CN114501379A - 兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，包括：通信控制板；所述通信控制板实现基于开放网络的通信协议，设有适配电路交换网络和分组交换网络的网络结构，能够接入电路交换网络和多种分组交换网络；所述通信控制板一端与ATP或ATO交互，另一端通过多模电台与地面设备交互。上述系统适用电路交换网络和多种分组交换网络(包括GSM‑R电路交换网络，也可以基于GPRS、LTE‑R或者5G‑R等分组交换网络)；可用于承载CTCS‑3级列控系统以及高速铁路ATO系统无线数据通信。此外，现场通信网络升级过程中，可以采用本系统，实现由GSM‑R网络向LTE‑R或5G‑R网络的过渡，保证现场运营秩序稳定。

Description

兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种同时支持电路交换网络和多种分组交换网络的列控车载无线通信系统。
背景技术
中国高速铁路CTCS-3级列控系统中，地面RBC(无线闭塞中心)设备负责生成行动许可消息并将其发送给车载ATP(列车自动保护系统)设备，从而控制列车运行。当前运营的ATP设备均采用GSM-R电台，利用GSM-R电路交换网络与RBC设备进行通信。CTCS-3级无线通信系统结构简图如图1所示。
现有CTCS-3级列控系统的无线通信系统，是采用GSM-R电台，并且基于GSM-R电路交换网络，与RBC进行通信，其通信协议包括了安全层(ERTMS ETCS subset-037V2.3.0)、传输层(ITU-T X.224TP2)、网络层(ITU-T T.70CSPDN header)、链路层(ISO 7776HDLC)、物理层(GSM-R)等。ATP与RBC建立连接后，需要长期独占所分配的GSM-R电路域时隙和无线信道，直到与RBC无线会话中断才能释放链路。为了完成与两个RBC的切换过程，现有车载无线通信系统需要采用2个GSM-R电台，每个电台负责与其中一个RBC进行通信。这一方案的缺陷在于：1)GSM-R电路切换网络为CTCS-3级列车控制业务分配独占的电路域时隙和无线信道，这降低了整个系统的容量和可承载用户量；GSM-R电路交换网络传输速率较低，波特率一般是2400、4800或9600；另外还受GSM-R系统能力限制。2)GSM-R网络的生命周期不久将终结，所有厂商均将停止GSM-R网络设备的维护。3)5G-R作为下一代铁路通信系统，将用于承载CTCS-3级列控系统业务，因此现有的无线通信系统将无法继续服务于CTCS-3级等的列控系统。4)现有技术方案采用双电台，分别与两个RBC建立连接以完成RBC切换过程，如果其中一个电台发生故障，RBC移交时只能采用单电台进行移交，即需要先断开其中一个RBC连接再去连接下一个RBC，有可能会导致无线超时制动并降级C2等级运行，从而影响运营秩序。
现有高速铁路ATO系统(列车自动驾驶系统)的无线通信系统，是采用GPRS电台，并且基于GPRS分组交换网络，与地面TSRs(临时限速服务器)设备进行通信，其通信协议包括了安全层(ERTMS ETCS subset-037V2.3.0)、传输层(TCP)、网络层(IP)等。与前述现有方案不同的是，运营场景中不存在两个TSRs切换过程，所有ATO设备仅配备1个GPRS电台，该电台负责与TSRs进行通信。但是，这一方案能支持GPRS分组交换网络，无法基于既有的GSM-R电路交换网络为ATO系统提供通信服务。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，能够适用于电路交换网络和多种分组交换网络，并且能够替换现有的车载设备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，包括：通信控制板与多模电台；
所述通信控制板实现基于开放网络的通信协议，设有适配电路交换网络和分组交换网络的网络结构，能够接入电路交换网络和多种分组交换网络；所述通信控制板一端与ATP或ATO交互，另一端通过所述多模电台与地面设备交互。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明能支持多模电台，并且适用电路交换网络和多种分组交换网络(包括GSM-R电路交换网络，也可以基于GPRS、LTE-R或者5G-R等分组交换网络)；可用于承载CTCS-3级列控系统以及高速铁路ATO系统无线数据通信。此外，现场通信网络升级过程中，可以采用本系统，实现由GSM-R网络向LTE-R或5G-R网络的过渡，保证现场运营秩序稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明背景技术提供的CTCS-3级无线通信系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信的示意图；
图3为本发明实施例提供的通信控制板的示意图。
具体实施方式
下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
下面对本发明所提供的一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图2所示，一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，主要包括：通信控制板与多模电台；所述通信控制板实现基于开放网络的通信协议，设有适配电路交换网络(属于电路域网络)和分组交换网络(属于分组域网络)的网络结构，能够接入电路交换网络和多种分组交换网络；所述通信控制板一端与ATP或ATO交互，另一端通过所述多模电台与地面设备交互。
系统还包括：电源和接口板；所述电源和接口板用于为所述通信控制板以及多模电台提供电源，以及提供所述通信控制板与ATP或ATO的连接接口；背板，系统内采用背板接口方式，即系统各部分(即电源和接口板、通信控制板1系、通信控制板2系)均通过背板连接。
上述系统的总尺寸可以为宽19TE，高6U，深160mm，各板卡规格可以为：
1)通信控制板(双系)4TE，6U，160mm。
2)电源和接口板7TE，6U，160mm。
3)背板19TE，6U。
上述系统采用如下两类接口方式：
1)接口1：MVB或RS422，与ATP或ATO的接口。
2)接口2：与多模电台间采用背板接口方式。
本发明实施例中，系统核心为通信控制板，所述通信控制板为双系通信控制板，双系温备的配置：主系负责管理与控制，备系仅处于初始态；主系故障时，启用备系，接管全部管理与控制功能；通信控制板的前面板设有状态指示灯，应用软件运行于ARM架构的CPU芯片，并采用实时操作系统。功能板基础软件提供任务调度和超时监控功能，应用任务调度周期为10ms和100ms，且周期运行时间不得超时。为了尽量不影响应用任务运行周期，RS422各个接口的输入输出均采用DMA方式实现。
本发明实施例中，通信控制板向ATP或ATO发送密钥信息和配置参数信息，并且与ATP或ATO交互车地信息；通信控制板向电台发送控制指令，并且交互业务数据。通信控制板CPU自带片内Flash，用于存储可执行文件、参数文件、密钥文件，由本地文件管理模块进行访问。现场工程相关的参数、密钥等都可以根据需要进行配置。
图3展示了通信控制板的主要组成结构，其主要包括：通信协议模块、数据收集与分发模块、本地文件管理模块、协调功能模块、电路交换网络模块、分组交换网络模块以及电台管理模块；其中：
所述通信协议模块，用于实现与ATP或ATO的内部通信协议，其一端连接ATP或ATO，另一端连接数据收集与分发模块；
所述数据收集与分发模块，还与本地文件管理模块以及协调功能模块连接，用于将收集到的或者待分发的数据存入本地文件管理模块，以及通过协调功能模块进行数据收集或者分发；
所述协调功能模块还与电路交换网络模块以及分组交换网络模块连接，用于指定当前所需使用的网络模式；
所述电台管理模块一端与电路交换网络模块以及分组交换网络模块连接，另一端连接多模电台，用于根据当前所需使用的网络模式选择相应模式电台进行数据收发，即分组交换网络选用分组域模式电台，电路交换网络则选用电路域模式电台。
本发明实施例中，所述电路交换网络模块包括：依次设置的传输层、网络层与数据链路层协议栈。
本发明实施例中，所述分组交换网络模块包括：依次设置的ALE层(协调功能模块与TCP层之间的适配层)、TCP层、IP层和PPP协议栈。
通过以上说明可知，本发明提供的无线通信系统不仅适用既有的电路交换网络，还适用多种分组交换网络，支持多模电台，基于此，可以应用于CTCS-3级列控业务和高速铁路ATO列控业务，以及西部低密度铁路或者下一代铁路列控系统。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，其特征在于，包括：通信控制板与多模电台；
所述通信控制板实现基于开放网络的通信协议，设有适配电路交换网络和分组交换网络的网络结构，能够接入电路交换网络和多种分组交换网络；所述通信控制板一端与ATP或ATO交互，另一端通过所述多模电台与地面设备交互。
2.根据权利要求1所述的一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，其特征在于，系统还包括：电源和接口板；所述电源和接口板用于为所述通信控制板以及多模电台提供电源，以及提供所述通信控制板与ATP或ATO的连接接口。
3.根据权利要求1或2所述的一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，其特征在于，系统还包括：背板，系统内采用背板接口方式，即系统各部分均通过背板连接。
4.根据权利要求1所述的一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，其特征在于，所述通信控制板包括：通信协议模块、数据收集与分发模块、本地文件管理模块、协调功能模块、电路交换网络模块、分组交换网络模块以及电台管理模块；
所述通信协议模块，用于实现与ATP或ATO的内部的通信协议，其一端连接ATP或ATO，另一端连接数据收集与分发模块；
所述数据收集与分发模块，还与本地文件管理模块以及协调功能模块连接，用于将收集到的或者待分发的数据存入本地文件管理模块，以及通过协调功能模块进行数据收集或者分发；
所述协调功能模块还与电路交换网络模块以及分组交换网络模块连接，用于指定当前所需使用的网络模式；
所述电台管理模块一端与电路交换网络模块以及分组交换网络模块连接，另一端连接多模电台，用于根据当前所需使用的网络模式选择相应模式电台进行数据收发，即分组交换网络选用分组域模式电台，电路交换网络则选用电路域模式电台。
5.根据权利要求4所述的一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，其特征在于，所述电路交换网络模块包括：依次设置的传输层、网络层与数据链路层协议栈。
6.根据权利要求4所述的一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，其特征在于，所述分组交换网络模块包括：依次设置的ALE层、TCP层、IP层和PPP协议栈；所述ALE层为协调功能模块与TCP层之间的适配层。
7.根据权利要求1所述的一种兼容电路域和多种分组域网络的列控车载无线通信系统，其特征在于，所述通信控制板为双系通信控制板；通信控制板的前面板设有状态指示灯，通信控制板的应用软件运行于ARM架构的CPU芯片，通信控制板采用实时操作系统。
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