CN107370508A - 用于列车车载信息化设备的4g移动通信网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于列车上的车载信息化设备的4G移动通信网关，所述4G移动通信网关包括：4G功能单元，所述4G功能单元通信地耦合到4G移动公网；以太网功能单元，所述以太网功能单元通信地耦合到所述车载信息化设备的以太网交换机；网关单元，所述网关单元被配置成实现所述以太网功能单元与所述4G功能单元之间的数据透明传输；以及控制单元，所述控制单元被配置成管理所述4G功能单元、所述以太网功能单元、以及所述网关单元的操作。本发明还提供了一种包括4G移动通信网关的信息化车载设备。

Description

用于列车车载信息化设备的4G移动通信网关

技术领域

本发明涉及铁路行业车载信息化产品的应用领域，更具体地，涉及一种用于列车车载信息化设备的4G移动通信网关。

背景技术

目前铁路行业车载信息化设备如TSC、CMD、WTD等，主要通过集成4G移动通信模块，由USB总线控制模块拨号，在模块进入数据状态后USB总线被占用，因此CPU无法对模块发送指令进行操作，即使模块死机也无法释放USB总线，造成设备的移动通信功能长时间离线，严重影响了信息化产品的使用效果。

另外，信息化产品目前使用的移动通信模块的接口不统一，升级换代快，带来研发维护成本高等问题，影响产品生命力。

随着4G通信技术的普及，市场上也推出了许多基于4G技术的网络通信设备，如4G路由器。这类4G路由器以嵌入式操作系统为软件支撑平台，支持4G网络通信并向下兼容3G/2G网络，同时提供WIFI、以太网等接口，实现数据的路由功能。然而，现有4G路由器也存在以下问题和缺点，导致其无法直接应用于列车上：

1、对外接口不统一，无GPIO、复位等控制信号供外设直接控制；

2、无法进行集成二次开发；以及

3、自带天馈系统增益低。

因此，希望提供一种基于铁路电务/机务车载信息化无线数据传输设备的4G移动通信网关的实现方法，并且能够结合铁路行业车载信息化产品的需求，提供车载设备与地面的数据交互透传通道以及A-GPS辅助定位等功能。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种专门针对铁路企业TSC、CMD、WTD装置等信息化设备的特点，提供信息化设备通过4G网络与地面之间进行数据透明传输的高速、稳定通道，保障数据传输的实时性提高设备的使用效果。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于列车上的车载信息化设备的4G移动通信网关，所述4G移动通信网关包括：

4G功能单元，所述4G功能单元通信地耦合到4G移动公网；

以太网功能单元，所述以太网功能单元通信地耦合到所述车载信息化设备的以太网交换机；

网关单元，所述网关单元被配置成实现所述以太网功能单元与所述4G功能单元之间的数据透明传输；以及

控制单元，所述控制单元被配置成管理所述4G功能单元、所述以太网功能单元、以及所述网关单元的操作。。

根据本发明的又一实施例，还提供了一种信息化车载设备，所述设备包括：

如上所述的4G移动通信网关；

CPU单元，用于通过所述4G移动通信网关提供的信号控制接口向所述4G移动通信网关发送控制指令；以及

以太网交换机，用于连接所述4G移动通信网关和所述CPU单元、所述信息化车载设备中的其他功能单元、以及列车上的其他车载设备以提供以太网数据通信。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1是示出本发明的一个实施例的4G移动通信网关的架构及关联关系的示意图。

图2是示出本发明的一个实施例的4G移动通信网关的实现方法的示意图。

具体实施方式

图1是示出本发明的一个实施例的4G移动通信网关的架构及关联关系的示意图。如图1所示，4G移动通信网关以模块的形式被集成在信息化车载设备内部。4G移动通信网关内部进一步包括控制单元、4G功能单元、以太网功能单元，以及网关单元。通过4G功能单元，信息化车载设备可连接到4G/Internet，进而与信息化地面系统进行通信。关于4G移动通信网关的具体细节将在之后结合图2来进一步描述。

回到图1，信息化车载设备与现有技术中的常规信息化车载设备一样，还可具备以太网交换机、CPU单元、以及其它功能单元。

以太网交换机被集成在信息化车载设备内部用于连接4G移动通信网关以及CPU单元、其他功能单元和其他车载设备，提供高速以太网总线供相关联设备之间相互通信。

CPU单元是信息化车载设备的核心处理单元，它可通过以太网交换机与网关之间进行信息交互，同时可通过网关提供的UART/GPIO以及控制信号向网关发送相关指令，对网关进行控制。另外，CPU单元也可处理并转发各功能单元及外部设备发来的信息。

信息化车载设备还可包括其他功能单元，例如WLAN模块。这些功能单元可通过以太网总线与CPU单元进行信息交互。

除了信息化车载设备之外，列车上通常还存在其他车载设备。这些车载设备也可通过以太网与信息化车载设备相连，在以太网总线上接收CPU单元通过网关及其他功能单元接收并处理转发的信息。

图2是示出本发明的一个实施例的4G移动通信网关的实现方法的示意图。图2的各模块与图1中的相应模块一一对应，只是省略了不直接与4G移动通信网关交互的其他功能单元和其他车载设备。

根据本发明的一个实施例，4G移动通信网关采用模块的方式来集成控制单元、4G功能单元、以太网功能单元以及网关单元。当然，本领域技术人员可以理解，也可以采用其他任何合适的方式来实现上述各个单元。

控制单元的作用是对其他单元进行管理，包括控制4G功能单元进行4G拨号，控制网关单元进行数据转发，控制以太网单元的传输，接收有信息化车载设备的CPU发出的指令并作出响应等等。

4G功能单元可自行进行4G拨号。更具体地，4G功能单元可按照控制单元分配的目标地址将网关传输的数据向空口发送，同时接收目标地址发送过来的信息并向网关转发。

以太网功能单元的作用是通过信息化车载设备集成的以太网交换机与CPU进行数据交互，同时在网关模块内部与网关进行数据交换。

网关单元的作用是实现以太网功能单元与4G功能单元之间的数据透明传输，并通过控制单元实现网络地址转换功能。

上述各功能单元可被集成而形成一种封装模块，进而集成到信息化车载设备中来实现4G移动通信网关的功能。在封装模块的设计时，可在外观尺寸、电气接口、性能要求等方面重点考虑在TSC等信息化产品上的通用性。另外，根据一个实施例，封装模块被设计有LED灯信号，用于显示电源、工作状态、联网状态灯信息。

以上描述了根据本发明的以模块形式实现的供集成到信息化车载设备中的4G移动通信网关。TSC等信息化车载设备通过上述4G移动通信网关模块自身即可实现自动拨号，而无需再对拨号程序进行设计，降低了软件开发的复杂程度。同时通过模块的UART与GPIO，在模块进入数据模式之后仍可对模块发送指令进行控制，解决了TSC等信息化车载设备由于自身通过USB总线控制模块拨号导致总线被占用，而无法在模块死机后操作模块重新拨号的问题，消除了移动通信功能长时间离线的故障现象。

另外，根据上述4G移动通信网关模块在设计时在外观尺寸、电气接口、性能要求等方面都考虑到了在TSC等信息化车载产品上的通用性，以独立模块方式内嵌到TSC装置或LKJ-15C无线通信插件等产品上，因此其通用性设计在降低信息化产品维护成本的同时，使新产品的开发变得更加简单。

此外，本发明从系统角度出发，规定了4G移动通信网关模块的接口与封装。随着移动通信技术的发展，仅需不断对4G移动通信网关模块本身进行升级，而接口与封装可保持不变，因而解决了TSC等信息化车载产品原有移动通信模块换代快，接口与驱动无法兼容，造成产品功能升级的研发成本高且产品生命周期短的问题。

以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于列车车载信息化设备的4G移动通信网关，其特征在于，所述4G移动通信网关包括：

4G功能单元，所述4G功能单元通信地耦合到4G移动公网；

以太网功能单元，所述以太网功能单元通信地耦合到所述车载信息化设备的以太网交换机；

网关单元，所述网关单元被配置成实现所述以太网功能单元与所述4G功能单元之间的数据透明传输；以及

控制单元，所述控制单元被配置成管理所述4G功能单元、所述以太网功能单元、以及所述网关单元的操作。

2.如权利要求1所述的4G移动通信网关，其特征在于，所述控制单元管理所述4G功能单元、所述以太网功能单元、以及所述网关单元的操作进一步包括：

控制所述4G功能单元进行4G拨号；

控制所述网关单元进行数据转发；以及

控制所述以太网单元的数据传输。

3.如权利要求1所述的4G移动通信网关，其特征在于，所述控制单元通信地耦合到所述车载信息化设备的CPU单元，以接收所述CPU单元发出的指令并作出响应。

4.如权利要求1所述的4G移动通信网关，其特征在于，所述4G功能单元自动进行4G拨号。

5.如权利要求1所述的4G移动通信网关，其特征在于，所述4G功能单元按照所述控制单元分配的目标地址将所述网关单元传输的数据向空口发送，同时接收所述目标地址发送过来的信息并向所述网关单元转发。

6.如权利要求1所述的4G移动通信网关，其特征在于，所述以太网功能单元通信地耦合到所述信息化车载设备的以太网交换机，以便经由所述以太网交换机与所述信息化车载设备的所述CPU单元进行数据交互。

7.如权利要求1所述的4G移动通信网关，其特征在于，所述网关单元还被配置成并通过所述控制单元实现网络地址转换功能。

8.如权利要求1所述的4G移动通信网关，其特征在于，所述4G功能单元、所述以太网功能单元、所述网关单元、以及所述控制单元被封装在一起形成一个独立模块供内嵌到所述信息化车载设备中。

9.如权利要求8所述的4G移动通信网关，其特征在于，经封装的模块进一步包括LED灯，用于显示电源、工作状态、以及联网状态。

10.一种信息化车载设备，其特征在于，所述设备包括：

如权利要求1－9中的任意一项所述的4G移动通信网关；

CPU单元，用于通过所述4G移动通信网关提供的信号控制接口向所述4G移动通信网关发送控制指令；以及

以太网交换机，用于连接所述4G移动通信网关和所述CPU单元、所述信息化车载设备中的其他功能单元、以及列车上的其他车载设备以提供以太网数据通信。