CN111376947A - 一种计轴系统及其无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计轴系统，在室内(信号设备室)，通过冗余的网线与既有的以太网交换机相连接，实现从既有的CBTC通信子系统(DCS)中接收计轴室外数据。在室外(轨道旁)，通过无线天线将计轴数据发送给既有的无线接入点设备(AP)，实现将计轴室外数据发送给既有的CBTC通信子系统(DCS)。本发明完全取消传统的每套室外设备与室内设备之间所需的计轴专用电缆，在远距离传输的情况下，极大地节省了电缆成本、施工成本和施工难度，降低了工程造价，具有很高的推广价值，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益和社会效益。

Description

一种计轴系统及其无线通信方法
技术领域：
本发明应用于铁路信号计轴系统领域，涉及一种计轴系统及其无线通信方法。
背景技术：
计轴系统作为轨道区段“占用/空闲”的检测设备，已经广泛应用于轨道交通领域，是地铁、轻轨信号系统的标准配置设备。
计轴系统由安装在信号设备室的室内设备(计轴主机)和安装在轨道旁的室外设备(计轴点)组成，室内设备与室外设备之间的距离最远约为6公里，平均约为3公里。
传统的计轴系统中，室外设备与室内设备之间需要采用计轴专用电缆进行连接，按照室外设备的不同分为如下两种制式：
第一种制式是，室外设备包含安装在钢轨上的双套“磁头传感器”和安装在轨旁的“电子单元”的制式，如图1所示，这种制式的每套室外设备需要4芯电缆与室内设备相连，其中一对芯线用于传输交流220V供电电源，另一对芯线用于传输音频或更高频率的通信信号。
第二种制式是，室外设备仅包含安装在钢轨上的双套“磁头传感器”的制式，如图2所示，这种制式的每套室外设备同样需要4芯电缆与室内设备相连，其中一对芯线用于传输“传感器1”的电流环信号，另一对芯线用于传输“传感器2”的电流环信号。
无论上述哪种制式，每套室外设备与室内设备之间均需要6芯电缆(实用4芯备用2芯)连接，如图1和图2所示。每条地铁或轻轨线路平均有200套室外设备，每套室外设备平均使用3公里6芯电缆连接到室内设备，则每条线路需要使用600公里6芯电缆。按照当前的市场价格，每公里6芯计轴专用电缆约2万元，则600公里的电缆成本约1200万元，还不包括电缆铺设施工等的费用。
可见，传统计轴系统中的室外设备到室内设备之间的计轴专用电缆使用量非常大，电缆成本很高。如果采用本发明所述的方法，则完全取消了室外设备到室内设备之间的计轴专用电缆，每套室外设备仅需使用约0.15公里的普通电缆(4芯)连接到既有CBTC通信子系统(DCS)的无线接入点设备(AP)取电，电缆成本节省95％以上。
发明内容：
为了解决现有计轴系统中室外设备与室内设备之间电缆使用量过多的问题，本发明提供了一种新的用于计轴系统室外设备与室内设备之间的连接方式，如图3所示。本发明充分利用既有CBTC通信子系统(DCS)的相关资源，利用DCS的通信网络传输室内外计轴数据，利用DCS的室外无线接入点设备(AP)就近取电。本发明中的无线通信方式与传统的电缆连接方式相比，可以节省95％以上的电缆使用量，电缆成本节省95％以上，具有很高的推广价值，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益和社会效益。
本发明所采用的技术方案如下：
一种计轴系统，在室内(信号设备室)，通过冗余的网线与既有的以太网交换机相连接，实现从既有的CBTC通信子系统(DCS)中接收计轴室外数据，在室外(轨道旁)，通过无线天线将计轴数据发送给既有的无线接入点设备(AP)，实现将计轴室外数据发送给既有的CBTC通信子系统(DCS)。
其中，所述的计轴室内设备通信采用冗余的、加密的以太网通信方式，室外设备通信采用冗余的、加密的无线通信方式。
进一步地，所述的计轴室外设备与CBTC系统共用既有的无线接入点设备(AP)。
进一步地，所述的计轴室内外通信与CBTC系统共用既有的CBTC通信子系统(DCS)。
进一步地，为保证安全，所述的计轴室内外通信接口端需专门配置加密/解密模块。
上述计轴系统可以完全取消传统的每套室外设备与室内设备之间所需的计轴专用电缆。
本发明还要求保护一种用于上述的计轴系统的无线通信方法，设置冗余的以太网交换机，所述以太网交换机之间采用光纤进行相互连接构成骨干光纤环网；在室外轨道旁设置无线接入点设备(AP)，用于实现室外无线通信功能；室内交换机与室外无线接入点设备(AP)之间采用光纤构成环网，室内电源屏通过电缆给室外无线接入点设备(AP)供电。
进一步地，在设备集中站、控制中心、车辆段、试车线设置所述冗余的以太网交换机。
在室内，如图4所示，主要由双套的核心处理器、以太网网络控制器、以太网接口变压器和RJ45连接器组成。双套核心处理器是通过相互比较保证系统的安全级别，双套的以太网网络控制器、以太网接口变压器和RJ45连接器是通过提供双套通信链路提高系统的可用性，单套通信链路故障不会影响系统的正常工作。室内设备通过网线从既有的以太网交换机上接收来自室外设备的数据，为了提高系统的可用性，室内设备采用冗余的网线与既有的以太网交换机进行冗余连接，一条网线出现问题不会影响系统的正常工作。
在室外，如图5所示，主要由双套的核心处理器、无线网络控制器、接口电路和天线组成。双套核心处理器是通过相互比较保证系统的安全级别，双套的无线网络控制器、接口电路和天线是通过提供双套通信链路提高系统的可用性，单套通信链路故障不会影响系统的正常工作。室外设备通过天线向既有的无线接入点设备(AP)发送数据，为了提高系统的可用性，室外设备采用冗余的无线连接与既有的无线接入点设备(AP)进行冗余连接，一条无线连接出现问题不会影响系统的正常工作。
由于室外设备采用了无线通信技术，为了保证通信的安全，系统专门配置了加密/解密模块，通过加密/解密模块在数据发送端对数据进行加密处理，在数据接收端进行解密处理，如图6所示。
附图说明：
图1为传统计轴系统室外设备与室内设备第一种制式的连接方式示意图。
图2为传统计轴系统室外设备与室内设备第二种制式的连接方式示意图。
图3为本发明计轴系统室外设备与室内设备的连接方式示意图。
图4为本发明所采用的室内设备技术方案示意图。
图5为本发明所采用的室外设备技术方案示意图。
图6为本发明所采用的室内外通信安全方案示意图。
图7为既有CBTC通信子系统(DCS)相关设备构成示意图。
图8为本发明所采用的实施例示意图。
具体实施方式：
本实施例为本发明的优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。
本实施例是利用既有的CBTC通信子系统(DCS)进行计轴设备室内外信息的传输，如图7所示为既有的CBTC通信子系统(DCS)相关设备构成示意图。在设备集中站、控制中心、车辆段、试车线等地设有冗余的以太网交换机，这些以太网交换机之间采用光纤进行相互连接构成骨干光纤环网，一处断线不影响系统通信。在室外轨道旁每间隔200～300米设置有无线接入点设备(AP)，用于实现室外无线通信功能。室内交换机与室外无线接入点设备(AP)之间采用光纤构成环网，室内电源屏通过电缆给室外无线接入点设备(AP)供电。
本实施例就是充分利用既有CBTC通信子系统(DCS)的相关资源实现本发明所提出的方法，如图8所示，本实施例在每个设备集中站设置一台计轴主机，每台计轴主机设置2套以太网通信链路通过2根网线连接到设备集中站既有的2台交换机上，实现计轴主机与既有CBTC通信网络之间的冗余连接，提高计轴系统的可用性。每台计轴主机内部集成了解密模块，对来自CBTC通信网络的数据报文进行解密处理，保证通信的安全性。
本实施例在室外每套计轴点设备上配置2套无线通信链路连接到2台既有的无线接入点设备(AP)上，实现室外计轴点设备与既有CBTC通信网络之间的冗余连接，提高计轴系统的可用性。每套计轴点设备内部集成了加密模块，对发到CBTC通信网络的数据报文进行加密处理，保证通信的安全性。
本实施例中室外计轴点设备的电源就近从既有的无线接入点设备(AP)取得。
本实施例中有线网络采用了IEEE 802.3的以太网标准，无线网络采用了IEEE802.11的无线标准。室外设备与室内设备之间采用UDP/IP协议来传输计轴数据报文，并通过加密/解密模块来进一步保证网络的加密性。
本实施例与传统计轴系统相比，完全取消了室内外计轴专用电缆，每套室外设备仅需使用约0.15公里的普通电缆(4芯)连接到既有CBTC通信子系统(DCS)的无线接入点设备(AP)取电，电缆成本节省95％以上。具有很高的推广价值，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益和社会效益。

Claims (9)

1.一种计轴系统，其特征是：在室内(信号设备室)，通过冗余的网线与既有的以太网交换机相连接，实现从既有的CBTC通信子系统(DCS)中接收计轴室外数据，在室外(轨道旁)，通过无线天线将计轴数据发送给既有的无线接入点设备(AP)，实现将计轴室外数据发送给既有的CBTC通信子系统(DCS)。
2.根据权利要求1所述的一种计轴系统，其特征是：所述的计轴室内设备通信采用冗余的、加密的以太网通信方式。
3.根据权利要求1所述的一种计轴系统，其特征是：所述的计轴室外设备通信采用冗余的、加密的无线通信方式。
4.根据权利要求1所述的一种计轴系统，其特征是：所述的计轴室外设备与CBTC系统共用既有的无线接入点设备(AP)。
5.根据权利要求1所述的一种计轴系统，其特征是：所述的计轴室内外通信与CBTC系统共用既有的CBTC通信子系统(DCS)。
6.根据权利要求1所述的一种计轴系统，其特征是：为保证安全，所述的计轴室内外通信接口端需专门配置加密/解密模块。
7.根据权利要求1所述的一种计轴系统，其特征是：完全取消传统的每套室外设备与室内设备之间所需的计轴专用电缆。
8.一种用于权利要求1-7任一项所述的计轴系统的无线通信方法，设置冗余的以太网交换机，所述以太网交换机之间采用光纤进行相互连接构成骨干光纤环网；在室外轨道旁设置无线接入点设备(AP)，用于实现室外无线通信功能；室内交换机与室外无线接入点设备(AP)之间采用光纤构成环网，室内电源屏通过电缆给室外无线接入点设备(AP)供电。
9.根据权利要求8所述的用于计轴系统的无线通信方法，其特征是：在设备集中站、控制中心、车辆段、试车线设置所述冗余的以太网交换机。
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龚仁树: ""基于CBTC的DCS通信系统介绍与网络风暴成因及其处理方式"", 《铁路通信信号工程技术》 *

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