CN105917616A

CN105917616A - 通信装置、列车网络系统以及网络设定方法

Info

Publication number: CN105917616A
Application number: CN201480073527.5A
Authority: CN
Inventors: 本田新吾; 甲村哲朗; 辰巳尚吾; 泽卓也; 宫内隆史; 石丸祐介
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: US20160339933A1; JP6138282B2; WO2015111223A1; JPWO2015111223A1; US10017195B2; CN105917616B

Abstract

本发明的通信装置在列车网络系统中作为中枢进行动作，该列车网络系统包含设置于列车车厢中的多个中枢而构成，多个中枢分别属于信号发送范围不受限制的基干网络以及信号发送范围受到限制的支线网络这双方，对向属于与自身相同的支线网络的中枢发送的信号附加表示是基干网络的信号还是支线网络的信号的网络种类信息，该通信装置在规定时刻发送至少包含自身所属的支线网络的识别信息在内的支线网络信息(构成信息)，并基于从相邻通信装置接收到的支线网络信息来决定是否对发送给相邻通信装置的发送信号附加网络种类信息。

Description

通信装置、列车网络系统以及网络设定方法

技术领域

本发明涉及一种在铁路车辆中实现各种设备间通信的列车网络系统，尤其涉及作为形成网络的中枢来工作的通信装置。

背景技术

以往，在将一根传输线缆分给各个网络的情况下，进行使用VLAN(Virtual Local Area Network：虚拟局域网)的通信。例如，构建在列车内的网络由穿越在所有车厢之间的基干传输线路、以及多个车厢内的设备、或按照设备种类分配的一条以上的支线传输线路构成，但为了降低成本、避免线缆布线复杂化，有时会用一根物理的传输线缆来构建将基干网络和一个以上的支线网络相分离的车厢网络。

例如，在专利文献1中，为了限制广播帧的发送范围(传输范围)而使用VLAN的技术。此外，专利文献2中，通过应用VLAN来节省LAN线缆。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011－205777号公报

专利文献2：日本专利特开2011-010279号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述现有技术中，未考虑网络的物理结构发生变化的情况(例如列车合并的情况或者在列车中间插入新车厢的情况)，因此存在以下问题。

即，在将增加列车的情况或者在列车中间插入新车厢等情况下，存在如下问题：即，必须手动对设置在连接关系产生变化的车厢中的通信装置的网络设定进行变更，否则基干网络中的通信(以下称为基干通信)无法顺利进行。

此外，虽然列车网络系统中通常具备一旦通信装置产生异常则对该通信装置进行旁路来通信的功能(旁路电路)，但存在如下问题：即，若在与附属于与自身所属的VLAN不同的VLAN的相邻通信装置相连、并且设定为与该相邻通信装置仅进行基干通信的通信装置产生异常从而旁路功能开始工作的情况下，无法进行基干通信。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于获得一种通信装置，能实现即使在网络的物理连接关系产生变化的情况下也能继续之前的通信的列车网络系统。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述课题，实现发明目的，本发明的通信装置在列车网络系统中作为中枢进行动作，该列车网络系统包含设置于列车车厢中的多个所述中枢而构成，多个所述中枢分别属于信号发送范围不受限制的基干网络以及信号发送范围受到限制的支线网络这双方，对向属于与自身相同的支线网络的中枢发送的信号附加表示是基干网络的信号还是支线网络的信号的网络种类信息，其特征在于，该通信装置在规定时刻发送至少包含自身所属的支线网络的识别信息在内的支线网络信息，并基于从相邻通信装置接收到的支线网络信息来决定是否对发送给该相邻通信装置的发送信号附加所述网络种类信息。

发明效果

根据本发明，能起到如下效果：即，能实现一种列车网络系统，能在网络结构产生变化的情况下检测到这一情况并变更设定来继续进行基干通信。

附图说明

图1是表示列车网络系统的构成例的图。

图2是表示列车网络系统的构成例的图。

图3是表示位于支线网络的边界上的HUB刚产生故障时的通信动作例的图。

图4是表示在产生图3所示的故障后经过一定时间之后的通信动作例的图。

图5是表示HUB的动作例的流程图。

图6是表示在支线网络的边界上刚插入新的车厢后的通信动作例的图。

图7是表示插入车厢并经过一定时间后的通信动作例的图。

图8是表示设置在所插入车厢中的HUB的动作例的流程图。

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明所涉及的通信装置、列车网络系统以及网络设定方法的实施方式。另外，本发明并不由本实施方式所限定。

实施方式1

图1是表示列车网络系统的第一构成例的图。图1所示的列车网络系统包括：设置在1号车厢中的中央装置10、HUB11及设备12；设置在2号车厢中的HUB21及设备22；设置在3号车厢中的终端装置30、HUB31、设备32及HUB33；设置在4号车厢中的HUB41及设备42；设置在5号车厢中的终端装置50、HUB51、设备52及HUB53；以及设置在6号车厢中的中央装置60、HUB61及设备62。另外，上述各装置(中央装置、终端装置、HUB、设备)具有通信功能。设备12、22、32、42、52、62例如是刹车装置、显示装置、空调装置、照明装置等。

此外，图1所示的列车网络系统由穿越在所有车厢之间的基干传输线路(基干网络)、以及穿越在一部分车厢之间的多个支线传输线路(支线网络)构成。该列车网络系统中，中央装置10、60以及终端装置30、50利用基干网络来相互通信。此外，设备12、22、32以及终端装置30利用支线网络A(支线A)来相互通信。设备42、52、62以及终端装置50利用支线网络B(支线B)来相互通信。

图1所示的列车网络系统是在不使用VLAN的情况下构成基干网络以及支线网络的例子。

图2是表示列车网络系统的第二构成例的图。另外，对与图1所示相同的构成要素标注相同的标号。图2所示的列车网络系统包括：设置在1号车厢中的中央装置10、HUB11及设备12；设置在2号车厢中的HUB21及设备22；设置在3号车厢中的终端装置30、HUB31及设备32；设置在4号车厢中的HUB41及设备42；设置在5号车厢中的终端装置50、HUB51及设备52；以及设置在6号车厢中的中央装置60、HUB61及设备62。

图2的列车网络系统也与图1的列车网络系统同样，中央装置10、60以及终端装置30、50利用基干网络相互通信，设备12、22、32以及终端装置30利用支线网络A相互通信，设备42、52、62以及终端装置50利用支线网络B相互通信。

图2所示的列车网络系统是使用VLAN来构成基干网络以及两个支线网络的例子。在如图2那样使用VLAN的情况下，能在多个网络(基干网络和支线网络)之间共用一根线缆，并且不需要图1所示的HUB33和53，成本得以削减。

本实施方式的列车网络系统中采用图2所示的第二结构。这里，对各装置(中央装置、终端装置、HUB以及设备)的基本动作进行说明。

在图2所示的列车网络系统中，中央装置10、60与基干传输线路相连，根据来自省略图示的驾驶台的指示等生成包含针对列车内各设备(设备12、22、32、42、52、62)的控制信息(例如帧指示)在内的帧(以下称为控制信息帧)，并发送到基干传输线路。控制信息帧经由基干传输线路到达终端装置30、50，接收到该控制信息帧的终端装置30、50将控制信息帧传输到自身所属的支线网络内的各设备。此外，终端装置30、50在经由HUB接收到支线网络内的各设备发送到中央装置的帧(以下称为设备信息帧)的情况下，向发送对象的中央装置传输设备信息帧。此外，终端装置根据需要对所传输的控制帧、设备信息帧进行加工并传输。

本发明的通信装置、即HUB11、21、31、41、51、61在从相邻的其它装置(中央装置、终端装置、设备、HUB)接收到帧后，将该帧传输到其发送对象。此时，若传输对象是属于与自身相同的支线网络(VLAN)的HUB以外，则发送未附加VLAN标签的帧。另外，若接收到带标签的帧，且其传输对象是属于与自身相同的VLAN的HUB以外，则将所附加的VLAN标签去除，然后对帧进行传输。另一方面，对于传输对象是属于与自身相同的VLAN的HUB的情况，将与帧的种类相对应的VLAN标签附加到帧中进行发送。具体而言，对于使用基干网络收发的帧(在列车的所有车厢间发送的基干传输帧)附加分配给基干网络的VLAN标签并进行发送。对于使用支线网络收发的帧(仅向属于同一支线网络的车厢发送的支线传输帧)附加分配给支线网络的VLAN标签并进行发送。另外，在接收到带有标签的帧的情况下，直接进行传输。

例如，图2的HUB11在从中央装置10接收到控制信息帧的情况下，由于接收帧是基干传输帧，因此在附加表示基干传输的VLAN标签(分配给基干网络的VLAN标签)后传输到HUB21。此外，在从HUB21接收到附加有表示基干传输的VLAN标签的帧(以下称为带有基干传输标签的帧)的情况下，若其发送对象是中央装置10，则HUB11将VLAN标签去除，然后传输到中央装置10。

例如，在图2的HUB31从HUB21接收到带基干传输标签的帧的情况下，将VLAN标签去除，然后将该帧传输到与帧的发送对象相对应的传输对象、即终端装置30与HUB41(属于与自身不同的VLAN的HUB)双方或某一方。此外，在从HUB21接收到附加有表示支线传输的VLAN标签(分配给支线网络的VLAN标签)的帧(以下称为带支线传输标签的帧)的情况下，将VLAN标签去除，并将该帧传输到与帧的发送对象相对应的传输对象、即终端装置30与设备32双方或某一方。此外，在从属于与自身不同的VLAN的HUB41接收到帧的情况下，由于该帧相当于基干传输帧，因此附加表示基干传输的VLAN标签，然后传输到HUB21。此时，在终端装置30中也需要传输帧的情况下，不附加VLAN标签，并传输到终端装置30。

设备12、22、32、42、52、62实施与从中央装置10或60发送过来的帧所包含的控制信息等相对应的动作。

以上是构成图2所示的列车网络系统的各装置的基本动作。

在采用图2所示结构的情况下，存在以上说明的问题，具体而言，在由于列车的合并或新车厢的插入、负责车厢间通信的装置(HUB)的故障等导致列车网络系统内的各HUB的物理连接关系产生变化的情况下，基干网络中的通信(基干通信)会产生问题。因此，本实施方式的HUB通过与相邻的HUB之间交换与网络设定有关的信息来检测连接关系的变化，并根据需要变更自身的网络设定、动作设定。

以下，利用图3～图5对本发明的通信装置、即HUB(图2所示的HUB11、21、31、41、51、61)的动作进行详细说明。

图3是表示位于支线网络的边界上的HUB刚产生故障时的通信动作例的图。图4是表示在产生图3所示的故障后经过一定时间之后的通信动作例的图。图5是表示HUB的动作例的流程图。图5所示的流程图示出完成网络设定并正常进行基板传输以及支线传输的HUB的动作例。

本实施方式的各HUB与相邻的HUB之间交换支线网络的构成信息(相当于上述与网络设定有关的信息)，并根据需要变更VLAN的设定。即，如图5所示，各HUB在检测到支线网络的构成信息(下面称为支线网络信息)的发送时刻的情况下(步骤S11：是)，对相邻HUB发送支线网络信息(步骤S12)。支线网络信息包含自身所属的支线网络的识别信息、以及支线网络中设定的VLAN的识别信息(VID：VLAN ID)等。支线网络信息定期发送。此外，在启动时也发送支线网络信息。

此外，各HUB对是否从相邻的HUB发送来了支线网络信息进行监视，在从相邻HUB接收到支线网络信息的情况下(步骤S13：是)，确定网络结构(物理连接关系)是否产生变化(步骤S14)。关于网络结构是否产生变化的判定，例如HUB对最后从各相邻HUB接收到的支线网络信息分别进行保存，若接收到新的支线网络信息，则与所保持的支线网络信息进行比较来判断是否有变化。或者，通过对从各相邻HUB接收到的支线网络信息进行比较来判断自身是否位于支线网络的边界，进而判断是否是与判断结果相对应的动作设定。

在网络结构未产生变化的情况下(步骤S14：否)，等待下一个的支线网络信息发送时刻，或等待有支线网络信息从相邻HUB发送过来。另一方面，在网络结构产生变化的情况下(步骤S14：是)，对动作设定进行变更(步骤S15)。具体而言，在相邻HUB所属的支线网络产生变化从而分配为与自身不同的支线网络的情况下，变更动作设定，从而在对该相邻HUB发送基干传输帧时不附加VLAN标签。反之，在相邻HUB所属的支线网络产生变化从而分配为与自身相同的支线网络的情况下，变更动作设定，以对该相邻HUB传输支线传输帧(带支线传输标签的帧)，并变更动作设定以使得在对该相邻HUB发送基干传输帧的情况下，发送带基干传输标签的帧。

例如，如图3所示，假设位于与不同支线网络的边界上的HUB31以及HUB41中、HUB41产生装置故障从而通信功能产生问题，且将HUB41两侧相邻的HUB31和HUB51直接连接的旁路电路工作。另外，在HUB故障时用于对故障的HUB进行旁路的电路是公知技术，且在列车内构建的网络中已常规使用，因此省略其说明。

在HUB41刚被旁路之后，位于与不同的支线网络的边界上的HUB31在不附加VLAN标签的情况下向支线网络B侧发送基干传输帧，该基干传输帧到达HUB51。此外，HUB51向支线网络A侧发送附加了VLAN标签的基干传输帧(带基干传输标签的帧)。该情况下，HUB31和HUB51双方均无法接收基干传输帧。其原因在于，HUB31识别出自身正处于支线网络间的边界，从而设定成与支线网络B侧的相邻HUB之间收发不带有VLAN标签的基干传输帧。另一方面，HUB51识别出自身未处于支线网络间的边界，从而设定成与支线网络A侧的相邻HUB之间收发带有VLAN标签的基干传输帧。由此，由于是HUB51的设定与实际的网络结构不一致的状态，因此成为无法在不同支线网络之间收发基干传输帧的状态。

然而，如已经说明的那样，各HUB在规定时刻执行图5所示的动作，并与相邻HUB之间交换支线网络信息。因此，在HUB41刚被旁路之后会暂时变为无法在支线网络间收发基干传输帧的状态，但在HUB51接收到HUB31发送的支线网络信息后，HUB51检测出自身位于支线网络A与B的边界而变更动作设定。其结果如图4所示，HUB51在向支线网络A侧发送基干传输帧时，在不附加VLAN标签的情况下进行发送，并接收不带有VLAN标签的基干传输帧，因此基干传输帧的收发正常进行。

由此，在本实施方式的列车网络系统中，HUB在规定的时刻向相邻HUB发送至少包含自身所属的支线网络中设定的VLAN的识别信息在内的支线网络信息，从而与相邻HUB之间交换支线网络信息。由此，检测出网络结构产生变化，能根据检测结果变更设定，因此在位于支线网络之间的边界上的HUB产生故障等导致网络结构发生变化的情况下也能继续基干通信。

实施方式2

对实施方式2的列车网络系统进行说明。另外，列车网络系统的结构与实施方式1同样(参照图1)。本实施方式中，对与实施方式1不同的部分进行说明。

实施方式1中，对位于支线网络A与B的边界上的HUB产生故障而被旁路的情况进行了说明，但本实施方式中，对在列车中间插入新的车厢时HUB的动作进行说明。另外，在以下说明中，对插入的车厢为一台的情况进行说明，但对于插入相连的多台车厢的情况也一样。

图6是表示在支线网络的边界上刚插入新的车厢后的通信动作例的图。所插入的车厢中设有HUB71以及设备72。图7是表示插入车厢后经过一定时间之后的通信动作例的图，具体而言，是表示完成所插入车厢的HUB71中的网络设定后的通信动作例的图。图8是表示设置在所插入车厢中的HUB71的动作例的流程图。另外，设置在所插入车厢以外的已有车厢中的各HUB(HUB11、21、31、41、51、61)按照实施方式1的说明中使用的图5进行动作。假设本实施方式的已有车厢中设置的各HUB所发送的支线网络信息中包含为进行支线网络的VLAN设定所需的信息。此外，假设设置在所插入车厢中的HUB71没有进行任何与支线网络相对应的VLAN设定。

插入列车的车厢的HUB71在接收到支线网络信息的情况下(步骤S21：是)，确定是否完成来自两个方向的支线网络信息的接收、即是否从两台相邻装置(HUB)双方接收到支线网络信息(步骤S22)。在来自两个方向的接收未完成的情况下(步骤S22：否)，继续等待支线网络信息的接收。此外，在来自两个方向的支线网络信息的接收完成的情况下(步骤S22：是)，确认从两个方向接收到的两个支线网络信息各自表示的支线网络是否一致(步骤S23)。即，确定两台相邻装置各自所属的支线网络是否相同。在支线网络一致的情况下(步骤S23：是)，HUB71决定加入两个支线网络信息所表示的支线网络中，并基于接收到的支线网络信息进行VLAN设定(步骤S24)。在VLAN设定中，例如对各端口的VLAN有无、VLAN标签、过滤条件等进行设定。另一方面，在支线网络不一致的情况下(步骤S23：否)，决定加入从两个方向接收到的两个支线网络信息各自表示的支线网络的其中一方，并进行VLAN设定(步骤S25)。该情况下，HUB71处于与不同的支线网络的边界上，因此进行动作设定，以在接收到带有基干传输标签的帧的情况下，将标签去除，然后传输到其它支线网络侧(非所加入的支线网络)，并进行动作设定，以在接收到带有支线传输标签的帧的情况下，不传输到其它支线网络侧。

例如，假设如图6所示，在3号车厢与4号车厢之间插入车厢。该情况下，由于所插入车厢的HUB71最初并不属于支线网络A和B的任一方，因此没有针对支线网络内的指令(支线传输帧)到达。

然而，如已经说明的那样，由于已有的各HUB(HUB11、21、31、41、51、61)在规定时刻执行实施方式1的图5所示的动作来发送支线网络信息，因此在新插入的HUB71中有分别从相邻的HUB31以及41发送来的支线网络信息到达。此外，由于HUB71执行图8所示的动作，因此在接收到从相邻HUB发送来的支线网络信息后进行VLAN设定，从属于支线网络。例如，在HUB71变成从属于支线网络A以后，表示这一意思的支线网络信息会到达HUB31。其结果是，HUB31识别出自身的位置不再是与不同支线网络的边界而变更设定，如图7所示，对向HUB71一侧发送的基干传输帧以及支线传输帧附加VLAN标签。

另外，在图8的流程中，待机直到从两个方向接收到支线网络信息，通过对接收到的两个支线网络信息进行比较，来判断自身的插入位置(新插入的HUB的位置)是否是与不同支线网络的边界，但也可以根据最初接收到的支线网络信息来进行VLAN设定。该情况下，进行VLAN设定后，执行与实施方式1中说明的动作(图5所示的流程)同样的动作来判断自身是否是边界的HUB，并根据需要变更动作设定。例如，在接收到表示与自身所属的支线网络不同的支线网络的支线网络信息的情况下，判断为位于边界，进行动作设定，以使得不对与所属的支线网络不同的其它支线网络侧的HUB传输支线传输帧，并进行动作设定，以使得在向其它支线网络侧的HUB发送基干传输帧的情况下，不附加VLAN标签进行发送。

由此，在本实施方式的列车网络系统中，已加入支线网络的HUB在规定时刻向相邻HUB发送包含用于加入自身所属的支线网络的设定所需的信息在内的支线网络信息，与相邻HUB之间交换支线网络信息。并且，若对列车插入车厢，则设置于所插入车厢中的HUB接收相邻HUB所发送的支线网络信息，并基于接收到的支线网络信息进行VLAN设定。由此，能获得与实施方式1相同的效果，且插入到列车的车厢中所设置的HUB能自动进行网络设定。

另外，本实施方式中，假设设置在插入车厢中的HUB71没有进行任何与支线网络对应的VLAN设定的情况进行了说明，但也可以是在HUB71中进行了与支线网络相对应的某些VLAN设定的情况。若要使得也能应对这种情况，则包含新插入的HUB71在内的所有HUB例如在经过一定时间内无法从两个方向接收到任何支线网络信息的状态后接收到支线网络信息，即，在无法从两个相邻设备接收到任何支线网络信息的状态持续一定时间的情况下，执行基于图8所示流程的动作即可。或者，将相邻两个HUB所属的各支线网络(相邻支线网络)与自身所属的支线网络(现支线网络)相比较，在现支线网络与相邻支线网络都不同的情况下，执行基于图8所示流程的动作即可。由此，通过检测在一定时间内无法从两个方向接收到任何支线网络信息的状态、或自身所属的支线网络与相邻两个HUB所属的支线网络均不同的状态，从而HUB能检测出自身所在的车厢被插入到列车中。

此外，各实施方式中，对每个车厢设置了一台HUB的结构的列车网络系统进行了说明，但也可以采用设置有两台以上HUB的结构。此外，对支线网络为两个的情况进行了说明，但也可以是三个以上。

工业上的实用性

如上所述，本发明的通信装置适用于实现设置于铁路车厢中的各种设备之间的通信的列车网络系统，尤其适用于构成列车网络的HUB。

标号说明

10，60中央装置、11，21，31，33，41，51，53，61，71HUB、12，22，32，42，52，62，72设备、30，50终端装置。

Claims

1.一种通信装置，在列车网络系统中作为中枢进行动作，该列车网络系统包含设置在列车车厢中的多个所述中枢而构成，多个所述中枢分别属于信号发送范围不受限制的基干网络以及信号发送范围受到限制的支线网络这双方，对向属于与自身相同的支线网络的中枢发送的信号附加表示是基干网络的信号还是支线网络的信号的网络种类信息，所述通信装置的特征在于，

在规定时刻发送至少包含自身所属的支线网络的识别信息在内的支线网络信息，并基于从相邻通信装置接收到的支线网络信息决定是否对发送给该相邻通信装置的发送信号附加所述网络种类信息。

2.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，

所述支线网络信息包含加入支线网络的加入设定所需的信息。

3.如权利要求2所述的通信装置，其特征在于，

在未加入支线网络的状态下，从相邻通信装置接收到所述支线网络信息的情况下，基于该接收到的支线网络信息决定要加入的支线网络，并进行支线网络的设定。

4.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，

利用VLAN实现所述基干网络以及所述支线网络，并将所述网络种类信息作为VLAN标签。

5.一种列车网络系统，包含设置在列车车厢中的多个中枢而构成，多个所述中枢分别属于信号发送范围不受限制的基干网络以及信号发送范围受到限制的支线网络这双方，对向属于与自身相同的支线网络的中枢发送的信号附加表示是基干网络的信号还是支线网络的信号的网络种类信息，所述列车网络系统的特征在于，

所述中枢在规定时刻发送至少包含自身所属的支线网络的识别信息在内的支线网络信息，并基于从相邻中枢接收到的支线网络信息决定是否对发送给该相邻中枢的发送信号附加所述网络种类信息。

6.一种列车网络系统的网络设定方法，该列车网络系统包含设置在列车车厢中的多个中枢而构成，多个所述中枢分别属于信号发送范围不受限制的基干网络以及信号发送范围受到限制的支线网络这双方，对向属于与自身相同的支线网络的中枢发送的信号附加表示是基干网络的信号还是支线网络的信号的网络种类信息，所述网络设定方法的特征在于，包括如下步骤：

已加入支线网络的中枢向已加入的支线网络发送包含新加入时的设定所需的信息在内的支线网络信息的信息发送步骤；以及

未加入支线网络的中枢基于在所述信息发送步骤中发送的支线网络信息来决定要加入的支线网络并进行支线网络设定的设定步骤。