CN204272154U - 高速动车组网络系统的以太网交换机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于轨道交通车辆网络连接和网络控制领域，具体涉及一种高速动车组网络系统的以太网交换机。所述以太网交换机设置于所述高速动车组的各车辆内并用于高速动车组的以太网列车级通讯和以太网车辆级通讯，且所述以太网交换机至少包括：信息块传输端板卡，其具有用于与相邻的车辆中的以太网交换机连接的多个以太网接口；第一交换机板卡，其具有用于与所述以太网交换机安装的车辆内的各设备的多个以太网接口；以及电源板卡，其用于为所述以太网交换机提供电源。通过采用上述技术方案，本实用新型提供了一种能够实现简单、成本低、设备简单且容错能力好的高速动车组网络系统的以太网交换机。

Description

高速动车组网络系统的以太网交换机

技术领域

本实用新型涉及一种用于轨道交通车辆网络连接和网络控制领域，具体涉及一种高速动车组网络系统的以太网交换机。

背景技术

TCN(IEC61375)列车总线广泛应用于铁路机车车辆、动车组及城轨车辆中，CRH1/3/5列车均使用TCN系统。TCN标准包括车辆与车辆间的数据通信及车辆内的数据通信。

TCN列车总线一般分为两部分：MVB(多功能车辆总线)和WTB(绞线式列车总线)。其中，WTB使用专用屏蔽双绞线电缆。电线的布置采用冗余原则，在车辆的每一侧各有一根电缆，以适应频繁改变其组成的列车组。MVB可使用双绞线或光纤介质，不同的介质可以直接通过中继器互相连接。MVB由一个集中的总线控制器控制。

TCN列车层次结构为：每节车有一个WTB/MVB网关节点，各节车之间的网关节点通过WTB列车总线互联起来。这样，每节车既可以单独通过MVB总线进行控制，又可以通过网关控制其它车辆或者接收其它车辆的运行命令。只要协调好每节车辆之间的控制关系，就可以实现整列车的控制。

但是现有的MVB网络具有如下缺点：

MVB网络应用相对复杂，例如在每个MVB网段中都有一个设备充当总线调度设备(BA)，当其他MVB设备需要增加MVB端口(读写MVB数据时使用)时，必须在总线调度设备中预先注册。另外，MVB网络在网段内采用串行通讯的方式，若MVB线路损坏，则整个串行的MVB网络设备都无法正常工作。

为此，在现有的高速动车组的网络系统设计过程中，为了开发简便，现在高速动车组也运用部分以太网通讯的方式，例如CRH3型动车组的TD-HMI(司机显示屏)和RDT(远程数据传输装置)之间的故障传输就是使用的以太网通讯的方式。但是由于没有以太网交换机的支持，无法再现有的动车组上大规模的使用以太网通讯。

综上，现有的高速动车组网络系统存在如下不足：通用性差，MVB网卡标准实现困难、成本高、设备复杂且容错能力较差。

实用新型内容

为了解决如上现有技术的问题，本实用新型的发明目的在于提供一种能够实现简单、成本低、设备简单且容错能力好的高速动车组网络系统的以太网交换机。

为了实现上述的发明目的，本实用新型采用如下的技术方案。

一种高速动车组网络系统的以太网交换机，所述以太网交换机设置于所述高速动车组的各车辆内并用于高速动车组的以太网列车级通讯和以太网车辆级通讯，且所述以太网交换机至少包括：信息块传输端板卡，其具有用于与相邻的车辆中的以太网交换机连接的多个以太网接口；第一交换机板卡，其具有用于与所述以太网交换机安装的车辆内的各设备的多个以太网接口；以及电源板卡，其用于为所述以太网交换机提供电源。以上方案提供了一种实现方便、同时实现以太网列车级通讯和以太网车辆级通讯的以太网交换机。

进一步地，所述以太网交换机还包括用于调试的第二交换机板卡，其具有至少一个用于调试所述以太网交换机的以太网接口。该接口可以同时用于管理第二交换机板卡，方便进行管理和维护。

优选地，所述信息块传输端板卡和所述第一交换机板卡也分别具有至少一个用于调试的以太网接口。其作用与第二交换机板卡的用于调试的以太网接口的作用类似。

进一步优选地，所述以太网交换机具有多个第一交换机板卡，所述多个第一交换机板卡并联/串联设置。这里“并联/串联”是指根据需要可以讲多个第一交换机板卡进行并联、串联或并联串联的混合连接。

为了提高本实用新型的以太网交换机的兼容性，所述以太网交换机通过以太网/MVB网网关设备与所述高速动车组中的MVB网络连通以实现以太网和MVB网络之间的通讯。

进一步地优选地，在所述高速动车组的各车辆中分别设置多个所述以太网交换机，所述以太网交换机并列设置。提高以太网交换机的可扩展性。

为了方便安置本实用新型的以太网交换机，所述以太网交换机的长、宽、高的尺寸的比的范围优选地在3.5：1：1.5至3.7：1：1.8，所述以太网交换机的重量优选地不超过5千克。

更优选地，所述信息块传输端板卡具有4个以太网接口和1个调试接口；所述第一交换机板卡具有7个以太网接口；并且所述电源板卡具有1个电源输入接口。

通过采用上述技术方案，本实用新型提供了一种能够实现简单、成本低、设备简单且容错能力好的高速动车组网络系统的以太网交换机。

附图说明

下面，将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1示出了本实用新型的以太网交换机在高速动车组中连接结构示意图；

图2示出了本实用新型的以太网交换机实现列车级通讯和车辆级通讯的方式示意图；

图3示出了本实用新型的以太网交换机的外观示意图；

图4示出了本实用新型的以太网交换机在动车组中的部分车辆中的拓扑结构示意图；

图5示出了电源接口和以太网接口的接口示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的实施例中的附图，对本实用新型的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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

首先对工业以太网进行简要的说明。工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，具有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂商的需求。工业以太网的低成本、高时效、高扩展性及高智能等特点，使其广泛的应用于工业的各个领域。新的IEC61375标准中将以太网列入了车辆网和列车网，本实用新型就是针对车载以太网进行，提供了可以实现列车级及车辆级通信的以太网交换机。

本实用新型在于提供一种能够实现简单、成本低、设备简单且容错能力好的高速动车组网络系统的以太网交换机。

下面结合说明书附图对本实用新型的以太网交换机进行详细的说明。其中图1示出了本实用新型的以太网交换机在高速动车组中连接结构示意图，其中示出了以太网交换机在高速动车组的网络系统的连接位置；图2示出了本实用新型的以太网交换机实现列车级通讯和车辆级通讯的方式示意图；图3示出了本实用新型的以太网交换机的外观示意图，其中仅示出了该以太网交换机一方向的视图；图4示出了本实用新型的以太网交换机在动车组中的部分车辆中的拓扑结构示意图，以利于本领域技术人员对以太网交换机的具体拓扑结构进行理解。

以太网交换机在用于实现列车级的以太网通讯时，在本实施方式中提供4个以太网接口(M12)，分别连接相邻车辆的以太网网关，以实现以太网列车级通讯功能；以太网交换机在用于实现车辆级的以太网通讯时，提供28个以太网接口(M12)，用于连接本车辆内的各设备(最多连接28个设备)，以实现以太网车辆级通讯功能。列车级通讯和车辆级通讯关系如图2所示。

以太网交换机可以仅包括作为信息块传输端板卡的ETB板卡、电源板卡和第一交换机板卡三种模块组成，当高速动车组具有8节车辆时，在1车和8车中将以太网交换机安装于司机室电器柜；在2-7车中将以太网交换机安装于乘客室电器柜，优选地，每节车厢安装一个以太网交换机。以太网交换机的壳体的示意图如附图3所示，设备重量约5千克，尺寸为：

482.5(长)×132(宽)×240(高)，单位：毫米(mm)

下面对本实施方式中的以太网交换机的各板卡的功能说明如下：

1)ETB板卡(信息块传输端板卡)：实现以太网列车级通讯功能。该板卡具有4个以太网接口(M12)，分别与相邻的车辆的以太网网关连接；并保留了一个调试与管理接口(RS232)。

2)PWR板卡(电源板卡)：将DC110V转换为各板卡用电。该板卡具有1个电源输入接口(M12 A-Code Male)。

3)SWT1-SWT4板卡(第一交换机板卡)：实现以太网车辆级通讯功能。每个板卡(SWT1-SWT4)具有7个以太网接口(M12)，用于连接本车辆内的各设备，即车辆级最多连接28个设备。

4)SWT5板卡(第二交换机板卡)具有2个以太网接口(RJ45)，用于调试作用。

因为动车的编组方式要随着实际需要而改变，比如有时列车为8辆编组，有时为16辆编组。若以太网使用固定IP地址进行寻址，便会引起IP地址冲突，比如两辆列车的1车BCU1在使用固定IP地址时值都应一致，这时若这两辆列车重联，两个1车BCU1的IP地址便会冲突。这便需要有一个设备对IP地址进行统一的管理和分配。根据动车的实际需要，以太网交换机可对列车以太网设备进行IP地址动态分配，分配原则为：设备IP地址为192.168.XXX.YYY。其中XXX随所在单元不同而改变，如1单元以太网设备XXX为1，2单元为2。YYY随设备类型不同而不同，如1单元HMI1为101，HMI2为102；2单元HMI1为101，HMI2为102。

采用上述技术方案的本实施方式的以太网交换机满足如下的技术参数：

1)符合GB/T 25119-2010(或等同)铁道机车车辆电子装置相关要求。

2)符合GB/T 21563-2008(或等同)相关振动要求。

3)符合EN 50121-3-2:2006(或等同)相关电磁兼容性要求。

4)具备4路列车级以太网接口；具备28路车辆级以太网接口。

下面对各板卡上的指示灯进行说明

下面对各板卡上的接口的作用进行说明

虽然以太网接口与电源接口的接口示意图看起来是一样的，都如图5所示，但是它们的管脚定义却完全不同，如下所示。

以太网接口接线图(M12 D-Code Female)

管脚编号	管脚定义
		1	Tx+
2	Rx+
		3	Tx-
4	Rx-

电源板卡接口接线图(M12 A-Code Male)

管脚编号	管脚定义
		1	DC110V+
2	保留
		3	DC110V-
4	保留

注：电压波动范围在-30％-+25％。

目前，为信息交换而设计的以太网用于要求实时性和确定性的列车网络时，现场总线涉及到大批量MVB设备的改造，所以现在以太网技术在列车网络中的应用主要是与现有的MVB总线相结合的模式。

以太网的列车运行过程中经常起监视的作用，不参与列车控制，当以太网故障时，列车的运行便能不受影响。由于以太网在列车上的应用，大量的故障数据，事件记录，设备运行参数等都可通过以太网通讯的方式传输给显示屏和无线车载设备等，然后根据具体需求对数据进行分类存储、显示以及发送至地面监视服务器，大大提高了对动车组的安全状态和故障情况进行监控的能力，增加了对网络设备维护的手段。原来部分通过MVB网络传输的数据可通过以太网进行传输，对传输信息可进行更合理的分配，提高了整个网络通讯带宽的利用率。

高速动车组以太网总线采用线型拓扑，传输速率为100Mbit/s。每节车厢设有以太网交换机，以太网拓扑结构图说明如下(参见图4)：

1)在每个车辆中装有以太网交换机，用于以太网总线之间的连接，可以传输故障诊断、事件记录、显示等数据。以太网采用100BASE-TX，全双工模式。

2)网络硬件(CCU、GW、IO模块、HMI、WTD)通过以太网总线连接至各车的以太网交换机。

3)其它具有以太网接口的子系统控制单元可以通过以太网总线连接至各车的以太网交换机。

4)ETH/MVB网关可以通过MVB总线串行接入MVB网络，获取MVB网络中的信息。

5)以太网可作为维护网络，对连接至以太网的车载子系统实现单点维护。

6)以太网目前仅作为监视网，不参与控制，当以太网故障时，动车组能够不受影响地运行。

主要网络设备包括TCN网关(GATEWAY)、中央控制单元(CCU)、人机接口单元(HMI)、中继器(REP)、输入输出模块(IOM)、无线传输装置(WTD)、以太网网关(ETH/GW)、以太网交换机、高压控制单元等。图4中所列出的各单元的缩写实际上是本领域技术人员能够根据其命名就完全知晓的，因此为了简要而在这里并不对各单元的具体名称和作用进行完全的解释说明。

该以太网交换机采用了3U机箱来支持28个以太网接口，结构紧凑，在同样尺寸的前提下比同类产品扩展更多的以太网接口。该交换机可支持板卡的热插拔，并且SWT型板卡的数量可以灵活的配置，比如：在以太网设备数量较少的情况下，不需要提供28个以太网接口，可在机箱内相应减少SWT型板卡的数量，使板卡资源得以充分利用。

通过采用如上的技术方案，本实用新型的以太网交换机至少具有如下主要功能：

1)实现车辆级的网络设备之间的通讯；

2)实现列车级的网络设备之间的通讯。

3)实现对以太网设备IP地址进行统一的分配和管理。

本实用新型的以太网交换机的技术效果如下：

1)通用性：以太网相对MVB网络运用更加广泛，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具；

2)成本：以太网设备成本更低，开发更便捷。

3)可靠性：工业以太网具有较高的可靠性；

4)带宽：最高可达100Mbps的数据传输速率，能提供足够的带宽。MVB网络在网段内采用串行通讯的方式，若MVB线损坏，则整个串行的MVB网络设备都无法正常工作；以太网络采用星形拓扑结构，当以太网线损坏时，并不会影响整个网络的通讯。

上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。

Claims (9)

1.一种高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，所述以太网交换机设置于所述高速动车组的各车辆内并用于高速动车组的以太网列车级通讯和以太网车辆级通讯，且所述以太网交换机至少包括：

信息块传输端板卡，其具有用于与相邻的车辆中的以太网交换机连接的多个以太网接口；

第一交换机板卡，其具有用于与所述以太网交换机安装的车辆内的各设备的多个以太网接口；以及

电源板卡，其用于为所述以太网交换机提供电源。

2.根据权利要求1所述的高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，所述以太网交换机还包括用于调试的第二交换机板卡，其具有至少一个用于调试所述以太网交换机的以太网接口。

3.根据权利要求1或2所述的高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，所述信息块传输端板卡和所述第一交换机板卡也分别具有至少一个用于调试的以太网接口。

4.根据权利要求3所述的高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，所述以太网交换机具有多个第一交换机板卡，所述多个第一交换机板卡并联/串联设置。

5.根据权利要求1所述的高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，所述以太网交换机通过以太网/MVB网网关设备与所述高速动车组中的MVB网络连通以实现以太网和MVB网络之间的通讯。

6.根据权利要求1所述的高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，在所述高速动车组的各车辆中分别设置多个所述以太网交换机，所述以太网交换机并列设置。

7.根据利要求1所述的高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，所述以太网交换机的长、宽、高的尺寸的比的范围在3.5：1：1.5至3.7：1：1.8。

8.根据利要求1所述的高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，所述以太网交换机的重量不超过5.5千克。

9.根据利要求1所述的高速动车组网络系统的以太网交换机，其特征在于，所述信息块传输端板卡具有4个以太网接口和1个调试接口；所述第一交换机板卡具有7个以太网接口；并且所述电源板卡具有1个电源输入接口。