CN103699091A - 一种铁路车辆通信网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路车辆通信网络，每节车厢内设置一个控制器，每两个相邻的控制器之间通过总线连接，每个所述控制器接收相邻控制器的数据后立即应答，传回所述控制器的自身数据或所述控制器所接收的其他控制器数据；在每个控制器内设置有公共储存模块，所述控制器上的各总线端口分别与公共储存模块连接，每个所述控制器将接收的来自相邻控制器传输的数据储存入所述公共储存模块后，将接收的数据转发到另一个相邻的控制器。本发明在整个通信网络中形成动态传输模式，提高了数据传输的速度。

Description

一种铁路车辆通信网络

技术领域

本发明涉及一种通信网络，特别涉及一种铁路车辆通信网络。

背景技术

通常，铁路车辆的数据传输通过贯通全车的数据总线传输，车辆前后的头车设置控制器，贯通全车的数据总线连接两个控制器形成总线网络，各节车厢的设备接入总线，控制器的指令通过总线一并传输给各节车厢的设备。通常总线设置两根，以形成双路电缆的冗余方式，但这样的方式只能应对单点故障，即一根总线出现故障，可转换到第二根总线上继续传输数据，如若两根总线同时故障，系统将面临瘫痪，并且该方式在出现故障时，从故障一路切换到另一路需要时间。如之前申请并公开的申请号为200710126385.6，名称为铁路车厢传输装置的专利，提出了对铁路车厢总线传输的改进，采用梯形网络结构，提供可靠的冗余能力强的铁路车厢传输装置，但其在每节车厢内设置两个中继器，提高了成本。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种传输速度快的铁路车辆通信网络。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种铁路车辆通信网络，每节车厢内设置一个控制器，每两个相邻的控制器之间通过总线连接，每个所述控制器接收相邻控制器的数据后立即应答，传回所述控制器的自身数据或所述控制器所接收的其他控制器数据；在每个控制器内设置有公共储存模块，所述控制器上的各总线端口分别与公共储存模块连接，每个所述控制器将接收的来自相邻控制器传输的数据储存入所述公共储存模块后，将接收的数据转发到另一个相邻的控制器。

进一步，各个相邻的控制器之间采用数据分割的方式传输数据，所述数据分为控制指令数据和车厢状态数据，每个所述控制器将控制指令数据和车厢状态数据按设定的顺序循环向相邻的控制器传输。

进一步，每两个相邻的控制器之间通过两根完全独立的总线连接。

进一步，在所述控制器上设置四个总线端口，两个总线端口分别通过两根总线与相邻的控制器连接，另两个总线端口分别通过两根总线与另一个相邻的控制器连接，四个总线端口分别与公共储存模块连接，当总线出现故障时，控制器控制没有故障的端口从公共存储模块内提取数据继续传输数据。

进一步，两根总线所传输的数据内容相同。

进一步，在四个总线端口中设置两个为主动端口，另外两个为从动端口，在控制器上电或从故障中恢复时，主动端口主动传输数据，从动端口接收数据后再进行数据传输。

综上内容，本发明所述的一种铁路车辆通信网络，具有如下优点：

1、多个控制器相互之间通过两根总线连接，形成梯形通信网络，极大的提高了通信网络的冗余能力。

2、通过每两个相邻车厢之间不间断的相互传输数据，以及控制器的存储转发模式，达到了动态的传输网络，实现了每两个相邻的控制器之间均可同时传输数据的目的，提高了数据传输速度。

3、控制器采用储存转发的方式传输数据，易于确定故障位置，收到错误数据时，控制器不会将错误数据继续传输到其他控制器，使故障不会扩散。

4、两个相邻的控制器之间按特定的数据顺序循环传输数据的数据分割传输方式，确保控制指令数据的传输。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的通信时序示意图；

图3是本发明数据分割示意图；

图4是本发明的控制器示意图；

图5是本发明的单点故障示意图；

图6是本发明的多点分散故障示意图；

图7是本发明的控制器节点故障示意图；

图8是本发明的双重故障示意图；

图9是本发明的头车双重故障示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本实施例通过如图1所示的六编组铁路车辆进行说明。

如图1所示，一种铁路车辆通信网络，包括多个控制器，每节车厢均设置一个控制器，每两个相邻的控制器之间通过两根总线连接，总线采用半双工模式，两根总线完全独立，各自传输各自的数据，并且两根总线传输的数据内容相同。每个控制器设置四个总线端口，分别命名为“A、B、C、D”端口，四个总线端口分别连接总线，形成梯形通信网络，控制器接收相邻的控制器传输的数据并转发给另一个相邻的控制器进行数据传输。

如图2所示，每个控制器传输数据给相邻的控制器，相邻的控制器立即应答，传回相邻控制器的自身数据或相邻控制器所接收的其他控制器数据给控制器，控制器接收传回的数据后，立即再传输控制器的自身数据或控制器所接收的其他控制器数据给相邻的控制器，如此反复，在本实施例中两端头车只传输自身数据，并不传输其接收的其他控制器数据。

如图4所示，在控制器接收来自相邻控制器的数据时，采用储存转发的方式将数据传输给另一个相邻的控制器。在控制器内设置有公共储存模块，控制器上的各总线端口分别与公共储存模块连接，每个控制器将接收的来自相邻控制器传输的数据储存入所述公共储存模块后，将接收的数据转发到另一个相邻的控制器。

例如，1号车厢传输1号车厢的数据给2号车厢，2号车厢接收后立即将2号车厢的数据传输给1号车厢，1号车厢接收后立即再传输1号车厢的数据给2号车厢，2号车厢接收后立即将其所接收的3号车厢的数据传输给1号车箱，1号车厢接收后立即再传输1号车厢的数据给2号车厢，2号车厢接收后立即将其所接收的4号车厢的数据传输给1号车箱，...，如此反复；

2号车厢传输2号车厢的数据给3号车厢，3号车厢接收后立即将3号车厢的数据传输给2号车厢，2号车厢接收后立即再传输其所接收的1号车厢的数据传输给3号车厢，3号车厢接收后立即将其所接收的4号车厢的数据传输给2号车厢，...，如此反复；

其余各车厢之间相同。

2号车厢的控制器接收到1号车厢的数据后，将数据储存到控制器内的公共储存模块，当2号车厢要将1号车厢的数据传输给3号车厢时，2号车厢控制器从公共储存模块中提取从1号车厢传输来的1号车厢数据并将数据传输到3号车厢；

2号车厢的控制器接收到3号车厢传输来的4号车厢数据后，将数据储存到控制器内的公共储存模块，当2号车厢要将4号车厢的数据传输给1号车厢时，2号车厢从公共储存模块中提取从3号车厢传输来的4号车厢数据并将该数据传输到1号车厢。

其他各车厢的类似情况不再列举。

通过每两个相邻车厢之间不间断的相互传输数据，以及控制器的存储转发模式，使整个通信网络形成动态传输，各相邻的控制器之间可同时传输数据，例如，在1号车厢传输数据给2号车厢时，3号车厢可同时传输数据给2号车厢，这样极大的提高了传输速度。

在数据传输中没有收到应答，并且连续5次没有收到应答数据，则说明为通信故障，控制器会一直隔特定时间尝试启动传输数据直到通信恢复。

控制器传输自身数据或传输所接收的其他控制器数据的顺序由控制器自身设定，例如，2号车厢接收3号车厢传回的数据后，先传输2号车厢自身数据给3号车厢，等下一次接收3号车厢传回的数据后，再传输2号车厢所接收的1号车厢的数据给3号车厢，或先传输1号车厢的数据，后传输2号车厢自身数据，这样的顺序均由控制器自身设定，具体的顺序在下面将进一步描述。

如图3所示，相邻的控制器之间采用数据分割的方式传输数据，数据分为控制指令数据和车厢状态数据，控制器将控制指令数据和车厢状态数据按设定的顺序循环向相邻的控制器传输。

数据按如下方式分割：“0”代表控制指令数据，数据帧长度共300字节；“1”代表1号车状态数据，数据帧长度共300字节；“2”代表2号车状态数据，数据帧长度共300字节；……；“6”代表6号车状态数据，数据帧长度共300字节。

各节车厢控制器之间数据传输所设定的数据排列顺序如下：

（1）1号车厢和2号车厢的控制器所设定的传输排列顺序如下：

1号车厢内控制器的B端口传输给2号车厢A端口的数据为（1号车厢D端口传输给2号车厢C端口数据内容相同）：0-1-0-1-0-1-0-1-0-1-0-1-0-1......不断循环。

2号车厢内控制器的A端口传输给1号车厢B端口的数据为（2号车厢C端口传输给1号车厢D端口数据内容相同）：0-2-0-3-0-4-0-5-0-6-0-2-0-3......不断循环。

如上所述，1号车厢传控制指令数据给2号车厢，2号车厢接收到数据后立即应答，传输控制指令数据给1号车厢，1号车厢接收到2号车厢的数据后立即应答，传输1号车厢的状态数据给2号车厢，2号车厢接收到数据后立即应答，传输2号车厢的状态数据给1号车厢......,如此反复，按上述数据传输的时序以及控制器设定的数据排列顺序进行两个控制器之间的不间断数据传输。

1号车厢将控制指令数据和1号车厢的状态数据传输出去，并接收来自2号车厢的控制指令数据，以及2-6号车厢的状态数据。

（2）2号车厢和3号车厢的控制器所设定的传输排列顺序如下：

2号车厢内控制器的B端口传输给3号车厢A端口的数据为（2号车厢D端口传输给3号车厢C端口数据内容相同）：0-1-0-2-0-1-0-2-0-1-0-2-0-1......不断循环。

3号车厢内控制器的A端口传输给2号车厢B端口的数据为（3号车厢C端口传输给2号车厢D端口数据内容相同）：0-3-0-4-0-5-0-6-0-3-0-4-0-5......不断循环。

2号车厢和3号车厢按上述控制器设定的数据排列顺序进行两个控制器之间的不间断数据传输，其数据传输的时序与1号车厢和2号车厢的相同，不再赘述。

2号车厢将控制指令数据和1、2号车厢的状态数据传输出去，并接收来自3号车厢的控制指令数据，以及3-6号车厢的状态数据。

（3）3号车厢和4号车厢的控制器所设定的传输排列顺序如下：

3号车厢内控制器的B端口传输给4号车厢D端口的数据为（3号车厢D端口传输给4号车厢B端口数据内容相同）：0-1-0-2-0-3-0-1-0-2-0-3-0-1......不断循环。

4号车厢内控制器的D端口传输给3号车厢B端口的数据为（4号车厢B端口传输给3号车厢D端口数据内容相同）：0-4-0-5-0-6-0-4-0-5-0-6-0-4......不断循环。

3号车厢和4号车厢按上述控制器设定的数据排列顺序进行两个控制器之间的不间断数据传输，其数据传输的时序与1号车厢和2号车厢的相同，不再赘述。

3号车厢将控制指令数据和1、2、3号车厢的状态数据传输出去，并接收来自4号车厢的控制指令数据，以及4-6号车厢的状态数据。

（4）4号车厢和5号车厢的控制器所设定的传输排列顺序如下：

4号车厢内控制器的C端口传输给5号车厢D端口的数据为（4号车厢A端口传输给5号车厢B端口数据内容相同）：0-1-0-2-0-3-0-4-0-1-0-2-0-3......不断循环。

5号车厢内控制器的D端口传输给4号车厢C端口的数据为（5号车厢B端口传输给4号车厢A端口数据内容相同）：0-5-0-6-0-5-0-6-0-5-0-5-0-6......不断循环。

4号车厢和5号车厢按上述控制器设定的数据排列顺序进行两个控制器之间的不间断数据传输，其数据传输的时序与1号车厢和2号车厢的相同，不再赘述。

4号车厢将控制指令数据和1-4号车厢的状态数据传输出去，并接收来自5号车厢的控制指令数据，以及5、6号车厢的状态数据。

（5）5号车厢和6号车厢的控制器所设定的传输排列顺序如下：

5号车厢内控制器的C端口传输给6号车厢D端口的数据为（5号车厢A端口传输给6号车厢B端口数据内容相同）：0-1-0-2-0-3-0-4-0-5-0-1-0-2......不断循环。

6号车厢内控制器的D端口传输给5号车厢C端口的数据为（6号车厢B端口传输给5号车厢A端口数据内容相同）：0-6-0-6-0-6-0-6-0-6-0-6-0-6......不断循环。

5号车厢和6号车厢按上述控制器设定的数据排列顺序进行两个控制器之间的不间断数据传输，其数据传输的时序与1号车厢和2号车厢的相同，不再赘述。

5号车厢将控制指令数据和1-5号车厢的状态数据传输出去，并接收来自6号车厢的控制指令数据，以及6号车厢的状态数据。

结合图2、图3和图4，本实施例中铁路车辆通信网络的工作方式如下：

1号车厢传控制指令数据给2号车厢，2号车厢接收到数据后立即应答，传输控制指令数据给1号车厢，1号车厢接收到数据后立即应答，传输1号车厢的状态数据给2号车厢，2号车厢接收到数据后立即应答，传输2号车厢的状态数据给1号车厢......,以此类推，其数据排列顺序在上述（1）中已写明。

2号车厢传输控制指令数据给3号车厢，3号车厢接收到数据后立即应答，传输控制指令数据给2号车厢，2号车厢接收数据后立即应答，传输1号车厢的状态数据给3号车厢，3号车厢接收到数据后立即应答，传输3号车厢的状态数据给2号车厢......,以此类推，其数据排列顺序在上述（2）中已写明。

其余各相邻车厢之间均为如上相互不间断的传输方式，其数据排列顺序在上述（3）（4）（5）中已写明。

2号车厢的控制器接收到1号车厢传输的控制指令数据后，将控制指令数据储存到控制器内的公共储存模块，此时2号车厢的控制器有可能在传输1号车厢的状态数据给3号车厢，当按上述（2）的顺序轮到2号车厢传输控制指令数据到3号车厢时，2号车厢控制器从公共储存模块中提取刚才从1号车厢传输来的控制指令数据，将其传输到3号车厢。

2号车厢的控制器接收到3号车厢传输来的4号车厢状态数据后，将4号车厢状态数据储存到控制器内的公共储存模块，此时2号车厢的控制器有可能在传输4号车厢之外的其他车厢的状态数据，或控制指令数据给1号车厢，当按上述（1）的顺序轮到2号车厢传输4号车厢状态数据给1号车厢时，2号车厢控制器从公共储存模块中提取刚才3号车厢传来的4号车厢状态数据，将其传输到1号车厢。

其他类似情况不再列举。

通过数据分割，将控制指令与车厢状态数据分割，能够确保控制指令数据更及时的在车厢之间的传输。

各总线端口在接收和传输数据时，控制器校验数据是否为错误数据，如为错误数据则不会转发，控制器采用储存转发的方式传输数据，易于确定故障位置，收到错误数据时，控制器不会将错误数据继续传输到其他控制器，使故障不会扩散。

在四个总线端口中设置B、C端口为主动端口，A、D端口为从动端口，在控制器上电或从故障中恢复时，主动端口主动传输数据，从动端口接收数据后再进行数据传输，这样避免了上电时，A、B、C、D端口同时传输数据所产生的冲突。

为了避免无效数据，在上电或总线端口从故障中恢复后，总线端口在开始2秒内所接收的数据不使用，在刚上电或总线端口恢复后，总线端口所接收的数据有可能为无效数据，需要等待数据传输一定时间后，所接收的数据才能够被使用。

公共储存模块为RAM，在控制器上设置有本节车厢其他设备连接的通信端口，用于与本节车厢其他设备通信。在车辆两端头车上设置有用于显示各控制器端口状态的显示器，各节车厢控制器的四个总线端口状态会在显示器上显示。

通过相邻控制器之间采用两根总线连接，并且控制器采用存储转发方式将相邻控制器的数据传输给另一个相邻控制器的方式，构成了梯形通信网络。本实施例所述的通信网络，能够在单点故障甚至一些多点故障的情况下，仍能够保证通信的正常。

图5为单点故障示意图，两个控制器之间的总线发生故障，由于两根总线所传输的数据内容相同，两个控制器通过另一个总线实现数据传输，机室的显示器会提醒司机发生的故障。

图6为多点分散故障示意图，由于控制器的四个总线端口分别连接公共储存模块，图中C端口接收数据储存到公共储存模块，B端口从公共储存模块中提取数据然后传输出去，机室的显示器会提醒司机发生的故障。

图7为控制器节点故障示意图，如图7所示，3号车厢内的控制器出现故障，无法传输数据，如图4所示，在控制器内设置有“看门狗”系统，当控制器出现故障，“看门狗”系统将两端总线连接，即跳过本车厢的控制器，继续总线的数据传输。如果3号车厢为动车，即牵引车，铁路车辆将失去该节车厢的动力和制动力，但此时铁路车辆仍可保持正常运行，机室的显示器会提醒司机发生的故障。

图8为双重故障示意图，2号车厢与3号车厢之间的两根总线均出现故障，无法传输数据，此时主控端设置在1号车厢内，3、4、5、6号车厢都接收不到来自控端的控制信息，所有车辆将切除牵引并实施最大常用制动至停车，机室的显示器会提醒司机发生的故障，车辆可通过应急模式返回。

图9为头车双重故障示意图，5号车厢与6号车厢（1号车厢与2号车厢）之间的两根总线均出现故障，无法传输数据，此时主控端设置在1号车厢（6号车厢）内，6号车厢（1号车厢）将接收不到来自主控端的控制信息，6号车厢的CPU将按惰行指令执行，列车仍可正常运行，司机室的显示器会提醒司机发生的故障。

通过上述梯形网络结构，使本实施例的通信网络在一些多点故障的情况下，仍能保证通信网络的正常工作，或者仍能保证车辆正常运行，极大的提高了通信网络的故障冗余能力。

综上所述，本发明所述的一种铁路车辆通信网络，采用两个相邻控制器之间不间断的传输数据的方式，并且结合控制器通过储存转发将相邻控制器的数据传输给另一个相邻的控制器的模式，达到了动态的传输网络，实现了每两个相邻的控制器之间均可同时传输数据的目的，提高了数据传输速度。两个相邻的控制器之间按特定的数据顺序循环传输数据的数据分割传输方式，提高了控制指令数据的传输速度。每两个控制器之间通过两条总线连接，控制器将相邻控制器的数据传输给另一个相邻的控制器，形成了梯形通信网络，极大的提高了故障冗余能力，通过储存转发模式，易于确定故障点，并且隔离故障。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种铁路车辆通信网络，其特征在于：每节车厢内设置一个控制器，每两个相邻的控制器之间通过总线连接，每个所述控制器接收相邻控制器的数据后立即应答，传回所述控制器的自身数据或所述控制器所接收的其他控制器数据；在每个控制器内设置有公共储存模块，所述控制器上的各总线端口分别与公共储存模块连接，每个所述控制器将接收的来自相邻控制器传输的数据储存入所述公共储存模块后，将接收的数据转发到另一个相邻的控制器。

2.根据权利要求1所述的一种铁路车辆通信网络，其特征在于：各个相邻的控制器之间采用数据分割的方式传输数据，所述数据分为控制指令数据和车厢状态数据，每个所述控制器将控制指令数据和车厢状态数据按设定的顺序循环向相邻的控制器传输。

3.根据权利要求1所述的一种铁路车辆通信网络，其特征在于：每两个相邻的控制器之间通过两根完全独立的总线连接。

4.根据权利要求3所述的一种铁路车辆通信网络，其特征在于：在所述控制器上设置四个总线端口，两个总线端口分别通过两根总线与相邻的控制器连接，另两个总线端口分别通过两根总线与另一个相邻的控制器连接，四个总线端口分别与公共储存模块连接，当总线出现故障时，控制器控制没有故障的端口从公共存储模块内提取数据继续传输数据。

5.根据权利要求3所述的一种铁路车辆通信网络，其特征在于：两根总线所传输的数据内容相同。

6.根据权利要求4所述的一种铁路车辆通信网络，其特征在于：在四个总线端口中设置两个为主动端口，另外两个为从动端口，在控制器上电或从故障中恢复时，主动端口主动传输数据，从动端口接收数据后再进行数据传输。

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