线通信的列控系统车载设备。

背景技术

中国列车运行控制系统3级(Chinese Train Control System-level3，简称CTCS-3)是基于无线通信的列车运行控制系统，它可以叠加在既有干线信号系统上。由轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息，无线通信系统实现地-车之间连续、双向的信息传输，地面列控中心产生行车许可，通过无线通信系统传送给列车。

CTCS-3级与CTCS-2级一样，采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)和准移动闭塞方式。由于其实现了地-车间连续、双向的信息传输，所以功能更丰富些，实时性更强些。CTCS-3级区别于CTCS-2级列车控制系统的关键在于列车获得行车许可的方式是通过无线通信来获得，而不再使用轨道电路和应答器。在整个CTCS-3系统中，无线通信系统发挥了至关重要的作用。同时，CTCS-3级列控系统兼有CTCS-2级功能，因此系统中仍具备轨道电路信息接收和应答器处理的功能。

为实现对列车的控制，CTCS-3级列控系统设置有车载设备，车载设备的基本架构包括进行关键计算机(Vital Computer，简称VC)、无线传输模块(Radio Transmission Module，简称RTM)和无线通信单元。其中，VC执行应用层处理；RTM进行数据传输，主要负责无线通信系统的安全层部分；无线通信单元具体可采用用于铁路的全球移动通讯系统(GlobalSystem for Mobile Communications for Railways，简称GSM-R)，实现无线通信功能。

为提高工作可靠性，CTCS-3级列控系统的车载设备中通常设置两个VC，即“2乘”形式，两个VC使车载设备具备冗余功能。

发明内容

本发明提供一种无线通信单元和基于无线通信的列控系统车载设备，以适应于“2乘”的系统架构，且提高基于无线通信的车载设备的工作可靠性。

本发明实施例提供一种无线通信单元，用于列控系统车载设备，所述车载设备包括2乘架构的关键计算机单元和无线传输单元，其中，所述无线通信单元包括：

两个相同的用于铁路的全球移动通讯系统子单元，所述两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元用于与2乘架构中无线传输单元的两个无线传输模块分别相连，独立提供无线通信功能。

如上所述的无线通信单元，优选的是，还包括：

记录模块，所述两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元分别与所述记录模块连接，所述记录模块用于对所述两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元输入输出的数据进行记录。

如上所述的无线通信单元，优选的是，每个所述用于铁路的全球移动通讯系统子单元均包括：

MT2模块，用于执行无线通信；

适配模块，与所述MT2模块相连，所述适配模块用于控制所述MT2模块进行数据的无线传输。

如上所述的无线通信单元，优选的是，所述适配模块包括：

接口电路，用于与所述无线传输模块相连，传输无线通信的数据；

现场可编程门阵列，包括两个缓存区，分别与所述接口电路和MT2模块连接，用于在所述接口电路和MT2模块之间实现数据的链路层缓存和转发，所述记录模块分别与各适配模块的现场可编程门阵列相连，用于从各缓存区中采集数据；

CPU，与所述现场可编程门阵列连接，用于控制所述现场可编辑门阵列实现链路层的缓存和转发功能。

如上所述的无线通信单元，优选的是，所述CPU包括：

X224协议单元，用于基于X.224协议控制数据的传输层通信；

T70协议单元，用于基于T70协议控制数据的网络层通信；

LAPB协议单元，用于基于LAPB协议控制数据的链路层通信。

本发明实施例还提供了一种基于无线通信的列控系统车载设备，包括：

关键计算机单元，包括两个关键计算机，所述两个关键计算机用于独立地处理所述车载设备的应用层数据；

无线传输单元，包括两个无线传输模块，两个无线传输模块分别与对应的关键计算机连接，用于处理所述车载设备的无线传输数据；

本发明所提供的无线通信单元，所述无线通信单元中的两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元分别与所述两个无线传输模块连接，用于完成所述车载设备的无线通信功能。

本发明提供的无线通信单元和基于无线通信的列控系统车载设备，通过采用“2乘”架构设计的无线通信单元，使其与CTCS-3级列控系统的2乘体系相一致，分别为两套独立运行的关键计算机单元和无线传输单元提供无线通信功能。上述架构设计提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的无线通信单元应用于列控系统车载设备的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的无线通信单元的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的无线通信单元的局部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的无线通信单元应用于列控系统车载设备的结构示意图，本实施例无线通信单元300所适用的列控系统车载设备包括2乘架构的关键计算机单元100和无线传输单元200。关键计算机单元100包括两个关键计算机(VC)110，两个VC110用于独立地处理车载设备的应用层数据；无线传输单元200包括两个无线传输模块(RTM)210，两个RTM210分别与对应的VC110连接，用于处理车载设备的无线传输数据，例如通常可处理无线通信单元的安全层数据；两个RTM210分别与两个VC110相连。该列控系统车载设备中还包括无线通信单元300，且无线通信单元300具体包括两个相同的用于铁路的全球移动通讯系统(GSM-R)子单元310，两个GSM-R子单元310用于与2乘架构中无线传输单元200的两个RTM210分别相连，独立提供无线通信功能。GSM-R子单元310用于无线通信的物理层的数据的处理，是整个无线通信单元300的核心部分。

本实施例通过采用“2乘”架构设计的无线通信单元，使其与CTCS-3级列控系统的2乘体系相一致，分别为两套独立运行的关键计算机单元和无线传输单元提供无线通信功能。上述架构设计使VC的2乘架构能够同时工作，且同时基于无线进行通信，提高了系统的工作效率和工作可靠性。

在上述技术方案的基础上，该无线通信单元300优选是还包括记录模块320，两个GSM-R子单元310分别与记录模块320连接，记录模块320用于对两个GSM-R子单元输入输出的数据进行记录。

无线通信单元中增设了记录模块，能够采集记录无线通信数据，作为后续系统工作是否正常的参考依据，例如便于进行故障分析，进一步丰富了无线通信单元的功能。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的无线通信单元的结构示意图，本实施例可以以上述实施例为基础，进一步优化了无线通信单元300的结构。本实施例中，每个GSM-R子单元310均包括：MT2模块311和适配模块312。其中，MT2(移动终端类型2，Mobile Terminal Type 2，简称MT2)模块311用于执行无线通信；适配模块312与MT2模块311相连，适配模块312用于控制MT2模块311进行数据的无线传输。

该适配模块312的硬件实现方式有多种，例如典型的是由通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，简称URAT)芯片或具备通信功能的专用芯片来实现。但是，本发明实施例中适配模块312优选是由现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)来实现的。则本实施例中，适配模块312包括：接口电路312a、FPGA 312b和CPU 312c。其中，接口电路312a用于与RTM210相连，传输无线通信的数据；FPGA 312b包括两个缓存区，两个缓存区分别与接口电路312a和MT2模块311连接，用于在接口电路312a和MT2模块311之间实现数据的链路层缓存和转发，记录模块320分别与各适配模块312的FPGA 312b相连，用于从各缓存区中采集数据；CPU 312c与FPGA 312b连接，用于控制FPGA 312b实现链路层的缓存和转发功能。

无线通信单元的适配模块采用FPGA来实现具有诸多优点：已有的URAT等专用芯片，受到自身功能限制，先入先出队列(First Input First Output，简称FIFO)比较小，软件操作不方便。本实施例中采用FPGA硬件实现适配模块，设置双缓存区，能够提高对数据处理的便捷性，同时能支持更大容量的FIFO。FPGA的硬件组成灵活，因而使适配模块的功能具有灵活的扩展性，使该无线通信单元能够具备无线通信数据的扩展功能。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的无线通信单元的局部结构示意图，具体是示出了无线通信单元的每个GSM-R的适配模块中，CPU 312c的协议实现架构。每个CPU 312c具体包括三个协议层，即包括X224协议单元10、T70协议单元20和LAPB协议单元30。其中，X224协议单元10用于基于X.224协议控制数据的传输层通信；T70协议单元20用于基于T.70协议控制数据的网络层通信；LAPB协议单元30用于基于链路访问过程平衡(Link Access Procedure Balanced，简称LAPB)协议控制数据的链路层通信。

采用上述协议配置的CPU，各层协议完全符合通用标准，且协议栈完全符合Subset037的标准。各层协议模块化，协议层之间可以独立使用，可移植性强。

实施例四

本发明实施例四提供了一种基于无线通信的列控系统车载设备，其结构可参见图1所示，关键计算机单元100包括两个VC 110，两个VC 110用于独立地处理车载设备的应用层数据；无线传输单元200包括两个RTM210，两个RTM分别与对应的VC110连接，用于处理车载设备的无线传输数据；还包括本发明任意实施例所提供的无线通信单元300，无线通信单元300中的两个GSM-R子单元310分别与两个RTM210连接，用于完成车载设备的无线通信功能。

在本发明实施例所提供的基于无线通信的列控系统车载设备中，优选是每个VC110包括两个基于表决机制工作的CPU。

本发明实施例提供的基于无线通信的列控系统车载设备，通过采用2乘架构设计的无线通信单元，使其与CTCS-3列控系统的2乘架构相一致，提高了系统的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种无线通信单元，用于列控系统车载设备，所述车载设备包括2乘架构的关键计算机单元和无线传输单元，其特征在于，所述无线通信单元包括：

两个相同的用于铁路的全球移动通讯系统子单元，所述两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元用于与2乘架构中无线传输单元的两个无线传输模块分别相连，独立提供无线通信功能。

2.根据权利要求1所述的无线通信单元，其特征在于，还包括：

记录模块，所述两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元分别与所述记录模块连接，所述记录模块用于对所述两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元输入输出的数据进行记录。

3.根据权利要求2所述的无线通信单元，其特征在于，每个所述用于铁路的全球移动通讯系统子单元均包括：

MT2模块，用于执行无线通信；

适配模块，与所述MT2模块相连，所述适配模块用于控制所述MT2模块进行数据的无线传输。

4.根据权利要求3所述的无线通信单元，其特征在于，所述适配模块包括：

接口电路，用于与所述无线传输模块相连，传输无线通信的数据；

现场可编程门阵列，包括两个缓存区，分别与所述接口电路和MT2模块连接，用于在所述接口电路和MT2模块之间实现数据的链路层缓存和转发，所述记录模块分别与各适配模块的现场可编程门阵列相连，用于从各缓存区中采集数据；

CPU，与所述现场可编程门阵列连接，用于控制所述现场可编辑门阵列实现链路层的缓存和转发功能。

5.根据权利要求4所述的无线通信单元，其特征在于，所述CPU包括：

X224协议单元，用于基于X.224协议控制数据的传输层通信；

T70协议单元，用于基于T.70协议控制数据的网络层通信；

LAPB协议单元，用于基于LAPB协议控制数据的链路层通信。

6.一种基于无线通信的列控系统车载设备，其特征在于，包括：

关键计算机单元，包括两个关键计算机，所述两个关键计算机用于独立地处理所述车载设备的应用层数据；

无线传输单元，包括两个无线传输模块，两个无线传输模块分别与对应的关键计算机连接，用于处理所述车载设备的无线传输数据；

权利要求1～5任一所述的无线通信单元，所述无线通信单元中的两个用于铁路的全球移动通讯系统子单元分别与所述两个无线传输模块连接，用于完成所述车载设备的无线通信功能。

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