CN114500606A - 一种固定编组列车网络架构系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定编组列车网络架构系统,包括:非时间敏感的终端设备ED、时间敏感的终端设备ED‑S、时间敏感型交换机;时间敏感型交换机包括:A类端口、B类端口、C类端口;A类端口与B类端口互为冗余,A类端口用于通过帧复制形式向时间敏感的终端设备ED‑S传输数据;B类端口用于通过帧复制形式向时间敏感的终端设备ED‑S传输数据;A类端口、B类端口、C类端口分别使用不同的以太网VLAN;时间敏感的终端设备ED‑S为列车支持时间敏感功能的终端,时间敏感的终端设备ED‑S与所连接的交换机进行时间同步。本发明解决了当前列车网络关键性数据无法实现无缝冗余的问题,并通过数据传输方法解决新的网络拓扑下不同设备之间通信的问题。
Description
技术领域
本发明涉及列车网络架构领域,尤其涉及一种固定编组列车网络架构系统。
背景技术
列车网络控制系统是高速列车、机车、城市轨道交通车辆的核心系统之一,被称为列车的“大脑和神经系统”,承担着司机操作指令传输,高压供电、牵引制动、辅助供电、车门空调等各系统列车级逻辑控制与诊断。
目前有采用普通以太网进行多网融合的方案,但以太网是以非同步方式工作的,数据传输时间上既不精准也不确定;虽然通用以太网技术解决了许多设备共享网络基础设施和数据连接的问题,但却并没有很好的实现设备之间实时的数据传输,且目前存在列车安全关键性设备数据无法无缝冗余切换的问题。
发明内容
本发明提供一种固定编组列车网络架构系统,以克服以上问题。
本发明包括:
非时间敏感的终端设备ED、时间敏感的终端设备ED-S、时间敏感型交换机;
时间敏感型交换机包括:A类端口、B类端口、C类端口;
A类端口与B类端口互为冗余,所述A类端口用于通过帧复制形式向时间敏感的终端设备ED-S传输数据;所述B类端口用于通过帧复制形式向时间敏感的终端设备ED-S传输数据;
A类端口、B类端口、C类端口分别使用不同的以太网VLAN;
非时间敏感的终端设备ED用于存储列车信息和传输音频流、视频流;
时间敏感的终端设备ED-S为列车支持时间敏感功能的终端,时间敏感的终端设备ED-S与所连接的交换机进行时间同步,时间敏感的终端设备ED-S用于实时控制列车上的各个部件的运行。
进一步地,当发送数据至时间敏感的终端设备ED-S中时,采用以下运行策略:
步骤1、将所述数据上传至中央控制单元CCU,所述数据在中央控制单元CCU中进行帧复制,中央控制单元CCU将复制后的数据分别通过交换机A类端口和交换机B类端口连接的以太网VLAN,将复制后的数据发送到交换机A类端口和交换机B类端口;
步骤2、交换机A类端口和交换机B类端口分别将所述数据发送至时间敏感的终端设备ED-S:
若时间敏感的终端设备ED-S从交换机A类端口和交换机B类端口均接收到数据,且交换机A类端口和交换机B类端口的数据相同,则通过帧清除的形式清除交换机B类端口发送的数据,存储交换机A类端口发送的数据;
若时间敏感的终端设备ED-S从交换机A类端口和交换机B类端口接收到数据时间差超过设定阈值,则存储先接收到的数据;
所述设定阈值为根据经验设定。
进一步地,帧复制包括以下步骤:
步骤11、中央控制单元CCU在接收到的数据中添加冗余标签;
步骤12、中央控制单元CCU复制所述数据,生成两个成员数据;
步骤13、两个成员数据分别通过交换机A类端口和交换机B类端口,发送至时间敏感的终端设备ED-S。
进一步地,帧消除包括以下步骤:
步骤21、时间敏感的终端设备ED-S提取两个成员数据的冗余标签;
步骤22、时间敏感的终端设备ED-S对比两个冗余标签是否相同,
若是,则删除交换机B端口发送的数据,存储A端口发送的数据,若否,则分别存储两个成员数据。
进一步地,时间敏感的终端设备ED-S包括:列车自动控制单元ATC、制动控制单元BCU、中央控制单元CCU、牵引控制单元TCU、车门控制单元DCU、人机接口单元HMI、逻辑控制单元LCU、无线传输装置WTD;
时间敏感的终端设备ED-S均和交换机A端口、交换机B端口分别连接,用于传输数据。
进一步地,非时间敏感的终端设备ED包括:
空调控制单元HAVC、辅助控制单元ACU、输入输出模块IOM、旅客信息系统PLS、烟火报警系统FAS;
非时间敏感的终端设备ED均和交换机C类端口连接,用于传输数据。
有益效果:
本发明将时间敏感网络冗余技术应用到列车通信网络中,将安全关键设备与非关键设备的数据流量进行划分,将安全关键设备与交换机进行时间同步,实现设备之间实时的数据传输;交换机的不同的端口分别使用不同的VLAV向安全关键设备传输数据,若其中之一端口的数据传输出现问题,另一个端口可以作为冗余,实现数据无缝传输;解决了当前列车网络关键性数据无法实现无缝冗余的问题,并通过数据传输方法解决新的网络拓扑下不同设备之间通信的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统框图;
图2为本发明系统图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示,本发明包括:
非时间敏感的终端设备ED、时间敏感的终端设备ED-S、时间敏感型交换机;
时间敏感型交换机包括:A类端口、B类端口、C类端口;
A类端口与B类端口互为冗余,所述A类端口用于通过帧复制形式向时间敏感的终端设备ED-S传输数据;所述B类端口用于通过帧复制形式向时间敏感的终端设备ED-S传输数据;
A类端口、B类端口、C类端口分别使用不同的以太网VLAN;
非时间敏感的终端设备ED用于存储列车信息和传输音频流、视频流;
时间敏感的终端设备ED-S为列车支持时间敏感功能的终端,时间敏感的终端设备ED-S与所连接的交换机进行时间同步,时间敏感的终端设备ED-S用于实时控制列车上各个部件的运行。
具体而言,时间敏感的终端设备用于实时控制列车上的车门状态、列车运行状态、列车数据显示、列车与地面运营平台的数据传输、列车的数据显示、列车的自动驾驶状态。非时间敏感的终端设备用于存储旅客信息、控制列车上的空调状态、检测列车安全状态(是否有烟、是否起火,当触发安全设定时,进行报警)。
具体而言,A类端口、B类端口、C类端口为通过不同以太网VLAN进行划分的三类端口。非时间敏感的终端设备ED通过连接C类端口,通过C端口的VLAN实现数据传输。时间敏感的终端设备和非时间敏感的终端设备,通过是否需要对列车的某个部分进行实时控制来区分。
优选的,当需要发送数据至时间敏感的终端设备ED-S中时,采用以下运行策略:
当发送数据至时间敏感的终端设备ED-S中时,采用以下运行策略:
步骤1、将所述数据上传至中央控制单元CCU,所述数据在中央控制单元CCU中进行帧复制,中央控制单元CCU将复制后的数据分别通过交换机A类端口和交换机B类端口连接的以太网VLAN,将复制后的数据发送到交换机A类端口和交换机B类端口;
步骤2、交换机A类端口和交换机B类端口分别将所述数据发送至时间敏感的终端设备ED-S:
若时间敏感的终端设备ED-S从交换机A类端口和交换机B类端口均接收到数据,且交换机A类端口和交换机B类端口的数据相同,则通过帧清除的形式清除交换机B类端口发送的数据,存储交换机A类端口发送的数据;
若时间敏感的终端设备ED-S从交换机A类端口和交换机B类端口接收到数据时间差超过设定阈值,则存储先接收到的数据;设定阈值为根据经验设定。
具体而言,采用两个端口分别连接不同的VLAN,互为冗余,实现无缝冗余切换,在出现故障的情况下,可以消除从一个路径切换到另一个路径的时间,实现无缝冗余。
优选的,帧复制包括以下步骤:
步骤11、中央控制单元CCU在接收到的数据中添加冗余标签;
步骤12、中央控制单元CCU复制所述数据,生成两个成员数据;
步骤13、两个成员数据分别通过交换机A类端口和交换机B类端口,发送至时间敏感的终端设备ED-S。
具体而言,中央控制单元CCU收到用户发送的数据;随机添加冗余标签(包含序列号的R-TAG);复制该数据,生成两个成员数据(Reference for IEEE802.1CB 7.7流分割);操作每个副本以接收特定的流id(需要更改MAC地址和/或VLANID)(Reference forIEEE802.1CB 7.7流分割);数据通过与定义的以太网VLAN相关的端口发送。冗余标签随机添加在数据中,用于对两个成员数据的核对,相同冗余标签即为相同数据,反之,则为不同数据。
优选的,帧消除包括以下步骤:
步骤21、时间敏感的终端设备ED-S提取两个成员数据的冗余标签;
步骤22、时间敏感的终端设备ED-S对比两个冗余标签是否相同,
若是,则删除交换机B类端口发送的数据,存储A类端口发送的数据,若否,则分别存储两个成员数据。
具体而言,数据通过与定义的以太网VLAN相关的端口接收;提取流id(参数“stream_handle”);已提取出相应的序列信息(Reference for IEEE802.1CB 7.6Sequence编码解码);将丢弃重复项(数据被传递给用户)。
优选的,时间敏感的终端设备ED-S包括:列车自动控制单元ATC、制动控制单元BCU、中央控制单元CCU、牵引控制单元TCU、车门控制单元DCU、人机接口单元HMI、逻辑控制单元LCU、无线传输装置WTD;
时间敏感的终端设备ED-S均和交换机A类端口、交换机B类端口分别连接,用于传输数据。
具体而言,列车自动控制单元ATC用于列车安全运营和自动驾驶,与具备两个以太网接口,分别接入到交换机A类端口和交换机B类端口;制动控制单元BCU用于列车制动控制,实现列车制动,具备两个以太网接口,分别接入到交换机A类端口和交换机B类端口;中央控制单元CCU用于列车中央控制,与列车其他设备进行数据交换,列车控制信息逻辑运算;中央控制单元CCU具备两个以太网接口,分别接入到交换机A类端口和交换机B类端口;牵引控制单元TCU用于列车牵引控制,实现列车的牵引,具备两个以太网接口,分别接入到交换机A类端口和交换机B类端口车门控制单元DCU用于列车车门控制,与CCU进行通信实现列车门的开关,具备两个以太网接口,分别接入到交换机A类端口和交换机B类端口;人机接口单元HMI用于列车数据的显示,与列车其他设备进行数据交换,具备两个以太网接口,分别接入到交换机A类端口和交换机B类端口;逻辑控制单元LCU用于采集司空器、各继电器富足触电等信息逻辑计算后控制车辆各部件动作,具备两个以太网接口,分别接入到交换机A类端口和交换机B类端口;无线传输装置WTD用于列车与地面的车地无线数据传输,具备两个以太网接口,分别接入到交换机A类端口和交换机B类端口。
优选的,非时间敏感的终端设备ED包括:
空调控制单元HAVC、辅助控制单元ACU、输入输出模块IOM、旅客信息系统PLS、烟火报警系统FAS;
非时间敏感的终端设备ED均和交换机C类端口连接,用于传输数据。
具体而言,空调控制单元HAVC、辅助控制单元ACU、输入输出模块IOM、旅客信息系统PLS、烟火报警系统FAS;空调控制单元HAVC用于控制的列车空调运行,具备一个以太网接口,所述接口与交换机C类端口连接;辅助控制单元ACU用于控制列车辅助变流器,具备一个以太网接口,所述接口与交换机C类端口连接;输入输出模块IOM用于传输列车上的数字量和信号量,具备一个以太网接口,所述接口与交换机C类端口连接;旅客信息系统PIS用于传输和展示列车的音频流、视频流,具备一个以太网接口,所述接口与交换机C类端口连接;烟火报警系统FAS用于监测列车烟火与报警,具备一个以太网接口,所述接口与交换机C类端口连接。
有益效果:
本发明将时间敏感网络冗余技术应用到列车通信网络中,将安全关键设备与非关键设备的数据流量进行划分,将安全关键设备与交换机进行时间同步,实现设备之间实时的数据传输;交换机的不同的端口分别使用不同的VLAN向安全关键设备传输数据,若其中之一端口的数据传输出现问题,另一个端口可以作为冗余,实现数据无缝传输;解决了当前列车网络关键性数据无法实现无缝冗余的问题,并通过数据传输方法解决新的网络拓扑下不同设备之间通信的问题。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种固定编组列车网络架构系统,其特征在于,包括:
非时间敏感的终端设备ED、时间敏感的终端设备ED-S、时间敏感型交换机;
时间敏感型交换机包括:A类端口、B类端口、C类端口;
A类端口与B类端口互为冗余,所述A类端口用于通过帧复制形式向时间敏感的终端设备ED-S传输数据;所述B类端口用于通过帧复制形式向时间敏感的终端设备ED-S传输数据;
A类端口、B类端口、C类端口分别使用不同的以太网VLAN;
非时间敏感的终端设备ED用于存储列车信息和传输音频流、视频流;
时间敏感的终端设备ED-S为列车支持时间敏感功能的终端,时间敏感的终端设备ED-S与所连接的交换机进行时间同步,时间敏感的终端设备ED-S用于实时控制列车上的各个部件的运行。
2.根据权利要求1所述的一种固定编组列车网络架构系统,其特征在于,
当发送数据至时间敏感的终端设备ED-S中时,采用以下运行策略:
步骤1、将所述数据上传至中央控制单元CCU,所述数据在中央控制单元CCU中进行帧复制,中央控制单元CCU将复制后的数据分别通过交换机A类端口和交换机B类端口连接的以太网VLAN,将复制后的数据发送到交换机A类端口和交换机B类端口;
步骤2、交换机A端口和交换机B端口分别将所述数据发送至时间敏感的终端设备ED-S:
若时间敏感的终端设备ED-S从交换机A类端口和交换机B类端口均接收到数据,且交换机A类端口和交换机B类端口的数据相同,则通过帧清除的形式清除交换机B类端口发送的数据,存储交换机A类端口发送的数据;
若时间敏感的终端设备ED-S从交换机A类端口和交换机B类接收到数据时间差超过设定阈值,则存储先接收到的数据;
所述设定阈值为根据经验设定。
3.根据权利要求2所述的一种固定编组列车网络架构系统,其特征在于,所述帧复制包括以下步骤:
步骤11、中央控制单元CCU在接收到的数据中添加冗余标签;
步骤12、中央控制单元CCU复制所述数据,生成两个成员数据;
步骤13、两个成员数据分别通过交换机A类端口和交换机B类端口,发送至时间敏感的终端设备ED-S。
4.根据权利要求3所述的一种固定编组列车网络架构系统,其特征在于,所述帧消除包括以下步骤:
步骤21、时间敏感的终端设备ED-S提取两个成员数据的冗余标签;
步骤22、时间敏感的终端设备ED-S对比两个冗余标签是否相同,
若是,则删除交换机B类端口发送的数据,存储A类端口发送的数据,若否,则分别存储两个成员数据。
5.根据权利要求1所述的一种固定编组列车网络架构系统,其特征在于,
时间敏感的终端设备ED-S包括:列车自动控制单元ATC、制动控制单元BCU、中央控制单元CCU、牵引控制单元TCU、车门控制单元DCU、人机接口单元HMI、逻辑控制单元LCU、无线传输装置WTD;
时间敏感的终端设备ED-S均和交换机A类端口、交换机B类端口分别连接,用于传输数据。
6.根据权利要求1所述的一种固定编组列车网络架构系统,其特征在于,非时间敏感的终端设备ED包括:
空调控制单元HAVC、辅助控制单元ACU、输入输出模块IOM、旅客信息系统PLS、烟火报警系统FAS;
非时间敏感的终端设备ED均和交换机C类端口连接,用于传输数据。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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