CN114567652A - 一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统。在该架构中，一条以太网环网用作纯控制数据传输（简称A网），一条以太网环网用作控制数据与维护数据的传输（简称B网），A网与B网结合终端设备的双归属技术实现控制数据传输的双路冗余，B网额外承担维护数据的传输及与外部第三方接口的功能，另外在B网的对外边界设置防火墙实现以太网网络安全防护。该架构实现了终端设备和列车总线的双重冗余，无需使用特定功能交换机，具有普适性，且在不会增加总线节点交换机数量。功能区域的划分也充分考虑了开放网络的安全性问题，在物理链路上保留了一条纯粹的控制功能通道。
Description
技术领域
本发明属于城轨交通网络领域，具体涉及一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统。
背景技术
随着城轨交通的高速发展，从提高总线传输速率、应用现代化网络技术等方面进行考虑，TCMS系统完成了从CAN总线到MVB总线再到以太网的升级，在总线介质和架构方式上，速率的升级也意味着更开放的网络架构。
对于车辆制造商及城市轨道交通运营方而言，如何提高以太网总线的可靠性、冗余性和安全性成为在应用新技术的同时需要考虑的焦点问题。
在标准单环网网络架构的实时以太网控车项目中，单环网架构中仅能容忍一处断点故障，且维护与控制网络的合用一条对外接口，对于列车网络的可用性、冗余性及安全性考虑欠缺。
如图1~图5所示，现有IEC61375标准中定义了5种以太网总线的典型拓扑架构：在线型拓扑和环形拓扑中对于终端设备的通讯链路无冗余；在双归线型拓扑和双归环形拓扑中，网络可用性一般，列车总线仅允许单链路失效，多条链路失效或者多个交换机失效会导致网络故障无法恢复；在梯形拓扑中，需要交换机支持特定的协议(如DHP等)才能组成梯形网络，不具备普适性。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统，包含数据传输环网、数据维护环网、子系统设备和列车网络设备，所述列车网络设备和子系统设备的一端通过车载以太网交换机接入数据传输环网，列车网络设备和子系统设备的另一端通过车载以太网交换机接入数据维护环网。
优选地，所述数据传输环网和数据维护环网为1000M以太网。
优选地，所述数据传输环网和数据维护环网设有至少两个车辆控制单元，实现热备冗余。
优选地，所述子系统设备和列车网络设备通过以太网线接入车辆控制单元。
优选地，所述网络设有独立的数据记录仪，通过以太网线接入数据维护环网。
优选地，所述数据传输环网预留RS485接口。
优选地，所述数据维护环网设有防火墙，还设有与防火墙连接的乘客信息系统、第三方无线网络系统和以太网维护接口。
采用上述技术方案带来的有益效果：
在该架构中，一条以太网环网用作纯控制数据传输（简称A网），一条以太网环网用作控制数据与维护数据的传输（简称B网），A网与B网结合终端设备的双归属技术实现控制数据传输的双路冗余，B网额外承担维护数据的传输及与外部第三方接口的功能，另外在B网的对外边界设置防火墙实现以太网网络安全防护。对比标准中定义的几类以太网总线方式，该架构实现了终端设备和列车总线的双重冗余，无需使用特定功能交换机，具有普适性，且在不会增加总线节点交换机数量。功能区域的划分也充分考虑了开放网络的安全性问题，在物理链路上保留了一条纯粹的控制功能通道。
附图说明
图1是线型拓扑架构图；
图2是环网拓扑架构图；
图3是双归线型拓扑机构图；
图4是双归环网拓扑；
图5是梯形拓扑架构图；
图6是基于实时以太网的双归属不对称双环网网络架构图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图6所示，本发明中列车控制与监测系统采用基于分组交换技术的编组以太网网络（ECN）。其中列车级网络采用的是双环形结构、终端设备双归属架构，任一环网单点故障不影响整个网络的通信。其中红色环网（以下简称红网）用于控制数据的传输；蓝色环网（以下简称蓝网）用于控制和维护数据的传输。本地车辆级网络采用的是星型结构，任一终端设备的故障不影响其他终端设备的通信。列车级以太网采用1000BASE-T，车辆级以太网采用100BASE-TX。
一列车设置两个VCU，热备冗余，当其中一个故障时，另外一个将自动接替它的工作，实现无缝切换，保证列车的正常运行。VCU通过以太网络能够监视、控制整列车，同时将诊断的信息发送到HMI上，帮助司机进行驾驶操作。设置独立硬件的大容量数据记录仪（EVR）实现故障记录和事件记录的功能。通过地面无线通信系统的WLAN，VCU将故障信息和列车重要状态信息实时传输给OCC，并可在回库后将故障数据传输到地面服务器，用于维护分析等。
所有具备以太网接口的子系统设备分别通过dual-homing(双归宿)的方式通过两根控制以太网线分别连接两个编组交换机接入到红网和蓝网ECN，如：TCU、ACU、EDCU、RIOM等。每个单元制动系统组建一个CAN内网，每个单元有两个网关阀各通过一根控制以太网线分别接入红网和蓝网，制动系统在A车各有一个Datalog用以记录制动系统离线数据通过一根控制以太网线接入蓝网。两个网关阀热备冗余。每车牵引控制单元和辅助控制单元还将分别接入一个维护以太网口到车辆网络。每车的车门系统通过以太网级联方式组建内网，每个内网单元有两个网关门控单元分别连接两个车载以太网交换机接入到红网和蓝网。每个A车LCU分别连接两个车载以太网交换机接入到红网和蓝网，另外每车LCU还将接入一个维护以太网口到蓝网。对于没有以太网接口的无线车载台系统，在A车RIOM10上预留RS485接口供无线车载台系统传输故障和状态信息到TCMS。
在每个B车配置车载安全防火墙设备，部署在无线模块、PIS系统、第三方无线系统等边界与列车内部网络交换机之间，实现边界防护与访问控制功能，保证车地无线通信通过防火墙接入车辆网络内部。
A车分别配置一个方便维护的RJ45以太网接口。通过接入到该以太网维护口，可以方便的实现对以太网上所有设备的维护操作功能。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统,其特征在于，包含数据传输环网、数据维护环网、子系统设备和列车网络设备，所述列车网络设备和子系统设备的一端通过车载以太网交换机接入数据传输环网，列车网络设备和子系统设备的另一端通过车载以太网交换机接入数据维护环网。
2.根据权利要求1所述一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统,其特征在于，所述数据传输环网和数据维护环网为1000M以太网。
3.根据权利要求1所述一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统,其特征在于，所述数据传输环网和数据维护环网设有至少两个车辆控制单元，实现热备冗余。
4.根据权利要求3所述一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统,其特征在于，所述子系统设备和列车网络设备通过以太网线接入车辆控制单元。
5.根据权利要求1所述一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统,其特征在于，所述网络设有独立的数据记录仪，通过以太网线接入数据维护环网。
6.根据权利要求1所述一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统,其特征在于，所述数据传输环网预留RS485接口。
7.根据权利要求1所述一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统,其特征在于，所述数据维护环网设有防火墙，还设有与防火墙连接的乘客信息系统、第三方无线网络系统和以太网维护接口。
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