CN112744265A

CN112744265A - 列车通信网络结构的控制装置及方法和列车通信网络系统

Info

Publication number: CN112744265A
Application number: CN201911051710.6A
Authority: CN
Inventors: 刘顺进; 熊艳; 许清; 闫翀
Original assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-05-04

Abstract

本发明公开了一种列车通信网络结构的控制装置及方法和列车通信网络系统，列车通信网络结构包括至少两个相互冗余的总线型网络拓扑结构，每一个总线型网络拓扑结构分别用于作为独立的列车控制网络传输列车控制信号；控制装置包括处理器及存储器；处理器被配置为根据预设规则从至少两个总线型网络拓扑结构中选取一个作为当前列车控制网络，以使选取的总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。本发明有效地规避了单一总线型网络拓扑结构故障导致的停运风险，从而有效地提升了列车控制网络的冗余度，进而极大地提升了列车控制网络的可靠性与可用性。

Description

列车通信网络结构的控制装置及方法和列车通信网络系统

技术领域

本发明涉及列车网络控制技术领域，尤其涉及一种列车通信网络结构的控制装置及方法和列车通信网络系统。

背景技术

TCN(Train Communication Network，列车通信网络)技术广泛应用于轨道交通列车控制领域。

目前，主流的列车网络控制系统一般采用单一的TCN总线网络。但是，当TCN总线故障，或关键设备(TCN网关或TCN主控设备)故障时，列车将无法保证正常运营，甚至可能会导致列车控制系统瘫痪，无法正常行车。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中由于列车采用单一总线拓扑结构，故障时会存在停运风险，导致列车的可靠性和稳定性差的缺陷，提供一种列车通信网络结构的控制装置及方法和列车通信网络系统。

本发明是通过下述技术方案来解决所述技术问题：

一种列车通信网络结构的控制装置，所述列车通信网络结构包括至少两个相互冗余的总线型网络拓扑结构，每一个所述总线型网络拓扑结构分别用于作为独立的列车控制网络传输列车控制信号；

所述控制装置包括处理器及与所述处理器通信连接的存储器；

所述处理器被配置为：根据预设规则从至少两个总线型网络拓扑结构中选取一个作为当前列车控制网络，以使选取的总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

可选地，所述处理器被配置为：

响应于检测到当前运行的总线型网络拓扑结构失效，根据预设规则选取另一个总线型网络拓扑结构作为列车控制网络，以使另一个总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

可选地，两个相互冗余的总线型网络拓扑结构为TCN总线网络拓扑结构及以太网总线网络拓扑结构。

可选地，所述TCN总线网络拓扑结构包括用于传输列车级控制信号的WTB总线(Wire Train Bus，绞线式列车总线)及用于传输车辆级控制信号的MVB总线(Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线)；

所述WTB总线通过网关节点与所述MVB总线通信连接。

可选地，所述以太网总线网络拓扑结构包括用于传输列车级控制信号的ETBN(Ethernet Train Backbone Node，以太网列车骨干网节点)及用于传输车辆级控制信号的ECNN(Ethernet Consist Net Node，以太网编组网节点)；

所述ETBN与所述ECNN通信连接，多个所述ETBN之间通过ERPT(EthernetRepeater，以太网中继器)通信连接。

可选地，所述总线型网络拓扑结构还包括CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线网络拓扑结构或RS-485(通信接口的一种)总线网络拓扑结构。

一种列车通信网络系统，包括如上述的列车通信网络结构及控制装置。

一种列车通信网络结构的控制方法，所述列车通信网络结构包括至少两个相互冗余的总线型网络拓扑结构，每一个所述总线型网络拓扑结构分别用于作为独立的列车控制网络传输列车控制信号；

所述控制方法包括：

根据预设规则从至少两个总线型网络拓扑结构中选取一个作为当前列车控制网络，以使选取的总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

可选地，还包括：

可选地，所述TCN总线网络拓扑结构包括用于传输列车级控制信号的WTB总线及用于传输车辆级控制信号的MVB总线；

所述WTB总线通过网关节点与所述MVB总线通信连接。

可选地，所述以太网总线网络拓扑结构包括用于传输列车级控制信号的ETBN及用于传输车辆级控制信号的ECNN；

所述ETBN与所述ECNN通信连接，多个所述ETBN之间通过ERPT通信连接。

可选地，所述总线型网络拓扑结构还包括CAN总线网络拓扑结构或RS-485总线网络拓扑结构。

一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时实现如上述的列车通信网络的控制方法的步骤。

在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明采用至少两个相互冗余的总线型网络拓扑结构，实现了多个总线型网络拓扑结构之间的任意切换，有效地规避了单一总线网络故障导致的停运风险，从而有效地提升了列车控制网络的冗余度，进而极大地提升了列车控制网络的可靠性与可用性。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的所述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为根据本发明一实施例的列车通信网络结构的结构示意图。

图2为根据本发明一实施例的列车通信网络结构的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，主流的列车网络控制系统一般采用单一总线网络。但是，当该总线故障，或关键设备故障时，列车将无法保证正常运营，甚至可能会导致列车控制系统瘫痪，无法正常行车。

为了克服现有存在的上述缺陷，本实施例提供一种列车通信网络结构及其控制装置，上述列车通信网络结构包括至少两个相互冗余的总线型网络拓扑结构，每一个上述总线型网络拓扑结构分别用于作为独立的列车控制网络传输列车控制信号；上述控制装置包括处理器及与上述处理器通信连接的存储器；上述处理器被配置为：根据预设规则从至少两个总线型网络拓扑结构中选取一个作为当前列车控制网络，以使选取的总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

在本实施例中，采用至少两个相互冗余的总线型网络拓扑结构，实现了多个总线型网络拓扑结构之间的任意切换，有效地规避了单一总线网络故障导致的停运风险，从而有效地提升了列车控制网络的冗余度，进而极大地提升了列车控制网络的可靠性与可用性。

具体地，作为一实施例，如图1所示，上述列车通信网络结构主要包括TCN总线网络拓扑结构及以太网总线网络拓扑结构。

上述TCN总线网络拓扑结构主要包括用于传输列车级控制信号的WTB总线及用于传输车辆级控制信号的MVB总线，上述WTB总线通过网关节点与上述MVB总线通信连接。

上述以太网总线网络拓扑结构主要包括用于传输列车级控制信号的ETBN及用于传输车辆级控制信号的ECNN，上述ETBN与上述ECNN通信连接，多个上述ETBN之间通过ERPT通信连接。

列车通信网络(TCN)，是一种以计算机网络为核心的分布式网络控制系统，作为铁路机车车辆的控制、检测和诊断系统；该国际标准由国际电工委员会(IEC)和国际铁路联盟(UIC)联合制定，即IEC 61375，同时电气电子工程师学会(IEEE)也引用该项标准作为列车通信网络标准，即IEEE 1473-T。

车载网络总体结构包含两级总线层次架构，分别为可用于连接各节可动态编组车辆间的绞线式列车总线(WTB总线)，以及用于连接一节车辆或一组车辆单元内部各种设备的多功能车辆总线(MVB总线)。

WTB总线主要用于列车级的通信，其传输速率为1Mbps，可以实现过程数据和消息数据的传输，其最大特点就是具有列车初运行功能(列车初运行功能就是当列车车辆的配置发生变化后，能够自动地对车辆进行编址，构成新的列车拓扑结构，而不需要人为的参与)。WTB总线特别适用于需要动态编组的列车车辆。

WTB能够周期性地传输过程数据，其传输周期为基本周期(25ms)的整数倍，传输数据的最大长度为128个字节。过程数据采取广播方式，总线上一个节点可以接受到其他节点的过程数据。对于非周期性数据的传输，可以采用消息数据方式，其传输速度较慢。消息数据需要相应的实时议栈支持，用于实现网络层及以上各层协议。

作为通用的现场总线，WTB属于总线仲裁型网络，其链路层使用HDLC高级数据链路控制，数据交换采用报文传送方式，是用于列车网，并适用于经常解挂和联挂的列车。

MVB总线是一种主要用于(但也并非专用于)对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线。

以太网作为当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，同时也是列车通信网络发展的方向，具有高速率、大容量以及智能化等特点，可应用于轨道交通列车项目中。

因为信号的衰减和延时，根据不同的介质以太网段有距离限制。最大距离可以通过以太网中继器(ERPT)实现，ERPT可以把电缆中的信号放大再传送到下一段。

具体地，在本实施例中，参考图1所示，在列车采用8节车厢编组，1～4车为一个编组单元，5～8车为一个编组单元。

(1)TCN总线网络拓扑结构

列车级(编组单元之间)采用WTB总线贯穿全车，通过1车或8车网关节点(含中央控制单元，可集成于下层设备中)实现列车重联、编组单元间数据交互，车辆级(编组单元内部)采用MVB总线贯穿。

(2)以太网总线网络拓扑结构

列车采用8节车厢编组，1～4车为一个以太网编组单元，5～8车为一个以太网编组单元，以太网编组单元内采用车辆级总线MVB贯穿，两个MVB编组单元之间采用列车级总线WTB贯穿，通过1车或8车网关节点实现列车重联、编组单元间数据交互。

列车级采用链路汇聚的方式，由1车或8车的骨干网交换机ETBN实现列车重联、编组单元间数据交互，中间车各安装1个以太网中继器ERPT，实现列车级信号整形和放大功能。

车辆级(编组单元内部)采用ECNN组建环网，以太网总线通过环网贯穿，单一链路故障不影响环网数据交互，安全可靠，冗余度高；

单节车厢采用星型结构，实现每个终端设备与编组网交换机ECNN的以太网连接。

上述控制装置主要包括处理器(可集成于中央控制单元)及与上述处理器通信连接的存储器，存储器被配置为存储处理器所执行的程序及数据。

上述处理器被配置为根据预设规则从TCN总线网络拓扑结构和以太网总线网络拓扑结构中选取一个作为当前列车控制网络，以使选取的总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

在本实施例中，并不具体限定上述预设规则，可根据实际需求进行相应的设定。

上述处理器还被配置为实时检测当前控制网络的运行状态。

上述处理器还被配置为响应于检测到当前运行的总线型网络拓扑结构失效，根据预设规则选取另一个总线型网络拓扑结构作为列车控制网络，以使另一个总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

在本实施例中，当TCN控制模式失效时，可以自动切换为以太网控车模式，当以太网控车模式失效时，可自动切换为TCN控车模式。

在本实施例中，上述总线型网络拓扑结构还可以为CAN总线网络拓扑结构或RS-485总线网络拓扑结构等其他结构，本实施例并不具体限定上述总线型网络拓扑结构的类型及设置数量，均可根据实际需求进行相应的选择及调整。

本实施例提供的列车通信网络结构及其控制装置，基于TCN和以太网的列车网络控制拓扑，TCN网络和以太网网络完全冗余，有效地提升了列车控制网络的冗余度，有效地规避了单一总线网络故障导致的停运风险，从而有效地提升了列车控制网络的冗余度，进而极大地提升了列车控制网络的可靠性与可用性。

本实施例还提供一种列车通信网络系统，上述列车通信网络系统包括如上述的列车通信网络结构及控制装置。

为了克服现有存在的上述缺陷，本实施例还提供一种如上述的列车通信网络结构的控制方法，上述控制方法包括以下步骤：根据预设规则从至少两个总线型网络拓扑结构中选取一个作为当前列车控制网络，以使选取的总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

具体地，作为一实施例，如图2所示，上述控制方法主要包括以下步骤：

步骤101、选取一个总线型网络拓扑结构作为当前列车控制网络。

在本实施例中，上述列车通信网络结构主要包括TCN总线网络拓扑结构及以太网总线网络拓扑结构。

在本步骤中，根据预设规则从TCN总线网络拓扑结构和以太网总线网络拓扑结构中选取一个作为当前列车控制网络，以使选取的总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

步骤102、实时检测当前控制网络的运行状态。

在本步骤中，实时检测当前选择的总线型网络拓扑结构的运行状态，即实时监测总线故障或关键设备故障等。

步骤103、响应于检测到当前运行的总线型网络拓扑结构失效，选取另一个总线型网络拓扑结构作为列车控制网络。

在本步骤中，响应于检测到当前运行的总线型网络拓扑结构失效，根据预设规则选取另一个总线型网络拓扑结构作为列车控制网络，以使另一个总线型网络拓扑结构传输列车控制信号。

本实施例提供的列车通信网络结构及其控制方法，基于TCN和以太网的列车网络控制拓扑，TCN网络和以太网网络完全冗余，有效地提升了列车控制网络的冗余度，有效地规避了单一总线网络故障导致的停运风险，从而有效地提升了列车控制网络的冗余度，进而极大地提升了列车控制网络的可靠性与可用性。

本实施例还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，上述计算机指令在由处理器执行时实现如上述的控制方法的步骤。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims

1.一种列车通信网络结构的控制装置，其特征在于，所述列车通信网络结构包括至少两个相互冗余的总线型网络拓扑结构，每一个所述总线型网络拓扑结构分别用于作为独立的列车控制网络传输列车控制信号；

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述处理器被配置为：

3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，两个相互冗余的总线型网络拓扑结构为TCN总线网络拓扑结构及以太网总线网络拓扑结构。

4.如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述TCN总线网络拓扑结构包括用于传输列车级控制信号的WTB总线及用于传输车辆级控制信号的MVB总线；

所述WTB总线通过网关节点与所述MVB总线通信连接。

5.如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述以太网总线网络拓扑结构包括用于传输列车级控制信号的ETBN及用于传输车辆级控制信号的ECNN；

6.如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述总线型网络拓扑结构还包括CAN总线网络拓扑结构或RS-485总线网络拓扑结构。

7.一种列车通信网络系统，其特征在于，包括如权利要求1～6中任意一项所述的列车通信网络结构及控制装置。

8.一种列车通信网络结构的控制方法，其特征在于，所述列车通信网络结构包括至少两个相互冗余的总线型网络拓扑结构，每一个所述总线型网络拓扑结构分别用于作为独立的列车控制网络传输列车控制信号；

所述控制方法包括：

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括：

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，两个相互冗余的总线型网络拓扑结构为TCN总线网络拓扑结构及以太网总线网络拓扑结构。

11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述TCN总线网络拓扑结构包括用于传输列车级控制信号的WTB总线及用于传输车辆级控制信号的MVB总线；

所述WTB总线通过网关节点与所述MVB总线通信连接。

12.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述以太网总线网络拓扑结构包括用于传输列车级控制信号的ETBN及用于传输车辆级控制信号的ECNN；

13.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述总线型网络拓扑结构还包括CAN总线网络拓扑结构或RS-485总线网络拓扑结构。

14.一种计算机可读介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时实现如权利要求8～13中任意一项所述的列车通信网络的控制方法的步骤。