CN111452835A - 用于列车多网融合通信传输的车载设备及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于列车多网融合通信传输的车载设备及实现方法，包括主控单元、无线传输单元、接口单元、存储单元和电源单元；无线传输单元包括GSM‑R模块、公网移动通信模块、WLAN_WIFI模块和GPS/BDS卫星接收模块；接口单元包括交换机电路、控制器电路和接口电路；通过GSM‑R模块和公网移动通信模块实现实时数据的无线传输，通过WLAN_WIFI模块实现非实时数据的无线传输。本发明实现了铁路专网GSM‑R、公众移动通信网络(3G/4G)、铁路无线局域网WLAN_WIFI等多网融合通信方式，有效的解决铁路沿线信号覆盖难题，有效的提高了铁路车地无线通信的通信效率和通信可靠性，提高了铁路运输的安全性。
Description
技术领域
本发明属于铁路通信技术领域，具体来说，涉及一种用于列车多网融合通信传输的车载设备及实现方法。
背景技术
现有铁路无线通信主要有铁路GSM_R移动通信系统、450MHz列车调度无线通信系统等，主要传输调度语音、车次号、调度命令CTCS-3列控数据等信息，实现列车运行监控、运营调度、列车控制等众多业务功能，对保障列车运营安全、提高运输效率、提升现代化管理水平有着重要的作用。
随着列车运行的高速化、自动化、智能化快速发展，信息技术支撑作用日益凸显。与传统列车相比，现代列车(如动车)配置众多信息采集设备。例如：机车综合无线通信设备(CIR)；动车组司机操控信息分析系统(EOAS)车载设备；动车组车载信息无线传输系统(WTD)车载设备；机车运程监测与诊断系统(CMD)车载设备；列控设备动态监测系统(DMS)车载设备；列车运行状态信息系统(LAIS)车载设备；列车运行监控设备(LKJ)车载设备；双模列尾机车台等。如何将这些不同车载设备采集的大量信息，安全、快速、可靠地传输至地面各业务控制中心进行分析处理，以保障列车的运行安全，已成为车地通信面临的重要问题之一。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于列车多网融合通信传输的车载设备及实现方法，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于列车多网融合通信传输的车载设备，所述车载设备包括主控单元、无线传输单元、接口单元、存储单元和电源单元；其中，无线传输单元包括GSM-R模块、公网移动通信模块、WLAN_WIFI模块和GPS/BDS卫星接收模块；主控单元分别与GSM-R模块、公网移动通信模块、WLAN_WIFI模块和GPS/BDS卫星接收模块电连接和信号连接，以使主控单元通过GSM-R模块和公网移动通信模块实现实时数据的无线传输，主控单元通过WLAN_WIFI模块实现非实时数据的无线传输，主控单元通过GPS/BDS卫星接收模块接收卫星定位的本机地理位置信息；接口单元包括交换机电路、控制器电路、和接口电路；交换机电路通过以太网接口与主控单元和多个车载设备电连接和信号连接，以使交换机电路为主控单元和多个车载设备提供以太网数据交换；控制器电路与主控单元以以太网通信方式电连接和信号连接，控制器电路通过以太网接口与交换机电路电连接和信号连接，控制器电路的UART串口通过RS422电平转换电路与多个车载设备电连接和信号连接，以使控制器电路为主控单元和多个车载设备的高速数据通信实现RS422串口数据与以太网接口数据的协议转换；接口电路由多个RS422接口和以太网接口组成，以实现主控单元与具有RS422接口或以太网接口的多个车载设备的高速数据通信；存储单元与主控单元电连接和信号连接，以使主控单元接收的各类车载设备的故障记录文件、事件记录文件、日志记录文件信息传输至存储单元存储；电源单元为机车提供的直流DC110V电源，并经过DC110V转DC13.8V电源模块为主控单元、无线传输单元、接口单元和存储单元提供DC13.8V工作电压。
通过上述技术方案，通过设置GSM-R模块、公网移动通信模块和WLAN_WIFI模块，实现了铁路专网GSM-R、公众移动通信网络(3G/4G)、铁路无线局域网WLAN_WIFI等多网融合通信方式，有效的解决铁路沿线信号覆盖难题，实现高速无线传输多个列车监测设备采集的业务信息的功能和高速、可靠的铁路车地高速移动通信，有效的提高了铁路车地无线通信的通信效率和通信可靠性，提高了铁路运输的安全性。
作为对本发明所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的进一步说明，优选地，主控单元包括主用主控和备用主控，所述主用主控与所述备用主控通过串口电连接和信号连接以实现热备份的工作方式。
通过上述技术方案，在正常运行时，所述主用主控将操作记录和维护日志实时传输至所述备用主控，实现数据同步功能，所述主用主控出现故障时，自动切换至所述备用主控接续工作任务，并向地面调度中心发送故障告警信息。
作为对本发明所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的进一步说明，优选地，交换机电路通过两个交换机芯片级联方式实现网口扩充。
通过上述技术方案，实现了满足连接多个车载设备的需求。
作为对本发明所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的进一步说明，优选地，WLAN_WIFI模块包括WLAN信号自动检索连接子模块和无线局域网路由子模块；所述WLAN信号自动检索连接子模块以自动连接当前所处铁路段内部的局域网，构建对应的局域网数据通信通道以完成机车非实时数据的无线传输；所述无线局域网路由子模块在基于现有局域网数据通信通道构建成功的基础上再次构建局域网，为其他通信终端提供无线接入热点。
通过上述技术方案，实现乐无线局域网内的各通信终端间的无线数据传输。
作为对本发明所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的进一步说明，优选地，主控单元通过串口通信与WLAN_WIFI模块电连接和信号连接，以设置WLAN_WIFI模块的参数；主控单元通过以太网接口与WLAN_WIFI模块电连接和信号连接，以进行数据通信。
通过上述技术方案，实现了主控单元与WLAN_WIFI模块的数据通信。
作为对本发明所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的进一步说明，优选地，所述车载设备还包括AC220V转DC48V稳压电源模块和PSE电源控制器电路。
通过上述技术方案，实现了PSE供电端功能，并实现对受电端设备进行侦测、分级、限流以及负载断开检测的功能。
作为对本发明所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的进一步说明，优选地，所述车载设备通过RS422接口或以太网接口与各业务系统车载设备进行信息交互；所述车载设备通过GSM-R模块、公网移动通信模块或WLAN_WIFI模块与地面接收设备进行信息交互；地面接收设备通过以太网与地面接入网关进行信息交互，地面接收设备部署在动车所、机务段、车站；地面接入网关通过以太网与业务控制中心设备互联进行信息交互，地面接入网关部署在安全生产网中。
通过上述技术方案，实现了一种多网融合通信车载监测信息综合传输系统。
作为对本发明所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的进一步说明，优选地，地面接收设备包括M-GRIS数据转发服务器、MTUP安全平台和WLAN数据转发服务器；所述车载设备通过GSM-R模块接入GSM-R网络经M-GRIS数据转发服务器与地面接入网关进行实时信息交互；所述车载设备通过公网移动通信模块接入公众移动通信网络经MTUP安全平台与地面接入网关进行实时信息交互；所述车载设备通过WLAN_WIFI模块接入铁路专网WLAN经WLAN数据转发服务器与地面接入网关进行非实时信息交互。
为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种利用所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的多网融合通信传输实现方法，所述多网融合通信传输实现方法包括：当所述车载设备处于自动选择通信模式时，主控单元通过GSM-R模块和公网移动通信模块根据当前所处环境的各个无线基站的信号模式和强度状态，自动选择匹配的通信模式，并且与相同模式的信号强度最好的无线基站进行通信连接以接入GSM-R网络或公众移动通信网络，通信连接成功后，车载设备可与地面接收设备进行通信，实现机车实时数据的无线传输过程；当所述车载设备处于手动选择通信模式时，主控单元控制跳转至指定的一种通信模式下：GSM-R模块或公网移动通信模块，以接入GSM-R网络或公众移动通信网络，实现设备与地面接收器的无线移动通信；且当所述车载设备选择公网移动通信模式时，主控单元根据当前选定的无线基站通信信号强度，公网移动通信模块首先跳转至最高级的无线通信模式，同时实时检测基站信号状态，若当前选择的无线通信模式无法实现通信，则选择次一级网络模式的无线通信模式进行跳转，所述无线通信模式包括LTE模式、3G模式、2G模式，可以按照向下模式跳转，其包括LTE模式向3G模式跳转、3G模式向2G模式跳转、LTE模式向2G模式跳转。同时也可按照向上模式跳转即从2G模式向3G模式、3G模式向LTE模式、2G向LTE模式跳转，但是从一般情况而言，一般具备较高级别网络模式的基站均兼容低级网络模式，因此优选使用向下模式跳转。
通过上述技术方案，实现了基于移动基站的实时数据无线传输。
作为对本发明所述的多网融合通信传输实现方法的进一步说明，优选地，当所述车载设备接入GSM-R网络或公众移动通信网络时，WLAN_WIFI模块可以自动连接当前所处铁路段内部的局域网，构建对应的局域网数据通信通道以完成机车非实时数据的局域网内部传输过程；或者以本机为局域网路由器组建新的局域网，为局域网内其他设备提供无线接入热点，实现无线局域网内的其他通信终端间与本机的大数据量无线数字通信。
通过上述技术方案，实现了基于局域网WLAN的非实时数据无线传输。
本发明的有益效果：
1、本发明的车载设备通过设置GSM-R模块、公网移动通信模块和WLAN_WIFI模块，实现了铁路专网GSM-R、公众移动通信网络(3G/4G)、铁路无线局域网WLAN_WIFI等多网融合通信方式，有效的解决铁路沿线信号覆盖难题，实现高速无线传输多个列车监测设备采集的业务信息的功能和高速、可靠的铁路车地高速移动通信，有效的提高了铁路车地无线通信的通信效率和通信可靠性，提高了铁路运输的安全性。
2、本发明的车载设备通过设置GPS/BDS卫星接收模块，可根据卫星地理位置信息和机车速度信息，自动校正载波频移，降低铁路机车高速移动产生的多普勒频移效应的影响。
3、本发明的车载设备支持RS422有线数字通信方式，与机车上各车载通信设备组成有线以太网局域网进行有线数据通信，实现局域网内高速的有线数据通信，通信速率最高可达100Mbit/s。
4、本发明的主控单元基于ARM嵌入式高速数字处理技术，车载设备采用自适应技术，自动调节与各业务列车监测设备接口数据传输速率，有效降低时延，满足多业务、大容量监测信息交互需求。
附图说明
图1是本发明的用于列车多网融合通信传输的车载设备的结构示意图。
图2是本发明的用于列车多网融合通信传输系统的示意图。
图3是本发明的多模式无线通信模块的数据传输控制过程。
图4是本发明的WLAN信号自动检索连接子模块的数据传输控制过程。
图5是本发明的无线局域网路由子模块的数据传输控制过程。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
首先，请参考图1，图1是本发明的用于列车多网融合通信传输的车载设备的结构示意图。如图1所示，本发明的一种用于列车多网融合通信传输的车载设备，包括主控单元11、无线传输单元12、接口单元13、存储单元14和电源单元15。
主控单元
主控单元11是多网融合通信综合传输车载设备的中心枢纽，负责连接设备的各个组成单元，根据规定的协议接口与各个组成单元进行通信；分析与处理通信链路上传输的数据信息。
基于低功耗、高速的ARM嵌入式数字处理技术，主控单元11采用具有高速数据处理能力的AM335x嵌入式微处理器结合Linux操作系统的多进程、多线程软件架构，实现高效、可靠的多网融合通信综合传输车载设备通信数据处理功能。AM335X是基于ARM Cortex-A8内核的微处理器芯片，具有工业级温宽：-40℃～+85℃，主频最高可达1GHz，具有大容量Flash内存，支持EMMC存储卡并可扩展SD卡，支持6路UART串口通信，支持2路USB2.0高速数据通信，支持两路工业级千兆以太网(MAC)接口数据通信。
主控单元采用以太网通信方式，实现与各业务系统车载设备实时信息交互。以太网通信具有通信速率高(可选10Mbit/s或100Mbit/s)，扩展性强等优点，可快速实现多网融合通信综合传输车载设备与各车载设备组成有线以太网局域网，实现局域网内有线高速数据通信。由于在同一个以太网内每个接入设备具有唯一的IP地址，因此主控单元可建立一张车载设备信息交换表(IP地址+端口号)，实现快速定位各车载设备，实现准确的业务数据收发管理。
主控单元支持USB数据通信，设备通过USB接口与计算机专用软件通信，实现对设备的参数查询与设置等设备维护功能，实现设备各种文件的导入导出等文件操作功能。
主控单元11包括主用主控和备用主控，所述主用主控与所述备用主控通过串口电连接和信号连接以实现热备份的工作方式，以使正常运行时，所述主用主控将操作记录和维护日志实时传输至所述备用主控，实现数据同步功能，所述主用主控出现故障时，自动切换至所述备用主控接续工作任务，并向地面调度中心发送故障告警信息。
无线传输单元
无线传输单元12包括GSM-R模块121、公网移动通信模块122、WLAN_WIFI模块123和GPS/BDS卫星接收模块124。主控单元11分别与GSM-R模块121、公网移动通信模块122、WLAN_WIFI模块123和GPS/BDS卫星接收模块124电连接和信号连接，以使主控单元11通过GSM-R模块121和公网移动通信模块122实现实时数据的无线传输，主控单元11通过WLAN_WIFI模块123实现非实时数据的无线传输，主控单元11通过GPS/BDS卫星接收模块124接收卫星定位的本机地理位置信息，并定时发送本机地理位置信息至调度中心。卫星定位信息中包含时间信息，设备支持根据卫星定位信息中的时间信息进行自动校时的功能。
GSM-R模块121采用SIM800C通信模块，SIM800C模块是一款四频GSM/GPRS模块，为城堡孔封装。其性能稳定，外观小巧，能满足多种应用场景。
SIM800C工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输，符合TJ/DW153-2014对III类模块的业务要求、主要电气特征、工作环境要求等。
所述车载设备1采用两个GSM-R模块同时工作，负荷分担的工作方式。GSM-R模块每60秒发送心跳包数据，为多网融合通信车载监测信息综合传输系统提供活性监测，多网融合通信综合传输车载设备需要实时维护模块的状态(空闲、忙、在线、下线等)，出现异常时能及时对模块复位。发送数据时，哪个模块状态为空闲就利用该模块发送，如果两个模块都为忙，则阻塞等待。
公网移动通信模块122采用ME3630模块，ME3630模块无线通讯模块是基于LTE制式的基本覆盖全球移动通讯网络的模块。在LTE制式下，该模块可以提供最大50Mbps上行速率和150Mbps下行速率，并支持回退到3G或2G网络。该模块支持分集接收。分集接收即终端产品支持双天线以提高通讯质量和通讯可靠性。该模块支持宽温工作，广泛应用于车载跟踪、车载通讯、车载监控等场景。
所述车载设备1采用两个ME3630模块同时工作，负荷分担的工作方式。ME3630模块每60秒发送心跳包数据，为多网融合通信车载监测信息综合传输系统提供活性监测，多网融合通信综合传输车载设备需要实时维护模块的状态(空闲、忙、在线、下线等)，出现异常时能及时对模块复位。发送数据时，哪个模块状态为空闲就利用该模块发送，如果两个模块都为忙，则阻塞等待。
WLAN_WIFI模块123采用USR-WIFI232-B2模块，实现多网融合通信综合传输车载设备大量的非实时数据的局域网内部传输。USR-WIFI232-B2模块是一款一体化的802.11b/g/n的模组，支持UART串口和以太网接口通信。
主控单元11通过串口通信与WLAN_WIFI模块123电连接和信号连接，以设置WLAN_WIFI模块123的参数；主控单元11通过以太网接口与WLAN_WIFI模块123电连接和信号连接以进行数据通信，WLAN_WIFI模块123自动实现以太网数据与无线WLAN数据协议转换，从而实现多网融合通信综合传输车载设备与地面设备的无线WIFI数据通信。
WLAN_WIFI模块123包括WLAN信号自动检索连接子模块和无线局域网路由子模块；所述WLAN信号自动检索连接子模块的工作方式是以自动连接当前所处铁路段内部的局域网，构建对应的局域网数据通信通道以完成机车非实时数据的无线传输；所述无线局域网路由子模块的工作方式是在基于现有局域网数据通信通道构建成功的基础上再次构建局域网，为其他通信终端提供无线接入热点(AP)，以实现无线局域网内的各通信终端间的无线数据传输。
主控单元11按预设流程实现多模式无线通信模块调度控制，首先主控单元11检测判断专网和公网无线基站信号模式和强度、质量状态，选定与之匹配的制式模块，自动构建无线传输链路，其次按优先级顺序链接监测业务信息，实现机车监测业务实时高效的无线数据传输。
接口单元
接口单元13包括交换机电路131、控制器电路132和接口电路133。
交换机电路131通过以太网接口与主控单元11和多个车载设备电连接和信号连接，以使交换机电路131为主控单元11和多个车载设备提供以太网数据交换；
交换机电路采用快速以太网交换机控制芯片RTL8309N进行构建，实现10M\100M 8端口交换机功能，该芯片内部集成物理层接口(PHY)，只需少量外围电路即可实现8网口L2交换机功能，方案实现简单、成本低。
交换机电路131通过两个交换机芯片级联方式实现网口扩充，满足连接多个车载设备的需求。
控制器电路132与主控单元11以以太网通信方式电连接和信号连接，控制器电路132通过以太网接口与交换机电路131电连接和信号连接，由于控制器电路132具有1个以太网(MAC)接口，所以可将接口单元虚拟为一个车载设备，接入交换机电路，并在以太网中配置一个独立的IP地址。
控制器电路132的UART串口通过RS422电平转换电路与多个车载设备电连接和信号连接，以使控制器电路132为主控单元11和多个车载设备的高速数据通信实现RS422串口数据与以太网接口数据的协议转换。
接口电路133由多个RS422接口和以太网接口组成，以实现主控单元11与具有RS422接口或以太网接口的多个车载设备的高速数据通信。
所述车载设备1可为以太网提供供电方案，POE供电技术即指在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，利用现有标准以太网传输电缆，在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电支持。POE能实现自动检测、自动供电、自动断电、过流检测等功能。所述车载设备1通过AC220V转DC48V稳压电源模块和PSE电源控制器电路，实现PSE供电端功能，并实现对受电端设备进行侦测、分级、限流以及负载断开检测的功能。
存储单元
存储单元14与主控单元11电连接和信号连接，以使主控单元11接收的各类车载设备的故障记录文件、事件记录文件、日志记录文件信息传输至存储单元14存储。
电源单元
电源单元15为机车提供的直流DC110V电源，并经过DC110V转DC13.8V电源模块为主控单元11、无线传输单元12、接口单元13和存储单元14提供DC13.8V工作电压。
如图2所示，所述车载设备1通过RS422接口或以太网接口与各业务系统车载设备2进行信息交互，所述车载设备1通过GSM-R模块121、公网移动通信模块122或WLAN_WIFI模块123与地面接收设备3进行信息交互，地面接收设备3通过以太网与地面接入网关4进行信息交互，地面接收设备3部署在动车所、机务段、车站，地面接入网关4通过以太网与业务控制中心设备5互联进行信息交互，地面接入网关4部署在安全生产网中，形成多网融合通信车载监测信息综合传输系统。
地面接收设备3包括M-GRIS数据转发服务器、MTUP安全平台和WLAN数据转发服务器；所述车载设备1通过GSM-R模块121接入GSM-R网络经M-GRIS数据转发服务器与地面接入网关4进行实时信息交互；所述车载设备1通过公网移动通信模块122接入公众移动通信网络经MTUP安全平台与地面接入网关4进行实时信息交互；所述车载设备1通过WLAN_WIFI模块123接入铁路专网WLAN经WLAN数据转发服务器与地面接入网关4进行非实时信息交互。
上述车载设备与各业务系统车载设备、地面接收设备之间的多网融合通信传输包括基于移动基站的实时数据无线传输和基于局域网WLAN的非实时数据无线传输，其实现方法如下：
基于移动基站的实时数据无线传输
车载设备采用铁路专网GSM-R和公网LTE、3G、2G等多种移动通信模式。移动通信模块支持自动选择通信模式和手动配置通信模式两种工作方式。
如图3所示，车载设备上电后，首先，主控单元进行初始化，即启动内核引导程序，加载Open Wrt，OpenWrt是一个高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux操作系统；其次，读取网络配置conf.sh脚本文件，读取网络选择模式配置方案。
如果为自动选择模式主控单元将启动多模式无线通信模块初始化，并设置多模式通信模块为自动选择工作模式。如果为手动选择模式，主控单元将读取手动模式配置信息，如果之前已设置工作模式，将添加通信模式标识信息，并启动多模式无线通信模块初始化；如果之前未设置手动工作模式，主控单元将有灯光提示无线模式配置失败，并进入模式配置等待状态，通过USB接口进行计算机模式配置完成后，进入是否马上重新启动操作系统等待状态，等待系统重新启动。
主控单元启动多模式无线通信模块初始化后，加载无线通信驱动程序，并通过多模式无线通信模块与基站通信，获知附件无线基站的信号模式，信号强度和质量状态等信息。车载设备如果处于手动工作模式，将与手动模式匹配的基站建立无线通信链路，如果为自动模式，将根据基站信息选定与之匹配的基站自动构建无线传输链路。无线链路构建完成后，主控单元按优先级顺序链接监测业务信息，实现机车监测业务实时数据的无线传输。
具体地，当所述车载设备1处于自动选择通信模式时，主控单元11通过GSM-R模块121和公网移动通信模块122根据当前所处环境的各个无线基站的信号模式和强度状态，自动选择匹配的通信模式，并且与相同模式的信号强度最好的无线基站进行通信连接以接入GSM-R网络或公众移动通信网络，通信连接成功后，车载设备1可与地面接收设备3进行通信，实现机车实时数据的无线传输过程。当所述车载设备1处于手动选择通信模式时，主控单元11控制跳转至指定的一种通信模式下：GSM-R模块121或公网移动通信模块122，以接入GSM-R网络或公众移动通信网络，实现设备与地面接收器的无线移动通信。
当所述车载设备1选择公网移动通信模式时，主控单元11根据当前选定的无线基站通信信号强度，公网移动通信模块122首先跳转至最高级的无线通信模式，同时实时检测基站信号状态，若当前选择的无线通信模式无法实现通信，则选择次一级网络模式的无线通信模式进行跳转，所述无线通信模式包括LTE模式、3G模式、2G模式，可以按照向下模式跳转，其包括LTE模式向3G模式跳转、3G模式向2G模式跳转、LTE模式向2G模式跳转。同时也可按照向上模式跳转即从2G模式向3G模式、3G模式向LTE模式、2G向LTE模式跳转，但是从一般情况而言，一般具备较高级别网络模式的基站均兼容低级网络模式，因此优选使用向下模式跳转。
基于局域网WLAN的非实时数据无线传输
车载设备支持WLAN无线数字通信，无线局域网数据传输具有两种工作模式，一是WLAN信号自动检索连接子模块工作模式，一是无线局域网路由子模块工作模式。
当所述车载设备1接入GSM-R网络或公众移动通信网络时，WLAN_WIFI模块123可以自动连接当前所处铁路段内部的局域网，构建对应的局域网数据通信通道以完成机车非实时数据的局域网内部传输过程。如图4所示，主控单元进行初始化，即启动内核引导程序，加载Open Wrt操作系统，读取网络配置wifi.sh脚本。主控单元启动WLAN_WIFI模块初始化，WLAN_WIFI模块启动自动检索连接无线路由器WIFI接入热点。主控单元加载无线通信WLAN驱动程序。同时主控单元为WLAN_WIFI模块配置路由信息和配置IP信息。如果WLAN信号自动检索连接成功，将与地面设备自动构建对应的局域网数据通信通道，可实现车载设备与地面设备大量的非实时数据的局域网内部传输。如果WLAN信号自动连接处于未连接成功状态，WLAN_WIFI模块将定时发送连接请求。WLAN_WIFI模块如果监测到WLAN信号，如果提供接入的局域网路由器是记忆账号，将自动连接局域网，如果不是记忆账号，将继续定时发送连接请求。
或者，以本机为局域网路由器组建新的局域网，为局域网内其他设备提供无线接入热点(AP)，实现无线局域网内的其他通信终端间与本机的大数据量无线数字通信。如图5所示，车载设备上电后，主控单元进行初始化，即启动内核引导程序，加载Open Wrt操作系统，读取网络配置ap.sh脚本。WLAN_WIFI模块进行初始化，并初始化为无线局域网路由器工作模式。主控单元加载无线AP(无线局域网接入点)驱动程序，开启无线AP应用，为其他设备提供AP热点连接服务。其他设备发起接入请求，WLAN_WIFI模块根据DHCP标准协议，动态向请求接入设备分配IP地址和配置信息，并提供相应的接入服务，连接成功后，可实现其他接入设备与本车载设备的大量的非实时数据人局域网内部传输功能。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种用于列车多网融合通信传输的车载设备，其特征在于，所述车载设备(1)包括主控单元(11)、无线传输单元(12)、接口单元(13)、存储单元(14)和电源单元(15)；其中，
无线传输单元(12)包括GSM-R模块(121)、公网移动通信模块(122)、WLAN_WIFI模块(123)和GPS/BDS卫星接收模块(124)；
主控单元(11)分别与GSM-R模块(121)、公网移动通信模块(122)、WLAN_WIFI模块(123)和GPS/BDS卫星接收模块(124)电连接和信号连接，以使主控单元(11)通过GSM-R模块(121)和公网移动通信模块(122)实现实时数据的无线传输，主控单元(11)通过WLAN_WIFI模块(123)实现非实时数据的无线传输，主控单元(11)通过GPS/BDS卫星接收模块(124)接收卫星定位的本机地理位置信息；
接口单元(13)包括交换机电路(131)、控制器电路(132)、和接口电路(133)；
交换机电路(131)通过以太网接口与主控单元(11)和多个车载设备电连接和信号连接，以使交换机电路(131)为主控单元(11)和多个车载设备提供以太网数据交换；
控制器电路(132)与主控单元(11)以以太网通信方式电连接和信号连接，控制器电路(132)通过以太网接口与交换机电路(131)电连接和信号连接，控制器电路(132)的UART串口通过RS422电平转换电路与多个车载设备电连接和信号连接，以使控制器电路(132)为主控单元(11)和多个车载设备的高速数据通信实现RS422串口数据与以太网接口数据的协议转换；
接口电路(133)由多个RS422接口和以太网接口组成，以实现主控单元(11)与具有RS422接口或以太网接口的多个车载设备的高速数据通信；
存储单元(14)与主控单元(11)电连接和信号连接，以使主控单元(11)接收的各类车载设备的故障记录文件、事件记录文件、日志记录文件信息传输至存储单元(14)存储；
电源单元(15)为机车提供的直流DC110V电源，并经过DC110V转DC13.8V电源模块为主控单元(11)、无线传输单元(12)、接口单元(13)和存储单元(14)提供DC13.8V工作电压。
2.如权利要求1所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备，其特征在于，主控单元(11)包括主用主控和备用主控，所述主用主控与所述备用主控通过串口电连接和信号连接以实现热备份的工作方式，以使正常运行时，所述主用主控将操作记录和维护日志实时传输至所述备用主控，实现数据同步功能，所述主用主控出现故障时，自动切换至所述备用主控接续工作任务，并向地面调度中心发送故障告警信息。
3.如权利要求1所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备，其特征在于，交换机电路(131)通过两个交换机芯片级联方式实现网口扩充。
4.如权利要求1所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备，其特征在于，WLAN_WIFI模块(123)包括WLAN信号自动检索连接子模块和无线局域网路由子模块；所述WLAN信号自动检索连接子模块以自动连接当前所处铁路段内部的局域网，构建对应的局域网数据通信通道以完成机车非实时数据的无线传输；所述无线局域网路由子模块在基于现有局域网数据通信通道构建成功的基础上再次构建局域网，为其他通信终端提供无线接入热点，以实现无线局域网内的各通信终端间的无线数据传输。
5.如权利要求1所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备，其特征在于，主控单元(11)通过串口通信与WLAN_WIFI模块(123)电连接和信号连接，以设置WLAN_WIFI模块(123)的参数；主控单元(11)通过以太网接口与WLAN_WIFI模块(123)电连接和信号连接，以进行数据通信。
6.如权利要求1所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备，其特征在于，所述车载设备(1)通过AC220V转DC48V稳压电源模块和PSE电源控制器电路，实现PSE供电端功能，并实现对受电端设备进行侦测、分级、限流以及负载断开检测的功能。
7.如权利要求1所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备，其特征在于，所述车载设备(1)通过RS422接口或以太网接口与各业务系统车载设备(2)进行信息交互；所述车载设备(1)通过GSM-R模块(121)、公网移动通信模块(122)或WLAN_WIFI模块(123)与地面接收设备(3)进行信息交互；地面接收设备(3)通过以太网与地面接入网关(4)进行信息交互，地面接收设备(3)部署在动车所、机务段、车站；地面接入网关(4)通过以太网与业务控制中心设备(5)互联进行信息交互，地面接入网关(4)部署在安全生产网中。
8.如权利要求7所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备，其特征在于，地面接收设备(3)包括M-GRIS数据转发服务器、MTUP安全平台和WLAN数据转发服务器；
所述车载设备(1)通过GSM-R模块(121)接入GSM-R网络经M-GRIS数据转发服务器与地面接入网关(4)进行实时信息交互；
所述车载设备(1)通过公网移动通信模块(122)接入公众移动通信网络经MTUP安全平台与地面接入网关(4)进行实时信息交互；
所述车载设备(1)通过WLAN_WIFI模块(123)接入铁路专网WLAN经WLAN数据转发服务器与地面接入网关(4)进行非实时信息交互。
9.一种利用如权利要求1-8任一所述的用于列车多网融合通信传输的车载设备的多网融合通信传输实现方法，其特征在于，所述多网融合通信传输实现方法包括：
当所述车载设备(1)处于自动选择通信模式时，主控单元(11)通过GSM-R模块(121)和公网移动通信模块(122)根据当前所处环境的各个无线基站的信号模式和强度状态，自动选择匹配的通信模式，并且与相同模式的信号强度最好的无线基站进行通信连接以接入GSM-R网络或公众移动通信网络，通信连接成功后，车载设备(1)可与地面接收设备(3)进行通信，实现机车实时数据的无线传输过程；
当所述车载设备(1)处于手动选择通信模式时，主控单元(11)控制跳转至指定的一种通信模式下：GSM-R模块(121)或公网移动通信模块(122)，以接入GSM-R网络或公众移动通信网络，实现设备与地面接收器的无线移动通信；
且当所述车载设备(1)选择公网移动通信模式时，主控单元(11)根据当前选定的无线基站通信信号强度，公网移动通信模块(122)首先跳转至最高级的无线通信模式，同时实时检测基站信号状态，若当前选择的无线通信模式无法实现通信，则选择次一级网络模式的无线通信模式进行跳转，所述无线通信模式包括LTE模式、3G模式、2G模式。
10.如权利要求9所述的多网融合通信传输实现方法，其特征在于，当所述车载设备(1)接入GSM-R网络或公众移动通信网络时，WLAN_WIFI模块(123)可以自动连接当前所处铁路段内部的局域网，构建对应的局域网数据通信通道以完成机车非实时数据的局域网内部传输过程；或者以本机为局域网路由器组建新的局域网，为局域网内其他设备提供无线接入热点，实现无线局域网内的其他通信终端间与本机的大数据量无线数字通信。
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- 2020-04-24 CN CN202010334678.9A patent/CN111452835A/zh active Pending
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