CN102362466A - 铁道车辆用传输系统 - Google Patents

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Abstract

用来在连接有多个铁道车辆的列车中使用的铁道车辆用传输系统，通过开头的铁道车辆的传输中继器控制装置(2)，在传输需要以一定周期传输的某列车的控制指令数据之前，在传输中继器(1)之间流动表示向低延迟模式转变的控制包，使全部传输中继器(1)转变到低延迟模式，使各传输中继器对接收数据进行重复发送，在列车的控制指令数据的传输结束时，流动用于结束低延迟模式的控制包，在到下一低延迟模式为止的期间使全部传输中继器(1)以全双工模式进行动作。

Description

铁道车辆用传输系统
技术领域
本发明涉及一种铁道车辆用传输系统，用来在连接有多个铁道车辆的列车上使用，列车的控制指令数据以低延迟模式传输，切换为全双工(fullduplex)模式来传输服务信息数据。
背景技术
在连接有多个铁道车辆的列车的内部构筑网络的情况下，所处理的传输数据大体分为两种：不允许因传输延迟或数据的冲突引起的重发延迟的列车的控制指令数据、以及一定程度上允许传输延迟的服务信息数据。作为被规定了传输延迟的数据即列车的控制指令数据，所相当的有控制列车行驶的动力运行/制动指令数据等。此外，作为服务信息数据，有各设备的监控数据或对乗客的引导显示数据等。
在以往的铁道车辆用传输系统中，对被规定了传输延迟的控制指令数据采取了通过使用专用的列车引线(引き通し線)或者对传输路径进行分离/专用化等来缩短传输延迟的方式。但是，这些方式会导致列车引线的增加或传输信道的追加的问题。因此，特别期望着仅通过现有的网络的软件的变更就能应对的传输系统技术的开发。
另一方面，如专利文献1中记载的系统，在将通用的网络的代表即由IEEE802.3标准规定的以太网(注册商标)、也就是使用了双股扭绞电缆的10Base-T或100Base-TX等应用于铁道车辆的情况下，是在CSMA/CD方式的以太网(注册商标)中基本上允许数据的冲突、在冲突发生时重发数据的传输方式。因此，在专利文献1的系统中，难以应用于列车的控制指令数据这样的不允许传输延迟的数据。此外，在专利文献1的系统中，为了避免数据的冲突而采用将线路做成全双工并使用交换集线器(switchingHUB)的方法。但是，在这种情况下也存在如下问题，即，由于交换集线器以存储转发(store and forward)的方式来动作，所以每当数据经过交换集线器时就会产生延迟。因此，专利文献1的系统难以应用于列车的控制指令数据这样的不允许传输延迟的数据。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-39783号公报
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题点而做出的，其目的在于提供一种铁道车辆用传输系统，对于列车的控制指令数据这样的不允许延迟的数据的传输，使传输延迟时间最短，对于允许一定程度的延迟的服务信息数据的传输，有效地活用传输线路的频带，从而能够将多种传输数据根据其种类而切换为最佳的传输模式进行传输。
本发明的第一技术方案的铁道车辆用传输系统是用来在连接有多个铁道车辆的列车中使用的铁道车辆用传输系统，具备：传输中继器，搭载于所述多个铁道车辆的每一个，接收从其他铁道车辆传输来的数据，并且将接收到的数据发送给其他铁道车辆；以及干线传输路径，为了进行数据的发送接收，对与其他铁道车辆的传输中继器之间进行连接。所述传输中继器具备：干线传输发送器，用于向其他铁道车辆的传输中继器发送数据；干线传输接收器，用于接收来自其他铁道车辆的传输中继器的发送数据；传输中继器控制装置，具备进行专用包的交换和接收数据的重复发送的低延迟模式、以及进行接收数据的存储和所存储的数据的发送的全双工模式，构筑用于与相邻的传输中继器之间进行数据的发送接收的网络；传输发送接收器，与所述传输中继器控制装置进行数据的发送接收；以及传输站，与所述传输发送接收器连接，与所述传输发送接收器进行数据的交接。通过使发送权在所述多个铁道车辆的传输中继器之间巡回，将某传输中继器产生的作为发送数据的列车的控制指令数据在一定时间以内传输到各传输中继器。开头的铁道车辆的传输中继器控制装置，在传输需要以一定周期进行传输的所述列车的控制指令数据之前，在传输中继器之间流动表示向所述低延迟模式转变的控制包，使全部传输中继器转变到低延迟模式，使各传输中继器对接收数据进行重复发送，在所述列车的控制指令数据的传输结束时，流动用于结束低延迟模式的控制包，在到下一低延迟模式为止的期间使全部传输中继器以所述全双工模式进行动作。
根据本发明的第一技术方案的铁道车辆用传输系统，不会导致列车引线的增加或传输信道的追加，能够以现有的1条传输路径根据传输数据的种类应用最佳的传输模式，列车的控制指令数据以使传输延迟时间最短的低延迟模式传输，切换为最大限度活用线路的频带的全双工模式来传输服务信息数据。
附图说明
图1是表示本发明1个实施例的铁道车辆用传输系统的结构的框图。
图2是表示本实施例的铁道车辆用传输系统中的传输中继器的结构的框图。
图3是表示图2的传输中继器内的传输中继器控制装置的结构的框图。
图4是表示本实施例的铁道车辆用传输系统的低延迟模式和全双工模式的切换定时的时序图。
图5(a)～图5(d)是本实施例的铁道车辆用传输系统的低延迟模式时的动作说明图。
图6(a)～图6(d)是本实施例的铁道车辆用传输系统的低延迟模式时的动作说明图。
图7(a)和图7(b)是本实施例的铁道车辆用传输系统的全双工模式动作时的动作说明图。
图8(a)和图8(b)是本实施例的铁道车辆用传输系统的全双工模式动作时的动作说明图。
图9是本实施例的铁道车辆用传输系统的全双工模式动作时的动作说明图。
具体实施方式
以下基于附图详细说明本发明的实施例。
如图1所示，本发明的1个实施例的铁道车辆(railcar)用传输系统在列车的各铁道车辆即从1号车至n号车各自中分别设置有传输中继器1a、1b、…、1n。由2条双股扭绞电缆构成的全双工的干线传输路径3a、3b、…、3(n-1)分别以总线状将相邻的传输中继器之间连接。另外，在本实施例中以总线状传输路径进行说明，但是也可以应用于用于提高冗余性的梯子状传输路径或环状传输路径。
如图2所示，在本实施例的铁道车辆用传输系统中，各个传输中继器1a～1n(以下，有时以“传输中继器1”为代表)具备：2端口的干线传输接收器4a、4b；2端口的干线传输发送器5a、5b；1端口以上(自车不进行数据交接的情况下为0端口以上)的传输发送接收器6a、6b；对各传输端口的数据的重复(低延迟模式)或存储转发(全双工模式)的控制、和传输中继器间的发送权专用包(令牌包)的传输进行控制的传输中继器控制装置2；以及进行自车的数据发送及接收的多个传输站7。另外，自车的传输站7可以在传输中继器1的内部，也可以在传输中继器1的外部。在传输站7位于传输中继器1的外部的情况下，仅传输发送接收器6安装在传输中继器1内。在图2中示出了传输站7a安装在传输中继器1的内部、传输站7b安装在传输中继器1的外部的例。进一步地，这样的传输站及其付随的传输送接收器也可以是多个。
在传输中继器控制装置2的内部设有用于在全双工模式动作时存储接收数据的缓冲器电路8。传输中继器控制装置2是计算机，基于被装入的传输控制程序进行后述的传输控制动作。
传输中继器控制装置2是图3所示的功能结构，具备：接收数据切换电路21a、21b、21c，切换地接收低延迟数据和服务信息数据；发送数据切换电路22a、22b、22c，切换地发送低延迟数据和服务信息数据；低延迟控制电路23，以低延迟模式进行数据的重复发送和令牌包的控制；全双工模式动作控制电路24，具备缓冲器8；以及模式切换控制电路25，控制低延迟模式和全双工模式的切换。
模式切换控制电路25根据接收数据的目的地地址对列车的控制指令数据和服务信息数据进行辨别，如下所述那样控制传输模式的切换。即，在辨别为接收数据是列车的控制指令数据的情况下，传输模式被切换为低延迟模式，低延迟控制电路23将接收数据重复发送，对与传输中继器连接的全部传输站传达列车的控制指令数据。此外，在辨别为接收数据是服务信息数据的情况下，传输模式被切换为全双工模式，全双工模式动作控制电路24将接收数据缓冲，并对目的地地址的传输站发送服务信息数据。
另外，接收数据切换电路21和发送数据切换电路22对应于与传输站进行数据发送接收的传输发送接收器6的台数而增减。
接着，说明由上述结构的铁道车辆用传输系统进行的传输动作。图4在时间轴上表示了低延迟模式和全双工模式的动作期间。例如，以模式切换周期tcyc＝10ms为1循环，重复一定期间(低延迟模式期间)tREP的低延迟模式和剩余期间(全双工模式期间)tSW(＝tcyc-tREP)的全双工模式。此外，在全双工模式的结束附近设定有限制时间tlim(例如9.5ms)。因此，若超过tlim不会发送服务信息数据。
接着，利用图5～图9说明低延迟模式和全双工模式的动作。在此，为了使说明简单明了，设想连接有5辆铁道车辆的列车，使n＝e为止。而且，各个中继器1a～1e设置在各个车辆a～e号车中。
1)复位(向低延迟模式的转变)
最初，在本实施例中，将传输中继器1a侧规定为网络的上游侧，将1e侧规定为网络的下游侧。另外，上游侧、下游侧的定义也可以相反。此外，在网络有效的范围内，上游侧端处的传输中继器1作为最上游进行传输的总站(親局)动作。在此，在某传输中继器1向上游侧发送了数据时没有来自上游侧的回答的情况下，判断为自站是总站。此外，在某传输中继器1向上游侧和下游侧的双方发送了数据时从上游侧和下游侧的双方都有回答的情况下，判断为自站是中间站。而且，在某传输中继器1向下游侧发送了数据时没有来自下游侧的回答的情况下，判断为自站是最下游站。
如图5(a)所示，作为最上游的总站进行动作的传输中继器1a发行复位包，作为低延迟模式开始的信号(发送权巡回开始的信号)。接收到复位包的各传输中继器1b～1e将复位包向下游侧重复发送，并且将传输模式切换为低延迟模式进入接收数据的准备。各传输中继器1a～1e在发送了复位包时(或者也可以是接收到时)将内部计时器归零并重新开始计时。
2)传输中继器1a的数据发送
如图5(b)所示，具有发送权的传输中继器1a发送列车的控制指令数据(数据a)。各个传输中继器1b～1d将来自传输中继器1a的接收数据a向下游侧重复发送。在此，重复发送是指不是先一次接收完全部数据后再发送而是一边进行接收动作一边对接收数据进行发送的动作。通过该重复发送，传输中继器1a所发送的数据a到达最下游侧的传输中继器1e为止的传输延迟很短。将此称为低延迟模式。
3)将发送权从传输中继器1a向传输中继器1b移动
如图5(c)所示，传输中继器1a发送了需要的数据后，发行用于使发送权移动的令牌包。传输中继器1b通过接收来自传输中继器1a的令牌包而确保发送权。传输中继器1b不将令牌包重复发送。
4)传输中继器1b的数据发送
如图5(d)所示，确保了发送权的传输中继器1b将列车的控制指令数据(数据b)向上游侧和下游侧发送。传输中继器1a接收来自传输中继器1b的数据b。此外，传输中继器1c和1d将来自传输中继器1b的接收数据b并向下游侧重复发送。传输中继器1e从上游侧传输中继器1d接收数据b。这样，全部传输中继器能够几乎同时接收数据b。
5)使发送权从传输中继器1b向传输中继器1c移动
如图6(a)所示，传输中继器1b发送了需要的数据后，发行用于使发送权移动的令牌包。传输中继器1c通过接收来自传输中继器1b的令牌包而确保发送权。
6)传输中继器1c的数据发送
如图6(b)所示，确保了发送权的传输中继器1c将列车的控制指令数据(数据c)向上游侧和下游侧发送。传输中继器1b将来自下游侧的传输中继器1c的接收数据c向上游侧重复发送。此外，传输中继器1d将来自上游侧的传输中继器1c的接收数据c向下游侧重复发送。这样，全部传输中继器1a、1b、1d、1e能够几乎同时接收数据c。
同样地，发送权从传输中继器1c向传输中继器1d移动，确保了发送权的传输中继器1d将数据d向上游侧和下游侧发送。然后，对发送权从传输中继器1d向最下游侧的传输中继器1e移动的动作进行重复。这样，最终发送权移动到最下游的传输中继器1e。
7)传输中继器1e的数据发送
如图6(c)所示，确保了发送权的最下游的传输中继器1e将列车的控制指令数据(数据e)向上游侧发送。各个传输中继器1b～1d将来自各自的下游侧的传输中继器1c～1e的接收数据e向上游侧重复发送。这样，全部传输中继器1a～1d能够几乎同时接收数据e。
8)返回(低延迟模式期间结束)
如图6(d)所示，若传输中继器1e发送完控制指令数据(数据e)，则由于传输中继器1e是最下游的传输中继器(在下游侧没有传输中继器)，所以向上游侧发送表示低延迟模式已结束这一情况的返回包。传输中继器1b～1d将接收到的返回包向上游侧重复发送，返回包被送到最上游的传输中继器1a为止。
接着，利用图7～图9说明全双工模式下的动作。
1)从低延迟模式向全双工模式的模式切换
如图7(a)所示，传输中继器1e若发送完控制指令数据，则向上游侧发送表示低延迟模式已结束这一情况的返回包。这是和图6(d)相同的状态。
各传输中继器1a～1d若接收到返回包，则将传输模式从低延迟模式向全双工模式切换，转变到全双工模式。在最下游的传输中继器1e也发送了返回包之后，切换传输模式，转变到全双工模式。这样，最终所有的传输中继器1a～1e结束低延迟模式，完全转变到全双工模式。
2)全双工模式时的包的流动和传输中继器内的缓冲器的状态(1)
如图7(b)所示，若转变到全双工模式，则传输中继器1a～1e使用内置于传输中继器控制装置2的缓冲器8，进行独立地同时实施发送和接收的全双工模式的动作。
另外，在图7～图9中示出了各传输中继器1a～1e的缓冲器8的状态。在此，上段表示向上游侧的传输中继器和自站的传输站7发送的数据和从下游侧的传输中继器接收的数据用的缓冲器的状态。此外，下段表示向下游侧和自站的传输站7发送的数据和从上游侧的传输中继器接收的数据用的缓冲器的状态。例如，传输中继器1a在图示上侧的缓冲器中存储来自下游侧的传输中继器1b的数据b′，同时在图示下侧的缓冲器中存储向下游侧的中继器1b和自站的传输站7发送的数据a′。此外，中间的传输中继器1b在图示上侧的缓冲器中存储从下游侧的传输中继器1c接收的数据c′和用于向上游侧的传输中继器1a及自站的传输站7发送的数据b′，同时，在图示下侧的缓冲器中存储从上游侧的传输中继器1a接收的数据a′和向下游侧的传输中继器1c及自站的传输站7发送的数据b′。
3)全双工模式时的包的流动和传输中继器内的缓冲器的状态(2)
利用图8(a)说明在各个传输中继器1a、1c、1e中产生了以双重矩形包围的新数据即各个数据a″、数据c″、数据e″时的状态。
首先，在传输中继器1a中产生新数据a″。于是，数据a″被存储在用于向下游侧进行发送的缓冲器中。而且，只要线路一空闲，就将数据a″向传输中继器1a的下游侧发送。此外，传输中继器1a将从下游侧接收的数据c′存储在传输中继器1a的缓冲器8中。而且，只要与自站的传输站之间的线路一空闲，就将数据c′发送到自站的传输站7。
接着，若传输中继器1b接收到数据a″，则将数据a″存储在用于向下游侧进行发送的缓冲器中。同时，只要线路一空闲，就将之前存储在缓冲器中的数据a′从传输中继器1b发送到下游侧和自站的传输站7。此外，在传输中继器1b中，原来存储在用于向上游侧进行发送的缓冲器中的数据c′被发送到传输中继器1b的上游侧和自站的传输站7，并且从下游侧接收的数据d′被存储在缓冲器中。
传输中继器1c中，将新数据c″存储在用于向下游侧进行发送的缓冲器和用于上游侧进行发送的缓冲器中。而且，将从上游侧接收的数据a′存储在用于向下游侧进行发送的缓冲器中，并且将之前存储的数据b′发送到传输中继器1c的下游侧和自站的传输站7。此外，传输中继器1c中，将原来存储在用于向上游侧进行发送的缓冲器中的数据d′发送到传输中继器1c的上游侧和自站的传输站7，并且将从下游侧接收的数据e′存储在缓冲器中。
同样地，传输中继器1d、1e中也如图8(a)所示那样，传输中继器1d、1e接收到的数据被存储在各自的缓冲器中，并且将之前存储在各自的缓冲器中的数据发送。
4)全双工模式时的包的流动和传输中继器内的缓冲器状态(3)
如图8(b)所示，在传输中继器1b中产生了以双重矩形包围的新数据b″时，该新数据b″被暂时存储在传输中继器1b的缓冲器8中。而且，存储在传输中继器1b的缓冲器8中的数据从先被存储的数据起按顺序被发送。
5)限制时间经过后(全双工模式结束)
如图9所示，设定现在传输中继器1a～1e从低延迟模式开始(复位包接收：t＝0)起经过了时间tlim(在例中是9.5ms)。低延迟模式每1个循环周期tcyc(在例中是10ms)进行起动。因此，到下次低延迟模式起动为止的剩余时间成为tcyc-tlim(在例中是0.5ms)。
如图9所示，若经过了限制时间(tlim)，则各个传输中继器1a～1e中止新的发送，准备下次低延迟模式的起动。而且，直到下次全双工模式为止，已接收的数据被保管在各传输中继器内的缓冲器8中。另外，根据包长度和传输速度决定当前发送中的数据能够在tcyc为止之前发送完的时间，从而设定限制时间tlim。
这样，根据本实施例的铁道车辆用传输系统，能使用1条传输路径，在传输列车的控制指令数据时使用使传输延迟时间最短的低延迟模式，在传输服务信息数据时使用有效活用传输线路的频带的全双工模式。因此，能够利用现有的以太网(注册商标)，同时实现传输延迟的缩短和传输路径频带的增大。
工业实用性
本发明提供了一种铁道车辆用传输系统，对于列车的控制指令数据这样的不允许延迟的数据传输，使传输延迟时间成为最短，对于允许一定程度的延迟的服务信息数据传输，有效地活用传输线路的频带，从而能够将多种传输数据根据种类切换为最佳的传输模式进行传输。

Claims (4)

1.一种铁道车辆用传输系统，用来在连接有多个铁道车辆的列车中使用，其特征在于，具备：
传输中继器，搭载于所述多个铁道车辆的每一个，接收从其他铁道车辆传输来的数据，并且将接收到的数据发送给其他铁道车辆；以及
干线传输路径，为了进行数据的发送接收，连接与其他铁道车辆的传输中继器之间；
所述传输中继器具备：
干线传输发送器，用于向其他铁道车辆的传输中继器发送数据；
干线传输接收器，用于接收来自其他铁道车辆的传输中继器的发送数据；
传输中继器控制装置，具备进行专用包的交换和接收数据的重复发送的低延迟模式、以及进行接收数据的存储和所存储的数据的发送的全双工模式，构筑用于与相邻的传输中继器之间进行数据的发送接收的网络；
传输发送接收器，与所述传输中继器控制装置进行数据的发送接收；以及
传输站，与所述传输发送接收器连接，与所述传输发送接收器进行数据的交接；
通过使发送权在所述多个铁道车辆的传输中继器之间巡回，将某个传输中继器中产生的作为发送数据的列车的控制指令数据在一定时间以内传输到各传输中继器，
开头的铁道车辆的传输中继器控制装置，在传输需要以一定周期进行传输的所述列车的控制指令数据之前，在传输中继器之间流动表示向所述低延迟模式转变的控制包，使全部传输中继器转变到低延迟模式，使各传输中继器对接收数据进行重复发送，在所述列车的控制指令数据的传输结束时，流动用于结束低延迟模式的控制包，在到下一低延迟模式为止的期间使全部传输中继器以所述全双工模式进行动作。
2.如权利要求1记载的铁道车辆用传输系统，其特征在于，
所述传输中继器控制装置在从所述全双工模式向所述低延迟模式转变时，计测从所述低延迟模式开始起的经过时间，在接近下次所述低延迟模式开始为止的时刻的情况下，中止所述全双工模式下的新的发送，转变至等待所述低延迟模式开始的控制包的待机状态。
3.如权利要求2记载的铁道车辆用传输系统，其特征在于，
从所述全双工模式向所述低延迟模式转变时，接收到表示向所述低延迟模式转变的控制包的传输中继器的所述传输中继器控制装置，将正在以所述全双工模式发送中的服务信息数据发送完之后，转变到所述低延迟模式。
4.如权利要求1记载的铁道车辆用传输系统，其特征在于，
从所述全双工模式向所述低延迟模式转变时，接收到表示向低延迟模式转变的控制包的传输中继器的传输中继器控制装置，将正在发送中的服务信息数据丢弃而直接转变到低延迟模式，在结束所述低延迟模式而返回到全双工模式时，将被丢弃了的所述服务信息数据重新发送。
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