CN112622983A - 一种基于列车的可重联通信网络架构及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于列车的可重联通信网络架构及其通信方法，列车包括重联连接的多个列车编组，列车编组包括列车网络控制系统和列车信号系统；列车网络控制系统包括列车级交换机、车辆级交换机及列车网络控制设备，列车信号系统包括车载控制器，不同列车编组之间通过列车级交换机相互通信；可重联通信网络架构包括第一局域网、第二局域网和第三局域网；第一局域网包括同列车编组相互通信的车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器；第二局域网包括同列车编组相互通信的车辆级交换机及车载控制器；第三局域网包括跨列车编组相互通信的列车级交换机。该发明实现了同列车编组和跨列车编组之间的通信，减少了生产成本，降低了整车集成的复杂性。
Description
技术领域
本发明涉及列车网络技术领域，特别涉及用于一种基于列车的可重联通信网络架构及其通信方法。
背景技术
列车网络控制系统是轨道车辆的核心系统之一，被称为列车的“神经系统”，其主要功能是实现整车的控制、状态监视、故障诊断等。列车控制数据的网络传输必须具备很高的确定性、实时性、可靠性与安全性。列车信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统。
目前现有的列车通信网络架构中，列车网络控制系统与列车信号系统采用独立的通信网络，通过各自的通信网络实现同编组列车信号系统之间、同编组列车信号系统与列车网络控制系统之间的信息交互。
但现有的列车通信网络架构不仅提高了列车网络设备的成本，而且增加了故障点，不便于管理和资源调度。此外，列车信号系统的通信网络系统配置不灵活、可重构性不高，无法智能、高效地满足列车重联运营时的通信要求。
发明内容
为解决现有技术中列车通信网络架构成本高及结构复杂的技术问题，本发明提供了一种基于列车的可重联通信网络架构，列车网络控制系统和列车信号系统共用一套物理网络，实现了同编组列车网络控制系统之间、列车信号系统之间及列车网络控制系统与列车信号系统之间的通信，且实现了跨编组列车网络控制系统之间和列车信号系统之间的通信，减少了列车通信系统的生产成本、维修成本和故障点，降低了整车集成的复杂性，提升了列车的服务质量，符合列车智能化和服务多样化的发展趋势。
本发明提供一种基于列车的可重联通信网络架构，所述列车包括多个列车编组，多个所述列车编组之间重联连接，其中，所述列车编组包括列车网络控制系统和列车信号系统；
所述列车网络控制系统包括列车级交换机、车辆级交换机及列车网络控制设备，所述列车信号系统包括车载控制器，不同所述列车编组之间通过所述列车级交换机相互通信；
所述可重联通信网络架构包括第一局域网、第二局域网和第三局域网；
所述第一局域网包括同列车编组相互通信的所述车辆级交换机、所述列车网络控制设备及所述车载控制器；
所述第二局域网包括同列车编组相互通信的所述车辆级交换机及所述车载控制器；
所述第三局域网包括跨列车编组相互通信的所述列车级交换机。
进一步地，所述可重联通信网络架构还包括：第四局域网和第五局域网；
其中，所述第四局域网和所述第一局域网冗余设置，所述第五局域网与所述第二局域网冗余设置。
进一步地，所述车辆级交换机设置于多个所述列车编组的每节车厢内，所述车辆级交换机包括冗余设置的第一车辆级交换机和第二车辆级交换机；
其中，所述第一局域网包括同列车编组相互通信的所述第一车辆级交换机、所述列车网络控制设备及所述车载控制器；
所述第二局域网包括同列车编组相互通信的所述第一车辆级交换机及所述车载控制器；
所述第四局域网包括同列车编组相互通信的所述第二车辆级交换机、所述列车网络控制设备及所述车载控制器；
所述第五局域网包括同列车编组相互通信的所述第二车辆级交换机及所述车载控制器。
进一步地，多个所述列车编组的头车和尾车内均设置有所述车载控制器和所述列车级交换机。
进一步地，多个所述列车编组的中间车厢内均设置有中继器，同一所述列车编组的所述头车和所述尾车内的所述列车级交换机与所述中继器通信连接。
进一步地，所述车辆级交换机、所述列车级交换机、所述列车网络控制设备、所述中继器及所述车载控制器通过以太网总线通信连接。
进一步地，所述以太网总线冗余设置。
本发明还提供了一种基于列车的可重联通信网络架构的通信方法，基于如上所述的基于列车的可重联通信网络架构，包括：
S1：当同列车编组列车网络控制系统之间、列车信号系统与列车网络控制系统之间需要通信时，在第一局域网和第四局域网内通过车辆级交换机进行单播或组播通信；
S2：当同列车编组所述列车信号系统之间需要通信时，在第二局域网和第五局域网内通过车辆级交换机进行单播或组播通信；
S3：当跨列车编组列车网络控制系统需要通信时，在第三局域网内，本列车编组的列车控制设备通过列车级交换机将第一组播报文发送至其余列车编组的车辆级交换机，其余列车编组的车辆级交换机将所述第一组播报文发送至相对应的列车控制设备；
S4：当跨列车编组列车信号系统需要通信时，本列车编组的车载控制器获取其余列车编组的车载控制器的目标IP地址，在第三局域网内，根据所述目标IP地址，本列车编组的车载控制器通过列车级交换机将第二组播报文发送至其余列车编组的车辆级交换机，其余列车编组的车辆级交换机将第二组播报文发送至相对应的车载控制器。
进一步地，所述S4中还包括：
本列车编组的车载控制器通过智能寻址获取其余列车编组的车载控制器的目标IP地址。
本发明的技术效果或优点：
(1)本发明提供了一种基于列车的可重联通信网络架构，包括第一局域网、第二局域网和第三局域网；第一局域网包括同列车编组相互通信的车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器；第二局域网包括同列车编组相互通信的车辆级交换机及车载控制器；第三局域网包括跨列车编组相互通信的列车级交换机。本发明中列车网络控制系统和列车信号系统共用一套物理网络，实现了同编组列车网络控制系统之间、列车信号系统之间及列车网络控制系统与列车信号系统之间的通信，且实现了跨编组列车网络控制系统之间和列车信号系统之间的通信，减少了列车通信系统的生产成本、维修成本和故障点，降低了整车集成的复杂性，提升了列车的服务质量，符合列车智能化和服务多样化的发展趋势。
(2)本发明提供了一种基于列车的可重联通信网络架构的通信方法，在同列车编组列车网络控制系统之间、列车信号系统与列车网络控制系统之间需要通信时通过第一局域网和第四局域网实现，在同列车编组列车信号系统之间需要通信时，通过第二局域网和第五局域网实现，在跨列车编组列车网络控制系统需要通信及列车信号系统需要通信时，通过第三局域网实现。本发明中列车网络控制系统和列车信号系统通过列车级交换机提供的智能寻址服务、路由功能等完成跨编组的列车网络控制系统之间和列车信号系统之间的通信。列车级交换机为跨编组通信提供安全、透明的传输通道，未对传输信息内容进行任何处理，确保了列车网络控制系统和列车信号系统的通信功能、性能及安全性需求得到满足。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优值和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1是本发明实施例所提供的一个基于列车的可重联通信网络架构的结构示意图；
图2是本发明实施例所提供的一个基于列车的可重联通信网络架构图；
图3是本发明实施例所提供的一个第一局域网和第四局域网的结构示意图；
图4是本发明实施例所提供的一个第二局域网和第五局域网的结构示意图；
图5是本发明实施例所提供的一个第三局域网的结构示意图。
其中，CCU：中央控制单元；DCU：门控单元；ECNN：车辆级交换机；ETBN：列车级交换机；HMI：人机交互单元；HVAC：空调单元；REP：中继器；RIOM：远程输入输出单元；VOBC：车载控制器。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。虽然附图中公开了本发明的实施方式，然而应当理解，以任何形式实现本发明不应被阐述的实施方式所限制。
为了便于理解本申请提供的技术方案，下面先对本申请技术方案的研究背景进行简单解释说明。重联连接：指由两个及以上列车编组经过列车车钩连接形成的整体。
为解决现有技术中列车通信网络架构成本高及结构复杂的技术问题，本发明提供了一种基于列车的可重联通信网络架构，列车网络控制系统和列车信号系统共用一套物理网络，实现了同编组列车网络控制系统之间、列车信号系统之间及列车网络控制系统与列车信号系统之间的通信，且实现了跨编组列车网络控制系统之间和列车信号系统之间的通信，减少了列车通信系统的生产成本、维修成本和故障点，降低了整车集成的复杂性，提升了列车的服务质量，符合列车智能化和服务多样化的发展趋势。
下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。
本实施例涉及一种基于列车的可重联通信网络架构，所述列车包括多个列车编组，多个所述列车编组之间重联连接，其中，所述列车编组包括列车网络控制系统和列车信号系统；
所述列车网络控制系统包括列车级交换机、车辆级交换机及列车网络控制设备，所述列车信号系统包括车载控制器，不同所述列车编组之间通过所述列车级交换机相互通信；
所述可重联通信网络架构包括第一局域网、第二局域网和第三局域网；
所述第一局域网包括同列车编组相互通信的所述车辆级交换机、所述列车网络控制设备及所述车载控制器；
所述第二局域网包括同列车编组相互通信的所述车辆级交换机及所述车载控制器；
所述第三局域网包括跨列车编组相互通信的所述列车级交换机。
本实施例所提供的基于列车的可重联通信网络架构，列车网络控制系统和列车信号系统共用一套物理网络，实现了同列车编组列车网络控制系统之间、列车信号系统之间及列车网络控制系统与列车信号系统之间的通信，且实现了跨列车编组列车网络控制系统之间和列车信号系统之间的通信，减少了列车通信系统的生产成本、维修成本和故障点，降低了整车集成的复杂性，提升了列车的服务质量，符合列车智能化和服务多样化的发展趋势。
具体地说，参考图1和图2，本发明实施例提供的一种基于列车的可重联通信网络架构，其中列车包括多个列车编组，多个列车编组之间重联连接，列车编组包括列车网络控制系统和列车信号系统，具体地说，每一列车编组均包括列车网络控制系统和列车信号系统，列车网络控制系统包括列车级交换机、车辆级交换机及列车网络控制设备，更具体地说，列车网络控制设备包括中央控制单元、远程输入输出单元、人机显示单元、门控单元及空调单元等，列车信号系统包括车载控制器。其中，不同列车编组之间通过列车级交换机通信连接。
在本实施例中，同一列车编组内的列车级交换机、车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器相互通信，不同列车编组之间通过列车级交换机相互通信。
为了实现列车编组的同编组和跨编组通信，减少成本及降低结构的复杂性，参考图3～图5，本实施例提供的可重联通信网络架构包括第一局域网、第二局域网和第三局域网。其中第一局域网包括同列车编组相互通信的车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器，第二局域网包括同列车编组相互通信的车辆级交换机及车载控制器，第三局域网包括跨列车编组相互通信的列车级交换机。其中，不同列车编组间之间列车级交换机相互通信，重联列车编组间车辆级局域网之间不相通，即第一局域网和第二局域网之间不相通，因此同编组设备在任意车辆局域网内IP地址不允许重复，车辆级局域网可与车辆级局域网内设备IP地址配置相同或不同。
其中，第一局域网包括同列车编组相互通信的车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器，即车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器均划分在VLAN1接口，用于实现同列车编组间列车网络控制系统之间通信及同编组间列车网络控制系统和列车信号系统之间通信；第二局域网包括同列车编组相互通信的车辆级交换机及车载控制器，即车辆级交换机及车载控制器均划分在VLAN2接口，用于实现同列车编组间列车信号系统之间通信；第三局域网包括跨列车编组相互通信的列车级交换机，即列车级交换机均划分在VLAN3接口，用于实现跨列车编组间列车网络控制系统之间通信及跨编组间列车信号系统之间通信。更具体地说，各个列车编组中的车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器均部署于第一局域网；各个列车编组中的车辆级交换机及车载控制器均部署于第二局域网；同样的，各个列车编组的列车级交换机均部署于第三局域网。
通过上述方式，在满足综合承载前提下，为避免列车网络控制系统和列车信号系统通信的相互影响，车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器在第一局域网内相互通信，车辆级交换机及车载控制器在第二局域网内相互通信，列车级交换机在第三局域网内相互通信，实现了系统间通信的逻辑隔离，确保列车信号系统的通信安全。
在本实施例中，为加强列车网络控制系统与列车信号系统重联通信架构的可靠性，可重联通信网络架构还包括：第四局域网和第五局域网，其中，第四局域网与第一局域网冗余设置，第五局域网与第二局域网冗余设置。车辆级交换机设置于多个列车编组的每节车厢内，车辆级交换机包括冗余设置的第一车辆级交换机和第二车辆级交换机。具体地说，第一局域网包括同列车编组相互通信的第一车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器，即第一车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器均划分在VLAN1接口；第二局域网包括同列车编组相互通信的第一车辆级交换机及车载控制器，即第一车辆级交换机及车载控制器均划分在VLAN2接口；第四局域网包括同列车编组相互通信的第二车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器，即第二车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器均划分在VLAN4接口，用于实现同列车编组间列车网络控制系统之间通信及同列车编组间列车网络控制系统和列车信号系统之间通信；第五局域网包括同列车编组相互通信的第二车辆级交换机及车载控制器，即第二车辆级交换机及车载控制器均划分在VLAN5接口，用于实现同列车编组间列车信号系统之间通信。更具体地说，各个列车编组的第二车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器均部署于第四局域网；各个列车编组的第二车辆级交换机及车载控制器均部署于第五局域网。
在本实施例中，为保证列车的正常运行，多个列车编组的头车和尾车内均设置有车载控制器和列车级交换机。
在本实施例中，为放大信号，多个列车编组的中间车厢内均设置有中继器，具体地说，列车编组的中间车厢指去除头车和尾车的车厢。同一列车编组的头车和尾车内的列车级交换机与中继器通信连接。
在本实施例中，为保证传输的可靠性，车辆级交换机、列车级交换机、列车网络控制设备、中继器及车载控制器之间均通过以太网通信连接。为保证通信故障时不影响列车的正常运行，以太网总线冗余设置。
本实施例提供的一种基于列车的可重联通信网络架构，列车网络控制系统和列车信号系统共用一套物理网络，实现了同编组列车网络控制系统之间、列车信号系统之间及列车网络控制系统与列车信号系统之间的通信，且实现了跨编组列车网络控制系统之间和列车信号系统之间的通信，减少了列车通信系统的生产成本、维修成本和故障点，降低了整车集成的复杂性，提升了列车的服务质量，符合列车智能化和服务多样化的发展趋势。
本实施例还提供一种基于列车的可重联通信网络架构的通信方法，基于如上所述的基于列车的可重联通信网络架构，包括：
S1：当同列车编组列车网络控制系统之间、列车信号系统与列车网络控制系统之间需要通信时，在第一局域网和第四局域网内通过车辆级交换机进行单播或组播通信。
具体地说，同列车编组相互通信的第一车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器均部署于第一局域网，同列车编组相互通信的第二车辆级交换机、列车网络控制设备及车载控制器均部署于第四局域网，在第一局域和第四局域网内通过车辆级交换机进行单播或组播通信。
S2：当同列车编组所述列车信号系统之间需要通信时，在第二局域网和第五局域网内通过车辆级交换机进行单播或组播通信。
具体地说，同列车编组相互通信的第一车辆级交换机及车载控制器均部署于第二局域网，同列车编组相互通信的第二车辆级交换机及车载控制器均部署于第五局域网，在第二局域网和第五局域网内通过车辆级交换机进行单播或组播通信。
S3：当跨列车编组列车网络控制系统需要通信时，在第三局域网内，本列车编组的列车控制设备通过列车级交换机将第一组播报文发送至其余列车编组的车辆级交换机，其余列车编组的车辆级交换机将所述第一组播报文发送至相对应的列车控制设备。
具体地说，上述的S3还包括：本列车编组的列车控制设备根据采集的数据信息形成第一组播报文。
其中，跨列车编组列车网络控制系统需要通信时，本列车编组的中央控制单元通过列车级交换机采用组播通信方式完成跨列车编组列车网络控制系统通信。具体地说，本列车编组的中央控制单元通过与同列车编组内的各个单元进行通信，采集各个单元的数据信息，根据数据信息形成第一组播报文，中央控制单元所在列车编组的列车级交换机将第一组播报文转发至其他列车编组的列车级交换机，其他列车编组根据组播地址识别第一组播报文，并将第一组播报文转发至相对应的中央控制单元，以此完成跨列车编组的中央控制单元间通信，实现重联列车的跨列车编组列车网络控制系统的通信。
S4：当跨列车编组列车信号系统需要通信时，本列车编组的车载控制器获取其余列车编组的车载控制器的目标IP地址，在第三局域网内，根据所述目标IP地址，本列车编组的车载控制器通过列车级交换机将第二组播报文发送至其余列车编组的车辆级交换机，其余列车编组的车辆级交换机将第二组播报文发送至相对应的车载控制器。
具体地说，上述的S4中还包括：
本列车编组的车载控制器通过智能寻址获取其余列车编组的车载控制器的目标IP地址。
其中，列车信号系统中，车载控制器通过列车级交换机提供的透明、安全传输通道完成跨列车编组的列车信号系统通信，在本实施例中，本列车编组的车载控制器通过本列车编组的列车级交换机提供的智能寻址功能获取其余列车编组的目标IP地址，在第三局域网内，根据目标IP地址，本列车编组的车载控制器通过列车级交换机将第二组组播报文根据路由规则转达至其余列车编组的列车级交换机，其余列车编组的列车级交换机将第二组组播报文发送至相对应的车载控制器，完成跨编组列车信号系统之间的通信。
其中，需要说明的是，S1、S2、S3及S4之间并无先后顺序。
本实施例提供的一种基于列车的可重联通信网络架构的通信方法，列车网络控制系统和列车信号系统通过列车级交换机提供的智能寻址服务、路由功能等完成跨编组的列车网络控制系统之间和列车信号系统之间的通信。列车级交换机为跨编组通信提供安全、透明的传输通道，未对传输信息内容进行任何处理，确保了列车网络控制系统和列车信号系统的通信功能、性能及安全性需求得到满足。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于列车的可重联通信网络架构，其特征在于，所述列车包括多个列车编组，多个所述列车编组之间重联连接，其中，所述列车编组包括列车网络控制系统和列车信号系统；
所述列车网络控制系统包括列车级交换机、车辆级交换机及列车网络控制设备，所述列车信号系统包括车载控制器，不同所述列车编组之间通过所述列车级交换机相互通信；
所述可重联通信网络架构包括第一局域网、第二局域网和第三局域网；
所述第一局域网包括同列车编组相互通信的所述车辆级交换机、所述列车网络控制设备及所述车载控制器；
所述第二局域网包括同列车编组相互通信的所述车辆级交换机及所述车载控制器；
所述第三局域网包括跨列车编组相互通信的所述列车级交换机。
2.根据权利要求1所述的基于列车的可重联通信网络架构，其特征在于，所述可重联通信网络架构还包括：第四局域网和第五局域网；
其中，所述第四局域网和所述第一局域网冗余设置，所述第五局域网与所述第二局域网冗余设置。
3.根据权利要求2所述的基于列车的可重联通信网络架构，其特征在于，所述车辆级交换机设置于多个所述列车编组的每节车厢内，所述车辆级交换机包括冗余设置的第一车辆级交换机和第二车辆级交换机；
其中，所述第一局域网包括同列车编组相互通信的所述第一车辆级交换机、所述列车网络控制设备及所述车载控制器；
所述第二局域网包括同列车编组相互通信的所述第一车辆级交换机及所述车载控制器；
所述第四局域网包括同列车编组相互通信的所述第二车辆级交换机、所述列车网络控制设备及所述车载控制器；
所述第五局域网包括同列车编组相互通信的所述第二车辆级交换机及所述车载控制器。
4.根据权利要求1～3任一项所述的基于列车的可重联通信网络架构，其特征在于，多个所述列车编组的头车和尾车内均设置有所述车载控制器和所述列车级交换机。
5.根据权利要求4所述的基于列车的可重联通信网络架构，其特征在于，多个所述列车编组的中间车厢内均设置有中继器，同一所述列车编组的所述头车和所述尾车内的所述列车级交换机与所述中继器通信连接。
6.根据权利要求5所述的基于列车的可重联通信网络架构，其特征在于，所述车辆级交换机、所述列车级交换机、所述列车网络控制设备、所述中继器及所述车载控制器通过以太网总线通信连接。
7.根据权利要求6所述的基于列车的可重联通信网络架构，其特征在于，所述以太网总线冗余设置。
8.一种基于列车的可重联通信网络架构的通信方法，基于权利要求1～7任一项所述的基于列车的可重联通信网络架构，其特征在于，包括：
S1：当同列车编组列车网络控制系统之间、列车信号系统与列车网络控制系统之间需要通信时，在第一局域网和第四局域网内通过车辆级交换机进行单播或组播通信；
S2：当同列车编组列车信号系统之间需要通信时，在第二局域网和第五局域网内通过车辆级交换机进行单播或组播通信；
S3：当跨列车编组列车网络控制系统需要通信时，在第三局域网内，本列车编组的列车控制设备通过列车级交换机将第一组播报文发送至其余列车编组的车辆级交换机，其余列车编组的车辆级交换机将所述第一组播报文发送至相对应的列车控制设备；
S4：当跨列车编组列车信号系统需要通信时，本列车编组的车载控制器获取其余列车编组的车载控制器的目标IP地址，在第三局域网内，根据所述目标IP地址，本列车编组的车载控制器通过列车级交换机将第二组播报文发送至其余列车编组的车辆级交换机，其余列车编组的车辆级交换机将第二组播报文发送至相对应的车载控制器。
9.根据权利要求8所述的基于列车的可重联通信网络架构的通信方法，其特征在于，所述S4中还包括：
本列车编组的车载控制器通过智能寻址获取其余列车编组的车载控制器的目标IP地址。
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