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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Kommunikationsnetzwerk, und insbesondere ein Kommunikationsnetzwerk mit parallelen Pfaden zur Verwendung in einem Zug.
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Hintergrund
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Ein Zugverband umfasst eine oder mehrere Lokomotiven, die miteinander gekoppelt sind, um Antriebsleistung für einen Zug von Schienenfahrzeugen zu erzeugen. Die Lokomotiven umfassen einen oder mehrere Motoren, die Kraftstoff verbrennen, um mechanische Leistung zu erzeugen. Der Motor bzw. die Motoren jeder Lokomotive können mit flüssigem Kraftstoff (z. B. Dieselkraftstoff) von einem an Bord befindlichen Tank, gasförmigem Kraftstoff (z. B., Erdgas) von einem Tenderwagen, oder einer Mischung der flüssigen und gasförmigen Kraftstoffe versorgt werden. Die durch den Verbrennungsprozess erzeugte mechanische Leistung wird durch einen Generator geführt und verwendet, um Elektrizität zu erzeugen. Die Elektrizität wird dann an Traktionsmotoren der Lokomotiven geleitet, wodurch Drehmoment erzeugt wird, das den Zug vortreibt. Die Lokomotiven können am vorderen Ende des Zuges miteinander verbunden sein oder getrennt und an unterschiedlichen Positionen entlang des Zuges angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Verband kann am vorderen Ende, in der Mitte oder am hinteren Ende des Zuges positioniert sein. In einigen Fällen kann mehr als ein Verband innerhalb eines einzelnen Zuges vorhanden sein. In einigen Verbänden umfassen die Lokomotiven Computersysteme zur Aufrechterhaltung des Betriebs der Lokomotive.
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Da die Lokomotiven eines Verbands zusammenwirken müssen, um den Zug vorzutreiben, kann die Kommunikation zwischen den Lokomotiven wichtig sein. In der Geschichte wurde diese Kommunikation durch die Verwendung eines Mehrleitungs- oder MU-Kabels erreicht, das sich entlang der Länge des Zugverbands erstreckt. Ein MU-Kabel besteht aus vielen unterschiedlichen Leitungen, von denen jede in der Lage ist, ein diskretes Signal zu führen, das verwendet wird, um einen unterschiedlichen Aspekt des Zugverbandbetriebs zu steuern. Zum Beispiel erzeugt eine Führungslokomotive einen Strom innerhalb einer bestimmten der Leitungen, um eine von dem Zugführer angeforderte Leistungseinstellung anzuzeigen. Ist diese Leitung stromführend, werden die Motoren aller Lokomotiven veranlasst, bei einer bestimmten Drosselstellung zu arbeiten. In einem weiteren Beispiel wird, wenn eine Lokomotive einen Fehlerzustand erfährt, eine weitere der Leitungen stromführend gesetzt, um die anderen Lokomotiven über den Zustand zu alarmieren.
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In einigen Verbänden kommunizieren Lokomotiven über ihre jeweiligen Computersysteme an einem Ethernet-Netzwerk, das über die MU-Kabel oder andere elektrische Kabel innerhalb des Zugverbands gebildet wird. Mit dieser Konfiguration können Netzwerkdaten von dem Computersystem in der führenden Lokomotive an die Computersysteme in den nachlaufenden Lokomotiven übertragen werden, und umgekehrt. Die Netzwerkdaten umfassen Daten, die als Datenpakete verpackt und eindeutig an bestimmte Computersysteme, oder Abschnitte der Computersysteme, adressiert sind. Die Netzwerkdaten können zum Beispiel Fahrzeugsensordaten, die den Fahrzeugzustand angeben, Verbrauchsgüterzustandsdaten, Temperaturdaten, Gewichtsdaten und Sicherheitsdaten sein. Die Netzwerkdaten werden orthogonal zu herkömmlichen nicht netzwerkbasierten (d. h. Befehls-)Daten übertragen, die bereits über das MU-Kabel übertragen werden.
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Obwohl die MU-Kabel eine bestehende Infrastruktur darstellen, die durch die Computersysteme von Lokomotiven verwendet werden können, um Netzwerkdaten zu kommunizieren, können MU-Kabel in manchen Anwendungen problematisch sein. Zum Beispiel können die MU-Kabel während des normalen Betriebs beschädigt werden. Und da jedes MU-Kabel aus mehreren unterschiedlichen Drähten besteht, kann es schwierig sein, den Draht oder die Drähte auszumachen und zu reparieren, die beschädigt sind.
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Ein Versuch, die Kommunikation innerhalb eines Zugs zu verbessern, ist in
US-Patent Nr. 8,200,381 (”das ’381-Patent”) an Carroll beschrieben, das am 12. Juni 2012 erteilt wurde. Das ’381-Patent beschreibt ein Kommunikationsnetzwerk, das Abschnitte des Netzwerks aufweist, die festverdrahtet sind, und Abschnitte, die drahtlos sind. Insbesondere umfasst jeder Wagen des Zugs umfasst Zwischen-Komponenten-Verbindung (ICL, von engl. inter component link), die an jedem Ende angeordnet ist, sowie ein kabelgebundenes Netzwerk, das zwischen den Verbindungen und innerhalb jedes Wagens verläuft. Die ICLs eines einzelnens Wagen können miteinander über das kabelgebundene Netzwerk kommunizieren, können aber kann nur mit ICLs benachbarter Wagen über das drahtlose Netzwerk kommunizieren.
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Obwohl das in dem ’381-Patent offenbarte Kommunikationsnetzwerk einige der Nachteile eines vollständig kabelgebundenen Netzwerks vermeiden kann, kann es dennoch problematisch sein. Insbesondere kann die drahtlose Kommunikation unzuverlässig sein, zum Beispiel aufgrund von Interferenzen, die innerhalb von Tunnels oder beim Passieren anderer Geländemerkmale erfahren werden. Darüber hinaus könnte ein einzelner Pfad zur Kommunikation eine Menge an Daten begrenzen, die zwischen Wagen kommuniziert werden kann.
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Das offenbarte Kommunikationsnetzwerk zielt darauf ab, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung einen Kommunikationszugangspunkt zur Verwendung mit einem mobilen Zugverband, der zumindest ein erstes Fahrzeug und ein zweites Fahrzeug aufweist. Der Kommunikationszugangspunkt kann einen verbandinternen Router umfassen, der dazu ausgestaltet ist, Signale von einer ersten Vielzahl von Fahrzeugsteuerungskomponenten zu empfangen, die sich an Bord des ersten Fahrzeugs befinden, und Datenpakete zur Übertragung an eine zweite Vielzahl von Fahrzeugsteuerungskomponenten zu erzeugen, die sich an Bord des zweiten Fahrzeugs befinden. Der Kommunikationszugangspunkt kann auch eine kabelgebundene Ethernet-Brücke umfassen, die dazu ausgestaltet ist, Datenpakete an den und von dem verbandinternen Router zu übertragen, sowie eine drahtlose Ethernet-Brücke, die dazu ausgestaltet ist, Datenpakete an den und von dem verbandinternen Router parallel zu der kabelgebundenen Ethernet-Brücke zu übertragen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung einen Kommunikationszugangspunkt für einen mobilen Zugverband, der zumindest ein erstes Fahrzeug und ein zweites Fahrzeug aufweist. Das Kommunikationsnetzwerk kann einen ersten Zugangspunkt umfassen, der sich an Bord des ersten Fahrzeugs befindet. Der erste Zugangspunkt kann eine erste Vielzahl von Fahrzeugsteuerungskomponenten umfassen, die dazu ausgestaltet sind, Steuersignale zu erzeugen oder zu empfangen, die den Betrieb des ersten Fahrzeugs beeinflussen, sowie einen LAN-Hub, der sich an Bord des ersten Fahrzeugs befindet und mit der ersten Vielzahl von Fahrzeugsteuerungskomponenten verbunden ist. Der erste Zugangspunkt kann auch einen verbandinternen Router aufweisen, der sich an Bord des ersten Fahrzeugs befindet und dazu ausgestaltet ist, Signale von dem LAN-Hub zu empfangen und Datenpakete zur Übertragung an das zweite Fahrzeug zu erzeugen. Der erste Zugangspunkt kann auch eine kabelgebundene Ethernet-Brücke umfassen, die dazu ausgestaltet ist, Datenpakete an den und von dem verbandinternen Router zu übertragen, sowie eine drahtlose Ethernet-Brücke, die dazu ausgestaltet ist, Datenpakete an den und von dem verbandinternen Router parallel zu der kabelgebundenen Ethernet-Brücke zu übertragen. Das Kommunikationsnetzwerk kann auch einen zweiten Zugangspunkt umfassen, der im Wesentlichen identisch mit dem ersten Zugangspunkt ist und sich an Bord des zweiten Fahrzeugs befindet, ein Mehrfach- oder MU-Kabel, das die drahtgebundenen Ethernet-Brücken der ersten und zweiten Zugangspunkte verbindet, sowie eine Vielzahl von Antennen, die die drahtlosen Ethernet-Brücken der ersten und zweiten Zugangspunkte verbinden.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Zugverband. Der Zugverband kann eine erste Lokomotive, eine zweite Lokomotive und einen Tenderwagen umfassen. Der Zugverband kann auch einen ersten Zugangspunkt umfassen, der sich an Bord der ersten Lokomotive befindet und dazu ausgestaltet ist, Betriebsvorgänge der ersten Lokomotive zu steuern, und einen zweiten Zugangspunkt, der sich an Bord entweder der zweiten Lokomotive oder des Tenderwagens befindet und dazu ausgestaltet ist, Betriebsvorgänge der zweiten Lokomotive oder des Tenderwagens zu steuern. Der Zugverband kann des Weiteren ein Mehrfach- oder MU-Kabel umfassen, das die ersten und zweiten Zugangspunkte verbindet, um Signale zu kommunizieren, die der koordinierten Steuerung über Betriebsvorgänge der ersten Lokomotive, des Tenderwagens und/oder der zweiten Lokomotive zugeordnet sind, sowie eine Vielzahl von Antennen, die die ersten und zweiten Zugangspunkte parallel zu dem MU-Kabel verbinden, um Signale zu kommunizieren, die der koordinierten Steuerung über Betriebsvorgänge der ersten Lokomotive, des Tenderwagens und/oder der zweiten Lokomotive zugeordnet sind. Jeder der ersten und zweiten Zugangspunkte kann einen LAN-Hub umfassen, der mit einer Vielzahl von Fahrzeugsteuerungskomponenten verbunden ist, einen verbandinternen Router, der dazu ausgestaltet ist, Signale von dem LAN-Hub zu empfangen und Datenpakete zur Übertragung zu erzeugen, eine drahtgebundene Ethernet-Brücke, die dazu ausgestaltet ist, Datenpakete an den und von dem verbandinternen Router zu übertragen, sowie eine drahtlose Ethernet-Brücke, die dazu ausgestaltet ist, Datenpakete an den und von dem verbandinternen Router parallel zu der drahtgebundenen Ethernet-Brücke zu übertragen. Jeder der ersten und zweiten Zugangspunkte kann des Weiteren ein Mehrfach- oder MU-Modem aufweisen, das zwischen der drahtgebundenen Ethernet-Brücke und dem MU-Kabel verbunden ist, sowie einen Ethernet-Switch, der zwischen dem verbandinternen Router und den kabelgebundenen und drahtlosen Ethernet-Brücken verbunden ist. Der Ethernet-Switch kann dazu ausgestaltet sein, selektiv Datenpakete durch eine der kabelgebundenen oder drahtlosen Ethernet-Brücken zu leiten, und die jeweils andere kabelgebundenen oder drahtlosen Ethernet-Brücken selektiv zu deaktivieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine bildhafte Darstellung eines beispielhaften offenbarten Zugverbands; und
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2 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Kommunikationssystems, das in Verbindung mit dem Verband von 1 verwendet werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht einen beispielhaften Zugverband 10 mit einer oder mehreren Lokomotiven 12 und einem Tenderwagen 14. In der offenbarten Ausführungsform weist der Zugverband 10 drei unterschiedliche Lokomotiven 12 auf, darunter eine führende Lokomotive 12a, die sich vor dem Tenderwagen 14 befindet, und zwei nachlaufende Lokomotiven 12b, 12c, die sich hinter dem Tenderwagen 14 befinden. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass der Zugverband 10 eine beliebige Anzahl von Lokomotiven 12 und/oder Tenderwägen 14 umfassen kann, und dass die Lokomotiven 12 in einer beliebigen Anordnung relativ zu dem bzw. den Tenderwägen 14 und in beliebiger Orientierung angeordnet sein können (z. B. nach vorne weisend oder rückwärts weisend). Der Verband 10 kann an dem vorderen Ende eines Zugs aus Schienenfahrzeugen (nicht dargestellt), innerhalb des Zugs aus Schienenfahrzeugen oder an dem hinteren Ende des Zugs aus Schienenfahrzeugen angeordnet sein. Es wird auch in Betracht gezogen, dass falls gewünscht mehr als ein Verband 10 innerhalb eines einzelnen Zugs aus Schienenfahrzeugen angeordnet sein kann, und/oder dass der Verband 10 zu bestimmten Zeiten auch ohne einen Zug aus anderen Schienenfahrzeugen fahren kann.
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Jede Lokomotive 12 kann mit einer benachbarten Lokomotive 12 und/oder einem benachbarten Tenderwagen 14 auf mehrere unterschiedliche Arten verbunden sein. Zum Beispiel können die Lokomotiven 12 und Tenderwagen 14 miteinander über eine mechanische Kupplung 16, eine oder mehrere Fluidkupplungen 18, und eine oder mehrere elektrische Kupplungen 20 verbunden sein. Die mechanische Kupplung 16 kann dazu ausgebildet sein, Traktions- und Bremskräfte zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 zu übertragen. Die Fluidkupplungen 18 können dazu ausgebildet sein, Fluide (z. B., Kraftstoff, Kühlmittel, Schmiermittel, Druckluft etc.) zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 zu übertragen. Die elektrischen Kupplungen 20 können dazu ausgebildet sein, Leistung und/oder Daten (z. B. Daten in der Form elektrischer Signale) zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 zu übertragen. In einem Beispiel können die elektrischen Kupplungen 20 ein MU-Kabel umfassen, das dazu ausgebildet ist, herkömmliche Befehlssignale und/oder elektrische Leistung zu übertragen. In einem weiteren Beispiel umfassen die elektrischen Kupplungen 20 eine speziell vorgesehene Datenverbindung, die dazu ausgebildet ist, Paketdaten (z. B. Ethernet-Daten) zu übertragen, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird. In noch einem weiteren Beispiel können die Datenpakete über das MU-Kabel übertragen werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass manche Daten zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 falls gewünscht über eine Kombination des MU-Kabels, der speziell vorgesehenen Datenverbindung und/oder anderer Mittel (z. B. drahtlos – wie im Folgenden noch detaillierter erläutert wird) übertragen werden können.
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Jede Lokomotive 12 kann einen Wagenkörper 22 umfassen, der an gegenüberliegenden Enden durch eine Vielzahl von Fahrwerken 24 (z. B. zwei Fahrwerke 24) getragen wird. Jedes Fahrwerk 24 kann dazu ausgebildet sein, in ein Gleis (nicht dargestellt) über eine Vielzahl von Rädern einzugreifen und einen Rahmen 26 des Wagenkörpers 22 zu tragen. Eine beliebige Anzahl von Motoren 28 kann an dem Rahmen 26 innerhalb des Wagenkörpers 22 montiert und antriebsmäßig mit einem Generator 30 verbunden sein, um Elektrizität zu erzeugen, die die Räder jedes Fahrwerks 24 vortreibt. Die Motoren 28 können Verbrennungsmotoren sein, die dazu ausgebildet sind, ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu verbrennen. Der Kraftstoff kann einen flüssigen Kraftstoff (z. B. Diesel) umfassen, der an die Motoren 28 von einem Tank 32 zugeführt wird, der sich an Bord jeder Lokomotive 12 befindet, einen gasförmigen Kraftstoff (z. B. Erdgas), der durch den Tenderwagen 14 über Fluidkupplungen 18 zugeführt wird, und/oder eine Mischung des flüssigen und des gasförmigen Kraftstoffs.
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Der Tenderwagen 14 kann ebenso wie die Lokomotiven 12 mit einem Rahmen 26 ausgestattet sein, der durch zwei oder mehrere Fahrwerke 24 getragen sein kann. Der Tenderwagen 14 kann auch einen oder mehrere Tanks 34 umfassen, die an seinem Rahmen 26 montiert und dazu ausgebildet sind, Flüssiggaskraftstoff zu speichern (z. B. Flüssigerdgas oder LNG). Der Flüssiggaskraftstoff kann vergast und dann in Reihe oder parallel an alle Lokomotiven 12 des Zugverbands 10 zur Verbrennung innerhalb der Motoren 28 zugeführt werden. In der offenbarten Ausführungsform wird ein einzelner isolierter Tank 34 verwendet, um den Flüssiggaskraftstoff bei niedrigen Temperaturen, etwa unter etwa –160 °C zu speichern. In einigen Ausführungsformen kann der Tank 34 einteilig mit dem Rahmen 26 des Tenderwagens 14 sein.
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Zusätzliche Kraftstoffzufuhrkomponenten können dem Tenderwagen 14 zugeordnet und dazu verwendet werden, um Kraftstoff von dem Tenderwagen 14 zu vergasen und zu den Lokomotiven 12 zu transportieren. Diese Komponenten können unter anderem eine oder mehrere Kraftstoffpumpen 36, einen oder mehrere Wärmetauscher 38, einen oder mehrere Sammler 40, einen oder mehrere Regler 42 und zugehörige Kanäle (nicht dargestellt) umfassen, die Kraftstoff, wie in der Technik bekannt, aufbereiten, unter Druck setzen oder auf andere Weise bewegen.
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Die Pumpe(n) 36 kann bzw. können sich nahe oder innerhalb des Tanks 34 befinden und können zum Beispiel Kryopumpen, Kolbenpumpen, Zentrifugalpumpen oder beliebige andere Pumpen verkörpern, die in der Industrie bekannt sind. Die Pumpen 36 können hauptsächlich mit Elektrizität versorgt werden, die über die Kupplungen 20 von Generatoren 30 zugeführt werden, die sich an Bord der Lokomotiven 12 befinden (z. B. an Bord der führenden Lokomotive 12a). Zusätzlich oder alternativ können die Pumpen 36 falls gewünscht durch ein elektrisches Speichersystem und/oder einen an Bord befindlichen Hilfsmotor (nicht dargestellt) angetrieben werden. Die Pumpen 36 können den Flüssiggaskraftstoff auf einen gewünschten Betriebsdruck unter Druck setzen, und den Kraftstoff durch einen oder mehrere Wärmetauscher 38 an einen oder mehrere Akkumulatoren 40 drücken. Ein oder mehrere Wärmetauscher 38 können genügend Wärme bereitstellen, um den Kraftstoff zu vergasen, während er sich durch diese bewegt. Nach dem Verdampfen kann der Kraftstoff zu einem oder mehreren Sammlern 40 transportiert und darin gespeichert werden. Obwohl sie hier nur an Bord des Tenderwagens 14 befindlich dargestellt sind, wird in Betracht gezogen, dass einige oder alle der Sammler 40 alternativ an Bord jeder Lokomotive 12 angeordnet sein könnten. Gasförmiger Kraftstoff kann über einen oder mehrere Regler 42 an Motoren 28 geleitet werden.
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Wie in 2 dargestellt kann der Zugverband 10 mit einem Kommunikationssystem 44 ausgestattet sein, das eine koordinierte Steuerung der Lokomotiven 12 und/oder des Tenderwagens 14 erleichtert. Das Kommunikationssystem 44 kann unter anderem einen Zugangspunkt 46 für jede Lokomotive 12 und für den Tenderwagen 14 umfassen. Jeder Zugangspunkt 46 kann mit einem kabelgebundenen Netzwerk und einem drahtlosen Netzwerk parallel verbunden sein, und kann dazu verwendet werden, Befehlssignale und/oder Daten zwischen den Steuergeräten 48 jedes Schienenfahrzeugs und verschiedenen anderen Netzwerkkomponenten (z. B., Sensoren, Ventilen, Pumpen, Wärmetauschern, Sammlern, Reglern, Stellgliedern, Motoren, Generatoren, etc.) 50 zu kommunizieren, die verwendet werden, um die Lokomotiven 12 und/oder den Tenderwagen 14 zu steuern. Die Zugangspunkte 46 können miteinander über elektrische Kupplungen 20 (z. B. über das MU-Kabel und/oder die speziell vorgesehene Datenverbindung) und über drahtlose Antennen 51 verbunden sein. Die Zugangspunkte 46 können mit einem lokalen Netzwerk-Hub (”LAN-Hub”) 47 verbunden sein, der die Kommunikation zwischen den Steuergeräten 48, den Netzwerkkomponenten 50 und den Zugangspunkten 46 erleichtert.
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Jeder Zugangspunkt 46 kann einen verbandinternen Router (”IC-Router”) 52, eine kabelgebundene Ethernet-Brücke 54, ein MU-Modem 56, und eine drahtlose Ethernet-Brücke 57, sowie herkömmliche Computerkomponenten, die in der Technik bekannt sind (nicht dargestellt), umfassen, etwa einen Prozessor, Eingangs-/Ausgangs- bzw. I/O-Anschlüsse, einen Speicher und einen Arbeitsspeicher. Die I/O-Anschlüsse können die Kommunikation zwischen dem zugehörigen Zugangspunkt 46 und dem LAN-Hub 47 erleichtern. In einigen Ausführungsformen können die I/O-Anschlüsse die Kommunikation zwischen dem zugehörigen Zugangspunkt 46 und einer oder mehreren der Netzwerkkomponenten 50 erleichtern.
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In ähnlicher Weise kann der IC-Router 52 die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Zugangspunkten 46 der Lokomotiven 12 erleichtern, die miteinander über elektrische Kupplungen 20 und drahtlose Antennen 51 verbunden sind. In einigen Ausführungsformen kann der IC-Router 52 eine Proxy-IP-Adresse entsprechend den Steuergeräten 48 und den Netzwerkkomponenten 50 der entfernten Lokomotiven bereitstellen. Zum Beispiel kann der IC-Router 52 eine Proxy-IP-Adresse für jede der Netzwerkkomponenten 50 der Lokomotive 12b bereitstellen, so dass das Steuergerät 48 der Lokomotive 12a damit kommunizieren kann. Der IC-Router 52 kann die entsprechende kabelgebundene Ethernet-Brücke 54 und drahtlose Ethernet-Brücke 57 umfassen oder damit verbunden sein, wobei jede davon dazu ausgestaltet ist, Netzwerkdaten in ein elektrisches Signal umzusetzen, das in der Lage ist, jeweils durch ein verbandinternes elektrisches Kabel 58 innerhalb der elektronischen Kupplung 20 oder über Antennen 51 gesendet zu werden.
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Die kabelgebundene Ethernet-Brücke 54 kann das MU-Modem 56 umfassen oder damit verbunden sein. Das MU-Modem 56 kann dazu ausgestaltet sein, ein Trägersignal, das über das verbandinterne elektrische Kabel 58 gesendet wird, mit dem elektrischen Signal zu modulieren, das von der kabelgebundenen Ethernet-Brücke 54 kommend empfangen wird, um Netzwerkdaten zwischen den Zugangspunkten 46 zu übertragen. Das MU-Modem 56 kann auch dazu ausgestaltet sein, von den Zugangspunkten 46 kommend empfangene Signale zu demodulieren und die demodulierten Signale an die kabelgebundene Ethernet-Brücke 54 zur Umwandlung in Netzwerkdaten zu senden, die für das Steuergerät 48 oder die Netzwerkkomponenten 50 bestimmt sind. In einigen Ausführungsformen sendet das MU-Modem 56 Netzwerkdaten orthogonal zu Daten, die herkömmlicherweise über das verbandinterne elektrische Kabel 58 übertragen werden (z. B. Steuerungsdaten). Obwohl 2 den IC-Router 52, die kabelgebundene Ethernet-Brücke 54 und das MU-Modem 56 als separate Komponenten veranschaulicht, könnte in einigen Ausführungsformen eine Komponente alternativ die Funktionalität von zwei oder mehr Komponenten ausführen. Zum Beispiel kann die kabelgebundene Ethernet-Brücke 54 die Operationen ausführen, die oben in Bezug auf den IC-Router 52 beschrieben wurden, oder die kabelgebundene Ethernet-Brücke 54 kann das MU-Modem 56 umfassen oder dessen Operationen ausführen.
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Wie die kabelgebundene Ethernet-Brücke 54 könnte auch die drahtlose Ethernet-Brücke 57 ein drahtloses Modem (nicht dargestellt) einschließen oder damit verbunden sein, falls dies gewünscht wird. Das drahtlose Modem wäre so ausgestaltet, dass es ein Trägersignal, das über die Antennen 51 gesendet wird, mit dem elektrischen Signal moduliert, das von der drahtlosen Ethernet-Brücke 57 kommend empfangen wird, um Netzwerkdaten drahtlos zwischen den Zugangspunkten 46 zu übertragen. Das drahtlose Modem könnte auch dazu ausgestaltet sein, Signale, die von dem Zugangspunkten 46 kommend empfangen werden, zu demodulieren und die demodulierten Signale zur Umwandlung in Netzwerkdaten, die für das Steuergerät 48 oder die Netzwerkkomponenten 50 bestimmt sind, an die drahtlose Ethernet-Brücke 57 zu senden. In der offenbarten Ausführungsform führt die drahtlose Ethernet-Brücke 57 die Funktionalität des drahtlosen Modems aus.
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Jeder der Zugangspunkte 46, der IC-Router 52, die kabelgebundene Ethernet-Brücke 54, das MU-Modem 56 und die drahtlose Ethernet-Brücke 57 kann jeweils einen Prozessor, einen Speicher und/oder Arbeitsspeicher (nicht dargestellt) umfassen. Der Prozessor kann eine oder mehrere Verarbeitungseinrichtungen, wie etwa Mikroprozessoren und/oder eingebettete Steuergeräte, umfassen. Der Speicher kann ein flüchtiges oder nichtflüchtiges, magnetisches, Halbleiter-, Band-, optisches, entfernbares, nicht entfernbares Medium und/oder andere Arten von computerlesbaren Medien oder computerlesbaren Speichervorrichtungen umfassen. Der Speicher kann dazu ausgebildet sein, Programme und/oder andere Informationen zu speichern, die verwendet werden können, um ein oder mehrere der oben erläuterten Verfahren zu implementieren. Der Speicher kann eine oder mehrere Speichereinrichtungen umfassen, die dazu ausgebildet sind, Informationen zu speichern.
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Jedes Steuergerät 48 kann dazu ausgebildet sein, betriebliche Aspekte des ihm zugeordneten Schienenfahrzeugs zu steuern. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 der führenden Lokomotive 12a dazu ausgebildet sein, betriebliche Aspekte ihres entsprechenden Motors 28, Generators 30, ihrer Traktionsmotoren, Bedieneranzeigen und anderer ihr zugeordneter Komponenten zu steuern. In ähnlicher Weise können die Steuergeräte 48 der nachlaufenden Lokomotiven 12b und 12c dazu ausgebildet sein, betriebliche Aspekte ihrer entsprechenden Motoren 28, Generatoren 30, ihrer Traktionsmotoren, Bedieneranzeigen und anderer ihnen zugeordneter Komponenten zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann das Steuergerät 48 der führenden Lokomotive des Weiteren dazu ausgebildet sein, betriebliche Aspekte der nachlaufenden Lokomotiven 12b und/oder 12c zu steuern, falls dies gewünscht ist. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 der führenden Lokomotive 12a Befehle über seinen Zugangspunkt 46 an die Zugangspunkte der nachlaufenden Lokomotiven 12b und 12c senden. Das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 kann dazu ausgebildet sein, betriebliche Aspekte der Pumpe(n) 36, der/des Wärmetauscher(s) 38, des/der Sammler(s) 40, des/der Regler(s) 42, und anderer ihm zugeordneter Tenderwagenkomponenten zu steuern.
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Jedes Steuergerät 48 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die ein Mittel zur Steuerung eines Betriebs des zugehörigen Schienenfahrzeugs auf der Grundlage von Informationen, die von einer beliebigen Anzahl von Netzwerkkomponenten 50 erhalten werden, und/oder Kommunikationen, die über die Zugangspunkte 46 empfangen werden, umfassen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können dazu ausgebildet sein, die Funktionen des Steuergeräts 48 auszuführen. Das Steuergerät 48 kann einen Arbeitsspeicher, eine Sekundärspeichereinrichtung, einen Prozessor, und beliebige andere Komponenten zum Ausführen einer Anwendung aufweisen. Verschiedene andere Schaltungen können dem Steuergerät 48 zugeordnet sein, wie etwa Stromversorgungsschaltungen, Signalaufbereitungsschaltungen, Solenoidansteuerungsschaltungen oder andere Typen von Schaltungen.
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Die durch ein bestimmtes Steuergerät 48 über die Zugangspunkte 46 und/oder Netzwerkkomponenten 50 empfangenen Informationen können leistungsbezogene Daten umfassen, die Betriebsvorgängen jeder Lokomotive 12 und/oder jedes Tenderwagens 14 zugeordnet sind (”betriebliche Informationen”). Zum Beispiel können die betrieblichen Informationen motorbezogene Parameter (z. B. Drehzahlen, Temperaturen, Drücke, Strömungsraten etc.), generatorbezogene Parameter (z. B. Drehzahlen, Temperaturen, Spannungen, Ströme etc.), bedienerbezogene Parameter (z. B. gewünschte Geschwindigkeiten, gewünschte Kraftstoffeinstellungen, Positionen, Destinationen, Bremsungen etc.), Parameter bezüglich des flüssigen Kraftstoffs (z. B. Temperaturen, Verbrauchsraten, Kraftstofffüllstände, Bedarf etc.), Parameter bezüglich des gasförmigen Kraftstoffs (z. B. Temperaturen, Zufuhrraten, Kraftstofffüllstände etc.) sowie andere in der Technik bekannte Parameter umfassen.
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Die Informationen, die von einem bestimmten Steuergerät 48 über Zugangspunkte 46 und/oder Netzwerkkomponenten 50 erhalten werden, können auch Identifikationsdaten der anderen Schienenfahrzeuge innerhalb desselben Zugverbands 10 umfassen. Zum Beispiel kann jedes Steuergerät 48 in seinem Speicher die Identifikation des bestimmten Schienenfahrzeugs gespeichert umfassen, dem das Steuergerät 48 zugeordnet ist. Die Identifikationsdaten können unter anderem den Typ des Schienenfahrzeugs (z. B. Bauart, Modell, und eindeutige Identifikationsnummer), physische Attribute des zugehörigen Schienenfahrzeugs (z. B. Größe, Ladungsgrenzen, Volumen, Leistungsabgabe, Leistungsanforderungen, Kraftstoffverbrauchsrate, Kraftstofffüllkapazität etc.), und Wartungsinformationen (z. B. Wartungsgeschichte, Zeit bis zur nächsten Wartung, Verwendungsgeschichte etc.) umfassen. Jedes Steuergerät 48 kann dazu ausgebildet sein, die Identifikationsdaten an die anderen Steuergeräte 48 innerhalb desselben Zugverbands 10 zu kommunizieren, wenn es mit anderen Schienenfahrzeugen innerhalb eines bestimmten Zugverbands 10 gekoppelt ist. Jedes Steuergerät 48 kann dazu ausgebildet sein, selektiv den Betrieb seines zugehörigen Schienenfahrzeugs auf Grundlage der erhaltenen Identifikationsdaten, die den anderen Schienenfahrzeugen des Zugverbands 10 zugeordnet sind, zu beeinflussen.
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In einigen Ausführungsformen können die Steuergeräte 48 jeweils dazu ausgebildet sein, den Betrieb der ihnen zugeordneten Schienenfahrzeuge der Grundlage der über die Zugangspunkte 46 und/oder die Netzwerkkomponenten 50 erhaltenen Informationen und eines oder mehrerer im Speicher gespeicherter Kennfelder zu beeinflussen. Jedes dieser Kennfelder kann eine Sammlung von Daten in der Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen umfassen.
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In dem beispielhaften, in 2 dargestellten System kann der IC-Router 52 dazu ausgestaltet sein, separate Schnittstellen zu nützen, wenn er mit der kabelgebundenen Ethernet-Brücke 54 und der drahtlosen Ethernet-Brücke 57 kommuniziert. In dieser Konfiguration kann der IC-Router 52 selbst das Senden von Datenpaketen über die zwei Brücken verwalten. In einer Ausführungsform kann diese Verwaltung über die Routeranwendung selbst erfolgen, oder durch Software des Bediensystems, die in den IC-Router 52 einprogrammiert ist, falls dies gewünscht wird. Diese Verwaltung kann unter anderem die Erfassung des Verbindungszustands, die Verbindungsaggregation und den Lastausgleich umfassen. Darüber hinaus kann die Software des Bediensystems empfangene Datenpakete als von Komponenten 50 an Bord einer der Lokomotiven 12 innerhalb des Zugverbands 10 gesendet authentifizieren (um sicherzustellen, dass die Kommunikation nur innerhalb desselben Zugs erfolgt), oder die Brücken 54, 57 mit Sicherheitsmerkmalen zu konfigurieren, die die Annahme der Datenpakete nur von authentifizierten Einrichtungen erlauben.
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In einer alternativen Ausführungsform, die ebenfalls in 2 dargestellt ist, kann jeder Zugangspunkt 46 des Weiteren einen speziell vorgesehenen Ethernet-Switch 60 umfassen, der zwischen dem IC-Router 52 und den Brücken 54, 57 angeordnet ist. In dieser Konfiguration können die Switches 60 ein sog. Spanning-Tree-Protokoll (STP) verwenden, um zwischen den Zugangspunkten 46 zu kommunizieren, so dass die Paketweiterleitung und Datenendlosschleifen verhindert werden. In dieser Konfiguration können Datenpakete zwischen Zugangspunkten 46 der unterschiedlichen Lokomotiven 12 entweder über die Kupplung 20 oder die Antennen 51, aber nicht gleichzeitig über beide Kommunikationspfade, gesendet werden. Sollte ein primärer Pfad (z. B. die Kupplung 20 oder die Antennen 51) ausfallen, können die Switches 60 dazu dienen, die Datenpakete an den funktional verbliebenen Pfad zu leiten. Auf diese Weise umfasst das Kommunikationssystem 44 parallele, Reserve- oder Backup- und/oder redundante Kommunikationsmittel.
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In beiden Ausführungsformen (d. h., in der Ausführungsform ohne Switches 60 oder der Ausführungsform mit Switches 60) kann die Verwendung der unterschiedlichen Kommunikationspfade verwaltet werden. Der Hauptunterschied zwischen den Ausführungsformen steht damit in Verbindung, dass entweder der IC-Router 52 die Verwaltungsfunktion ausführt, oder die Switches 60 die Verwaltungsfunktion ausführen. Somit werden in beiden Konfigurationen für jede Kommunikation von Datenpaketen die beiden Kommunikationspfade geprüft. Einer der Pfade kann dann zur Verwendung in der Übertragung der Datenpakete ausgewählt werden, und der andere kann deaktiviert werden. Beliebige in der Technik bekannte Logiken können eingesetzt werden, um den gewünschten Pfad zur Übertragung auszuwählen. Zum Beispiel kann ein bestimmter Pfad auf Grundlage einer aktuellen oder künftigen Position des Zugverbands 10 ausgewählt werden (z. B. innerhalb eines Tunnels, beim Eintritt in einen Tunnel, oder außerhalb eines Tunnels). In ähnlicher Weise kann ein bestimmter Pfad auf Grundlage einer überwachten Leistung (z. B. Interferenz), Bandbreite, eines bekannten Ausfalls oder eines ähnlichen Zustands ausgewählt werden.
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In einigen Ausführungsformen kann ein bestimmter Kommunikationspfad ausgewählt werden, um bestimmte Informationspakete zu kommunizieren. Erfolgt die Kommunikation zum Beispiel zwischen einem ersten Typ von Komponenten 50 der Lokomotiven 12, kann ein Pfad ausgewählt werden, während die Kommunikation zwischen anderen Komponenten 50 über den anderen Pfad erfolgen kann. Dies kann eine maßgeschneiderte Kommunikation von Datenpaketen mit variierenden Bandbreitenanforderungen ermöglichen, um eine effiziente Unterbringung über unterschiedliche Pfade mit variierenden Kapazitäten zu ermöglichen.
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In einigen Ausführungsformen können duplizierte Datenpakete über beide Kommunikationspfade ausgebreitet werden (d. h. über die Kupplung 20 und über die Antennen 51). In dieser Konfiguration kann der IC-Router 52 beide Kommunikationen empfangen und alle duplizierten Pakete verwerfen. Die verworfenen Pakete können Pakete umfassen, die mit geringerer Integrität empfangen wurden (d. h. Pakte mit niedriger Qualität).
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das offenbarte Kommunikationsnetzwerk kann auf einen beliebigen Zugverband anwendbar sein, der eine Vielzahl von Fahrzeugen (z. B. Schienenfahrzeuge) umfasst, etwa Lokomotiven und Tenderwägen. Das offenbarte Kommunikationsnetzwerk kann eine Übertragung und einen Empfang von Signalen mit hoher Qualität über eine Reihe von unterschiedlichen Konfigurationen und Zuständen bereitstellen, was zu einer exakteren Steuerung über den Betrieb des Zugverbands führt.
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Mehrere Vorteile können mit dem offenbarten Kommunikationsnetzwerk einhergehen. Insbesondere kann das offenbarte System zuverlässig sein, da ein Reserve-Kommunikationspfad immer verfügbar sein kann, wenn ein erster Pfad ausfallen oder Interferenzen erfahren sollte. Ferner kann in manchen Anwendungen die Bandbreite für die Kommunikation aufgrund der Verwendung von zwei unterschiedlichen Kommunikationspfaden erweitert werden.
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Dem Fachmann ist bekannt, dass verschiedene Modifikationen und Varianten an dem offenbarten Kommunikationsnetzwerk gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Weitere Ausführungsformen des Kommunikationsnetzwerks werden dem Fachmann klar sein, wenn er die Beschreibung und praktische Ausführung des hierin offenbarten Kommunikationsnetzwerks in Betracht zieht. Die Beschreibung und die Beispiele sollen als rein beispielhaft betrachtet werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente angegeben wird.
