CN217428361U - 一种无线通讯的车地双向通信系统 - Google Patents

Abstract

一种无线通讯的车地双向通信系统，属于车地无线通讯技术领域，包括有线网络环网、无线网络，还包括设置在轨旁的相互连接的无线服务器和无线轨旁接入箱，还包括设置在车上的相互连接的车载无线单元、车载监测板及车载天线，车载天线与轨旁无线网络信号相连，所述车载无线单元及车载天线在车头、车尾各设置一套，车头与车尾的车载无线单元分别与两个无线安全网上的AP相关联，车头与车尾的车载无线单元经首尾贯通网线相连，每个车载无线单元包括相互连接的车载AP模块、交换机板及ATP子系统，所述ATP子系统与车载主机相连。本实用新型利用列车和地面间的双向数据通信设备，实现完全防护的列车双向运行模式。

Description

一种无线通讯的车地双向通信系统

技术领域

本实用新型属于车地无线通讯技术领域，尤其涉及一种无线通讯的车地双向通信系统。

背景技术

现有地铁系统具有在线列车运行的超速防护功能、间隔防护功能、冒进信号防护功能、车门防护、在车站站台实现与安全门联动、自动运行以及精确停车等ATP/ATO功能。

现有地铁系统中每条进路中仅允许列车使用，在进路始端信号机前设置有源应答器设备，应答器设备通过检测信号机的点灯电路中的电压和电流，确定信号机的显示，并据此选择相对应的应答器报文发送给列车。列车通过有源应答器时，获取信号机的显示状态和相关移动授权信息，指导司机或ATO设备控制列车的运行。

现有地铁系统采用进路闭塞行车控制方式，进路采用信号机至顺向信号机的办理方式，联锁设备需要检查进路内的所有区段空闲、道岔位置及锁闭、敌对信号机的状态、终端信号机的红灯灯丝状态等，另外还需要检查终端信号机内方的保护区段的空闲及锁闭状态，才能开放进路始端信号机，保护区段的长度及数量需要通过ATP的计算最终确定。车载与地面的通讯缓慢，交换的信息的速率低通讯信息量少，地面提供给车辆的信息量低，导致车的行驶的速率低运营时间间隔大。

实用新型内容

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种无线通讯的车地双向通信系统，利用列车和地面间的双向数据通信设备，实现完全防护的列车双向运行模式。

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一种无线通讯的车地双向通信系统，包括设置在各个车站、车辆段的由骨干网和交换机组成的有线网络环网，以及由相互连接的无线控制器、交换机和AP设备组成的无线网络，

还包括设置在轨旁的相互连接的无线服务器和无线轨旁接入箱，无线轨旁接入箱与无线安全网连接，无线轨旁接入箱内设有与无线安全网相连的AP模块；

还包括设置在车上的相互连接的车载无线单元、车载监测板及车载天线，车载天线与轨旁无线网络信号相连，所述车载无线单元及车载天线在车头、车尾各设置一套，车头与车尾的车载无线单元分别与两个无线安全网上的AP相关联，车头与车尾的车载无线单元经首尾贯通网线相连，每个车载无线单元包括相互连接的车载AP模块、交换机板及ATP子系统，所述ATP子系统与车载主机相连。

进一步地，有线网络覆盖控制中心、备用控制中心、车站、车辆段、维修中心、试车线。

进一步地，无线网络覆盖正线、折返线、存车线、出入段线、车辆段/停车场咽喉区和停车列检库内、试车线区域。

进一步地，一个无线轨旁接入箱内配置两个AP模块，分别对应两个不同的无线安全网，一个无线轨旁接入箱配置两组连接不同无线安全网的定向天线。

进一步地，车载无线单元在轨道上的任何一点至少检测到与两个无线轨旁接入箱发送的信号相连。

进一步地，每个车载无线单元设有一个车载AP模块、两个交换机板及两个ATP子系统，每个交换机与自身的一个ATP子系统相连，车头的交换机与车尾的交换机分别一一相连。

进一步地，每个AP设备具有单独的物理地址。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的无线通讯车地双向通信系统，通过设置有线网和无线网络，在轨旁设置无线轨旁接入箱，在车头和车尾设置车载无线单元，一个车载无线单元至少检测两个无线轨旁接入箱发送的信号，车头与车尾通过网线传递信息，实现列车和地面间的双向数据通信，实现完全防护的列车双向运行模式，能够最大限度的提高线路运输效率和旅客的乘车舒适度，实现行车指挥自动化和列车运行自动化。

附图说明

图1 为本实用新型车载无线单元与无线轨旁接入箱越区切换示意图；

图2 为本实用新型中车载设备结构示意图。

图中标记：1为无线轨旁接入箱、2为车载无线单元、2-1为AP-A模块、2-2为交换机A1、2-3为交换机B1、2-4为ATP-A1系统、2-5为ATP-B1系统、2-6为AP-B模块、2-7为交换机A2、2-8为交换机B2、2-9为ATP-A2系统、2-10为ATP-B2系统、 3为车载天线、4为首尾贯通网线。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

本实用新型为一种无线通讯的车地双向通信系统，包括数据通信车地双向通信系统由三部分组成，分为有线网络、无线网络和车地双向通信系统维护管理设备。

本实用新型无线通讯的车地双向通信系统包括有线网络由骨干网和接入交换机组成，其中骨干网由信号专业独立组网。骨干网结合以太网交换机，构成整个有线网络。车地双向通信系统网络为信号系统提供专用有线信息传输服务，为控制中心、备用控制中心、车站、维修中心之间提供信息的透明传输通道，为控制中心、备用控制中心、车站、车辆段、维修中心、试车线的信号设备提供局域网连接。

本实用新型的无线网络覆盖线路区域包括：无线控制器、交换机和AP设备。正线、折返线、存车线、出入段线、车辆段/停车场咽喉区和停车列检库内、试车线等区域均实现无线覆盖。

无线网络采用定向天线实现车地双向通信，基于ISM的2.4GHz开放频段，利用专有的工业级无线设备组件和标准化、模块化的有线硬件设备，构成一个高可用性的无线网络，符合通用无线传输协议，无线通信技术适应市域轨道交通速度目标值及运营环境，便于升级及维护。

车地双向通信系统中配置轨旁无线服务器和车载监测板，车载监测板与车载无线单元2连接，同于对接收的数据进行监测和数据记录。

骨干网络在各个车站、车辆段设置节点，组成环网。

以一条地铁线路为例，一种可选的骨干网的网络拓扑图，骨干网组网方式灵活，易于扩展，可根据现场实际需求对组网方式进行调整。

在整个车地双向通信系统中，带宽瓶颈主要集中在车地双向传输系统，也就是轨旁无线接入点与车载无线接入单元之间的无线链路上。参考以往工程经验和测试的结果。无线轨旁接入箱的设置的总体原则是：车载无线单元TRU在轨道上的任何一点都能至少检测到两个无线轨旁接入箱发送的信号。

车-地无线网络的无线轨旁接入箱是冗余的，一个无线轨旁接入箱内配置2个AP模块，分别对应2个不同的无线安全网。在一个无线轨旁接入箱点配置两组连接不同无线安全网的定向天线。

车载无线单元及天线是冗余的，在车头、车尾分别安装一套信号车载无线单元及车载天线，通过车顶的无线天线发送/接收轨旁无线网络信号，车头与车尾的无线单元分别与两个无线安全网上的AP相关联，用于发送/接收数据。

如图1所示，为本实用新型的越区切换示意图，由于车地双向通信系统承载的数据直接关系到行车安全，故要求列车即使在高速运行下，也要保持无线链路不能中断。当车载无线单元从一个AP的覆盖范围移动到下一个AP的覆盖范围时，将发生切换。小区之间的无线切换操作是自动的，并且对于列车操作来说是透明的。

在切换期间，车载无线单元与AP失去连接即通信中断，对于列车运行，特别是高速列车运行是不能接受的。为避免切换过程中任何可能的数据丢失，需要达到小于100ms切换时间，本实用新型采用在无线系统使用了快速切换的方法：

TRU（车载无线单元）的越区切换一系列关联、断开关联和重关联过程。在漫游过程中，车载无线单元负责启动与下一个AP的联系，当车载无线单元扫描到一个无线轨旁接入箱的信号时，启动探寻请求，得到响应后，发送关联请求，认证通过后，完成关联。

断开关联是指当TRU与无线轨旁接入箱关联后，当TRU监测到当前关联无线轨旁接入箱的信号强度不满足通信需求，并且监测到另外一个无线轨旁接入箱的信号满足需求，断开与当前无线轨旁接入箱的关联，或者监测到当前信号不满足关联条件，直接断开。

当TRU与一个新的无线轨旁接入箱或之前联系过的无线轨旁接入箱建立连接时，就发生了重关联。

列车上每个TRU一次只能与一个无线轨旁接入箱相关联，以确保它与网络只保持有一个连接。

也就是说，所有与切换有关的处理，在列车运行在相邻AP重叠区域内都会完成，而重叠区域的大小应该按照列车全速运行来设计，越区切换时间为“零”。

如图2所示，为本实用新型中车载设备结构示意图，

车载数据通信网络由车头和车尾的两套TRU设备以及首尾贯通网线组成，每套TRU包含两块交换机板用于车头/车尾数据的交换，设备通信采用802.3以太网通信协议。其网络与信息传递过程如下：

车载无线单元2由首尾两个车载天线3接收无线网络中无线轨旁接入箱1中的AP发送的车地交换的信息。以图2为例，以网络划分为A端和B端，A端的车头车载无线单元的车载AP-A模块2-1通过车载天线获取无线信号后将信息传递给自身的交换机A1 2-2，交换机A12-2将信息传递给自身的ATP-A1系统 2-4，同时交换机A1 2-2通过首尾贯通网线4将信息传递给车尾B端的交换机A2 2-7，车尾B端的交换机A2 2-7将信息传递给B端车尾的ATP-A2系统 2-9，实现信息通讯；车尾B端的车载无线单元的车载AP-B模块2-6通过车载天线3获取B端的无线信号后将信息传递给自身的交换机B2 2-8，交换机B2 2-8将信息传递给自身的ATP-B2系统 2-10，同时交换机B2 2-8通过另一个首尾贯通网线4将信息传递给车头A端的交换机B1 2-3，车头A端的交换机B1 2-3将信息传递给车头A端的ATP-B1系统2-5系统。

本实用新型方法可以能够最大限度的提高线路运输效率和旅客的乘车舒适度，实现行车指挥自动化和列车运行自动化。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种无线通讯的车地双向通信系统，其特征在于，包括设置在各个车站、车辆段的由骨干网和交换机组成的有线网络环网，以及由相互连接的无线控制器、交换机和AP设备组成的无线网络，

还包括设置在轨旁的相互连接的无线服务器和无线轨旁接入箱，无线轨旁接入箱与无线安全网连接，无线轨旁接入箱内设有与无线安全网相连的AP模块；

还包括设置在车上的相互连接的车载无线单元、车载监测板及车载天线，车载天线与轨旁无线网络信号相连，所述车载无线单元及车载天线在车头、车尾各设置一套，车头与车尾的车载无线单元分别与两个无线安全网上的AP相关联，车头与车尾的车载无线单元经首尾贯通网线相连，每个车载无线单元包括相互连接的车载AP模块、交换机板及ATP子系统，所述ATP子系统与车载主机相连。

2.如权利要求1所述的一种无线通讯的车地双向通信系统，其特征在于：有线网络覆盖控制中心、备用控制中心、车站、车辆段、维修中心、试车线。

3.如权利要求1所述的一种无线通讯的车地双向通信系统，其特征在于：无线网络覆盖正线、折返线、存车线、出入段线、车辆段/停车场咽喉区和停车列检库内、试车线区域。

4.如权利要求1所述的一种无线通讯的车地双向通信系统，其特征在于：一个无线轨旁接入箱内配置两个AP模块，分别对应两个不同的无线安全网，一个无线轨旁接入箱配置两组连接不同无线安全网的定向天线。

5.如权利要求1所述的一种无线通讯的车地双向通信系统，其特征在于：车载无线单元在轨道上的任何一点至少检测到与两个无线轨旁接入箱发送的信号相连。

6.如权利要求1所述的一种无线通讯的车地双向通信系统，其特征在于：每个车载无线单元设有一个车载AP模块、两个交换机板及两个ATP子系统，每个交换机与自身的一个ATP子系统相连，车头的交换机与车尾的交换机分别一一相连。

7.如权利要求1所述的一种无线通讯的车地双向通信系统，其特征在于：每个AP设备具有单独的物理地址。

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