CN103825814B - 一种组合列车的层次化异构列车通信网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合列车的层次化异构列车通信网络架构，包括列车级的无线网络和每个机车内部的编组网，每个所述编组网连接有路由设备，所述路由设备用于连接本机车的编组网和机车之间的无线网络，当控制数据从一个机车的编组网传输到另外一个机车的编组网时，通过路由设备将直接从无线网络发送至编组网。本发明具有原理简单、易实现、组合列车控制数据传输的实时性好、控制数据传输过程中时间开销少、可靠好等优点。

Description

一种组合列车的层次化异构列车通信网络系统

技术领域

本发明主要涉及到组合列车领域，特指一种适用于组合列车的层次化异构列车通信网络架构。 

背景技术

随着铁路货运量的增加，单台牵引机车的列车所能提供的运力已经不能满足市场的需要。为了在现有铁路线上提升铁路货运能力，有从业者将多台机车重联，形成“组合列车”，从而提高了货物的运输能力。在组合列车的多台牵引机车中，有司机操作整个列车的牵引机车称为“主控机车”，其他的机车称为“从控机车”。主控机车的司机操作指令，需要通过车辆内的列车通信网络(Train Communication Networks,TCN)传输到主控单元，再传输到无线数据传输单元，无线数据传输单元将数据接收到应用层之后，转发到从控机车的无线数据接收单元，无线数据接收单元再将数据通过TCN网络传输给从控机车的主控单元，才能转至对应的电气装置，包括牵引控制单元(Traction Control Unit,TCU)以及制动控制单元(Brake Control Unit,BCU)等。 

目前，组合列车的通信网络一般采用层次化异构的列车通信网络架构。即：列车级通信采用无线通信，车辆内采用TCN网络。由于列车无线重联过程的动态特性，组合列车之间的数据无法直接发送到各个机车的电气装置上，而是需要通过多次中转，数据传输的实时性不高。在上述的组合列车中，不同机车车载电气设备需要通信时，需要将数据通过MVB总线发送给车辆控制模块(Vehicle Control Module,VCM)，车辆控制模块再将数据转发到无线通信设备上，无线通信设备经过中继的数据传输方式，将数据传输到目标机车的无线接收设备，无线接收设备再将数据转发到机车的VCM设备上，最后VCM再将数据转发给对应的车载电气设备。由上可知，现有的组合列车数据传输过程中，无线数据到总线数据的转发，都需要通过物理层接收到应用层，而应用层多数是图形开发环境下的应用软件，执行周期很长，实时性很低，导致数据传输过程的延时很长。随着列车运行速度的增加，这种低实时性显然已经不能满足控制系统的要求。 

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、易实现、组合列车控制数据传输的实时性好、控制数据传输过程中时间开销少、可靠好的组合列车层次化异构列车通信网络架构。 

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 

一种组合列车的层次化异构列车通信网络架构，包括列车级的无线网络和每个机车内部 的编组网，每个所述编组网连接有路由设备，所述路由设备用于连接本机车的编组网和机车之间的无线网络，当控制数据从一个机车的编组网传输到另外一个机车的编组网时，通过路由设备将直接从无线网络发送至编组网。 

作为本发明的进一步改进：在控制数据的数据报文中为供路由设备增加路由控制字段，路由控制字段中的路由控制字用于控制数据从编组网向无线网络中的路由以及无线网络之间的无线多跳路由控制。 

作为本发明的进一步改进：所述路由控制字包括： 

0～2位为源编组网号，用于标识通信源设备所在的编组网网络号； 

3～6位为目标编组号，用于标识目标设备所在的编组网网络号，网络号是路由器在初运行过程中获取的节点编号号码； 

7～12位为路由器中继标志，用于表示该数据报文是否已经被对应的路由器中继转发；如果没有转发，路由器需要判断目标编组网方向的其他路由器是否已经转发，如果已经转发则放弃转发，否则转发该数据报文，并将对应的路由器中继标志置位；如果发现中继标志已经置位，则不转发。 

作为本发明的进一步改进：当源设备在发送数据到组合列车另一个编组网的设备时，将源设备所在编组号填入到源编组网号，将目标设备所在的编组组号填入目标编组组号；源设备所在路由器在MVB总线上收到数据时，在网络层上判断目标编组网号，当目标编组网号为自身所在的编组网时，说明数据是不需要跨编组进行传输的，路由器将数据收到应用层进行处理。 

作为本发明的进一步改进：当目标编组组号为1～8时，表示通信为点对点通信，目标编组网号为16时，表示通信为多播通信，即将数据发送到所有编组的目标端口上；当目标编组网号为其他数字时，无效；源设备发送数据时，将清空所有的路由器中继标志为0。 

与现有技术相比，本发明的优点在于： 

1、本发明的一种组合列车的层次化异构列车通信网络架构，能够在主控机车、从控机车的电气装置上直接实现对各个从控机车的电气装置寻址，从而实现了数据的路由转发，大大提高数据传输的实时性。 

2、本发明的一种组合列车的层次化异构列车通信网络架构，减少了数据传输过程的延时，提高了组合列车控制数据传输的实时性，减少了组合列车控制数据传输过程中的处理和时间开销，特别是要减少处理周期较长的应用软件数据处理环节。 

3、本发明的一种组合列车的层次化异构列车通信网络架构，在TCN网络通信和无线通信的网络层之间增加路由机制，将应用层非实时处理的数据转到网络层来实时处理，从而提 高了系统的实时性。 

附图说明

图1是本发明在具体应用实例中的网络架构示意图 

图2是本发明在TCN网络之间设置路由设备的原理示意图。 

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。 

如图1所示，为本发明在具体应用实例中的网络架构示意图。组合列车采用分层的网络架构，即： 

列车级采用的无线网络（即无线通信网络），以满足列车之间无法布置通信线缆的通信需求； 

车辆内部采用编组网（即TCN网络，Train Communication Network，列车通信网络），车辆控制模块、传动控制单元、制动控制单元等电气设备通过TCN网络通信。 

本发明进一步将在应用层进行转发的数据转移到网络层来进行路由，从而提升数据在组合列车的不同机车之间传输的实时性。即：本发明在TCN网络之间连接路由设备，如图2所示，也就是为每一个编组网（即组合列车的各个机车的TCN网络）设置一个路由设备（路由器），路由设备用于连接编组网和机车之间的无线网络；当控制数据从一个机车的TCN网络传输到另外一个机车的TCN网络时，将直接从无线网络发送至TCN网络。 

由上可知，本发明在TCN网络和无线网络间通过路由的方法来保证数据的实时传输。路由的一个重要的作用就是连通不同的网络，为了将控制数据从组合列车的一个牵引机车TCN网络发送到另外一个牵引机车的TCN网络，路由功能位于TCN网络与无线网络的网关之上，掌握着控制数据如何传送的基本信息。 

为了将编组网内的MVB过程数据与组合列车的无线数据实现路由，本发明在MVB的数据报文中增加路由控制字段。 

带有路由控制字段的数据报文格式如下： 

字节1	字节2	字节3	字节4	其它字节
					路由控制1	路由控制2	目标端口号1	目标端口号2	控制数据

路由控制字一共由16位组成，用于控制数据从TCN网络向无线网络中的路由以及无线网络之间的无线多跳路由控制。 

源编组网号，用于标识通信源设备所在的编组网网络号； 

目标编组号，用于标识目标设备所在的编组网网络号；网络号是路由器在初运行过程中获取的节点编号号码。 

当源设备在发送数据到组合列车另一个编组网的设备时，需要将源设备所在编组号填入到源编组网号，将目标设备所在的编组组号填入目标编组组号。目标编组组号为1～8时，表示通信为点对点通信，目标编组网号为16时，表示通信为多播通信，即将数据发送到所有编组的目标端口上。目标编组网号为其他数字时，无效。源设备发送数据时，将清空所有的路由器中继标志为0。 

源设备所在路由器在MVB总线上收到数据时，在网络层上判断目标编组网号，当目标编组网号为自身所在的TCN网络时，说明数据是不需要跨编组进行传输的，路由器将数据收到应用层进行处理。 

路由器中继标志，用于表示该数据报文是否已经被对应的路由器中继转发。如果没有转发，路由器需要判断目标编组网方向的其他路由器是否已经转发，如果已经转发则放弃转发，否则转发该数据报文，并将对应的路由器中继标志置位。如果发现中继标志已经置位，则不转发。 

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种组合列车的层次化异构列车通信网络系统，包括列车级的无线网络和每个机车内部的编组网，其特征在于，每个所述编组网连接有路由设备，所述路由设备用于连接本机车的编组网和机车之间的无线网络，当控制数据从一个机车的编组网传输到另外一个机车的编组网时，通过路由设备将直接从无线网络发送至编组网；

组合列车的层次化异构列车通信网络系统在控制数据的数据报文中为供路由设备增加路由控制字段，路由控制字段中的路由控制字用于控制数据从编组网向无线网络中的路由以及无线网络之间的无线多跳路由控制；

组合列车的层次化异构列车通信网络系统所述路由控制字包括：

0～2位为源编组号，用于标识通信源设备所在的编组网网络号；

3～6位为目标编组号，用于标识目标设备所在的编组网网络号，网络号是路由器在初运行过程中获取的节点编号号码；

7～12位为路由器中继标志，用于表示该数据报文是否已经被对应的路由器中继转发；如果没有转发，路由器需要判断目标编组网方向的其他路由器是否已经转发，如果已经转发则放弃转发，否则转发该数据报文，并将对应的路由器中继标志置位；如果发现中继标志已经置位，则不转发。

2.根据权利要求1所述的组合列车的层次化异构列车通信网络系统，其特征在于，当源设备在发送数据到组合列车另一个编组网的设备时，将源设备所在编组号填入到源编组号，将目标设备所在的编组号填入目标编组号；源设备所在路由器在多功能车辆总线MVB上收到数据时，在网络层上判断目标编组号，当目标编组号为自身所在的编组网时，说明数据是不需要跨编组进行传输的，路由器将数据收到应用层进行处理。

3.根据权利要求1所述的组合列车的层次化异构列车通信网络系统，其特征在于，当目标编组号为1～8时，表示通信为点对点通信，目标编组号为16时，表示通信为多播通信，即将数据发送到所有编组的目标端口上；当目标编组号为其他数字时，无效；源设备发送数据时，将清空所有的路由器中继标志为0。