CN112994830B - 一种基于光纤波分复用的车载网络系统及传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤波分复用的车载网络系统及传输方法，包括：贯通车辆的光纤通信通道；分别设置在每一个车厢内的波分复用器，所述波分复用器与所述光纤通信通道通信；所述波分复用器通过光电转换模块与车厢内交换机进行通信；不同车载网络采用不同波长的光信号进行传输，所述波分复用器被配置为将不同车载网络的光信号合成一路发送至光纤通信通道；接收光纤通信通道的光信号并分解为不同波长的光信号。相比于以太网采用传统电缆通信，本发明采用光纤通信，抗电磁干扰能力强，信号衰减小，减轻了轨道车辆布线重量。

Description

一种基于光纤波分复用的车载网络系统及传输方法
技术领域
本发明涉及轨道交通通信技术领域，尤其涉及一种基于光纤波分复用的车载网络系统及传输方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
车载网络是实现车载安全监控的基础，目前，以太网是车载网络组网的主要方式；车载网络按照功能主要分为控制网、维护网和PIS网，其中，控制网为用于车辆控制、诊断、显示等指令信息传输的网络；维护网为用于车载系统在线监视、软件升级、数据下载等维护信息传输的网络；PIS网为用于乘客娱乐、无线上网等信息传输的网络。出于对车载网络安全性要求，不同网络采用独立的交换机独立组网。
随着轨道车辆的智能化发展，对以太网布线、设备接入管理等要求越来越高，车载网络变得越来越复杂，车内布线越来越多，导致网络复杂度高，故障点增加；同时，轨道车辆制造成本增加，机柜和线缆部署复杂度提高，增加了维护管理的复杂度和成本。
为了简化网络结构，降低网络维护成本，多网合一成为轨道装备智能化技术发展的趋势；但是，三个车载网络信息安全等级不同，通过PIS网或维护网对控制网进行信息攻击，会影响车辆的正常运行，存在数据泄漏、数据干扰或数据篡改等信息安全问题；采用传统的硬线电缆实现控制网、维护网和PIS网多网合一无法解决这种信息安全问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于光纤波分复用的车载网络系统及传输方法，利用光纤通信波分复用技术，整合车载网络，能够在保证车载网络安全可靠的同时，简化车载网络复杂度。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种基于光纤波分复用的车载网络系统，包括：
贯通车辆的光纤通信通道；
分别设置在每一个车厢内的波分复用器，所述波分复用器与所述光纤通信通道通信；所述波分复用器通过光电转换模块与车厢内交换机进行通信；
不同车载网络采用不同波长的光信号进行传输，所述波分复用器被配置为将不同车载网络的光信号合成一路发送至光纤通信通道；接收光纤通信通道的光信号并分解为不同波长的光信号。
所述光纤通信通道包括：光纤通信主通道和光纤通信备用通道；所述光纤通信主通道和光纤通信备用通道互为冗余备份。
所述光电转换模块内对应不同的车载网络转换部分均设置光电开关，所述光电开关被配置为在相应车载网络部分通信故障时导通，以使光纤通路通信正常。
根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种基于光纤波分复用的车载网络传输方法，包括：
将不同车载网络的电信号分别转换为不同设定波长的光信号；
通过波分复用技术将不同车载网络的光信号合成一路，通过光纤通信通道在不同车厢之间进行传输；
接收来自光纤通信通道的光信号，按照不同设定波长进行分解；
分解后的光信号转换为电信号，传送至相应的车载网络设备。
根据本发明实施例的第三个方面，提供了一种轨道车辆，其特征在于，包括：上述的基于光纤波分复用的车载网络系统；或者，采用上述的基于光纤波分复用的车载网络传输方法，实现车载网络通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)相比于以太网采用传统电缆通信，本发明采用光纤通信，抗电磁干扰能力强，信号衰减小，减轻了轨道车辆布线重量。
(2)本发明在同一光纤中通过采用不同波长的光传输控制网、维护网及PIS网等车载网数据，实现不同安全等级车载网融合，解决了不同安全等级车载网融合后带来数据泄漏、数据干扰、数据篡改等信息安全问题。
(3)轨道车辆网络为多通信节点串联总线式网络，任何通信节点故障不能影响其他通信节点之间的通信；本发明利用光开关控制，在任何通信节点故障后保证其他通信节点之间可以继续正常通信，实现设备故障等工况时跨车厢光纤通信不中断。
(4)本发明网络拓扑架构上通过光纤双通道冗余，结合梯形网架构，增强网络通信拓扑架构的冗余性。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的基于光纤波分复用的车载网络系统结构示意图；
图2是根据本发明实施例的不同车载网络的网络融合过程示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
根据本发明实施例，提供了一种基于光纤波分复用的车载网络系统的实施例，该车载网络系统适用于轨道车辆上的网络通信；参照图1，包括：
贯通整个车辆的光纤通信通道；光纤通信通道跨车厢设置，具有更好的抗电磁干扰的能力。
作为可选的实施方式，光纤通信通道包括主通道和备用通道，两者互为冗余备份；主通道故障时，通过备用通道进行光纤通信，充分保证车载网络的通信可靠性；另外，为了保证数据可靠传输，备用通道作为主通道的冗余备份传输。
分别设置在每一个车厢内的波分复用器，波分复用器与光纤通信通道通信；波分复用器通过光电转换模块与车厢内以太网交换机进行通信；以太网交换机与本车厢内不同车载网络设备之间通过通信电缆进行通信。
本实施例中，以太网交换机保留重联用ETB总线，以实现编组间重联数据交互；本实施例车载网络系统保持车载设备传统以太网接口型式不变，具有较好的向下兼容性。
本实施例中，车载网络至少包括控制网、PIS网和维护网等，不同车载网络采用不同波长的光信号进行传输；波分复用器被配置为将不同车载网络的光信号合成一路发送至光纤通信通道；接收光纤通信通道的光信号并分解为不同波长的光信号。
具体地，参照图2，波分复用器将来自光电转换模块对应控制网、PIS网和维护网的不同波长光信号合成一束，由发送端发到光纤通信通道进行传输，同时将接收光纤通信通道的不同波长光信号，对光信号进行分解后，分开发送到光电转换模块进行光-电转换；然后经由以太网交换机分别通过通信电缆发送到本车厢内对应的控制网、维护网和PIS网设备。
其中，控制网数据发送使用波长λ1、数据接收使用波长λ2，维护网数据发送使用波长λ3，数据接收使用波长λ4，PIS网数据发送使用波长λ5、数据接收使用波长λ6。具体的波长数据根据实际需要进行设定。
本实施例利用波分复用技术实现控制网、维护网及PIS网等车载网络物理隔离，在保证以太网高带宽和高可靠同时，以较低的成本实现多网合一，解决信息安全问题。
作为一种可选的实施例，光电转换模块可以单独设置，也可以内置于以太网交换机内，作为交换机的一部分，使其成为具有光电转换功能的以太网交换机。
另外，为确保控制网、维护网和PIS网多网合一后信息安全，以太网交换机划分独立的控制、维护和PIS部，实现信息物理隔离。为解决单点故障影响相邻车厢通信问题，光电转换模块内对应不同的车载网络转换部分均设置光电开关，光电开关被配置为在相应车载网络部分通信故障时导通，以使光纤通路通信正常。当交换机监测到对应的光电转换模块故障、交换机的控制、维护或PIS部故障时，控制对应的光电开关导通，实现光纤通信异常时桥接功能，在本地设备故障等工况时保证相邻跨车厢光纤通信不中断。
实施例二
根据本发明实施例，提供了一种基于光纤波分复用的车载网络传输方法的实施例，包括以下过程：
(1)以太网交换机接收不同车载网络设备的电信号，通过光电转换将不同车载网络的电信号分别转换为不同设定波长的光信号；
(2)通过波分复用技术将不同车载网络的光信号合成一路，通过光纤通信通道在不同车厢之间进行传输；同时，接收来自光纤通信通道的光信号，按照不同设定波长进行分解；
(3)分解后的光信号经过光电转换技术转换为电信号，经过以太网交换机传送至相应的车载网络设备。
其中，车载网络至少包括：控制网、PIS网和维护网；任一车载网络部分通信出现故障后，控制该部分的光电开关闭合，以使光纤通路通信正常。
光纤通信通道采用冗余备份，光纤通信主通道故障时，通过光纤冗余通道进行光纤通信。
上述过程的具体实现方式已经在实施例一中进行了详细说明，不再赘述。
实施例三
根据本发明实施例，提供了一种轨道车辆的实施例，其包括了实施例一中所述的基于光纤波分复用的车载网络系统；或者，采用实施例二所述的基于光纤波分复用的车载网络传输方法，实现车载网络通信。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于光纤波分复用的车载网络系统，其特征在于，包括：
贯通车辆的光纤通信通道；
分别设置在每一个车厢内的波分复用器，所述波分复用器与所述光纤通信通道通信；所述波分复用器通过光电转换模块与车厢内交换机进行通信；所述光电转换模块内对应不同的车载网络转换部分均设置光电开关，所述光电开关被配置为在相应车载网络部分通信故障时导通，以使光纤通路通信正常；
不同车载网络采用不同波长的光信号进行隔离传输，所述波分复用器被配置为将不同车载网络的光信号合成一路发送至光纤通信通道；接收光纤通信通道的光信号并分解为不同波长的光信号。
2.如权利要求1所述的一种基于光纤波分复用的车载网络系统，其特征在于，所述光纤通信通道包括：光纤通信主通道和光纤通信备用通道；所述光纤通信主通道和光纤通信备用通道互为冗余备份。
3.如权利要求1所述的一种基于光纤波分复用的车载网络系统，其特征在于，所述交换机为以太网交换机，所述以太网交换机与本车厢内车载设备通过通信电缆通信。
4.如权利要求3所述的一种基于光纤波分复用的车载网络系统，其特征在于，所述以太网交换机保留重联用ETB总线，以实现编组间重联数据交互。
5.如权利要求1所述的一种基于光纤波分复用的车载网络系统，其特征在于，所述车载网络至少包括：控制网、PIS网和维护网。
6.一种基于光纤波分复用的车载网络传输方法，其特征在于，包括：
将不同车载网络的电信号分别转换为不同设定波长的光信号；
通过波分复用技术将不同车载网络的光信号合成一路，通过光纤通信通道在不同车厢之间进行传输；
接收来自光纤通信通道的光信号，按照不同设定波长进行分解；
分解后的光信号转换为电信号，传送至相应的车载网络设备；
所述车载网络至少包括：控制网、PIS网和维护网；任一车载网络部分通信出现故障后，控制该部分的光电开关闭合，以使光纤通路通信正常。
7.如权利要求6所述的一种基于光纤波分复用的车载网络传输方法，其特征在于，光纤通信通道采用冗余备份，光纤通信主通道故障时，通过光纤冗余通道进行光纤通信。
8.一种轨道车辆，其特征在于，包括：权利要求1-5任一项所述的基于光纤波分复用的车载网络系统；或者，采用权利要求6-7任一项所述的基于光纤波分复用的车载网络传输方法，实现车载网络通信。
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