CN106576062B - 用于轨道车辆中的通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于轨道车辆中的通信系统,包括:第一通信网络(10)和第二通信网络(20),这些通信网络(10,20)使用在物理上分开的通信介质;以及多个通信终端(100,200),每个通信终端连接到这两个通信网络(10,20)。该通信系统适配成根据至少两个服务等级区分在通信网络(10,20)上来自通信终端(100,200)的通信的优先级。第一通信终端(100)包括第一功能模块(110)和第二功能模块(120),这些功能模块(110,120)在功能上等效,第一功能模块(110)适配成与第一通信网络(10)对接,并且第二功能模块(120)被适配成与第二通信网络(20)对接。这些功能模块(110,120)被配置成同时操作。

Description

用于轨道车辆中的通信系统
发明领域
本发明涉及可以用于轨道车辆中的通信系统。
背景技术
在以Televic NV的名义的EP1 694 035 A1中公开了基于分组的轨道车辆网络的一个示例。
已知的通信系统没有提供针对网络装备或终端的故障的足够的恢复力。
因此,本发明的诸实施例的目标在于提供对于网络装备或终端的故障的改进的恢复力。
发明概要
根据本发明的一方面,提供了一种用于轨道车辆中的通信系统,该通信系统包括:第一通信网络和第二通信网络,该第一通信网络和该第二通信网络使用物理上分开的通信介质;以及多个通信终端,每个通信终端连接到该第一通信网络和该第二通信网络二者;其中该通信系统被适配成根据至少两个服务等级来区分在该第一通信网络和该第二通信网络上来自该多个通信终端的通信的优先级;其中,该多个通信终端中的第一通信终端包括第一功能模块和第二功能模块,该第一功能模块和该第二功能模块在功能上等效,该第一功能模块被适配成与该第一通信网络对接,且该第二功能模块被适配成与该第二通信网络对接;并且其中该第一功能模块和该第二功能模块被配置成同时操作。
术语“终端”是在功能意义上使用的,并且不必限于包括在单个外壳中的装备。
使用并行且同时操作的功能模块对的优点在于即时且自动的“回退”(为了避免疑义,术语“回退”并不意在隐含功能模块中的一者是正常地不活动的或者处于待机模式中,仅在其对应物故障的情况下被激活;相反,在本发明中,两个功能模块都被配置成正常地活动)在故障的情况下是可用的。进一步的优点在于,高质量且以服务为导向的数字网络基础设施可以与广为人知且受信任的模拟网络基础设施组合以提供新颖功能和旧式功能二者,同时确保用于最关键通信的冗余。这些最关键的通信(也被称为“等级1”通信)通过优先级等级与其他通信区分开,该优先级等级是与实际通信一起用信令通知的或者是由集中式单元控制器在会话建立期间寄存的。
在根据本发明的通信系统的一个实施例中,该多个通信终端中的第二通信终端包括第三功能模块和第四功能模块,该第三功能模块和第四功能模块在功能上是等效的并且与该第一功能模块和该第二功能模块互补,该第三功能模块适配成与第一通信网络对接,且该第四功能模块适配成与第二通信网络对接;并且该第三功能模块和该第四功能模块被配置成同时操作。
该实施例的优点在于可以在第一终端和第二终端之间的路径(该路径可以是双向的或者在任何一个方向上单向的)上提供全冗余,从而最优地利用该第一通信网络和该第二通信网络。
在根据本发明的通信系统的一个实施例中,第一功能模块和第二功能模块包括触觉、视觉和/或听觉用户接口元件。
本实施例的优点在于,可以由终端提供轨道车辆的选定功能的安全且舒适的管理和控制所要求的必需的用户接口功能。
在根据本发明的通信系统的实施例中,该第一功能模块和该第二功能模块各自包括音频转换设备,诸如话筒或扬声器。
音频相关功能模块可包括用于捕捉、放大、平衡和/或再现声音的装置。本实施例的令人惊讶的优点在于可以通过使用并行传送的音频流获得功能冗余而不损害话语的可理解度。事实上,发明人所进行的实验显示一般在经再现的音频流之间发生的小延迟可以导致特定程度的音频回响,但是不会导致破坏话语的双端语音(doubletalk)。
在特定实施例中,附加延迟被引入在由所述第二功能模块处理的信号中。
本实施例的优点在于,即使在遭受经再现的音频流之间的较大量相对延迟的损害的配置中,也能够保持良好的话音质量。
在更为具体的实施例中,该第一通信终端被适配成确定在所述第一通信网络和该第二通信网络上接收到相应等效信号的时间差,并且根据所确定的差来确定该附加的延迟。
该特定实施例的优点在于,音频流的必要校正自动地发生。
在根据本发明的通信系统的实施例中,该第一功能模块和该第二功能模块各自包括扬声器,并且该第一功能模块和该第二功能模块在操作上耦合以允许通过该第一功能模块和该第二功能模块的相应扬声器同时再现由第一功能模块接收的音频信号。
本实施例的优点在于,非关键音频传输可以由该第一通信网络单独中继,同时仍然允许通过使用连接到两个网络的功能模块以全音量再现声音。
在根据本发明的通信系统的实施例中,通信网络是基于网际协议的数字网络。
网际协议(IP)已经被证实是在网络层处非常灵活的且可靠的协议。其广泛的实施使得其是经济的且在技术上安全和有吸引力的选择。
在特定实施例中,该至少两个服务等级通过服务类型(ToS)比特被标记在该第一通信网络上。
本实施例的益处在于本机IP字段可以被用于进行服务区分,这确保了与现有基于IP的装备的最大程度的兼容。
在根据本发明的通信系统的一个实施例中,通信网络使用基于IEEE 802.1的数据链路层,并且其中通过IEEE 802.1p比特在第一通信网络上标记了至少两个服务等级。在根据本发明的通信系统的一个实施例中,通信网络使用基于IEEE 802.1的数据链路层,并且其中通过VLAN标签在第一通信网络上标记了至少两个服务等级。
IEEE 802套集(包括“以太网”)被证实在数据链路层是非常灵活且可靠的协议套集。其广泛的实施使得其是经济且在技术上安全和有吸引力的选择。这些实施例的益处在于本机字段可以被用于进行服务区分,这确保了与现有基于以太网的装备的最大程度的兼容。
在根据本发明的通信系统的实施例中,第二通信网络是模拟网络。在特定实施例中,第二通信网络是UIC网络。
这些网络技术已经被广泛使用于轨道车辆中;这些实施例的优点在于它们提供了与旧式装备的特定程度的向后兼容性。
在根据本发明的通信系统的一个实施例中,该第一通信终端进一步包括适配成验证第一功能模块和第二功能模块的正确操作的故障检测装置。在特定实施例中,该故障检测装置可以通过比较第一功能模块的输出和第二功能模块的输出来操作。
虽然由本发明所提供的冗余在“单点故障”情况下保证了操作连续性,但是这些实施例的附加的优点在于,当故障发生时可以生成警告,使得向受影响的功能的用户警告该故障,从而允许他采取任何相关的措施,并且必要的维护或维修可以被调度。
在根据本发明的通信系统的实施例中,该第二通信网络进一步包括处理装置,该处理装置配置成检测调用来自该至少两个服务等级中的高优先级的传输,以及配置成在检测之际向该第一通信网络传送检测信号。
本实施例的优点在于,当“等级1”通信在该第二通信网络上从终端(模块)发起时,仅在该第一通信网络上发生的任何低优先级传输可以被合适地中断。关键通信在该第二网络上发生而未也在该第一网络上发生的起码事实可以被解读为故障情况,并且引发恰适的警告。
在根据本发明的通信系统的实施例中,该第一通信网络进一步包括控制器,该控制器配置成从多个通信终端接收会话请求并且根据实施该至少两个服务等级的规则来准予或拒绝所请求的会话。
本实施例的优点在于,该第一通信网络上的所有通信可以被集中地控制,使得可以实现复杂的优先级区分策略。在第二通信网络上检测到关键通信被用信令通知到第一通信网络的系统中(如结合先前实施例所描述的),此类信号可以被发送给本实施例的控制器。
根据本发明的一方面,提供了包括如以上所描述的网络系统的轨道车辆。
附图简述
现在将参照附图来更详细地描述本发明的实施例的这些和其他特征及优点,其中:
‐图1示意性地解说了根据本发明一个实施例的通信系统;以及
‐图2示意性地解说了用于本发明的实施例的终端的诸变型。
实施例详细描述
图1中解说的通信系统可以用于轨道车辆中。因为轨道车辆可以由可变数目个车厢组成,所以通信系统的物理对接及相关联的协议被优选地以它们允许随车厢的增加而进行网络的“运行中”模块化扩展的方式来进行设计。在以Televic NV的名义的EP1 694035A1中公开了基于分组的轨道车辆网络的一个示例。
根据本发明的通信系统至少包括第一通信网络10和第二通信网络20,它们使用在物理上相互分开的通信介质,例如,分开的导线和开关集合,或者有线基础设施和无线基础设施。多个通信终端100、200各自连接到第一通信网络10和第二通信网络20二者。不失一般性,图1中仅示出了两个通信终端100、200。
通信系统被适配成根据至少两个服务等级来区分第一通信网络10和第二通信网络20上的来自多个通信终端100、200的通信的转移的优先级。这些服务等级可以按各种方式用信令通知。若第一通信网络10是基于分组的网络(诸如使用基于IEEE 802.1的数据链路层的IP网络(例如,以太网)),那么服务等级可以例如被作为服务类型(ToS)比特、IEEE802.1p比特或VLAN ID来进行指示。替换地或附加地,厂商专用字段可以被用来区分“等级1”通信和“等级2”通信。
一般,第一通信网络10是高性能数字网络,其承载不太关键的(“等级2”)、增值服务(例如,列车内娱乐和非关键乘客信息、乘务组通知)。这些“等级2”通信由控制器310管理,该控制器310根据预定策略向请求终端准予(或拒绝)带宽。这些策略应当包括每当“等级1”通信活跃时,拒绝超过仍然可以保证“等级1”通信的正确传输的等级的任何带宽请求的规则。涉及“等级2”通信的任何带宽请求或分配应当让步于“等级1”通信。相应地,在检测到“等级1”通信开始时,正在进行的“等级2”通信可以被中止;出于该目的,第二通信网络20上的任何“等级1”通信的开始被优选地总是传达给第一通信网络10的控制器310。
通信会话的发起可以由控制器310用信令通知给第一通信网络10上的其他网络节点,以允许这些其他网络节点结合所发起的会话来适配它们的行为。在这种情况中,“等级1”通信在“等级2”通信之上的优先性,以及任选地,甚至是各种类型的“等级2”通信相对于彼此之间的优先性可以通过控制终端的行为来达成,而不需要个别通信的优先级的带内信令(即,不需要以上提及的TOS比特、802.1p比特、VLAN标签等。)
数字第一通信网络10也可以被用来交换诊断信息,包括涉及第二通信网络20的诊断(例如,有关第二通信网络上的测试序列的发起或存在的信息)。
第二网络20优选地是模拟网络,任选地是UIC网络,其在轨道车辆网络的领域中是公知的。然而,也有可能使用不同类型的模拟网络,这给予了实施者更多的自由来在这一网络上增加自定义服务。进一步,也有可能使用第二数字网络,这提供了最大的服务实现灵活性以及促进了轨道车厢之间的互连。不失一般性,以下的描述将会假设第二网络20是模拟网络。
多个通信终端中的至少第一通信终端100包括两个功能上等效的功能模块110、120(即,第一功能模块110和第二功能模块120),这两个功能模块适配成分别与第一通信网络10和第二通信网络20对接。第一功能模块110和第二功能模块120被配置成同时操作。这意味着,在任何给定时间,功能模块110、120中的一者或通信网络10、20中的一者中的单个故障将仅仅使得系统在仍然可操作且仍然具有连接性的功能模块的基础上继续操作,而在操作中没有任何非连续性。功能模块110、120所提供的功能对轨道车辆的选定功能的安全及舒适的管理与控制所要求的各种功能作贡献,并且尤其可包括可以是触觉(按钮、触摸屏等)、视觉(显示器、灯、仪表)和/或听觉(话筒、扬声器、蜂鸣器等)的用户接口元件。
如图1中所指示的,多个通信终端中的第二通信终端200也可包括两个功能上等效的功能模块210、220,这两个功能模块适配成分别与第一通信网络10和第二通信网络20对接。这些功能模块210、220可以提供与以上结合功能模块110、120所描述的相同的功能。同样,这些功能模块210、220被配置成同时操作,从而用以上所描述的方式提供冗余。
必须注意,通信系统可进一步包括仅具有一个功能模块的终端(未示出)。这可以出于成本原因作出,其中所提供的功能对于证明应当进行全冗余的投入并非足够关键。这可以例如是乘务组手持机的情形,该手持机可以仅连接到(数字)第一网络10。
在通信终端(例如,第一通信终端100)的两个功能模块110、120各自包括扬声器作为音频转换设备115、125的情况下,这两个扬声器一般经由各自的通信网络10、20来接收相同的信号。当两个链路(源——通信网络——包括扬声器的功能块)都完全可操作时,获得完整的期望的音量。当任何一条链路受到单点故障的影响时,剩余的链路将继续操作,从而仅导致3dB的音量降低。为了优化组合声音的质量,当两条链路都操作时,附加的延迟可以被引入到由第二功能模块120处理的信号中,以补偿由第一网络10引入的相对延迟。文献中所报告的实验已经表明两个同时再现的声音流之间的总延迟差应当优选地保持在50ms以下;发明人发现最佳结果是在30ms的最大延迟差下获得的,优选的是20ms,并且最优选的是15ms。要注入的必需的附加延迟量可以由第一通信终端100在测得的第一通信网络10和第二通信网络20上的相应等效信号接收的时间差的基础上确定。
如图2中所解说的,源(话筒)侧200可以用各种方式设置。
第一设置(图2,顶部)完全类似于以上针对再现侧所描述的,并且包括使用包括在相应功能模块210、220中的分开的并行话筒元件215、225(例如,安装在仪表板上的话筒)。然而,该解决方案可能在其他安排中被证实是不切实际的,尤其在使用鹅颈式话筒时。该设置的变型包括使用单个话筒外壳,在该话筒外壳中包括与相应的功能模块相关联的两个话筒单元。
第二设置(图2,中间)包括在源侧使用两个终端200、201,每个终端具有单个话筒,该话筒附连到其功能模块210、220或211、221二者。用这种方式,终端经由第一通信网络10和第二通信网络20二者来传送话筒的信号。由此,该系统针对话筒210、225中的一者的故障以及针对网络10、20中的一者的故障而言是稳健的。
为了避免话筒的并联连接,也有可能在源侧使用两个终端200、201,其中一个终端200的话筒215附连到经由第一通信网络10进行通信的功能模块210,并且其中一个终端201的话筒225附连到经由第二通信网络20进行通信的功能模块221。
第三设置包括使用单个话筒215,该话筒的信号由两个功能模块210、220中继(图2,底部,这也是图1中所解说的情形)。这对应于先前的设置的上半部。由此保留了鉴于网络故障的冗余,但是话筒变成了单个弱点。
在第一网络10上传送非关键音频传输时,以上所描述的安排会使得声音信号仅通过第一功能模块210来再现。为了避免经再现的声音仅有正常音量一半的音量,第一功能模块210和第二功能模块220可以用允许通过两个音频前端来再现同一信号的方式来在操作上互连。
虽然使用并行和同时操作功能模块对隐含了故障情况下的即时和自动回退,但是也优选地在第一通信终端100中包括故障检测装置以验证第一功能模块110和第二功能模块120的正确操作。该故障检测装置可以通过比较第一功能模块110的输出和第二功能模块120的输出来操作。
第二通信网络20可以进一步提供有处理装置,该处理装置配置成检测调用来自至少两个服务等级中的高优先级的传输,以及配置成在检测之际向第一通信网络10传送检测信号。该处理装置可以存在于管理第二网络20上的传输的可任选集中式单元控制器320中,或者存在于分布在各单独终端100、200上的控制元件处。第一网络10在管理第一网络10上的“级别2”传输的任选集中式单元控制器310处或者在分布在各单独终端100、200上的控制元件处处理该检测信号。
在上文中描述为涉及配置成检测传输的故障检测装置或处理装置的诸功能可以被实现在专用硬件(例如,ASIC)、可配置硬件(例如,FPGA)、可编程组件(例如,具有恰适软件的DSP或通用处理器),或其任何组合中。相同的(诸)组件也可以包括其他功能(例如,与以上描述的“单元控制器”相关联的功能)。
本发明还涉及包括以上所描述的网络系统的轨道车辆。
虽然本发明在上文中参考具体实施例描述,但是这是旨在解说且并非旨在限制本发明,本发明的范围由所附权利要求定义。技术人员将会容易地领会与本文中所描述的不同的特征组合在不偏离所要求保护的发明的范围的情况下是可能的。

Claims (13)

1.一种用于轨道车辆中的通信系统,所述通信系统包括:
第一通信网络(10)和第二通信网络(20),所述第一通信网络(10)和所述第二通信网络(20)使用在物理上分开的通信介质;以及
-多个通信终端(100、200),每个通信终端连接到所述第一通信网络(10)和所述第二通信网络(20)二者;
其中,所述通信系统被适配成根据至少两个服务等级来区分在所述第一通信网络(10)和所述第二通信网络(20)上的来自所述多个通信终端(100、200)的通信的优先级;
其中所述多个通信终端中的第一通信终端(100)包括第一功能模块(110)和第二功能模块(120),其中,所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)各自包括触觉、视觉,和/或听觉用户接口元件,
所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)在功能上等效,
所述第一功能模块(110)被适配成与所述第一通信网络(10)对接,并且所述第二功能模块(120)被适配成与所述第二通信网络(20)对接;以及
其中,所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)被配置成同时操作,
其中所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)各自包括音频转换设备(115,125),
并且其中将附加延迟引入由所述第二功能模块(120)处理的信号中。
2.如权利要求1所述的通信系统,其特征在于,
所述多个通信终端中的第二通信终端(200)包括第三功能模块(210)和第四功能模块(220),
所述第三功能模块(210)和所述第四功能模块(220)在功能上是等效的,并且与所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)互补,
所述第三功能模块(210)被适配成与所述第一通信网络(10)对接,并且所述第四功能模块(220)被适配成与所述第二通信网络(20)对接;以及
其中,所述第三功能模块(210)和所述第四功能模块(220)被配置成同时操作。
3.如权利要求1或2所述的通信系统,其特征在于,所述第一通信终端(100)被适配成确定在所述第一通信网络(10)和所述第二通信网络(20)上接收相应等效信号的时间差并根据所确定的差来确定所述附加延迟。
4.如权利要求1或2所述的通信系统,其特征在于,所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)各自包括扬声器,并且其中所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)在操作上耦合以允许通过所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)的相应扬声器同时再现由所述第一功能模块(110)接收的音频信号。
5.如权利要求1或2所述的通信系统,其特征在于,所述第一通信网络(10)是基于网际协议的数字网络。
6.如权利要求1或2所述的通信系统,其特征在于,所述第二通信网络(20)是模拟网络。
7.如权利要求6所述的通信系统,其特征在于,所述第二通信网络(20)是UIC网络。
8.如权利要求1或2所述的通信系统,其特征在于,所述第一通信终端(100)进一步包括适配成验证所述第一功能模块(110)和所述第二功能模块(120)的正确操作的故障检测装置。
9.如权利要求8所述的通信系统,其特征在于,所述故障检测装置通过比较所述第一功能模块(110)的输出和所述第二功能模块(120)的输出来进行操作。
10.如权利要求1或2所述的通信系统,其特征在于,所述第二通信网络(20)进一步包括处理装置,所述处理装置配置成检测调用所述至少两个服务等级中的高优先级的传输,以及配置成在所述检测之际向所述第一通信网络传送所述检测信号。
11.如权利要求1或2所述的通信系统,其特征在于,所述第一通信网络(10)进一步包括控制器(310),所述控制器(310)配置成从所述多个通信终端接收会话请求并且根据实施所述至少两个服务等级的规则来准予或拒绝所请求的会话。
12.如权利要求1所述的通信系统,其特征在于,所述音频转换设备(115,125)为话筒或扬声器。
13.一种包括如前述任一项权利要求所述的通信系统的轨道车辆。
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