JP4013109B2

JP4013109B2 - ネットワークシステム

Info

Publication number: JP4013109B2
Application number: JP2001282110A
Authority: JP
Inventors: 田岡　　浩志; 昌夫渡辺; 潤一角野; 勉石川
Original assignee: Hitachi Ltd; East Japan Railway Co
Current assignee: Hitachi Ltd; East Japan Railway Co
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2003092587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のネットワークと、ネットワーク相互間の通信を制御するゲートウェイ装置とを含んでなるネットワークシステムに係り、特に、鉄道の自動列車制御装置を構成するネットワークシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、それぞれ信号を送受信するローカルコントローラなどの端末が接続された複数のネットワークと、それらネットワーク相互間の通信を制御するゲートウェイ装置とを含んでなるネットワークシステムが知られている。このようなネットワークシステムでは、ゲートウェイ装置は、一方のネットワークから他方のネットワークへ信号を送信するとき、一方のネットワークから受信したデータが書き込まれる第１のバッファと、第１のバッファに書き込まれたデータが転送される第２のバッファとを備え、第２のバッファに書き込まれたデータを他方のネットワークに送信するように構成されている。
【０００３】
第２のバッファに書き込まれたデータが他のネットワークに送信される以前に、新しいデータが前記第１のバッファへ書き込まれた場合は、古い順に第2のバッファに格納し、古いデータ順に他方のＬＡＮ上に送信するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の場合、ゲートウェイ装置が一方のネットワークから他方のネットワークに送信すべき新しいデータを受信しても、第２のバッファに古いデータが残っていれば、古い方のデータから送信してしまう。この為、古いデータが他方のネットワークに流れることになり、データのリアルタイム性が損なわれ、ネットワークに接続されたノードの周辺機器からの入力、又は出力にリアルタイム性が重要であるネットワークシステムには、上記従来の技術は適用できない。
【０００５】
本発明の課題は、ネットワーク相互間の通信におけるリアルタイム性を確保することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、ネットワークシステムを構成するゲートウェイ装置に、第１のバッファを備えたデータ受信部と、第２のバッファを備えたデータ送信部を設け、前記データ受信部は一方のネットワークから他方のネットワークに送信するデータを該一方のネットワークから受信して前記第１のバッファに書き込み、前記データ送信部は第２のバッファに書き込まれているデータを前記他方のネットワークに送信するよう構成され、かつ、ゲートウェイ装置は、前記第１のバッファに書き込まれたデータを、前記第２のバッファに書き込まれているデータが他方のネットワークに送信ずみであるかどうかに関係なく、第２のバッファに転送して上書きするように構成される。
【０００７】
これにより、何らかの原因で第２のバッファに書き込まれたデータが前記他方のネットワークに送信される前に次のデータが到達した場合、前のデータを送信するのをやめて新しく到達したデータが前記他方のネットワークに送信されるから、常に最も新しいデータがネットワーク上に流れ、ネットワークシステムのリアルタイム性が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１に本発明の第１の実施の形態である、複数のＬＡＮを連結したネットワークシステムの構成を示す。図示のネットワークシステムは、ローカルエリアネットワーク（以下、ＬＡＮという）Ｂ１、Ｂ２と、ＬＡＮＢ１、Ｂ２それぞれに接続されたローカルコントローラＡ１、Ａ２と、同じくＬＡＮＢ１、Ｂ２それぞれに接続された複数の通信ノードＣ１〜Ｃｎ、Ｅ１〜Ｅｎと、ＬＡＮＢ１、Ｂ２を連結するゲートウェイ装置Ｆと、を含んで構成されている。
【００１０】
ローカルコントローラＡ１、Ａ２は機能コード付き、固定フレーム長、固定パケット割り当てフレームのデータフレームをサイクリックにＬＡＮＢ１、Ｂ２それぞれに発行する機能を有する。例えば、ローカルコントローラＡ１は、ＬＡＮＢ２宛の通信（例えばローカルコントローラＡ１が発信した列車位置情報）であることを示す機能コードを備え、ローカルコントローラＡ２宛のデータが書き込まれたデータフレームや、通信ノードＣ１〜Ｃｎ宛の通信であることを示す機能コードを備え、通信ノードＣ１〜Ｃｎ宛のデータが書き込まれたデータフレーム、ローカルコントローラＡ２からＬＡＮＢ１宛の通信であることを示す機能コードを備え、データが書き込まれていないデータフレームなどを、あらかじめ定められた順序で、繰り返し、ＬＡＮＢ１に送信する。
【００１１】
ローカルコントローラＡ２も同様に、ＬＡＮＢ１宛の通信であることを示す機能コードを備え、ローカルコントローラＡ１宛のデータが書き込まれたデータフレームや、通信ノードＥ１〜Ｅｎ宛の通信であることを示す機能コードを備え、通信ノードＥ１〜Ｅｎ宛のデータが書き込まれたデータフレーム、ＬＡＮＢ１からローカルコントローラＡ２宛の通信（例えばローカルコントローラＡ１が発信した列車位置情報）であることを示す機能コードを備え、データが書き込まれていないデータフレームなどを、あらかじめ定められた順序で、繰り返し、ＬＡＮＢ２に送信する。
【００１２】
なお、上記機能コードは、宛先を示すものであってもよい。
【００１３】
またゲートウェイ装置は、ＬＡＮＢ１からＬＡＮＢ２へ送信するデータを受信する第１のバッファを備えたデータ受信部Ｄ_Ａ１Ｒと、第２のバッファを備え、この第２のバッファに書き込まれたデータをＬＡＮＢ２へ送信するデータ送信部Ｄ_Ａ２Ｓ、そしてＬＡＮＢ２からＬＡＮＢ１へ送信するデータを受信する第１のバッファを備えたデータ受信部Ｄ_Ａ２Ｒと、第２のバッファを備え、この第２のバッファに書き込まれたデータをＬＡＮＢ１へ送信するデータ送信部Ｄ_Ａ１Ｓと、を有する。ゲートウェイ装置はまた、前記第１のバッファに書き込まれたデータを第２のバッファに転送する機能を備えている。
【００１４】
ＬＡＮＢ１、Ｂ２は、いずれも、ローカルコントローラ、通信ノード、ゲートウェイ装置を順に接続した環状の構成となっており、ローカルコントローラは送信するデータフレームを下流側のネットワークに送信し、通信ノード、ゲートウェイ装置は、いずれも、上流側のネットワークから受信したデータフレームを下流側のネットワークに送信するように構成されている。ローカルコントローラは送信したデータフレームを上流側のネットワークから受信すると、受信したデータフレームに対応する処理を行った後、消去する（ＬＡＮＢ１へ戻さない）。
【００１５】
図１のシステムにおいて、ゲートウェイ装置Ｆは、ＬＡＮＢ１上のデータフレームを受信してデータフレームの機能コードを判別し、ＬＡＮＢ２へ送信するデータ（例えばローカルコントローラＡ１が発信した列車位置情報）であることを示す機能コードが付されたデータフレームを検出する。ＬＡＮＢ２へ送信するデータであることを示す機能コードが付されていないデータフレームはそのままＬＡＮＢ１へ戻される。ＬＡＮＢ２へ送信するデータであることを示す機能コードが付されたデータフレームについては、そのデータフレームのパケットのデータをデータ受信部Ｄ_Ａ１Ｒの前記第１のバッファへ書き込み、データフレーム自体はそのままＬＡＮＢ１へ戻される。このデータは直ちに、データ送信部Ｄ_Ａ２Ｓの第２のバッファに転送され、書き込まれる。
【００１６】
一方、データ送信部Ｄ_Ａ２Ｓは、ＬＡＮＢ２上のデータフレームを受信してデータフレームの機能コードを判別し、ＬＡＮＢ１からローカルコントローラＡ２宛の通信（例えばローカルコントローラＡ１が発信した列車位置情報）であることを示す機能コードを備え、データが書き込まれていないデータフレームを検出する。それ以外のデータフレームはそのままＬＡＮＢ２へ戻される。データ送信部Ｄ_Ａ２Ｓは、前記検出したデータフレームのデータが書き込まれていない個所（パケット）に、前記第２のバッファのデータを書き込み、ＬＡＮＢ２へ送信する（戻す）。
【００１７】
ゲートウェイ装置Ｆは、上述の手順でローカルコントローラＡ１からローカルコントローラＡ２宛（つまりＬＡＮＢ２宛）にＬＡＮＢ１に送信されたデータ（例えばローカルコントローラＡ１が発信した列車位置情報）を、ＬＡＮＢ２に転送する。
【００１８】
更に、ゲートウェイ装置Ｆは、データ送信部Ｄ_Ａ２Ｓへ転送したデータ、すなわち第２のバッファに書き込まれたデータがＬＡＮＢ２上へ送信される前であっても、新しいデータがデータ受信部Ｄ_Ａ１Ｒの第１のバッファへ書き込まれた場合は、このデータをデータ送信部Ｄ_Ａ２Ｓの第２のバッファへ上書きするように構成されている。つまり、上書きされる前のデータはＬＡＮＢ２上へ送信されることなく消去され、上書きされた新しいデータがＬＡＮＢ２上へ送信される。これにより、いつも最新のデータがネットワーク上に流れることとなってネットワークシステムのリアルタイム性が向上し、ノードの周辺機器からの入力、又は出力にリアルタイム性が重要である複数のＬＡＮを用いたネットワークシステムに適用可能となる。
【００１９】
以下、本発明を自動列車制御システムに適用した第２の実施の形態につき説明する。本実施の形態の構成を図２に示す。図示のネットワークシステムは、機能コード付き、固定フレーム長、固定パケット割り当てフレームをサイクリックに発行する端末である３重系フェイルセーフ構成のＡＴＣ論理部Ｒ１，Ｒ２と、ＡＴＣ論理部Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ接続されてデータフレームを送受信する２重ループネットワーク（以下ＡＴＣ−ＬＡＮと称す）Ｓ１，Ｓ２と、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１，Ｓ２上に配置された図示されていない複数の通信ノードと、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１，Ｓ２に接続されてＡＴＣ論理部Ｒ１，Ｒ２間の情報授受を行なう２重系非フェイルセーフ構成のゲートウェイ装置Ｔと、を含んで構成されている。
【００２０】
ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１，Ｓ２は、鉄道線路に沿って敷設され、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１とＡＴＣ−ＬＡＮＳ２は、ゲートウェイ装置Ｔを介して接続されている。鉄道各駅ではＡＴＣ−ＬＡＮ上に通信ノード（通信制御装置）を置き、通信ノードは機器室内ネットワークを介して送受信器群との伝送経路を構成する。各送受信器は、保安器と沿線ケーブルを介して線路の各軌道回路と接続する。すなわち、ＡＴＣ論理部は、ＡＴＣ−ＬＡＮ、通信ノード、機器室内ネットワーク、送受信器、保安器と沿線ケーブルを介して線路の各軌道回路に信号を伝送し、また各軌道回路からの信号を受信する。
【００２１】
ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１、Ｓ２は、いずれも、ＡＴＣ論理部、通信ノード、ゲートウェイ装置を順に接続した環状の構成となっており、ＡＴＣ論理部は送信するデータフレームを下流側のＡＴＣ−ＬＡＮ（ネットワーク）に送信し、各通信ノード、ゲートウェイ装置は、いずれも、上流側のネットワークからデータフレームを受信し、機能コードを判別して必要なデータを取出し、あるいは付加して受信したデータフレームを下流側のネットワークに送信する（戻す）ように構成されている。ＡＴＣ論理部は下流側のネットワークに送信したデータフレームを上流側のネットワークから受信すると、受信したデータフレームから必要なデータを取出したのち、消去する（ＡＴＣ−ＬＡＮへ戻さない）。
【００２２】
ＡＴＣ論理部は、到達可能軌道回路情報や列車防護情報などの発生元と受け手である。ＡＴＣ論理部Ｒ１で生成した到達可能軌道回路情報や列車防護情報などのデータは、２重系構成の非フェイルセーフなゲートウェイ装置Ｔを経由して隣接ＡＴＣ論理部Ｒ２へ到達し、受信内容の正当性をチェックされる。到達可能軌道回路情報や列車防護情報などのデータは、制御内容の変化の有無に無関係に，常に最新情報が伝達されていることを保証するため、毎回数値が変化する通番データを含む電文本体に、ソフト的に生成したＣＲＣ（巡回符号）が付与される。これにより、中間の非フェイルセーフな装置内で古い状態情報が蓄積される故障や伝送エラーをＡＴＣ論理部でフェィルセーフに検知することが出来る。
【００２３】
図３に具体システム構成上の隣接ＡＴＣ論理部への出力データの経路を示す。ＡＴＣ論理部Ｒ１は、列車の到達可能軌道回路情報や列車防護情報などのデータをＡＴＣ −ＬＡＮＳ１へ送出し、ゲートウェイ装置Ｔ、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２を介してＡＴＣ論理部Ｒ２へ送る。
【００２４】
ゲートウェイ装置Ｔは、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１からデータを取出すデータ受信部Ｄ_Ｒ１Ｒと、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２にデータを送り出すデータ送信部Ｄ_Ｒ２Ｓと、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２からデータを取出すデータ受信部Ｄ_Ｒ２Ｒと、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１にデータを送り出すデータ送信部Ｄ_Ｒ１Ｓと、を含んで構成されている。データ受信部Ｄ_Ｒ１Ｒはデータを書き込む第１のバッファを備え、データ送信部Ｄ_Ｒ２Ｓは、データ受信部Ｄ_Ｒ１Ｒの第１のバッファから転送されされたデータが書き込まれる第２のバッファを備えている。同様に、データ受信部Ｄ_Ｒ２Ｒはデータを書き込む第１のバッファを備え、データ送信部Ｄ_Ｒ１Ｓは、データ受信部Ｄ_Ｒ２Ｒの第１のバッファから転送されされたデータが書き込まれる第２のバッファを備えている。
【００２５】
データ受信部Ｄ_Ｒ１Ｒは、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１からデータフレームを受信し、受信したデータフレームの機能コードを判別して、ＡＴＣ論理部Ｒ２へ送信するデータであることを示す機能コードが付されたデータフレームを検出する。ＡＴＣ論理部Ｒ２へ送信するデータであることを示す機能コードが付されたデータフレームを検出したら、そのデータフレームのパケットのデータを第１のバッファへ書き込む。第１のバッファへ書き込まれたデータは直ちに、データ送信部Ｄ_Ｒ２Ｓの第２のバッファに転送され、書き込まれる。受信した各データフレームは再びＡＴＣ−ＬＡＮＳ１へ送信される（戻される）。
【００２６】
一方、データ送信部Ｄ_Ｒ２Ｓは、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２からデータフレームを受信し、受信したデータフレームの機能コードを判別して、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１（すなわちＡＴＣ論理部Ｒ１）から受信するデータであることを示す機能コードが付されたデータフレームを検出する。ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１から受信するデータであることを示す機能コードが付されていないデータフレームは、そのまま、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２へ戻される。データ送信部Ｄ_Ｒ２Ｓは、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ１（すなわちＡＴＣ論理部Ｒ１）から受信するデータであることを示す機能コードが付されたデータフレームを検出したら、このデータフレームの所定位置の空のパケットに、第２のバッファのデータを書き込んで、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２に送信する（戻す）。ＡＴＣ論理部Ｒ２は、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２からこのデータフレームを受信したら、機能コードによりＡＴＣ論理部Ｒ１から送信されたデータであることを認識し、必要な処理を行う。
【００２７】
ゲートウェイ装置Ｔは、データ受信部Ｄ_Ｒ１Ｒの第１のバッファにデータが書き込まれたら、データ送信部Ｄ_Ｒ２Ｓの第２のバッファに書き込まれているデータがすでにＡＴＣ−ＬＡＮＳ２に送信されているかどうかに関係なく、第１のバッファのデータをデータ送信部Ｄ_Ｒ２Ｓの第２のバッファに転送して上書きする。すなわち、第２のバッファの上書きされる前のデータは、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２に送信されることなく消去され、上書きされたデータがＡＴＣ−ＬＡＮＳ２に送信される。
【００２８】
データ受信部Ｄ_Ｒ２Ｒとデータ送信部Ｄ_Ｒ１Ｓは、ＡＴＣ−ＬＡＮＳ２からＡＴＣ−ＬＡＮＳ１に送信されるデータについて、上記データ受信部Ｄ_Ｒ１Ｒとデータ送信部Ｄ_Ｒ２Ｓの動作と同様の動作を行なう。
【００２９】
自動列車制御装置のＡＴＣ−ＬＡＮは、先に述べたように、鉄道線路に沿って敷設され、例えば、各ＡＴＣ論理部は、前記送受信器を介して軌道回路から得られる情報に基づいて、列車位置を認識する。認識した列車位置情報は、隣接するＡＴＣ−ＬＡＮのＡＴＣ論理部にもゲートウェイ装置を介して伝達されるが、安全な運行を維持するため、列車位置はできるだけリアルタイムに伝達される必要がある。隣接する２つのＡＴＣ−ＬＡＮに流れるデータフレームのサイクルは必ずしも同期しているわけではなく、前回検出された列車位置情報が隣接するＡＴＣ論理部に伝達される前に新しい列車位置情報が得られた場合、前回の列車位置ではなく、新しい列車位置が伝達されることが望ましい。
【００３０】
上記実施の形態によれば、第２のバッファに書き込まれた列車位置がＡＴＣ−ＬＡＮＳ２に送信されたかどうかに無関係に、新しいデータが得られる都度第２のバッファに書き込まれ、このデータがＡＴＣ−ＬＡＮＳ２に送信されるから、常に、最新の列車位置データを隣接するＡＴＣ−ＬＡＮＳ２に、すなわちＡＴＣ論理部に伝達することができる。また、第２のバッファに書き込まれたデータが何らかの原因で送信すべきタイミングで送信されなかった場合でも、新しく前記第１のバッファに書き込まれたデータが第２のバッファに直ちに上書きされるから、次の送信タイミングのときには、新しいデータが送信されることになり、リアルタイム性が維持される。
【００３１】
なお、データの中間経路となるゲートウェイ装置Ｔは非フェイルセーフの構造であるが、情報の発生元と最終的な受け手が情報の正当性をフェイルセーフに判定できるフェイルセーフ装置なので、ゲートウェイ装置Ｔがデータのチェックや作成をする機能を持っていなくても、このネットワークシステムは、ネットワーク全体がフェイルセーフな構造になっている。
【００３２】
上記実施の形態では、２つのネットワーク（ＡＴＣ−ＬＡＮ）が１つのゲートウェイ装置で連結されてネットワークシステムを構成しているが、自動列車制御システムでは、多数（３個以上）のＡＴＣ−ＬＡＮが順にゲートウェイ装置で連結されて長大なシステムを形成し、また鉄道の分岐位置に沿った個所では、１つのＡＴＣ−ＬＡＮに、３個以上のゲートウェイ装置が結合され、各ゲートウェイ装置にそれぞれ次のＡＴＣ−ＬＡＮが結合された構成となっている。本発明は、そのような複雑なネットワークシステムにおいても、同様に適用可能である。
【００３３】
上記各実施の形態はリング状のネットワークをゲートウェイ装置で連結してネットワークシステムを構成した例であるが、バス型のネットワークを用いる場合でも、ゲートウェイ装置でネットワークを相互に連結するネットワークシステムであれば、本発明を適用し、同様の効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、常に最新のデータがネットワーク上に流れ、ネットワークシステムのリアルタイム性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の部分の詳細を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ａ１，Ａ２ローカルコントローラ
Ｂ１，Ｂ２ＬＡＮ
Ｃ１〜Ｃｎ，Ｅ１〜Ｅｎ通信ノード
Ｄ_A1R，Ｄ_A2R データ受信部
Ｄ_A1S,Ｄ_A2S データ送信部
Ｄ_R1R，Ｄ_R2R データ受信部
Ｄ_R1S，Ｄ_R2S データ送信部
Ｆゲートウェイ装置
Ｒ１，Ｒ２ＡＴＣ論理部
Ｓ１，Ｓ２ＡＴＣ−ＬＡＮ
Ｔゲートウェイ装置

Claims

列車制御に係るデータを送受信する複数の端末がそれぞれ接続された複数のネットワークと、前記複数のネットワーク相互間の通信を制御するゲートウェイ装置とを含んでなり、前記ゲートウェイ装置は、一方のネットワークから受信したデータを第１のバッファに書き込み、次いで第１のバッファに書き込んだデータを第２のバッファに転送して書きこみ、第２のバッファに書き込まれているデータを前記他のネットワークに送信するように構成されているネットワークシステムにおいて、
前記ゲートウェイ装置は、新しいデータが前記第１のバッファに書き込まれたときは、前記第２のバッファに書き込まれたデータが前記他のネットワークに送信ずみかどうかに関係なく、第１のバッファのデータを前記第２のバッファに上書きするように構成されていることを特徴とするネットワークシステム。
請求項1に記載のネットワークシステムにおいて、
前記端末は、自己が接続された前記ネットワークに対して、送受信に係るデータが書きこまれるフレームと該データの種別及び通信先を示す機能コードとを備えたデータフレームを、データが書き込まれた状態若しくはデータが書きこまれていない状態で周期的に送信するように構成され、
前記ゲートウェイ装置は、前記一方のネットワークを流れるデータフレームの機能コードを識別し、前記他のネットワークの前記端末を通信先とする機能コードが付されたデータフレームを見出したとき、そのデータフレームのデータを前記第１のバッファに書きこみ、一方、他のネットワークを流れるデータフレームの機能コードを識別し、前記一方のネットワークからのデータの通信先の端末であることを示す機能コードが付されたデータフレームであってデータが書きこまれていないデータフレームを見出したとき、そのデータフレームに前記第２のバッファの送信データを書きこんで前記他のネットワークに送信するように構成されていることを特徴とするネットワークシステム。
請求項２記載のネットワークシステムにおいて、
前記端末は、自動列車制御装置のＡＴＣ論理部であって列車制御のための情報を送受信するよう構成され、前記複数のネットワークは、それぞれ複数の通信ノードと、各通信ノードに接続された送受信装置を含んで構成された２重ループネットワークであり、前記送受信装置は、それぞれ軌道回路に接続されていることを特徴とするネットワークシステム。