CN114194248B

CN114194248B - 本地编组网络架构

Info

Publication number: CN114194248B
Application number: CN202111469892.6A
Authority: CN
Inventors: 曹春伟; 刘鸿宇; 李宝泉; 吴瑞梅; 于亚超
Original assignee: CRRC Tangshan Co Ltd
Current assignee: CRRC Tangshan Co Ltd
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2023-09-26
Anticipated expiration: 2041-12-03
Also published as: CN114194248A

Abstract

本申请提供一种本地编组网络架构，该架构包括：列车网络和车载网络；列车网络为一条链网，由位于多组列车上的列车交换机构成，其中，多组列车位于同一虚拟编组中；车载网络为多条环网，环网与列车一一对应，每条环网由位于其对应列车上的车载交换机构成；各列车上的通信设备通过所在列车上的车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络。本申请提供的本地编组网络架构，通过列车网络和车载网络实现了虚拟编组列车间的安全、稳定通信。

Description

本地编组网络架构

技术领域

本申请涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种本地编组网络架构。

背景技术

随着智慧轨道交通行业的快速发展，列车虚拟编组技术成为目标列车运行的主要编组技术。该技术通过车与车直接无线通信，使后车获取前车的运行状态控制后车的运行，从而通过无线通信实现多列车以相同速度、极小间隔的列车协同运行方式。通过这种方式，以一定距离保持同步运行的列车可以看作进行了联挂，与传统方式相比将传统的物理车钩联挂变成了无线通信联挂。

目前，实现列车虚拟编组技术的网络架构是基于ETCS(Europe Train ControlSystem，欧洲列车控制系统)-3级信号系统以及一个额外的车-车通信层实现的。

对于额外的车-车通信层的实现架构，直接影响列车与列车之间的安全、稳定的通信，因此，需要一种保证车间通信安全、稳定的本地编组的网络架构实现方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种本地编组网络架构。

本申请第一个方面，提供了一种本地编组网络架构，所述架构包括：列车网络和车载网络；

所述列车网络为一条链网，由位于多组列车上的列车交换机构成，其中，多组列车位于同一虚拟编组中；

车载网络为多条环网，环网与列车一一对应，每条环网由位于其对应列车上的车载交换机构成；

各列车上的通信设备通过所在列车上的车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种本地编组网络架构的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种列车交换机方向的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种双宿设备连接方式的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种冗余连接单寻址设备连接方式的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种列车的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在实现本申请的过程中，发明人发现，目前实现列车虚拟编组技术的网络架构是基于ETCS-3级信号系统以及一个额外的车-车通信层实现的。对于额外的车-车通信层的实现架构，直接影响列车与列车之间的安全、稳定的通信，因此，需要一种保证车间通信安全、稳定的本地编组的网络架构实现方案。

基于此，本申请实施例中提供了一种本地编组网络架构，该架构包括：列车网络和车载网络；列车网络为一条链网，由位于多组列车上的列车交换机构成，其中，多组列车位于同一虚拟编组中；车载网络为多条环网，环网与列车一一对应，每条环网由位于其对应列车上的车载交换机构成；各列车上的通信设备通过所在列车上的车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络。本申请提供的本地编组网络架构，通过列车网络和车载网络实现了虚拟编组列车间的安全、稳定通信。

参见图1，本实施例提供的架构包括：列车网络和车载网络。

1、列车网络

列车网络为一条链网，由位于多组列车上的列车交换机构成，其中，多组列车位于同一虚拟编组中。

列车网络为双冗余千兆以太网络。

其中，列车交换机，为网管型三层交换机，用于管理本地编组网络的初始运行、冗余以及路由。

列车交换机的端口满足如下关系：位于所在列车方向前部的端口标号小于位于所在列车方向后部的端口标号。

每组列车上安装一台列车交换机，虚拟编组设置两台冗余的列车交换机。列车交换机具备在交换机发生故障(如失电)时旁通列车网络的功能。

列车交换机的功能如下：

1)端口之间的分组中继和路由。

2)支持列车拓扑发现协议(TTDP)的列车网络初运行。

3)冗余列车网络管理，包括某个网络段发生故障时的容错处理。

4)列车及车载网络间的IP数据包路由。

本实施例的列车网络是连接车辆的以太骨干网。它由连接每辆车上列车交换机的双冗余千兆以太网列车线组成。列车网络符合IEC 61375-2-5标准。

列车网络采用线型拓扑，每个ETBN(以太网列车骨干网节点)有1个或2个相邻ETBN。因此，ETBN有“方向”的概念，且应能在每一侧的每一个端口上发送和接收帧。

连接到方向1的ETB交换机以太网端口命名为“方向1端口(DIR1 port)”，连接到方向2的ETB交换机以太网端口命名为“方向2端口(DIR2 port)”。可自由指定ETB端口为方向1或方向2。ETB交换机端口标识编号、方向和线路之间的关联关系可从TTDP帧获知。(列车发现协议)。

列车交换机连接应能自动检测列车拓扑和车辆方向。每辆车列车交换机上的骨干端口方向应如图2所示。列车交换机上数值较小的端口必须连接到车辆前部；数值较大的端口必须连接到车辆后部。

列车网络的物理层符合1000BASE-Tx标准，其连接器为M12 8-路X-编码连接器，母头用于设备，公头用于以太网线。电缆为CAT7，电缆长度小于100m。列车线为双冗余以太列车线。旁通为若列车交换机发生故障(如失电)，将旁通列车网络端口。

列车网络的链路层支持以下协议和功能：

1)MAC寻址

2)帧中继、帧过滤、帧排队、管理及远程管理

3)VLAN标记

4)链路聚合

5)链路层发现协议

6)初运行

7)多播

2、车载网络

车载网络为多条环网，环网与列车一一对应，每条环网由位于其对应列车上的车载交换机构成。

车载网络为双冗余百兆以太网络。

其中，车载交换机，为网管型三层交换机，用于管理其所在车载网络、分组中继和路由。

每辆车设置若干车载交换机，车载交换机的功能如下：

1)端口之间的分组中继和路由。

2)管理车载环形网络，包括某个网络段发生故障时的容错处理。

本实施例的车载网络是每组列车上的以太网络局域网。车载网络为环形拓扑，由每辆车上的车载交换机组成。连接到车载网络以太网端口的所有设备。车载网络通过列车交换机与列车网络冗余连接。车载网络符合IEC 61375-3-4标准。

列车网络的物理层符合1000BASE-Tx，100BASE-Tx。连接器(千兆端口)为M12 8-路X-编码连接器，母头用于设备，公头用于以太网线。连接器(FE端口)为M12 4-路D-编码连接器，母头用于设备，公头用于以太网线。电缆为FE：CAT 5e，CAT 6，千兆以太网CAT 7。电缆长度小于100m，车载环网为快速生成树协议(RSTP)。

列车网络的链路层支持一下协议和功能：

1)MAC寻址

2)帧中继、帧过滤、帧排队、管理及远程管理

3)VLAN标记

4)多播

各列车上的通信设备通过所在列车上的车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络。具体的，若通信设备为关键设备，则通过所在列车上的两台车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络。若通信设备为非关键设备，则通过所在列车上的一台车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络。

也就是，通信设备与车载交换机的连接方式分为以下三种：

1)单线连接

非关键设备仅采用一个网口与单台车载交换机连接。

2)冗余连接：双寻址

关键设备可能有双以太网适配器，每个适配器可单独连接一个车载交换机。冗余连接可确保不会因个别网络接口丢失而造成通信中断。

如图3所示的双宿设备连接方式，启动后，每个端口通过DHCP(Dynamic HostConfiguration Protocol，动态主机配置协议)分配到一个唯一的IP地址。双宿设备必须支持功能：

(1)该设备必须配置为以确保每个端口只响应ARP请求，以满足其指定的IP地址的方式处理ARP请求。

(2)备份适配器只能用于监听网络输入数据。除非主适配器故障，否则备份适配器不能传输任何数据。

(3)如主端口故障，设备将禁用此主端口，并使用备份端口进行通信。应由无其他设备介入的双端口设备管理故障检测和端口选择。

2)冗余连接：单寻址

某些设备可能带有双外部端口(每个端口可分别连接到一个车载交换机)，两个端口通过一个内部交换机连接到一个单一可寻址端点(IP堆栈)。冗余连接可确保不会因个别外部网络连接丢失而造成通信中断。

如图4所示的冗余连接单寻址设备连接方式，启动时，IP地址通过DHCP进行分配。内部交换机必须能够支持以下两个管理功能之一：

(1)在设备应用程序逻辑控制下，启用/禁用外部端口。该逻辑必须可识别一个故障端口并进行切换。

(2)配置为启用与图1所示本地编组网络架构呼应的环形解析。

另外，本实施例提供的本地编组网络架构中的网络(即列车网络和车载网络)的网络层实现如下：

1、IP寻址方案

IP地址依据IEC 61375-3-4规定的IP寻址方案进行分配。

列车网络IP地址分配如下：

1)列车网络侧主机IP地址定义如下：

00001010.1bbxssss.ssxxxxxx.hhhhhhhh/18

其中：

[b]列车总线ID应为0

[x]预留应为0

[s]车载网络子网识别由1-63初运行指定

[h]车载网络中的唯一主机标识

(2)车载网络侧主机IP地址定义如下：

00001010.00000000.00xxxxxx.hhhhhhhh/18

其中：

[x]预留应为0

[h]车载网络中的唯一主机标识

由列车交换机通过按照IEC 61375-3-4规定进行R-NAT实施网络地址转换，执行车载网络与列车网络子网间的路由。

2)多播组地址

多播是给设备发送TRDP数据的一种方法，多播地址用来从一个设备传输到所有具有数据接收权限的设备。

相关设备组订阅一个或多个多播地址，与组数据有关的设备应订阅该组地址。

多播组的定义为在同一车载网络中的本地设备，或车组范围内列车网络中的任何设备。仅列车组组可在列车网络中传输。

多播地址依据IEC61375-2-3规定的如下IP寻址方案进行分配，IP地址范围239.192.0.0/14用于列车级IP多播组寻址。

IP多播组地址通用的分解形式定义如下：

11101111.110000rr.zzzzzzzz.zzzzzzzz

子网编号部分的各字段描述为：

[r]定义范围：‘00’B＝全列车组；‘01’B＝ETB相关组；‘10’B＝限定编组组；‘11’B＝开放给其他用途；

[z]用于进一步分解。

全列车组是具有与列车上不同ETB相关的组成员的组。

全列车组的分解形式定义如下：

11101111.11000000.gggggggg.gggggggg

主机编号部分的各字段描述为：

[g]全列车组编号(取值范围：0～65535)。0～255：互操作性保留范围；256～65534：可用于用户定义的全列车组；65535：保留给未来使用。

ETB(以太网列车总线)相关组是具有与一个ETB相关的组成员的组。

ETB相关组的分解形式定义如下：

11101111.11000001.bbgggggg.gggggggg

子网编号部分的各字段描述为：

[b]ETB标识符(etbId)，值＝0～3

主机编号部分的各字段描述为：

[g]组编号(取值范围：0～16383)。0＝所有终端设备；1＝所有ECSP(仅ETB0)；2～16382＝可用于用户定义的ETB相关组；16383＝保留给未来使用。

限定编组组是所有组成员属于一个编组的ETB相关组。

限定编组组的分解形式定义如下：

11101111.11000010.bbcccccc.gggggggg

子网编号部分的各字段描述为：

[b]ETB标识符(etbId)，值＝0～3。

[c]trnCstNo(取值范围：1～63)，0＝本地编组

主机编号部分的各字段描述为：

[g]组编号(取值范围：0～254)。0＝连接到该ETB的该编组的所有编组网的所有终端设备；1＝编组内的ECSP(仅ETB0)；2～254＝可用于用户定义的限定编组组；255＝保留给未来使用。

本实施例提供的本地编组网络架构中的网络(即列车网络和车载网络)的传输层实现如下：传输层支持IP管理和多播，其中传输层采用UDP或TCP协议。

另外，本实施例提供的本地编组网络架构中的网络(即列车网络和车载网络)中，列车设备之间数据交换采用列车实时数据协议(TRDP)。TRDP层位于TCP/UDP传输层的最顶层。

TRDP支持多种类型的数据交换。主要类型为：

1)过程数据

过程数据协议数据单元(PD-PDUs)进行系统间的数据交换，以传输更新的错误和操作数据。

2)消息数据

在系统之间交换消息数据，以提供事件驱动操作数据或控制命令。

过程和消息数据均可通过推送模式进行交换。TRDP使用UDP服务及TCP传输数据通信层协议。用UDP发送TRDP过程数据，使用UDP或TCP发送TRDP消息数据。

TRDP报文发送端口定义为：

过程数据，端口：17224；

消息数据(UDP/TCP)，端口：17225。

3)ComID

ComID用来在TRDP总线上定义数据包，它包含数据的源地址和目的地址。

在每个多播组中，由唯一的TRDPComID识别报文。

根据以下方案分配ComID：

ddnnps

其中：

[dd]设备组

[nn]通道号[0-9＝团体,11-99个体]

[p]优先级[7–最高,0–最低]

[s]数据类0＝预留，1＝PD，2＝MD

此外，本实施例提供的本地编组网络架构中的列车，两端分别设置一个射频识别RFID应答器。列车内设置车地通信系统的车载装置、一个RFID读取器、一台无线列车骨干网节点设备WLTBN、一台骨干网用户接入设备UE、一台列车交换机和多台车载交换机。

例如图5所示的列车，其中1和2分别为列车两端设置的RFID应答器，WLTBN为无线列车骨干网节点设备，UE为骨干网用户接入设备，ED为RFID读取器。列车交换机和多台车载交换机并未在图5中示出。

且，本实施例提供的本地编组网络架构中的所有列车位于同一虚拟编组中。列车之间进行列车骨干网通信的建立，进而基于建立的列车骨干网通信完成虚拟编组。

列车之间进行列车骨干网通信的建立过程为各组列车获取控制中心发送的编组信息。根据编组信息，进行列车发现。当发现编组中的列车，则与发现的列车建立列车骨干网通信，形成虚拟编组。

下面进行详细说明。

301，控制中心确定进行编组的各列车。

当列车需要进行编组时，控制中心会确定进行编组的各列车。

其中，列车需要进行编组的情况包括多种，例如：

1、不同线路两组列车在道岔相遇

针对此种情况，控制中心会确定该两组列车为进行编组的各列车。

在具体实现时，1)先获得道岔控制权的一组列车为前车，优先通过道岔；2)前车过道岔前，后车追上前车，通过本申请提供的方法在该两组列车之间建立列车骨干网通信，建立虚拟编组；3)前车按单车过道岔模式过道岔；4)后车按前车命令运行通过道岔。

2、同线路两组列车在道岔相遇

在具体实现时，1)后车追上前车，通过本申请提供的方法在该两组列车之间建立列车骨干网通信，建立虚拟编组；2)两列车编组按单车过道岔模式过道岔。

除了上述2种情况，还会在不同的阶段需要通过本申请提供的方法建立列车骨干网通信，进而进行编组。例如：

1、后车追前车

针对此种情况，控制中心会确定前后两组列车为进行编组的各列车。

在具体实现时，后车追前车，通过本申请提供的方法在该两组列车之间建立列车骨干网通信，建立虚拟编组，进而编组列车达到稳定的目标间隔的行车过程。

在后车追前车过程中，还会通过控制列车在运行过程中处于某种间隔采用相应运行速度的方式，达到间隔控制的目标。

编组协同控制根据两车不同工况调整目标间隔。列车变速过程中以加速度a_u和最大减速度a_down运行，同时加速度的变化率(加加速度)不应影响到乘客的舒适性，这些值根据列车的运行特性确定。

根据前后车建立编组时的状态，将工况分为以下9种：

1)前车匀速运行

前车以速度V1匀速运行，后车以速度V2匀速运行，V2＞V1。通过本申请提供的方法在该两组列车之间建立列车骨干网通信，建立虚拟编组时，前车利用车间通信获得后车位置，根据本车位置计算前后车间隔。

前车匀速运行场景分解如表1所示：

表1

序号	编组时刻后车状态	编组后前车控制后车行为
			1	匀速	匀速->减速运行
2	加速	加速->减速运行
			3	减速	减速到V1->匀速运行

2)前车匀加速运行

前车以速度V1匀加速运行，后车以速度V2运行，V2>V1。通过本申请提供的方法在该两组列车之间建立列车骨干网通信，建立虚拟编组时，前车利用车间通信获得后车位置，根据本车位置计算前后车间隔。

前车匀加速运行场景分解如表2所示：

表2

3)前车匀减速运行

前车以速度V1开始匀减速运行，后车以速度V2运行，V2>V1。通过本申请提供的方法在该两组列车之间建立列车骨干网通信，建立虚拟编组时，前车利用车间通信获得后车位置，根据本车位置计算前后车间隔。

前车匀减速运行场景分解如表3所示：

表3

其中，

LB1为减速距离，前后车运行达到减速距离后，后车必需减速运行；

2、间隔控制过程

通过本申请提供的方法在该两组列车之间建立列车骨干网通信，建立虚拟编组后的第一时刻，后车把自身的牵引力制动力信息发送给前车，前车以后车发挥的牵引力制动力为基础，进行下一时刻力计算。

U为输出的牵引力，U_last为前一次计算牵引力。

下一次计算的值，根据前车计算出九种工况后车的速度-间隔距离曲线，通过列车间通信获得后车定位信息，计算两列车相对间隔距离；在前车列车稳定接收到后车采用精确定位手段发送的信号后，前车优先使用精确定位手段、冗余使用列车定位计算两车间隔距离的方式获得两车间隔；头车实时采集列车速度信息，根据车间间隔距离，计算速度偏差；根据速度偏差，考虑列车限速、限加速度、限加加速度值，计算需要施加的牵引力/制动力F；前车通过无线编组控制单元将需要施加的牵引力/制动力发送给后车无线编组控制单元，后车无线编组控制单元转发给CCU；后车CCU向列车的牵引系统或制动系统发出请求值，以施加牵引力将列车加速到控制速度，或施加制动力使列车减速至规定值。

前车每隔一段时间(5s)计算速度-间隔距离曲线，修正运行偏离。

302，控制中心将各列车的信息形成编组信息。

其中，编组信息包括各列车的ID(标识)、方向和车厢数量。

303，控制中心向各列车发送编组信息。

具体的，通过车地通信系统向各列车发送编组信息。或者，通过位于轨道固定位置的RFID应答器向各列车发送编组信息。

例如，对于控制中心确定编组运行的各列车，将需要编组的列车ID、方向和车厢数量等形成一个信息，即编组输入信息通过LTE无线通信传输给编组；同时控制中心将信息写人到位于轨道固定位置的RFID应答器。

304，任一组列车获取控制中心发送的编组信息。

对于任一组列车，任一组列车的UE通过任一组列车的车地通信系统的车载装置获取控制中心发送的编组信息。或者，任一组列车的UE通过任一组列车的RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器获取控制中心发送的编组信息。

为了方便描述，本实施例以任一组列车为列车A为例进行描述。

例如，列车A的UE通过列车的车地通信系统的车载装置获取控制中心发送的编组信息。或者，列车A的UE通过列车的RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器获取控制中心发送的编组信息。

另外，各组列车的UE将编组信息存储至各组列车的WLTBN中。例如，列车A在获取控制中心发送的编组信息之后，列车A的UE还会将编组信息存储至列车的WLTBN中。

需要说明的是，列车A为未建立列车骨干网通信的单独一组列车。

305，任一组列车根据编组信息，进行列车发现。

具体的，对于任一组列车，

任一组列车的UE通过任一组列车的RFID读取器，与其他列车的RFID应答器进行交互，获取其他列车的标识。其他列车为未建立列车骨干网通信的一组列车，或者，已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车。

任一组列车的UE确定编组信息中是否存在其他列车的标识。

若存在，则任一组列车的UE确定发现编组中的列车。

例如，

1、列车A的UE通过列车的RFID读取器，与其他列车的RFID应答器进行交互，获取其他列车的标识(例如列车B的标识)。

其中，其他列车为未建立列车骨干网通信的一组列车，或者，已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车。

即其他列车(如列车B)可以是一组单独的列车，也可以是已经建立骨干网通信的编组列车中的一组。

2、列车A的UE确定编组信息中是否存在其他列车(如列车B)的标识。

3、若存在，则列车A的UE确定发现编组中的列车。若不存在，则列车A的UE确定未发现编组中的列车，重新执行步骤305，继续进行列车发现。

306，任一组列车当发现编组中的列车，则与发现的列车建立列车骨干网通信，形成虚拟编组。

具体的，对于任一组列车，任一组列车的UE与其他列车的UE进行通信信号交互，建立列车骨干网通信，形成虚拟编组。

例如，列车A的UE与其他列车(如列车B)的UE进行通信信号交互，建立列车骨干网通信。

另外，在执行步骤306之后，还会进行WLTBN的初始激活。

初始激活过程为：

对于任一组列车，

任一组列车的UE获取其他列车对应的最小标识。

若任一组列车的标识小于最小标识，则任一组列车的UE控制任一组列车的WLTBN处于激活状态。

其中，若其他列车为未建立列车骨干网通信的一组列车，则其他列车对应的最小标识为其他列车的标识。若其他列车为已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车，则其他列车对应的最小标识为编组列车中列车的最小标识。

例如，

1、列车A的UE获取其他列车(如列车B)对应的最小标识。

其中，若其他列车(如列车B)为未建立列车骨干网通信的一组列车，则其他列车对应的最小标识为列车B的标识。若其他列车(如列车B)为已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车，则其他列车对应的最小标识为编组列车中列车的最小标识。

2、若列车A的标识小于最小标识，则列车A的UE控制列车A的WLTBN处于激活状态。

即，如果被发现的其他列车(如列车B)为单独的一组列车，那么列车B与列车A中标识小的一组的WLTBN处于激活状态。如果被发现的其他列车(如列车B)为已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车，那么，建立列车骨干网通信的所有编组列车和列车A中的标识小的一组的WLTBN处于激活状态。

也就是说，在初始激活过程中，无论此次建立列车骨干网通信后的列车有多少组，永远是标识最小的一组列车的WLTBN处于激活状态。

但是本申请提供的方法所建立的列车骨干网通信仅会有一组列车的WLTBN处于激活状态。而对于被发现的其他列车为已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车的情况，由于该已建立列车骨干网通信的编组列车在通过本申请提供的方法建立列车骨干网通信时，其初始激活过程中已经确定了激活的WLTBN(即最小标识对应列车的WLTBN)，那么如果加入列车A后，列车A的标识更小，那么需要将已经激活的WLTBN变成备份状态。即任一组列车的UE向最小标识对应列车的UE发送请求，请求用于指示最小标识对应列车的UE控制其WLTBN处于备份状态。例如，列车A的UE向最小标识对应列车的UE发送请求，请求用于指示最小标识对应列车的UE控制其WLTBN处于备份状态。

另外，在列车A的UE控制列车A的WLTBN处于激活状态之后，记录处于激活的WLTBN的标识。

在进行WLTBN的初始激活之后，还会向建立列车骨干网通信的所有列车同步激活的WLTBN标识。

具体的，任一组列车的UE通过任一组列车的车地通信系统的车载装置向控制中心发送任一组列车的WLTBN标识，以指示控制中心同步任一组列车的WLTBN标识。任一组列车的UE通过任一组列车的RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器接收控制中心同步的新WLTBN标识。

其中，新WLTBN标识非任一组列车的WLTBN标识。

如：

1)列车A的UE通过列车的车地通信系统的车载装置向控制中心发送列车A的WLTBN标识，以指示控制中心同步列车A的WLTBN标识。

2)控制中心获取已建立列车骨干网通信的编组列车WLTBN标识(即列车A的WLTBN标识)，将WLTBN标识通过位于轨道固定位置的RFID应答器向各列车进行同步。

3)建立列车骨干网通信的所有列车(包括列车A)的UE通过列车的RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器接收控制中心同步的WLTBN标识(即列车A的WLTBN标识)。

如果非列车A的列车接收到WLTBN标识，则该标识为新WLTBN标识，记录该新WLTBN标识。即新WLTBN标识非收到到列车本身的WLTBN标识。

如果列车A接收到WLTBN标识，由于接收到的WLTBN标识就是列车A的WLTBN标识，此时，该标识不是新WLTBN标识，列车A的UE控制列车A的WLTBN处于激活状态之后，已经记录了处于激活的WLTBN的标识，此时不再进行记录。

记录激活状态的WLTBN之后，各列车的UE就可以与激活的WLTBN进行连接。

另外，还会标注发现的列车标识，以便在执行步骤306之后，当编组信息中的所有列车均被记录后，退出本申请提供的流程。

即，当发现编组中的列车，则与发现的列车建立列车骨干网通信之后，对于任一组列车，任一组列车的UE标注其他列车的标识。

另外，各组列车的UE通过其RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器接收控制中心同步的标注标识。

各组列车的UE标注标注标识。

其中，标注标识为已建立列车骨干网通信的编组列车向控制中心发送的。

例如，当发现编组中的列车，则与发现的列车建立列车骨干网通信之后，列车A的UE还会标注其他列车(如列车B)的标识。

同时，其他列车(列车B)还会向建立列车骨干网通信的所有列车同步列车A的标识。

例如，

1)列车B向通过列车B的车地通信系统的车载装置向控制中心发送标注标识(即列车A的标识)。

2)控制中心获取已建立列车骨干网通信的编组列车发送的标注标识(即列车A的标识)。

3)控制中心将标注标识发送至位于轨道固定位置的RFID应答器，以通过RFID应答器向各列车进行同步。

4)建立列车骨干网通信的所有列车(包括列车A)的UE通过列车的RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器接收控制中心同步的标注标识(即列车A的标识)。

5)建立列车骨干网通信的所有列车(包括列车A)的UE标注该标注标识(即列车A的标识)。

需要说明的是，在上述过程中，列车A为未建立列车骨干网通信的单独一组列车，在该列车A通过上述过程建立了列车骨干网通信之后，如果其位于列车骨干网通信的编组列车中的端部，那么其可能被其他列车发现到，例如被列车C发现到，那么此时列车C就是上述过程的其他列车(即列车B)。

也就是说，如果列车A在执行上述步骤之后，又被新列车(如列车C)执行上述步骤时发现，那么，在列车C执行步骤305根据编组信息，进行列车发现时，如果列车A的RFID应答器被新列车(如列车C)发现后，列车A的UE与列车C的UE进行通信信号交互，建立列车骨干网通信。

其中，新列车(如列车C)未建立列车骨干网通信。

其中，列车A的RFID应答器确认被新列车(如列车C)发现的过程为：

列车A的UE通过列车的RFID读取器，与列车C的RFID应答器进行交互，获取列车C的标识。

列车A的UE确定编组信息中是否存在列车C的标识。

若存在，则列车A的UE确认被新列车发现。若不存在，则结束此次被发现的过程，重新进行列车A的RFID应答器确认被新列车发现的过程。

另外，在列车A被列车C发现后，列车C会执行步骤306，以便与列车A建立列车骨干网络通信。如果列车A在执行上述步骤的过程中，已经激活其WLTBN，且在此轮被列车C发现过程中，列车C的标识小于列车A的标识，则列车C会激活其WLTBN，列车A需要将其WLTBN变为备份状态，以保证建立的列车骨干网络通信中仅有一组列车的WLTBN处于激活状态。

具体的，列车C的UE会向列车A的UE发送请求，列车A的UE接收列车C发送的请求。列车A的UE控制列车A的WLTBN处于备份状态。

此外，在列车C步骤306，与列车A建立列车骨干网络通信之后，列车A也会标注列车C的标识，即

1)列车A的UE标注新列车(如列车C)的标识。

2)列车A的UE将列车C的标识所作为标注标识。

3)列车A的UE通过列车的车地通信系统的车载装置向控制中心发送标注标识(即列车C的标识)，以指示控制中心同步标注标识。

4)控制中心将标注标识(即列车C的标识)发送至位于轨道固定位置的RFID应答器，以通过RFID应答器向各列车进行同步。

5)建立列车骨干网通信的所有列车(包括列车A和列车C)的UE通过列车的RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器接收控制中心同步的标注标识(即列车C的标识)。

6)建立列车骨干网通信的所有列车的UE标注该标注标识(即列车C的标识)。

若编组信息中的所有标识均被列车的UE标注，则表名列车骨干网通信建立完成，列车的UE控制跳出列车骨干网通信的建立方法。

执行至此，本申请提供的列车骨干网通信的建立方法执行完毕。

在具体执行时，通过本申请提供的列车骨干网通信的建立方法进行列车骨干网通信的建立过程中，会出现如下情况：经过预设的时间延时，编组信息中的所有编组不能被全部发现，那么在预设的时间经过后，会退出本申请的列车骨干网通信的建立方法流程，并告警提示。

另外，为了让建立的列车骨干网通信能够更加快速的运行，在建立列车骨干网通信之后，还会建立白名单，后续只有在表名单中的列车才能就行后续交互。该白名单可存至列车的WLTBN中。

白名单建立过程为：

401、各列车可以通过RFID读取器确定其在该虚拟编组中的位置，例如：

任一列车的UE通过其RFID读取器确认是否有虚拟编组的列车的RFID应答器与其交互。

若有两组列车与其交互，则说明其前端和后端均连接有一组列车，任一列车的UE确定任一列车未位于虚拟编组端部，即位于虚拟编组中间。

若仅有一组列车与其交互，则说明其前端或后端连接有一组列车，并非两端都存连接列车，任一列车的UE确定任一列车位于虚拟编组端部。

402、位于虚拟编组端部的一组列车生成子名单。

其中，子名单包括位于虚拟编组端部的一组列车的标识。

403、位于虚拟编组端部的一组列车将子名单，通过非位于虚拟编组端部的列车将各自的标识补充至子名单中后，传输至位于虚拟编组端部的另一组列车。

具体的，

1、位于虚拟编组端部的一组列车的UE将子名单发送至与其直接连接的一组列车的UE。

2、接收到子名单的列车的UE将其标识补充至接收的子名单的最后一行。

3、接收到子名单的列车的UE将补充的子名单发送至后一组列车。

4、若后一组列车非位于虚拟编组端部的另一组列车，则重复后一组列车的UE将后一组列车的标识补充至接收的子名单的最后一行，将后一组列车的UE补充的子名单发送至后一组列车的步骤。若后一组列车为位于虚拟编组端部的另一组列车，则退出本步骤，执行后续步骤404。

以虚拟编组的列车顺序为列车C、列车A、列车B和列车D为例。

1、列车C的UE将子名单(包括列车C的标识)发送至与其直接连接的一组列车(即列车A)的UE。

2、列车A的UE将其标识补充至接收的子名单的最后一行。此时子名单为列车C的标识，列车A的标识。

3、列车A将补充的子名单(即子名单为列车C的标识，列车A的标识)发送至后一组列车(即列车B)。

4、列车B非位于虚拟编组端部的另一组列车，则列车B的UE将列车B的标识补充至接收的子名单的最后一行(即子名单为列车C的标识，列车A的标识，列车B的标识)，将列车3的UE补充的子名单(即子名单为列车C的标识，列车A的标识，列车B的标识)发送至后一组列车(即列车D)。

由于列车D为位于虚拟编组端部的另一组列车，则退出本步骤，执行步骤404。

通过本步骤，所有位于虚拟编组中间的列车会按照其在虚拟编组中的顺序将各自的标识补充至子名单中。

另外，为了保证报名单中的列车均为匹配的列车，还会对名单中的列车进行验证，如确认制动、最大车速是否匹配等。

具体的，接收到子名单的列车的UE将其标识补充至接收的子名单的最后一行之前，接收到子名单的列车的UE还会对接收的子名单进行校验，并确定校验成功。如果校验不成功则说明列车不匹配，那么会退出白名单建立过程，停止白名单的建立。

后一组列车的UE将后一组列车的标识补充至接收的子名单的最后一行之前，后一组列车的UE也会对接收的子名单进行校验，并确定校验成功。如果校验不成功则说明列车不匹配，那么会退出白名单建立过程，停止白名单的建立。

404，位于虚拟编组端部的另一组列车将其标识补充至接收到的子名单后建立白名单。

具体的，

1、位于虚拟编组端部的另一组列车的UE将其标识补充至接收到的子名单。

2、位于虚拟编组端部的另一组列车的UE向虚拟编组的其他列车同步其补充后的子名单。

3、WLTBN处于激活状态的列车的UE接收到同步的子名单后，对同步的子名单进行校验。

4、若校验通过，则WLTBN处于激活状态的列车的UE将同步的子名单确定为白名单。

仍以步骤403中的例子为例，

1、位于虚拟编组端部的另一组列车(即列车D)的UE将其标识补充至接收到的子名单(即子名单为列车C的标识，列车A的标识，列车B的标识、列车D的标识)。

2、列车D的UE向虚拟编组的其他列车(即列车C、列车A和列车B)同步其补充后的子名单(即子名单为列车C的标识，列车A的标识，列车B的标识、列车D的标识)。

3、WLTBN处于激活状态的列车(即虚拟编组列车中标识最小的列车)的UE接收到同步的子名单后，对同步的子名单进行校验。

同样，为了保证报名单中的列车均为匹配的列车，位于虚拟编组端部的另一组列车的UE将其标识补充至接收到的子名单之前，位于虚拟编组端部的另一组列车的UE还对接收的子名单进行校验，并确定校验成功。如果校验不成功则说明列车不匹配，那么会退出白名单建立过程，停止白名单的建立。

在执行步骤404之后，还会向虚拟编组的所有列车同步白名单。

例如：WLTBN处于激活状态的列车的UE向虚拟编组的其他列车同步白名单。

在同步白名单之后，WLTBN处于激活状态的列车的UE向虚拟编组的其他列车发送白名单建立完成信息。

此外，在列车骨干网通信的建立方法过程中仅是进行WLTBN的初始激活，在编组信息中的所有编组被全部发现，进而完成所有的列车骨干网通信建立，实现虚拟编组后，还会进行WLTBN的最终激活。最终激活流程为：

501，WLTBN处于激活状态的列车确定虚拟编组的列车组数。

由于在建立列车骨干网通信，进而进行编组行车的时候进行过WLTBN的初始激活，因此，在执行本步骤之前已经存在一组列车的WLTBN处于激活状态，即虚拟编组所有列车中标识最小的列车的WLTBN处于激活状态。

本步骤即该WLTBN处于激活状态的列车确定虚拟编组的列车总数。

502，WLTBN处于激活状态的列车根据组数，在虚拟编组的列车中确定主角色列车。

若组数不大于2，则WLTBN处于激活状态的列车的UE确定主角色列车为WLTBN处于激活状态的列车。

若组数大于2，则

当组数为奇数时，WLTBN处于激活状态的列车的UE确定主角色列车为位于虚拟编组中间的一组列车。

当组数为偶数时，WLTBN处于激活状态的列车的UE确定主角色列车为位于虚拟编组中间的两组列车中的标识小的一组列车。

也就是，位于虚拟编组中间的列车为主角色列车，如果位于中间的列车有两辆，则选择两辆中标识最小的那辆作为主角色列车。

为了保证主角色的有效性，在WLTBN处于激活状态的列车确定主角色列车之后，还会获取主角色列车的确认，只有收到确认才得到最终的主角色列车，进而执行步骤503，如果没收到确认，则将主角色列车的后一组列车确定为主角色列车，重新获得新主角色列车的确认，如未确认，则在将当前主角色列车的而后一组列车作为主角色列车，如此循环，直至得到一组列车的确认，最终得到主角色列车。

例如，WLTBN处于激活状态的列车的UE获取主角色列车的UE反馈的确认消息。若未获取到确认消息，则WLTBN处于激活状态的列车的UE将主角色列车更新为主角色列车的后一组列车。重复执行，WLTBN处于激活状态的列车的UE获取主角色列车的UE反馈的确认消息，若未获取到确认消息，则WLTBN处于激活状态的列车的UE将主角色列车更新为主角色列车的后一组列车的步骤，直至获取到确认消息。

503，主角色列车向虚拟编组的其他列车同步主角色列车的WLTBN标识。

例如，主角色列车的UE向虚拟编组的其他列车同步主角色列车的WLTBN标识。

另外，在同步主角色列车的WLTBN标识之前，还会将虚拟编组的唯一激活的WLTBN变更为主角色列车的WLTBN。例如：主角色列车向虚拟编组的其他列车同步主角色列车的WLTBN标识之前，WLTBN处于激活状态的列车的UE控制其WLTBN处于备份状态。主角色列车的UE控制其WLTBN处于激活状态。

例如，WLTBN处于激活状态的列车的UE向主角色列车的UE发送激活请求。主角色列车的UE基于激活请求，控制其WLTBN处于激活状态。

本实施例提供的本地编组网络架构，该架构包括：列车网络和车载网络；列车网络为一条链网，由位于多组列车上的列车交换机构成，其中，多组列车位于同一虚拟编组中；车载网络为多条环网，环网与列车一一对应，每条环网由位于其对应列车上的车载交换机构成；各列车上的通信设备通过所在列车上的车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络。本申请提供的本地编组网络架构，通过列车网络和车载网络实现了虚拟编组列车间的安全、稳定通信。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种本地编组网络架构，其特征在于，所述架构包括：列车网络和车载网络；

各列车上的通信设备通过所在列车上的车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络；

其中，各组列车两端均分别设置一个射频识别RFID应答器；各组列车内均设置车地通信系统的车载装置、一个RFID读取器、一台无线列车骨干网节点设备WLTBN、一台骨干网用户接入设备UE、一台列车交换机和多台车载交换机；

各组列车获取控制中心发送的编组信息；根据所述编组信息，进行列车发现；当发现编组中的列车，则与发现的列车建立列车骨干网通信，形成虚拟编组；

虚拟编组在建立列车骨干网通信之后，按照如下方法建立白名单：

各列车可以通过RFID读取器确定其在该虚拟编组中的位置；

位于虚拟编组端部的一组列车生成子名单，所述子名单包括位于所述虚拟编组端部的一组列车的标识；

位于所述虚拟编组端部的一组列车的UE将所述子名单发送至与其直接连接的一组列车的UE；接收到子名单的列车的UE将其标识补充至接收的子名单的最后一行；接收到子名单的列车的UE将补充的子名单发送至后一组列车；若后一组列车非位于所述虚拟编组端部的另一组列车，则重复后一组列车的UE将后一组列车的标识补充至接收的子名单的最后一行，将后一组列车的UE补充的子名单发送至后一组列车的步骤；

若后一组列车为位于所述虚拟编组端部的另一组列车，则位于所述虚拟编组端部的另一组列车将其标识补充至接收到的子名单后建立白名单。

2.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，

所述列车交换机，为网管型三层交换机，用于管理所述本地编组网络的初始运行、冗余以及路由；

所述车载交换机，为网管型三层交换机，用于管理其所在车载网络、分组中继和路由。

3.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述列车网络为双冗余千兆以太网络；

所述车载网络为双冗余百兆以太网络。

4.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，若通信设备为关键设备，则通过所在列车上的两台车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络；若通信设备为非关键设备，则通过所在列车上的一台车载交换机，连接至与所在列车对应的车载网络。

5.根据权利要求2所述的架构，其特征在于，所述列车交换机的端口满足如下关系：位于所在列车方向前部的端口标号小于位于所在列车方向后部的端口标号。

6.根据权利要求2所述的架构，其特征在于，所述编组信息为编组中各列车的标识、方向和车厢数量。

7.根据权利要求6所述的架构，其特征在于，所述各组列车获取控制中心发送的编组信息，包括：

对于任一组列车，

所述任一组列车的UE通过所述任一组列车的车地通信系统的车载装置获取控制中心发送的编组信息；或者，

所述任一组列车的UE通过所述任一组列车的RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器获取控制中心发送的编组信息。

8.根据权利要求7所述的架构，其特征在于，所述各组列车获取控制中心发送的编组信息之后，还包括：

各组列车的UE将所述编组信息存储至各组列车的WLTBN中。

9.根据权利要求7所述的架构，其特征在于，所述根据所述编组信息，进行列车发现，包括：

对于任一组列车，

所述任一组列车的UE通过所述任一组列车的RFID读取器，与其他列车的RFID应答器进行交互，获取所述其他列车的标识；所述其他列车为未建立列车骨干网通信的一组列车，或者，已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车；

所述任一组列车的UE确定所述编组信息中是否存在所述其他列车的标识；

若存在，则所述任一组列车的UE确定发现编组中的列车。

10.根据权利要求9所述的架构，其特征在于，所述当发现编组中的列车，则与发现的列车建立列车骨干网通信，形成虚拟编组，包括：

对于任一组列车，

所述任一组列车的UE与所述其他列车的UE进行通信信号交互，建立列车骨干网通信，形成虚拟编组。

11.根据权利要求9所述的架构，其特征在于，所述当发现编组中的列车，则与发现的列车建立列车骨干网通信之后，还包括：

对于任一组列车，

所述任一组列车的UE获取所述其他列车对应的最小标识；

若所述任一组列车的标识小于所述最小标识，则所述任一组列车的UE控制所述任一组列车的WLTBN处于激活状态；

其中，若所述其他列车为未建立列车骨干网通信的一组列车，则所述其他列车对应的最小标识为所述其他列车的标识；若所述其他列车为已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车，则所述其他列车对应的最小标识为所述编组列车中列车的最小标识。

12.根据权利要求11所述的架构，其特征在于，所述任一组列车的UE控制所述任一组列车的WLTBN处于激活状态之后，还包括：

所述任一组列车的UE通过所述任一组列车的车地通信系统的车载装置向所述控制中心发送所述任一组列车的WLTBN标识，以指示所述控制中心同步所述任一组列车的WLTBN标识。

13.根据权利要求7所述的架构，其特征在于，所述任一组列车的UE通过所述任一组列车的RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器接收控制中心同步的新WLTBN标识；

其中，所述新WLTBN标识非所述任一组列车的WLTBN标识。

14.根据权利要求11所述的架构，其特征在于，若所述其他列车为已建立列车骨干网通信的编组列车中位于端部的一组列车，则所述任一组列车的UE控制所述任一组列车的WLTBN处于激活状态之后，还包括：

所述任一组列车的UE向所述最小标识对应列车的UE发送请求，所述请求用于指示所述最小标识对应列车的UE控制其WLTBN处于备份状态。

15.根据权利要求9所述的架构，其特征在于，所述当发现编组中的列车，则与发现的列车建立列车骨干网通信之后，还包括：

对于任一组列车，

所述任一组列车的UE标注所述其他列车的标识。

16.根据权利要求6所述的架构，其特征在于，各组列车的UE通过其RFID读取器，从位于轨道固定位置的RFID应答器接收所述控制中心同步的标注标识；

各组列车的UE标注所述标注标识；

其中，标注标识为已建立列车骨干网通信的编组列车向所述控制中心发送的。