CN109842650A - 一种互联互通列车控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种互联互通列车控制系统，包括：节点设备、网关设备、Lora网络服务器和云/应用服务器，其中：所述节点设备采集轨旁设备的信息，并将所述信息发送到所述网关设备；所述网关设备位于所述节点设备和Lora网络服务器之间，用于所述节点设备和所述Lora网络服务器之间转换信息；所述Lora网络服务器将接收到的所述网关设备发送的信息发送给所述云/应用服务器，并将所述云/应用服务器下发的信息转发给所述网关设备；所述云/应用服务器用于对接收到的所述信息进行处理，根据处理的结果选择最优网关进行调度。本发明提供的控制系统降低传输功耗，节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种互联互通列出控制系统。
背景技术
城市轨道交通的“互联互通”指的是列车可以在包含不同厂商设备的线路或网络中安全运营，无需通过换乘即可到达目的地，同时可实现“大站快车”的新型运营模式，缩短乘客出行时间。另外还可以实现资源共享，减少轨道交通的建设、维修和运营成本，有利于不同线路的车辆综合备用，有利于线路改造及延长。
实现“互联互通”要求相应的车辆、通信、供电、线路限界及信号专业等方面能够一致或兼容，最关键的是车载信号设备必须能够与列车经过线路的地面信号设备间彼此通信，才能实现列车的安全运行，这需要车与地共同配合实现。在现有通信技术中已提出采用WLAN和LTE通信技术方案来实现系统对列车的控制。
但是，由于现有技术的设备功耗一般比较大，供电方案会选择外部电源进行供电。在实现互联互通时势必会进行线路改造，增加了施工难度，相应的增加了建设成本。
LoRa是由Semtech公司开发的一种基于1GHz以下的新型超长距低功耗数据传输技术。它使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰。LoRa技术在物理层上实现了长距离点对点通信，如果没有协议栈的管理设计，LoRa的使用只能限于简单的数据收发，无法组成高效复杂的通讯网络。
因此，在列车互联互通的过程中，如何提出一种节能高效的控制方式是急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种互联互通列车控制系统。
第一方面，本发明提供一种互联互通列车控制系统，包括：节点设备、网关设备、Lora网络服务器和云/应用服务器，其中：
所述节点设备采集轨旁设备的信息，并将所述信息发送到所述网关设备；
所述网关设备位于所述节点设备和Lora网络服务器之间，用于所述节点设备和所述Lora网络服务器之间转换信息；
所述Lora网络服务器将接收到的所述网关设备发送的信息发送给所述云/应用服务器，并将所述云/应用服务器下发的信息转发给所述网关设备；
所述云/应用服务器用于对接收到的所述信息进行处理，根据处理的结果选择最优网关进行调度。
本发明提供的互联互通列车控制系统，通过在现有的轨旁设备安装节点设备，采用LoRaWAN通信技术对互联互通列车进行控制，降低了通信的功耗，节省了成本，同时实现不同线路间的无线通信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的互联互通列车控制系统的结构示意图；
图2为本发明又一实施例中提供的互联互通列车控制系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中提供的节点设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例中提供的互联互通列车控制系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：节点设备10、网关设备20、Lora网络服务器30和云/应用服务器40，其中：
所述节点设备10采集轨旁设备的信息，并将所述信息发送到所述网关设备20；
所述网关设备20位于所述节点设备10和Lora网络服务器30之间，用于所述节点设备10和所述Lora网络服务器30之间转换信息；
所述Lora网络服务器30将接收到的所述网关设备20发送的信息发送给所述云/应用服务器40，并将所述云/应用服务器40下发的信息转发给所述网关设备20；
所述云/应用服务器40用于对接收到的所述信息进行处理，根据处理的结果选择最优网关进行调度。
具体地，本发明实施例提供的互联互通列车控制系统包括：节点设备10、网关设备20、Lora网络服务器30和云/应用服务器40，其中，系统中的各个设备都采用LoRaWAN信号通信，系统中可包括至少一个节点设备10和至少一个网关设备20，可根据实际的情况进行设定。
所述节点设备10采集轨旁设备的信息，并将所述信息通过LoRaWAN通信发送到所述网关设备20；
所述网关设备20应用在轨道线路中，位于所述节点设备10和Lora网络服务器30之间，采用链路式等距分布，在所述节点设备和Lora网络服务器之间通过LoRaWAN通信信号转送信息，其中网关设备的数量可以根据实际需要进行设定；
所述Lora网络服务器应用在控制调度中心，用于将接收到的所述网关设备20发送的信息发送给所述云/应用服务器40，并将所述云/应用服务器40下发的信息转发给所述网关设备20；
所述云/应用服务器40用于对接收到的信息进行处理，管理网络和过滤冗余的接收到的数据，执行安全检查，通过最优的网关进行调度确认，并执行自适应数据速率等。
由于在互联互通列车控制系统中的各个设备来自不同的厂家，各个设备具有不同的通信不同，在互联互通的过程中，需要转换不同的运行线路，，需要经过换乘达到目的地，本发明实施例中采用LoRaWAN通信方式，用于互联互通控制系统中，由于LoRaWAN通信方式功耗低，成本低，实现轨道交通信号系统的互联互通。
本发明提供的互联互通列车控制系统，通过在现有的轨旁设备安装节点设备，采用LoRaWAN通信技术对互联互通列车进行控制，降低了通信的功耗，节省了成本，同时实现不同线路间的无线通信。
可选地，所述节点设备分别安装在列车车载设备和所述轨旁设备，用于采集信号灯的当前状态信息及转辙机的当前状态信息。
在上述实施例的基础上，由于LoRaWAN是一种低功耗的广域网络技术，功耗极低，电池使用寿命可达10年之久，在旧轨道改造中，可以使用电池供电，这样无需进行供电线路改造，只需要在现有的轨旁设备(例如信号灯、转辙机等)安装节点设备，另外，还需要在列车车载设备上增加节点设备，用于获取信号灯及转辙机的当前状态信息。由于LoRaWAN广域网的通信距离远，可以用于不同线路间的无线通信。
可选地，所述节点设备还用于接收所述云/应用服务器下发的控制指令，并将所述控制指令传递给所述轨旁设备的控制器以执行所述控制指令。
在上述实施例的基础上，所述节点设备，除了采集信号灯和转辙机的当前状态的信息，并将获取到的信息发送给网关设备，还用于接收所述云/应用服务器下发的控制指令，并将所述控制指令传递给所述轨旁设备的控制器以执行所述控制指令，从而实现根据云/应用服务器的控制指令来控制控制器执行相关操作。
本发明提供的互联互通列车控制系统，通过在现有的轨旁设备安装节点设备，采用LoRaWAN通信技术对互联互通列车进行控制，降低了通信的功耗，节省了成本，同时实现不同线路间的无线通信。
可选地，所述轨旁设备的节点设备包括Lora节点模块和电流互感器，其中，所述电流互感器用于挂接到信号灯和转辙机的控制线路上，获取所述信号灯和转辙机的运行状态，所述Lora节点模块用于将获取的所述信号和转辙机的运行状态的信息通过Lora通信发送所述网关设备。
在上述实施例的基础上，具体地，图2为本发明实施例中提供的节点设备的结构示意图，如图2所示。
所述轨旁设备的节点设备包括LoRa节点模块和电流互感器，电流互感器用于挂接到信号灯和转辙机的控制线路上，通过检测信号灯和转辙机的控制线路的电流来得到信号灯和转辙机的运行状态，并将获取到的信号灯和转辙机的运行状态的信号传输到LoRa节点模块内置STM32L051C8T6单片机，单片机对接收到的信号进行处理，并通过无线通信LoRaWAN将处理后的信息发送到列车车载设备的节点设备和网关设备。
可选地，所述列车车载设备的节点设备包括Lora节点模块，用于接收所述轨旁设备的节点设备发送的信息，所述信息至少包括所述信号和转辙机的运行状态及所述轨旁设备的节点设备的ID编码。
在上述实施例的基础上，所述列车车载设备的节点设备包括Lora节点模块，用于接收所述轨旁设备的节点设备发送的信息，所述信息至少包括所述信号和转辙机的运行状态及所述轨旁设备的节点设备的ID编码。也可以将接收到的信息发送的所述网关设备。
下面以列车车载LoRa节点设备与轨旁LoRa节点设备通信为例具体介绍：
列车车载LoRa节点设备与轨旁LoRa节点设备之间的通过LoRa网关设备进行通信，轨旁LoRa节点设备初始状态为接收状态，LoRa节点设备处于LoRa网关设备的通讯范围内，列车车载LoRa节点设备每隔1秒钟发送一次广播信号，发送完广播信号以后立即进入接收状态。当列车驶入LoRa网关设备的覆盖范围后，轨旁LoRa节点设备会收到列车车载LoRa节点设备发送来的广播信号，轨旁LoRa节点设备进入发送状态，将检测到的信号灯或转辙机的状态信息发送出去，发送完成后进入接收状态。每个轨旁LoRa节点设备都有固定的ID编码，在发送的信息中包含了这些ID编码，列车车载LoRa节点设备接收到网关转发过来的信号后，根据电子地图中的轨旁LoRa节点设备的ID信息就可以判断出前方轨旁设备的状态。
本发明提供的互联互通列车控制系统，通过在现有的轨旁设备安装节点设备，采用LoRaWAN通信技术对互联互通列车进行控制，降低了通信的功耗，节省了成本，同时实现不同线路间的无线通信。
图3为本发明又一实施例中提供的互联互通列车控制系统的结构示意图，如图3所示；
具体地，以列车车载LoRa节点设备、轨旁LoRa节点设备、LoRa网关设备、LoRa网络服务器、云/应用服务器间通信为例：
列车车载LoRa节点设备通过LoRa网关设备1与轨旁LoRa节点设备-信号灯1、轨旁LoRa节点设备-转辙机1相连接，，列车车载LoRa节点设备可以得到轨旁LoRa节点设备-信号灯1、轨旁LoRa节点设备-转辙机1的状态信息，具体方式见实例2。列车车载LoRa节点设备在轨道中运行，先后会与LoRa网关设备2、LoRa网关设备3建立连接，LoRa网关设备将LoRa节点设备的信息发往LoRa网络服务器，LoRa网络服务器将数据整理后发往云/应用服务器，云/应用服务器用于信息的处理，管理网络和过滤冗余的接收到的数据，执行安全检查，通过最优的网关进行调度确认，并执行自适应数据速率将处理后的信息在经过LoRa网络服务器和LoRa网关设备发往LoRa节点设备，控制轨旁设备，改变轨旁设备的状态，实现自动调度。这些网关设备可分布于不同的轨道线路中，因此，网络拓扑结构适用于不同的轨道线路中，实现互联互通。
本发明实施例提供的基于LoRaWAN广域网的互联互通的列车控制系统，
由于完全符合LoRaWAN标准的通讯网关可以接入5到10公里内上万个无线节点，其效率远远高于传统的点对点轮询通讯模式，也能大幅度降低节点通讯功耗。LoRaWAN自下而上设计，为电池寿命、容量、距离和成本而优化了LPWAN(低功耗广域网)。
本发明实施例提供的基于LoRaWAN广域网的互联互通的列车控制系统，LoRaWAN网络中的LoRa节点功耗低，使用电池供电，使用寿命可达10年；LoRaWAN网络采用星型网络结构，增大了网络容量，降低了功耗；并且LoRaWAN网络中的LoRa节点可以是移动的，不需要从网关到网关切换；LoRaWAN网络使用了网络层和应用层的两层安全策略，保证了网络节点的可靠性和应用层的安全性。
基于本发明实施例提供的基于LoRaWAN广域网的互联互通的列车控制系统，在实施的过程中，易于建设和部署，解决了因使用WLAN技术造成的部署和建设施工复杂的问题；因该系统通讯距离远，因此可以用于速度较快的列车；该系统安全可靠，适用于轨道交通行业；该系统硬件成本低，进一步降低了工程费用。
以上所描述的装置以及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
Claims (5)
1.一种互联互通列车控制系统，其特征在于，包括：节点设备、网关设备、Lora网络服务器和云/应用服务器，其中：
所述节点设备采集轨旁设备的信息，并将所述信息发送到所述网关设备；
所述网关设备位于所述节点设备和Lora网络服务器之间，用于所述节点设备和所述Lora网络服务器之间转换信息；
所述Lora网络服务器将接收到的所述网关设备发送的信息发送给所述云/应用服务器，并将所述云/应用服务器下发的信息转发给所述网关设备；
所述云/应用服务器用于对接收到的所述信息进行处理，根据处理的结果选择最优网关进行调度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述节点设备分别安装在列车车载设备和所述轨旁设备，用于采集信号灯的当前状态信息及转辙机的当前状态信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述节点设备还用于接收所述云/应用服务器下发的控制指令，并将所述控制指令传递给所述轨旁设备的控制器以执行所述控制指令。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述轨旁设备的节点设备包括Lora节点模块和电流互感器，其中，所述电流互感器用于挂接到信号灯和转辙机的控制线路上，获取所述信号灯和转辙机的运行状态，所述Lora节点模块用于将获取的所述信号和转辙机的运行状态的信息通过Lora通信发送所述网关设备。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述列车车载设备的节点设备包括Lora节点模块，用于接收所述轨旁设备的节点设备发送的信息，所述信息至少包括所述信号和转辙机的运行状态及所述轨旁设备的节点设备的ID编码。
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