CN113002591A - 一种混合式列车网络及包含其的列车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混合式列车网络，包括一个或多个WTB总线式列车网络与一个或多个ETB交换式列车网络进行列车级的网络重联，ETB交换式列车网络的各网络节点单元的中央控制单元上配置有WTB通信板卡，ETB交换式列车网络中设有WTB总线，与WTB通信板卡相连且与WTB总线式列车网络的WTB总线相连；初次运行时，混合式列车网络中的每个网络节点单元的中央控制单元对混合式列车网络中的所有网络节点单元进行节点排序；中央控制单元索引遍历混合式列车网络中所有的网络节点单元的过程数据，并在每个网络节点单元的过程数据中加入每个网络节点单元的位置信息，用以将过程数据与网络节点单元的物理位置相对应，并基于包含位置信息的过程数据进行重联通信。
Description
技术领域
本发明涉及列车通信网络领域，尤其涉及一种混合式的列车网络。
背景技术
列车通信网络是用于连接车载设备，实现信息共享、控制功能、监测诊断的数据通信系统。经过近二三十年的发展，列车网络技术已经走向成熟，并成为现代轨道车辆的关键技术之一。目前，在城市轨道车辆、高速动车组上，无不采用列车通信网络技术。当前我国高速动车组网络控制系统主要有两种通信模式：基于TCN的总线式网络和基于以太网ECN的交换式网络。
TCN(Train Communication Network)列车通信网络，是在列车分布式控制系统之上发展起来的列车控制、诊断信息数据通信网络。该标准将通信网络分成用于连接各节可动态编组的车辆的列车级通信网络WTB(Wire Train Bus)绞线式列车总线和用于连接车辆内固定设备的车辆通信网络MVB(Multifunction Vehicle Bus)多功能列车总线。由于TCN是专门为列车通信网络制定的标准，在实时性、可靠性、可管理性、介质访问控制方法、寻址方式、通信服务种类等方面有着一定的优势。
基于以太网ECN的交换式网络列车的列车通信网络采用以太网通讯网络ECN(Ethernet Consist Network)的标准，同样包含两级结构：列车级ETB(Ethernet TrainBackbone)以太网列车骨干网和车辆级的ECN(Ethernet Consist Net)以太网编组网。此标准制定的主要原因是目前列车通讯的数据量剧增，而传统列车总线无法满足大数据量传输，所以采用以太网通讯，可以满足数据的传输要求。比如车载广播系统、视频系统、下载固件程序等，由于其在价格相对MVB，较低廉，速度快，数据量大等优点，使之成为未来列车网络发展的一个重要方向。
由于目前同时存在着上述两种通信网络的列车，将多辆采用不同通信技术的列车互联时，其通信方式的差异造成重联的困难，局限了列车运营的灵活度，极大地限制了列车组的运营效率并增加了运营成本。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种列车级的网络重联方法，用于采用不同通信方式的多列列车间的网络重联，使得采用不同通信网络的多个列车间也可实现网络互连通信，拓宽列车运营的灵活度，提升列车组的运营效率。
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。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种列车级的网络重联方法，用于采用不同通信方式的多列列车间的网络重联，使得采用不同通信网络的多个列车间也可实现网络互连通信，拓宽列车运营的灵活度，提升了列车组的运营效率。
本发明提供的混合式列车网络，包括一个或多个WTB总线式列车网络与一个或多个ETB交换式列车网络进行列车级的网络重联，一个列车网络包含至少一个网络节点单元，每个网络节点单元包括中央控制单元且每个网络节点单元的内部包含至少一个终端；WTB总线式列车网络包含负责各网络节点单元之间通信的WTB总线和负责每个网络节点单元内部的各终端之间通信的MVB总线，ETB交换式列车网络包含负责各网络节点单元之间通信的ETB总线与负责每个网络节点单元内部的各终端之间通信的ECN总线；其中，一个或多个ETB交换式列车网络的各网络节点单元的中央控制单元上配置有WTB通信板卡，一个或多个ETB交换式列车网络中设有WTB总线，与WTB通信板卡相连且与一个或多个WTB总线式列车网络的WTB总线相连；初次运行时，混合式列车网络中的每个网络节点单元的中央控制单元对混合式列车网络中的所有网络节点单元进行节点排序；中央控制单元索引遍历混合式列车网络中所有的网络节点单元的过程数据，并在每个网络节点单元的过程数据中加入每个网络节点单元的位置信息，用以将过程数据与网络节点单元的物理位置相对应，并基于过程数据的位置信息进行重联通信。
在一实施例中，优选地，WTB通信板卡是背板总线从板，通过背板总线与中央控制单元进行数据交互，WTB通信板卡作为ETB交换式列车网络中网络节点单元的WTB设备通过WTB接口完成与外界的WTB通信。
在一实施例中，可选地，过程数据包括车型编号、编组编号、编组位置和重连信号。
在一实施例中，可选地，重联信号包括网络节点单元为重联端或非重联端。
在一实施例中，优选地，在进行重联通信的过程中，在发送数据时，每个ETB交换式列车网络中各网络节点单元的中央控制单元接收本网络节点单元内的各终端通过ECN总线传输的ETB数据，并将ETB数据转换为WTB数据，再通过WTB总线传输至混合式列车网络中其他网络节点单元；在接收数据时，每个ETB交换式列车网络中各网络节点单元的中央控制单元接收来自WTB总线传输的WTB数据，并将WTB数据转换为ETB数据，再通过ECN总线发送至本网络节点单元内的各终端。
在一实施例中，优选地，ETB交换式列车网络的ETB总线采用双线性冗余方式进行数据传输。
在一实施例中，优选地，ECN总线采用环网或双线性冗余方式进行数据传输，ETB交换式列车网络的各网络节点单元内包括ECN交换机，各网络节点单元内的各终端单元采用链路汇聚方式连接至ECN交换机。
本发明的另一方面提供了一种包含上述任一项所述的混合式列车网络的列车。
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上述特征和优点。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1A是现有技术中WTB总线式列车网络拓扑结构示意图；
图1B是现有技术中ETB交换式列车网络拓扑结构示意图；
图2是根据本发明的一实施例绘示的混合式列车网络拓扑结构示意图；以及
图3是根据本发明的一实施例绘示的混合式列车网络中各网络节点单元的过程数据与车辆物理位置映射示意图。
为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：
101 TCN网关
102 ETB网络中的骨干网节点
103a WTB网络中的终端单元
103b ETB网络中的终端单元
201a WTB网络中的中央控制单元CCU
201b ETB网络中的中央控制单元CCU
202 WTB网络中的WTB网关
203 ETB网络中的ETB网关
204 ETB网络中的WTB通信板卡
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
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“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。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
TCN(Train Communication Network)列车通信网络，是在列车分布式控制系统之上发展起来的列车控制、诊断信息数据通信网络。当前我国高速列车的通信网络主要有两种通信模式：基于TCN的总线式网络和基于以太网的交换式网络。本发明所有提及的通信方式均符合IEC61375标准。
图1A是现有技术中WTB总线式列车网络拓扑结构示意图，图1B是现有技术中ETB交换式列车网络拓扑结构示意图。
总线式列车网络拓扑主要由两级结构构成，大多采用WTB总线+MVB总线的两级结构实现，分别是用于连接各节可动态编组的车辆的列车级通信网络WTB(Wire Train Bus)绞线式列车总线和用于连接车辆内固定设备的车辆通信网络MVB(Multifunction VehicleBus)多功能列车总线。如图1A所示，WTB总线上连接有若干个TCN网关101，每个TCN网关再与一条MVB总线相连，每一条MVB总线上汇聚有车辆的多个终端单元103a。每个TCN网关101对应一个网络节点单元，在每个网络节点单元内部的各终端单元103a之间采用MVB总线通信，而各网络节点单元即各TCN网关101之间采用WTB总线通信。当进行通信时，首先由列车的某个终端单元发送WTB数据到其所属的MVB总线，MVB总线再将该数据通过TCN网关传输至WTB总线，再根据数据中的地址信息通过WTB总线分发到目的地地址的网络节点单元所对应的TCN网关101，由TCN网关101再将消息传输至对应的MVB总线，最后再传送至相应目的地地址列车的相应目的地终端单元，至此完成一次信息的传送。
类似地，交换式列车网络拓扑也有两级结构构成，列车级ETB(Ethernet TrainBackbone)以太网列车骨干网和车辆级的ECN(Ethernet Consist Net)以太网编组网。交换式列车采用以太网控车，在每个骨干网节点102即网络节点单元内部的各终端单元103b之间采用ECN总线通信，而各骨干网节点102之间采用ETB总线传输数据。如图1B所示，列车级ETB一般采用双线性冗余方式进行数据传输，而车辆级的ECN一般采用环网或双线性冗余方式进行数据传输，连接至ECN交换机的各终端单元103b一般采用链路汇聚方式。交换式网络拓扑列车进行通信时，首先各终端单元103b发送ETB数据至ECN交换机，ECN交换机再发送至骨干网节点102，骨干网节点再根据数据中的目的地地址信息通过双线性冗余总线的ETB发送至相应列车的骨干网节点，再下发至相应的目的地地址的ECN交换机，最后发送到相应目的地地址车辆的目的地终端单元。
当多个列车进行网络重联时，若参与重联的多个列车同采用总线式列车网络或同采用交换式列车网络，只需由每个网络节点单元内的中央控制单元即CCU(CentralControl Unit)执行初始化操作，进行软件应用层面的工作，即可实现列车网络重联通信。而当采用总线式网络的列车与采用交换式网络的列车进行网络重联时，通信网络的差异隔阂造成了不同类型通信网络间的列车重联时的障碍瓶颈，局限了列车运营的灵活度，极大地限制了列车组的运营效率并增加了运营成本。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种混合式列车网络，包括一个或多个WTB总线式列车网络与一个或多个ETB交换式列车网络，实现了列车级的网络重联，使得采用不同通信网络的多个列车间也可实现网络互连通信。
由于总线式网络列车与交换式网络列车的网络控车方案不同，正常情况下无法进行重联。因此如果整车网络通信方案中包括完全不同的列车重联，需要对其中一种列车的网络拓扑进行改造。
图2是根据本发明的一实施例绘示的混合式列车网络拓扑结构示意图。
在图2所示的实施例中，列车采用8节车厢编为一个编组，每个编组上包含两个网络节点单元，分别设于1车与8车上，每个网络节点单元设有中央控制单元CCU 201a、201b和相应的通信网关202、203，每个网络节点单元内部包含多个终端103a、103b。编组1采用WTB总线式列车网络，编组2采用ETB交换式列车网络。为了使不同类型的列车网络之间也可以实现通信，本发明提供的混合式列车网络在原ETB交换式列车网络即编组2的两个CCU 201b上各配置一块WTB通信板卡204，作为编组2中网络节点单元的WTB网关以增加CCU 201b的WTB通信功能。在一实施例中，新增的WTB通信板卡是背板总线从板，通过背板总线与CCU201b的主控板进行数据交互，同时作为该网络节点单元的WTB设备，通过WTB接口完成与外界的WTB通信。
与此同时，在原交换式列车即编组2的网络拓扑中加入WTB总线，与编组中新配置的WTB通信板卡204连接，用以传输来自WTB通信板卡204发送的数据。与此同时，新增加的WTB总线与原总线式网络列车即编组1的WTB总线相连，以传输不同列车的网络节点单元之间的WTB数据。
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。
上述动作完成了本发明混合式列车网络的硬件改造部分，完成硬件改造部分后，混合式列车网络初次运行时，由混合式列车网络中所有的网络节点单元的中央控制单元CCU 201a、201b对所有网络中的网络节点单元进行节点排序，每个网络节点单元对应一个在混合式列车网络中新的节点编号，同时节点排序过程中还包括确定重联混合后的列车单元方向等过程。
完成节点排序后，混合式列车网络中所有网络节点单元的中央控制单元CCU201a、201b索引遍历所有网络节点单元的过程数据，并在每个网络节点单元的过程数据中加入每个网络节点单元的位置信息，用于将过程数据与网络节点单元的物理位置相对应，并基于过程数据的位置信息进行重联通信。
图3是根据本发明的一实施例绘示的混合式列车网络中各网络节点单元的过程数据与车辆物理位置映射示意图。
如图3所示，网络节点单元的过程数据包括车型编号、编组编号、编组位置和重连信号。重联信号包括该网络节点单元为重联端或非重联端。请参考图3，以节点索引为4的网络节点单元为例，其过程数据中包含：车型编号1，表明其为交换式网络列车的节点；编组编号为编组1，表明其属于原第一编组列车，即图中左边列车；本列车单元位置为1端，表明该网络单元节点为相应列车的1～4车组成的第一网络节点单元；重联信号为非重联端，表明该网络节点单元不是相应列车的用于重联的重联端口。基于以上四组信息，可以准确地定位该网络节点单元所对应的物理位置，可形成网络节点单元与实际列车每一处的物理位置一一对应的映射关系。由此在传输数据中加入数据的发送源与接收目的地端的地址数据的过程数据，即可实现混合式列车网络中所有的网络节点间的通信数据传输。
当使用本发明提供的混合式列车网络进行通信时，当原ETB交换式网络列车即编组2发送消息时，原ETB交换式网络列车的网络节点单元的CCU201b将ETB数据转换为WTB数据，再通过新增的WTB通信板卡204传输至WTB总线并通过WTB总线传输至混合式列车网络中的其他网络节点单元。当原ETB交换式网络列车即编组2接收数据时，ETB交换式列车网络的网络节点单元的CCU 201b将通过WTB总线、WTB通信板卡204收到的WTB数据转换为ETB数据，再下发至ECN总线、ECN交换机及数据目的地地址所对应的本网络节点单元中的终端单元。
至此本发明提供混合式列车网络可实现不同类别的列车网络之间的网络重联，使得采用不同通信网络的多个列车间也可实现网络互连通信，拓宽列车运营的灵活度，大大提升了列车组的运营效率。
本发明的另一方面提供了一种列车，包含上述任一项的混合式列车网络，可以实现不同控车网络之间的通信，具备很高的灵活度，在降低成本的同时提升了列车组的运营效率。
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 (8)
1.一种混合式列车网络，包括一个或多个WTB总线式列车网络与一个或多个ETB交换式列车网络进行列车级的网络重联，
一个列车网络包含至少一个网络节点单元，每个所述网络节点单元包括中央控制单元且每个所述网络节点单元的内部包含至少一个终端；所述WTB总线式列车网络包含负责各网络节点单元之间通信的WTB总线和负责每个网络节点单元内部的各终端之间通信的MVB总线，所述ETB交换式列车网络包含负责各网络节点单元之间通信的ETB总线与负责每个网络节点单元内部的各终端之间通信的ECN总线；
其中，所述一个或多个ETB交换式列车网络的各所述网络节点单元的所述中央控制单元上配置有WTB通信板卡，所述一个或多个ETB交换式列车网络中设有WTB总线，与所述WTB通信板卡相连且与所述一个或多个WTB总线式列车网络的WTB总线相连；
初次运行时，所述混合式列车网络中的每个所述网络节点单元的所述中央控制单元对所述混合式列车网络中的所有网络节点单元进行节点排序；
所述中央控制单元索引遍历所述混合式列车网络中所有的所述网络节点单元的过程数据，并在每个所述网络节点单元的所述过程数据中加入每个所述网络节点单元的位置信息，用以将所述过程数据与所述网络节点单元的物理位置相对应，并基于包含所述位置信息的所述过程数据进行重联通信。
2.如权利要求1所述的混合式列车网络，其特征在于，所述WTB通信板卡是背板总线从板，通过背板总线与所述中央控制单元进行数据交互，所述WTB通信板卡作为所述ETB交换式列车网络中网络节点单元的WTB设备通过WTB接口完成与外界的WTB通信。
3.如权利要求1所述的混合式列车网络，其特征在于，所述过程数据包括车型编号、编组编号、编组位置和重连信号。
4.如权利要求3所述的混合式列车网络，其特征在于，所述重联信号包括所述网络节点单元为重联端或非重联端。
5.如权利要求1所述的混合式列车网络，其特征在于，在进行所述重联通信的过程中，在发送数据时，每个所述ETB交换式列车网络中各网络节点单元的中央控制单元接收本网络节点单元内的各终端通过所述ECN总线传输的ETB数据，并将所述ETB数据转换为WTB数据，再通过所述WTB总线传输至所述混合式列车网络中其他所述网络节点单元；
在接收数据时，每个所述ETB交换式列车网络中各网络节点单元的中央控制单元接收来自所述WTB总线传输的WTB数据，并将所述WTB数据转换为ETB数据，再通过所述ECN总线发送至本网络节点单元内的各终端。
6.如权利要求1所述的混合式列车网络，其特征在于，所述ETB交换式列车网络的所述ETB总线采用双线性冗余方式进行数据传输。
7.如权利要求1所述的混合式列车网络，其特征在于，所述ECN总线采用环网或双线性冗余方式进行数据传输，所述ETB交换式列车网络的各网络节点单元内包括ECN交换机，各网络节点单元内的各终端单元采用链路汇聚方式连接至所述ECN交换机。
8.一种包含如权利要求1～7中任一项所述的混合式列车网络的列车。
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