CN105407027B - 列车网络控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种列车网络控制系统，包括：主控单元和与每节车辆对应的网络控制子系统；每个网络控制子系统中包括ETBN和以太网接口网关，以太网接口网关通过第一以太网接口与ETBN连接；以太网接口网关通过设备网络接口与车辆上的车载设备连接；相邻的网络控制子系统通过相邻的ETBN连接，相邻的ETBN间通过第二以太网接口连接；主控单元通过第一以太网接口与所在网络控制子系统中的ETBN连接，并通过每个所述网络控制子系统中的ETBN获得列车的运行状态信息，并根据所述运行状态信息发送控制信号。通过将列车控制系统构建成基于以太网的网络架构，提高了网络控制系统的传输速率和带宽。

Description

列车网络控制系统
技术领域
本发明属于列车网络技术，具体是涉及一种列车网络控制系统。
背景技术
随着诸如高铁、地铁、动车等轨道交通的不断发展，在满足列车运行安全可靠的同时，为乘客提供多样化的信息服务，已经成为一种趋势。
目前，绝大多数列车都采用基于列车通信网络(Train Communication Network，以下简称TCN)的网络控制系统。TCN是列车网络控制系统的国际标准，该标准将通信网络分成用于连接各节可动态编组的车辆的列车级通信网络——绞线式列车总线(TwistedTrain Bus，以下简称WTB)和用于连接车辆内固定设备的车辆通信网络——多功能车辆总线(Multifunctional Vehicle Bus，以下简称MVB)。
但是，现有的TCN网络在带宽、传输速率等方面越来越不能满足日益增长的列车通信需求，迫切需要一种新的列车网络控制系统。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种列车网络控制系统，用以解决现有技术中TCN网络存在的带宽低、传输速率低的缺陷。
本发明提供了一种列车网络控制系统，包括：
设置于所述列车的一节车辆中的主控单元和与每节车辆对应的网络控制子系统；
每个所述网络控制子系统中包括以太网骨干网交换机ETBN和以太网接口网关，所述以太网接口网关通过第一以太网接口与所述ETBN连接，所述第一以太网接口配置为车辆级的以太网接口；
所述以太网接口网关通过设备网络接口与车辆上的车载设备连接；
相邻的所述网络控制子系统通过相邻的ETBN连接，相邻的ETBN间通过第二以太网接口连接，所述第二以太网接口配置为列车级的以太网接口；
所述主控单元通过第一以太网接口与所在网络控制子系统中的ETBN连接，并通过每个所述网络控制子系统中的ETBN获得列车的运行状态信息，并根据所述运行状态信息发送控制信号。
本发明提供的列车网络控制系统，包括与每节车辆对应的网络控制子系统，每个所述网络控制子系统中包括以太网骨干网交换机ETBN和以太网接口网关，相邻的所述网络控制子系统通过相邻的ETBN连接，相邻的ETBN间通过列车级的第二以太网接口连接，以太网接口网关通过车辆级的第一以太网接口与所述ETBN连接，从而，列车的主控单元通过相邻ETBN的第二以太网接口间的以太网链路接收到列车的运行状态信息。通过将列车控制系统构建成基于以太网的网络架构，提高了网络控制系统的传输速率和带宽。
附图说明
图1为本发明列车网络控制系统实施例一的结构示意图；
图2为本发明列车网络控制系统实施例二的结构示意图；
图3(a)和图3(b)为相邻ETBN间链路结构示意图；
图4为ECN间环形网络结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明列车网络控制系统实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例中以由三组车辆组成的列车为例进行说明，该系统包括：
设置于所述列车的第一节车辆中的主控单元11和与第一节车辆对应的网络控制子系统1、与第一节车辆对应的网络控制子系统2，以及与第一节车辆对应的网络控制子系统3；
每个所述网络控制子系统中包括以太网骨干网交换机(Ethernet Train BusNode，以下简称ETBN)12和以太网接口网关13，所述以太网接口网关13通过第一以太网接口14与所述ETBN12连接，所述第一以太网接口14配置为车辆级的以太网接口；
所述以太网接口网关13通过设备网络接口15与车辆上的车载设备连接；
相邻的所述网络控制子系统通过相邻的ETBN12连接，相邻的ETBN12间通过第二以太网接口16连接，所述第二以太网接口16配置为列车级的以太网接口；
所述主控单元11通过第一以太网接口14与所在网络控制子系统1中的ETBN12连接，并通过每个所述网络控制子系统中的ETBN12获得列车的运行状态信息，并根据所述运行状态信息发送控制信号。
本实施例中，列车假设由三节车辆级联而成，每节车辆对应一个网络控制子系统，每个网络控制子系统相当于一个局域网，整个列车的网络控制系统由各网络控制子系统级联而成，具体来说，是通过每个网络子系统中的ETBN级联各网络控制子系统而成，其中，所述ETBN为以太网三层网管型交换机，主要用于实现待传输的列车运行数据在不同网络控制子系统间进行转发。
本实施例中，列车的主控单元11位于第一节车辆上，并与该节车辆对应的网络控制子系统1中的ETBN12通过车辆级的第一以太网接口14连接，即该ETBN12上设置有第一以太网接口14，而且，该主控单元11中也设置有第一以太网接口14，两者对应连接。值得说明的是，一般在实际应用中，为了保证列车运行更为安全可靠，会在列车上设置至少一个主控单元11，一般设置两个主控单元11，当一个主控单元出现故障时，由另一个控制整个列车的运行。
本实施例中，相邻的网络控制子系统之间通过相邻的ETBN12连接，相邻的ETBN12间通过列车级的第二以太网接口16连接。其中，所谓列车级的以太网接口和车辆级的以太网接口，一方面意味着相邻ETBN间的数据传输是跨网络控制子系统即局域网的，同一网络控制子系统内的数据传输是局域网内的，另一方面意味着列车级以太网接口具有比车辆级以太网接口更大的数据传输速率和带宽。另外，本实施例中，由于相邻网络控制子系统的ETBN12间通过列车级的第二以太网接口16进行连接，使得从横向看，各网络控制子系统的ETBN12间构成了总线型的连接关系。
本实施例中，每个网络控制子系统中的ETBN12通过车辆级的第一以太网接口14与对应的以太网接口13网关相连，而且，以太网接口网关13通过设备网络接口15与车辆上的车载设备连接，其中，该设备网络接口15包括以下类型接口中的任一种：RS485、多功能车辆总线MVB、控制器局域网(Controller Area Network，以下简称CAN)。以太网接口网关13用于将车辆上的各车载设备连入基于以太网的网络控制子系统中。
下面以一种实际应用场景为例，对该列车网络控制系统的使用进行说明。在列车初始运行时，主控单元11初始启动向其所在网络控制子系统1中的ETBN12发送一个触发信号，告之其列车运行方向，以使得该ETBN12根据该触发信号为其所在的车辆编码，并将该运行方向和车辆编码信息发送给相邻的网络控制子系统2中的ETBN12，以此类推，可以通过各ETBN12实现对各车辆的编码。另一方面，各ETBN12通过实时或周期向相邻ETBN12发送拓扑查询消息获得相邻网络控制子系统的网络拓扑结构和车载设备的状态信息，并且，也可以实时或周期获取本节车辆的网络拓扑结构和车载设备的状态信息，然后通过相邻ETBN12逐跳的发送给主控单元11，从而主控单元11可以获得这列车的运行状态信息，即该列车的网络拓扑结构和车载设备的状态信息，以根据该运行状态信息向相应的车载设备发送控制信号。比如，主控单元11根据获得的列车运行状态信息确定需要开启第二节车辆的车门，则该主控单元11发送的控制信号中携带的关键信息包括：网络控制子系统2中的ETBN12标识、控制车门的车载设备标识，以及对车门的操作信息等。从而，该控制信号通过网络控制子系统1中的ETBN12转发给网络控制子系统2中的ETBN12，进而通过网络控制子系统2中的以太网接口网关13发送给控制车门的车载设备4，车载设备4根据该控制信号开启车门。
另外，值得说明的是，当该列车出现网络拓扑结构更改的时候，比如车辆3从该列车中解挂，即车辆3脱离该列车，那么该车辆3对应的网络控制子系统3中的ETBN12将实时把该解挂信息发送给相邻网络控制子系统2中的ETBN12，即将网络控制子系统3的网络拓扑结构信息清除，以使主控单元11能够及时更新列车的运行状态信息。
本实施例中的列车网络控制系统中，包括与每节车辆对应的网络控制子系统，每个所述网络控制子系统中包括以太网骨干网交换机ETBN和以太网接口网关，相邻的所述网络控制子系统通过相邻的ETBN连接，相邻的ETBN间通过列车级的第二以太网接口连接，以太网接口网关通过车辆级的第一以太网接口与所述ETBN连接，从而，列车的主控单元通过相邻ETBN的第二以太网接口间的以太网链路接收到列车的运行状态信息。通过将列车控制系统构建成基于以太网的网络架构，提高了网络控制系统的传输速率和带宽。
图2为本发明列车网络控制系统实施例二的结构示意图，如图2所示，本实施例提供的所述系统，在图1所示实施例的基础上，每个所述网络控制子系统中还包括至少一个以太网固定网交换机(Ethernet Consist Net，以下简称ECN)21；
每个所述网络控制子系统中的所述各ECN21间通过第一以太网接口14连接，组成环形网络结构；
所述环形网络结构的各ECN21中的一个ECN21通过第一以太网接口14与对应的ETBN12连接，所述各ECN21中的另一个ECN21通过第一以太网接口14与对应的以太网接口网关13连接；
相应的，所述主控单元11通过第一以太网接口14与所在网络控制子系统中的一个ECN21连接。
本实施例中，为了进一步增强每个网络控制子系统的可扩展性，在每个网络控制子系统中还设置有多个以太网固定网交换机ECN21。每个网络控制子系统中的多个ECN21组成环形网络连接。可以理解的是，所述的环形网络连接为通信意义上的连接，在实际物理连接中，可以是该多个ECN21与对应网络控制子系统中的ETBN12构成一个环形网络连接。其中，所述ECN21为以太网二层交换机，主要用于在对应的网络控制子系统内进行列车运行数据的转发。
进一步地，为了保证相邻网络控制子系统中数据传输的可靠性，相邻网络控制子系统中的所述相邻的ETBN12间通过两个第二以太网接口16分别建立两条以太网链路进行连接，所述两条以太网链路用于并行传输列车运行数据。如图3(a)所示，当相邻的ETBN12间的两条以太网链路中的其中一条出现故障不能进行数据传输时，通过另一条链路传输列车运行数据。可以理解的是，当两条链路都正常的时候，两条链路分别传输不同的待传输数据，相比于一条链路的情况，数据传输速率加倍。
进一步地，ETBN12还具有自动切断功能，如图3(b)所示，当某个ETBN12发生故障的时候，则该发生故障的ETBN12分别将自身的两条以太网链路的输入端和输出端短接，以使上一跳相邻ETBN12中待传输的列车运行数据直接传输至所述故障的ETBN12的下一跳相邻ETBN12。
进一步地，在实际应用中，当主控单元11需要向某个车载设备发送控制信号时，该控制信号一般会转发至该车载设备所在网络控制子系统中的某个ECN21中，而且，一般来说ECN21间是通过广播转发机制进行待传输数据的转发的，因此，往往会出现广播风暴的现象，比如某车载设备重复接收到某控制信号。为此，如图4所示，本实施例中，接收到所述控制信号的ECN21，切断所在环形网络结构中距离自身最远的第一以太网接口的连接，从而不构成一个完整的环形通路。并且，若所述环形网络结构中存在发生故障的第一以太网接口，则恢复被切断的所述第一以太网接口，从而保证控制信号能够到达被控车载设备。
本实施例中，通过在相邻ETBN间设置双线冗余的链路，保证了数据传输的安全可靠，并且，通过在ECN环形网络结构中断开一个第一以太网端口，从而有效避免了广播风暴，并且在发生某一环形链路故障时，通过恢复断开的链路，能够保证数据传输的可靠性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (5)

1.一种列车网络控制系统，其特征在于，包括：
设置于所述列车的一节车辆中的主控单元和与每节车辆对应的网络控制子系统；
每个所述网络控制子系统中包括以太网骨干网交换机ETBN和以太网接口网关，所述以太网接口网关通过第一以太网接口与所述ETBN连接，所述第一以太网接口配置为车辆级的以太网接口；
所述以太网接口网关通过设备网络接口与车辆上的车载设备连接；
相邻的所述网络控制子系统通过相邻的ETBN连接，相邻的ETBN间通过第二以太网接口连接，所述第二以太网接口配置为列车级的以太网接口；
所述主控单元通过第一以太网接口与所在网络控制子系统中的ETBN连接，并通过每个所述网络控制子系统中的ETBN获得列车的运行状态信息，并根据所述运行状态信息发送控制信号；
所述列车的运行状态信息包括所述每节车辆的网络拓扑信息和所述每节车辆上车载设备的状态信息；
所述每个ETBN周期获取本节车辆的所述网络拓扑信息和所述车载设备的状态信息，并通过相邻ETBN逐跳发送至所述主控单元；
每个所述网络控制子系统中还包括至少一个以太网固定网交换机ECN；
每个所述网络控制子系统中的所述各ECN间通过第一以太网接口连接，组成环形网络结构；
所述环形网络结构的各ECN中的一个ECN通过第一以太网接口与对应的ETBN连接，所述各ECN中的另一个ECN通过第一以太网接口与对应的以太网接口网关连接；
相应的，所述主控单元通过第一以太网接口与所在网络控制子系统中的一个ECN连接；
接收到所述控制信号的ECN，切断所在环形网络结构中距离自身最远的第一以太网接口的连接；
若所述环形网络结构中存在发生故障的第一以太网接口，则恢复被切断的所述第一以太网接口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相邻的ETBN间通过第二以太网接口连接，包括：
相邻的ETBN间通过两个第二以太网接口分别建立两条以太网链路进行连接；
所述两条以太网链路用于并行传输列车运行数据。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，若存在发生故障的ETBN，则发生故障的ETBN分别将自身的两条以太网链路的输入端和输出端短接，以使上一跳相邻ETBN中待传输的列车运行数据直接传输至所述故障的ETBN的下一跳相邻ETBN。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设备网络接口包括以下类型接口中的任一种：
RS485、多功能车辆总线MVB、控制器局域网CAN。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ETBN为以太网三层网管型交换机，所述ECN为以太网二层交换机。
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