CN104038445A

CN104038445A - 一种基于以太网的列车通信网络交换装置及系统

Info

Publication number: CN104038445A
Application number: CN201410319717.2A
Authority: CN
Inventors: 贺德强; 张军; 刘旗扬; 苗剑; 邱鸿基
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2014-09-10

Abstract

本发明公开了一种基于以太网的列车通信网络交换装置，包括：RS485接口模块，用于为列车上具有RS485接口的设备提供接口；M12网络接口模块，用于为列车车载设备提供网络接口；交换模块，用于通过VLAN对所述RS485接口模块以及M12网络接口模块接收的数据信息进行数据信息传输及交换；CPU模块，用于配置所述交换模块的寄存器，使所述交换模块实现生成树协议、VLAN、流控制及数据优先级；SPI模块，用于为所述CPU模块与所述交换模块提供寄存器控制信道。本发明可保障列车通信网络中信息数据传输及交换的实时性。

Description

一种基于以太网的列车通信网络交换装置及系统

技术领域

本发明涉及列车通信领域，特别涉及一种基于以太网的列车通信网络交换装置及系统。

背景技术

随着列车运行速度的提高，列车结构越来越复杂，对列车安全、可靠及高效运行提出了更高的要求，现代高速动车组采用动力分散模式，列车牵引、制动等设备分散布置在动车组各车辆上，其控制方式与传统机车牵引客车模式有很大区别。列车通信网络应用于列车控制、监视，包括列车故障诊断和旅客信息系统的各个方面，新的服务不断得到应用，例如视频监视、网络诊断、旅客信息安全、图像识别、录像查询和无线以太网的接入等，使得列车通信信息数据传输量巨增。然而，传统的现场总线能实现列车车厢自动编组、小流量数据网络实时性高等特点，但随着传输量巨增的数据信息，现场总线因传输效率低已很难满足列车对大容量信息数据传输的实时性要求。

因此，近年来出现了具有传输效率高的以太网应用于列车上，然而列车的运行安全较大程度取决于控制、故障诊断等大量信息数据的实时性传输和网络的稳定性，但CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)通信机制的以太网具有局限性，当多个节点同时发送数据时，会发生数据抢占信道的情况，某些数据将要等待其它数据传输完毕后再发送至信道中，因此很容易产生较大的网络时延，甚至数据的丢失，造成了数据传输的不确定性，故，在实时性和稳定性方面还达不到列车通信网络的应用要求。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中应用于列车上的以太网传输实时性低的技术缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种基于以太网的列车通信网络交换装置。

根据本发明实施例的一种基于以太网的列车通信网络交换装置，包括：RS485接口模块，用于为列车上具有RS485接口的设备提供接口；M12网络接口模块，用于为列车车载设备提供网络接口；交换模块，用于通过VLAN对所述RS485接口模块以及M12网络接口模块接收的数据信息进行数据信息传输及交换；CPU模块，用于配置所述交换模块的寄存器，使所述交换模块实现生成树协议、VLAN、流控制及数据优先级；SPI模块，用于为所述CPU模块与所述交换模块提供寄存器控制信道。

上述技术方案中，所述CPU模块还包括：程序烧写模块，用于向所述CPU模块烧写所需程序；晶振模块，用于向所述CPU模块、所述交换模块提供时钟信号；PLL时钟模块，用于向所述CPU模块、所述交换模块提供时钟信号；复位模块，用于对所述CPU模块、所述交换模块进行复位；电源模块，用于为所述CPU模块、所述交换模块提供电源。

上述技术方案中，所述交换模块包括：从/主机选择模块，用于决定所述交换模块作为主机或从机；

上述技术方案中，所述M12网络接口模块还包括：以太网接口保护模块，用于对所述交换模块在电平突变时起保护作用；网络变压器模块，用于对所述交换模块的信号进行电平耦合及电气隔离。

上述技术方案中，所述RS485接口模块还包括：RS485/以太网网关模块，用于实现不同协议下的两种协议的互连。

上述技术方案中，所述交换模块的型号为KS8995MA。

本发明实施例提供的一种基于以太网的列车通信网络交换装置，通过交换模块实现生成树协议、VLAN、流控制及数据优先级；生成树冗余能为列车通信网络提供较高的稳定性保障，当列车通信网络出现故障时，能很快地恢复列车通信网络的正常工作；流控制能有效地防止列车通信网络中的数据丢失，当交换模块缓冲区中的数据量大于其转发能力时，通知信息源停止发送数据；列车中的数据有过程数据和信息数据，不同数据对实时性有不同的要求，例如控制信息数据对实时性要求较高，而视频信息数据相对较低，交换模块的数据优先级功能使高实时性要求的数据优先转发，从而保障了列车通信网络中信息数据的实时性。

本发明是为了克服上述现有技术中应用于列车上的以太网传输实时性低的技术缺陷，根据本发明的另一方面，提供了一种基于以太网的列车通信网络交换系统。

根据本发明实施例的一种基于以太网的列车通信网络交换系统，包括：若干上述交换装置，其分别位于列车每节车厢内，用于传输及交换每节车厢的数据信息。

本发明实施例提供的一种基于以太网的列车通信网络交换系统，通过交换装置对各节车厢的数据信息进行传输及交换，使交换系统对列车上大量的数据传输具有较高的实时性。

附图说明

图1是本发明基于以太网的列车通信网络交换装置结构示意图；

图2是本发明基于以太网的列车通信网络交换系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的基于以太网的列车通信网络交换装置，包括：

RS485接口模块140，用于为列车上具有RS485接口的设备提供接口；

M12网络接口模块10，用于为列车车载设备提供网络接口；

交换模块70，用于通过基于端口的VLAN对RS485接口模块140以及M12网络接口模块10接收的数据信息进行数据信息传输及交换；

CPU模块80，用于配置交换模块70的寄存器，使交换模块70实现生成树协议、VLAN、流控制及数据优先级；

SPI模块90，用于为CPU模块80与交换模块70提供寄存器控制信道。

本实施例中所选取的交换模块型号为KS8995MA，CPU模块选取的型号为NUC140VE3CN,其中，通过CPU模块对交换模块的寄存器进行配置，使交换模块实现生成树协议、VLAN、流控制及数据优先级等功能；生成树协议能有效地解决因环网带来的广播风暴和MAC地址表的不稳定性问题，生成树协议使环网中某个交换模块的一个端口处于阻塞状态，禁止数据从该端口进行转发，从而使物理环网拓扑结构成为逻辑树形网络拓扑结构，数据只能沿一条链路单向传输，但当链路中某处或某台交换模块出现故障时，处于阻塞状态的端口和备用链路将被启用，该端口从阻塞转化为转发状态，数据则通过备用链路实现转发，当故障点排除后，该交换模块端口重新恢复阻塞状态，网络实现初始状态；交换模块在每个车厢内生成基于端口的VLAN，在基于以太网的列车通信网络中的设备划分VLAN，不相同业务的终端设备归为一个VLAN，通过划分VLAN后能有效地减少网络中的数据量，降低网络延迟，提高网络实时性；流控制能有效地防止列车通信网络中的数据丢失，当交换模块缓冲区中的数据量大于其转发能力时，通知信息源停止发送数据；列车中的数据有过程数据和信息数据，不同数据对实时性有不同的要求，例如控制信息数据对实时性要求较高，而视频信息数据相对较低，交换模块的数据优先级功能使高实时性要求的数据优先转发，从而保障了列车通信网络中信息数据的实时性。

为了使CPU模块进行配置功能，实现对交换模块70的配置，在上述装置中，CPU模块80还包括：

程序烧写模块120，用于向CPU模块80烧写所需程序；交换模块70功能的实现主要是人工通过编程配置交换模块70的寄存器来实现，通过程序烧写模块120烧写，方便交换模块70的功能实现。

晶振模块60，用于向CPU模块80、交换模块70提供时钟信号；

PLL时钟模块，用于向CPU模块80、交换模块70提供时钟信号；

复位模块100，用于对CPU模块80、交换模块70进行复位；

电源模块，用于为CPU模块80、交换模块70提供电源。

上述交换模块70中还包括：

从/主机选择模块40，用于决定交换模块70作为主机或从机；

为使列车上的设备在进行传输时更稳定，上述M12网络接口模块10还包括：以太网接口保护模块20，用于对交换模块70在电平突变时起保护作用；

网络变压器模块30，用于对交换模块70的信号进行电平耦合及电气隔离。

RS485的传输协议与以太网的传输协议并不相同，因此，RS485接口模块140还包括：RS485/以太网网关模块130，用于实现不同协议下的两种协议的互连。

本发明实施例提供的一种基于以太网的列车通信网络交换装置，通过交换模块实现生成树协议、VLAN、流控制及数据优先级；生成树冗余能为列车通信网络提供较高的稳定性保障；流控制能有效地防止列车通信网络中的数据丢失；数据优先级功能使高实时性要求的数据优先转发，从而保障了列车通信网络中信息数据的实时性。

如图2所示，根据本发明实施例的一种基于以太网的列车通信网络交换系统，包括：若干上述交换装置200，其分别位于列车每节车厢内，并与车厢内的各种设备进行连接，用于传输及交换每节车厢的数据信息。

本发明实施例提供的一种基于以太网的列车通信网络交换系统，通过交换模块实现生成树协议、VLAN、流控制及数据优先级；生成树冗余能为列车通信网络提供较高的稳定性保障；流控制能有效地防止列车通信网络中的数据丢失；数据优先级功能使高实时性要求的数据优先转发，从而保障了列车通信网络中信息数据的实时性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.一种基于以太网的列车通信网络交换装置，其特征在于，包括：

RS485接口模块，用于为列车上具有RS485接口的设备提供接口；

M12网络接口模块，用于为列车车载设备提供网络接口；

交换模块，用于通过VLAN对所述RS485接口模块以及M12网络接口模块接收的数据信息进行数据信息传输及交换；

CPU模块，用于配置所述交换模块的寄存器，使所述交换模块实现生成树协议、VLAN、流控制及数据优先级；

SPI模块，用于为所述CPU模块与所述交换模块提供寄存器控制信道。

2.根据权利要求1所述的交换装置，其特征在于，所述CPU模块还包括：

程序烧写模块，用于向所述CPU模块烧写所需程序；

晶振模块，用于向所述CPU模块、所述交换模块提供时钟信号；

PLL时钟模块，用于向所述CPU模块、所述交换模块提供时钟信号；

复位模块，用于对所述CPU模块、所述交换模块进行复位；

电源模块，用于为所述CPU模块、所述交换模块提供电源。

3.根据权利要求1所述的交换装置，其特征在于，所述交换模块包括：

从/主机选择模块，用于决定所述交换模块作为主机或从机。

4.根据权利要求1所述的交换装置，其特征在于，所述M12网络接口模块还包括：

以太网接口保护模块，用于对所述交换模块在电平突变时起保护作用；

网络变压器模块，用于对所述交换模块的信号进行电平耦合及电气隔离。

5.根据权利要求1所述的交换装置，其特征在于，所述RS485接口模块还包括：

RS485/以太网网关模块，用于实现不同协议下的两种协议的互连。

6.根据权利要求1-5任一项中所述的交换装置，其特征在于，所述交换模块的型号为KS8995MA。

7.一种基于以太网的列车通信网络交换系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的交换装置，其中：

若干交换装置，其分别位于列车每节车厢内，用于传输及交换每节车厢的数据信息。