JP4280155B2 - 鉄道車両用伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用伝送装置に関する。

スター型ネットワークの代表としては、ＩＥＥＥ８０２．３規格で規定されるイーサネット（登録商標、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式のＬＡＮ）の内、ツイストペアケーブル１０Ｂａｓｅ−Ｔ／１００Ｂａｓｅ−ＴＸ／１０００Ｂａｓｅ−Ｔや光ケーブルを使用する１０Ｂａｓｅ−Ｆ／１００Ｂａｓｅ−ＦＸ／１０００Ｂａｓｅ−ＬＸ／１０００Ｂａｓｅ−ＳＸ等がある。

これらスター型ネットワークを鉄道車両に適用しようとした場合、図１に示すように一列のバス状の伝送路となる。一方、ＩＥＥＥ８０２．３の規格で規定されているリピータでは、１０Ｍｂｐｓ時で４段まで、１００Ｍｂｐｓ時で２段までとの規制があるため、１０Ｍｂｐｓでも４両までしか対応できないこととなり、ネットワークとして一番広く使われているイーサネットを車両に適用することができなかった。

この問題を解決するため、送信権を巡回させる方法や、スイッチングハブによる方法が考えられている。

ところで、列車の運用では、複数の車両からなる列車を併結したり分割したりすることが行われている。この時、列車の向き（海山）が変化しない場合は、列車の併結／分割が実施されても、ネットワークは問題なく動作することができる（一般には海山の向きは変化しない）。ところが、一部の運用では列車の向きが反対になる場合があり、送信権を巡回させる方法では、ネットワークの併結／分割ができなくなる。なお、スイッチングハブによる方法では、データを送信した車両から遠く離れている車両に行くに従ってデータの受信に遅れが出るため列車用のデータ伝送には適さない。

これを避けるため、従来は外部のリレーで幹線の方向切り替えを実施したり、全車両のそれぞれに対応する引き通し線にしたりする必要があった。

また、従来から、車両用伝送装置のネットワークを２重ループ状の伝送路とし、列車の併結／分割の場合のネットワークの併結／分割を伝送路の切換スイッチを用いて行うものもある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）が、バス状の伝送路のものより構成が複雑となる。
特公平７−１９６２号公報 特開平９−２８００１号公報

上述のように、従来の鉄道車両用伝送装置において、車両用伝送装置のネットワークを２重ループ状の伝送路としネットワークの併結／分割を伝送路の切換スイッチを用いて行うものは、構成が複雑となる。また、スター型ネットワークとしたものは、長編成の車両には適用することが困難で、これを解決するため、送信権を巡回させる方法とした場合でも、併結される列車の向き（海山）が反対になる場合には、ネットワークの併結／分割ができなくなるという問題があった。

本発明は、従来のこのような問題に鑑みて為されたもので、列車の向き（海山）の正常
／反転にかかわらず、列車の併結／分割時にも一つのネットワークとして、正常に動作するスター型ネットワーク方式の鉄道車両用伝送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の伝送ポートを有し、いずれかのポートから受信したデータを所定の指示に基づき必要なポートにリピート送信する伝送中継器と、伝送中継器間を接続する伝送路とを有し、鉄道車両内のデータ授受をスター型ネットワーク方式で行う鉄道車両用伝送装置において、伝送中継器は、伝送路に対するポートとなる幹線送信器および幹線受信器と、自号車のデータ授受を行うためのポートとなる伝送送受信器と、リピートするポートを制御する伝送中継器制御手段と、伝送送受信器とのデータの送受信を行う伝送局と、外部からの幹線ポート入れ替え信号に基づき幹線送信器および幹線受信器の入れ替えを行う幹線ポート交換手段とを具備し、車両の向きに関係なくネットワークを構築することを特徴とする。

本発明によれば、スター型ネットワークを採用する鉄道車両用伝送装置において、列車の向き（海山）の正常／反転にかかわらず、列車の併結／分割時にも一つのネットワークとして、正常に動作させることができる。

また、送信権を巡回させる方法を採用した場合でも、列車の向き（海山）の正常／反転に関わらず、列車の併結時にも一つのネットワークとして編成を制御することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の図において、同符号は同一部分または対応部分を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用伝送装置の概略構成を示す図である。また、図２は、図１における伝送中継器の具体的な構成を示す図である。

図１に示すように、列車の各車両（１号車〜ｎ号車）にはそれぞれ伝送中継器１（１ａ〜１ｎ）が設けられている。

そして、図２に示すように、伝送中継器１（１ａ〜１ｎ）は、それぞれ、２ポートの幹線送信器４ａ／４ａ’と、２ポートの幹線受信器４ｂ／４ｂ’と、１ポート以上（自号車がデータ授受しない場合は０ポート以上）の伝送送受信器５ａ／５ｂと、各伝送ポートのデータリピートを制御するとともに、伝送中継器１（１ａ〜１ｎ）間の専用パケットを制御する伝送中継器制御装置２と、自号車のデータ送信／受信を行う複数の伝送局６と、幹線ポートの入れ替え（４ａと４ａ’、４ｂと４ｂ’）を行う幹線ポート交換機７と、幹線ポート交換機７を制御するための幹線ポート入れ替え信号８を受け取る手段から構成されている。なお、自号車の伝送局６は伝送中継器１内にあっても、伝送中継器１外にあってもよい。

伝送中継器１外に伝送局６がある場合は、伝送送受信器５のみが伝送中継器１内に実装される。図２では、伝送局６ａが伝送中継器１内に、伝送局６ｂが伝送中継器１外に実装されている例を示している。さらに、伝送局６およびそれに付随する伝送送受信器５は複数あってもよい。

また、図１に示すように、この鉄道車両用伝送装置は、前記伝送中継器１ａ〜１ｎ間を、伝送路３ａ〜３ｎ−１にてバス状に接続されている。また他の列車との併結のための伝送路３Ａと３Ａ’が、両端の伝送中継器１ａと１ｎにそれぞれ接続されている。

また、伝送路３ａ〜３ｎ−１および３Ａ、３Ａ’はツイストペア線（１０Ｂａｓｅ−Ｔ／１００Ｂａｓｅ−Ｔ等）でも光ファイバケーブル（１０Ｂａｓｅ−Ｆ／１００Ｂａｓｅ−ＦＸ等）でも良い。

また、ツイストペア線を使用する場合は、２対でも、１対でもよい。また、ネットワークの制御は、バス上で送信権を巡回させる方式（特願２００３−１８３２７５号）を用いた制御とする。

本実施形態では、説明のため幹線ポート交換機７を伝送中継器制御装置２の外に設置したが、当然伝送中継器制御装置２に内蔵することでもかまわない（その場合は、伝送中継器制御装置２の内部で論理的にポートを入れ替えるだけでよい）。

以上のように構成された実施形態において、まず、２つの列車を併結し、全体を一つのネットワークとする場合の動作について説明する。図３、図４は、２つの列車を同一方向で併結する場合の動作説明図であり、図５〜図７は、２つの列車の方向が不一致時の併結制御を示した動作説明図である。また、図３〜図７では４両編成の車両を想定し、ｎ＝ｄまでとしている。

まず、列車１の１号車には伝送中継器１ａが設置され伝送路３ａにて２号車と結ばれている。反対側には伝送路３Ａが設置されているが、データを流さない設定になっている。２号車から４号車までには伝送中継器１ｂ〜１ｄが１台ずつ設置され、伝送路３ｂ〜３ｃでバス状に接続されている。４号車には１号車と対称的に伝送路３Ａ’が設置されている。伝送路３Ａ、３Ａ’は併結用の伝送路である。列車２も同様な構成になっている。

また、本実施形態では、伝送中継器１ａ側をネットワークの上流、１ｄ側をネットワークの下流側と規定する。なお、上流／下流の定義は逆であってもかまわない。

以下本構成での列車１と列車２の方向一致併結時のネットワーク動作について説明する（図３、図４）。

１）併結前
列車１は、伝送中継器１ａ〜１ｄの間でネットワーク１を構築している。列車２も同様に伝送中継器１ａ’〜１ｄ’の間でネットワーク２を構築している。当然のこととして、ネットワーク１とネットワーク２は異なるネットワークであり、直接情報のやりとりは発生しない。

２）併結中
列車１と列車２が所定の手続きを経て併結が完了する（連結器と電気連結器等が接続された状態）と、電気連結器の情報から併結した向きが判明し、連結部の伝送中継器１ｄと１ａ’に伝えられる（なお、併結した向きは、例えば機械的にピンなどによって判別することができ、判別結果を示す信号が出力される）。

併結方向が一致していると受け取った伝送中継器１ｄは、伝送路確認のためのリンクパケットを下流側に送信する。列車１の伝送中継器１ｄは、リンクパケットに対応するＡＣＫパケットを待つ。この状態では、ネットワーク１とネットワーク２は別々の状態である。

列車２の伝送中継器１ａ’は併結側からのリンクパケットを受信すると、応答としてＡＣＫパケットを返送する。これで伝送中継器１ｄと１ａ’は併結部の伝送路を動作可能と
する。

なお、本実施形態では、リンクパケットとＡＣＫパケットを使用しているがＩＥＥＥ８０２．３で規定されているリンクパルス等他の方法で確認してもよい。

３）併結後
併結部の伝送路が動作可能になると、ネットワーク１とネットワーク２は一つのネットワークとなり、列車１の伝送中継器１ａ〜１ｄと列車２の伝送中継器１ａ’〜１ｄ’の全ての伝送中継器間で情報の共有化が可能となる。

次に本構成での列車１と列車２の方向不一致併結時のネットワーク動作について説明する（図５〜図７）。

１）併結前
列車１は、伝送中継器１ａ〜１ｄの間でネットワーク１を構築している。列車２も同様に伝送中継器１ａ’〜１ｄ’の間でネットワーク２を構築している。但し、列車１は図面左側が１号車、列車２は図面左側が４号車と列車の方向が不一致の状態である。
２）併結中１
列車１と列車２が所定の手続きを経て併結が完了する（連結器と電気連結器等が接続された状態）と、電気連結器の情報から併結した向きが判明し、連結部の伝送中継器１ｄと１ｄ’に伝えられる（なお、併結した向きは、例えば機械的にピンなどによって判別することができ、判別結果を示す信号が出力される）。

電気連結器からの、併結方向が不一致であることを示す幹線ポート入れ替え信号８を受け取った列車２の伝送中継器１ｄ’は、ネットワークの向きを反転する要求を、ネットワーク２を通じて列車２の全伝送中継器１ｃ’〜１ａ’に伝える。伝送中継器１ｄ’は、全伝送中継器１ｃ’〜１ａ’からの反転指定受信に対する応答を受け取るまで、反転要求を出し続ける。

３）併結中２
列車２の伝送中継器１ｄ’は、列車２の全伝送中継器１ｃ’〜１ａ’からの応答を受信すると反転要求の送信を停止する。

列車２の伝送中継器１ａ’〜１ｄ’は、反転要求が無くなって一定時間後に、強制的に幹線送信器４ａ／４ａ’および幹線受信器４ｂ／４ｂ’を動作オフとし、ネットワーク２は無効状態となる。

列車１の伝送中継器１ｄは、併結側の幹線ポートを動作させ、ネットワーク確認用のためリンクパケットを定期的に送信する。

４）併結中３
列車２の伝送中継器１ａ’〜１ｄ’は、幹線ポート交換機７を使い幹線の上流／下流の向きを反転する（図２で上流側幹線送信器１ ４ａ／幹線受信器１ ４ｂのデータを下流側の送受信信号３１’として授受するように接続し、下流側幹線送信器２ ４ａ’／幹線受信器２ ４ｂ’のデータを上流側の送受信信号３１として授受するように接続する）。

幹線ポートの入れ替えを行った伝送中継器１ａ’〜１ｄ’は、ネットワーク２を再構築する。幹線ポートが入れ替わっているため、列車２の伝送中継器１ｄ’が上流、伝送中継器１ａ’が下流となり列車１のネットワークの向きと同じになる。

５）併結中４
列車２のネットワーク２が再構築されると、伝送中継器１ｄ’は併結側の幹線ポートを動作させる。

列車２の伝送中継器１ｄ’は、列車１の伝送中継器１ｄからのリンクパケットを受信し、ＡＣＫパケットを返信する。伝送中継器１ｄは、伝送中継器１ｄ’からのＡＣＫパケットを受信すると、列車２のネットワーク再構築が完了したと判断し、リンクパケットの送信を停止する。

６）併結後
併結部の伝送路が動作可能になると、ネットワーク１とネットワーク２は一つのネットワークとなり、列車１の伝送中継器１ａ〜１ｄと列車２の伝送中継器１ａ‘〜１ｄ’の全ての伝送中継器間で情報の共有化が可能となる。

次に、併結前、および併結後のネットワークにおいて、送信権を巡回させ、データ伝送を行う動作について説明する。

なお、図８、図９を参照して、併結前の列車１の４両編成の場合のネットワークにおいて、送信権を巡回させ、データ伝送を行う場合の動作を説明するが、併結前の列車２、及び併結後の８両編成の場合も、同様に送信権を巡回させ、データ伝送を行うことができる。更に、列車の向き（海山）が不一致の２つの列車を併結した場合でも、上述のように一方の列車において幹線ポート交換機を用いて幹線ポートの入れ替えを行い、全車両について幹線の上流／下流の向きを統一すれば、同様に送信権を巡回させ、データの伝送を行うことができる。

以下、送信権を巡回させ、データの伝送を行う動作について説明する（図８、図９）。

１）初期化
これから伝送制御を開始する合図として、最上流局である伝送中継器１ａがリセットパケットを、伝送路３ａを通じて下流に流す。他の伝送中継器１ｂ〜１ｄはリセットパケットを受信すると、自局に送信権がないと判断し送信を抑制する。また、下流側に対しリセットパケットを送信する。

リセットパケットが最下流局である伝送中継器１ｄまで到達することで、送信権を有する伝送中継器は最上流局の伝送中継器１ａのみとなる。

２）データ送信（１ａ）
送信権を有する最上流局の伝送中継器１ａが自装置内の伝送局６からのデータ１を送信する。送信権のない伝送中継器１ｂ〜１ｄは、データ１を下流側にリピート送信すると共に、自伝送中継器内の伝送局６に対してもリピート送信する。ほぼ同時に全伝送局６がデータ１を受信することになる。

３）送信権移動（１ａ→１ｂ）
伝送中継器１ａはデータ１の送信が終了すると、送信権を下流側に渡すためトークンパケットを下流側に送信する。この時点で伝送中継器１ａは送信権がない状態に移行する。伝送中継器１ｂはトークンパケットを受信すると下流側へはトークンパケットをリピート送信せず、伝送中継器１ｂが送信権を得る。

４）データ送信（１ｂ）
送信権を得た伝送中継器１ｂが自装置内の伝送局６からのデータ２を送信する。送信権
のない伝送中継器１ａ、１ｃ、１ｄは、データ２をリピート送信すると共に、各自装置内の伝送局６に対してもリピート送信する。

５）送信権移動（１ｃ→１ｄ）
下流側に向かい、送信権移動とデータ送信を繰り返す。ここで、伝送中継器１ｃから最下流の伝送中継器１ｄにトークンパケットを送信し、伝送中継器１ｄが送信権を得る。

６）データ送信（１ｄ）
送信権を得た最下流の伝送中継器１ｄが自装置内の伝送局６からのデータ３を送信する。

７）復帰
伝送中継器１ｄはデータ送信が終了すると、最下流局であるので、送信権が一巡したことを示すために上流側に向かいリターンパケットを送信し、送信権なしの状態に移行する。中間局である伝送中継器１ｂ、１ｃはこのリターンパケットを上流側に順次リピートする。最上流の伝送中継器１ａは、リターンパケットを受信すると送信権が一巡したと判断し、再度１）のステップから送信権制御を開始する。

なお、最上流局である伝送中継器１ａは所定時間以内にリターンパケットを受信できなかった場合には、ネットワークに障害が発生したと判断し、１）の初期化ステップから再開することで送信権巡回が停止することを防止する。

さらに、各伝送中継器１ａ〜１ｄには、巡回時間の監視タイマが設けられており、自伝送中継器内の各伝送局６からの送信データが多く、時間内に送信権が一巡できないと判断した場合には、あらかじめ与えられている優先順位に従い伝送局６に与える送信権を抑制することによって、送信権が一巡する時間を守らせる。これにより、車両の制御情報などリアルタイム性が必要なデータに対しても巡回時間を一定に保つことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態においては、併結する列車１と列車２の向き（海山）すなわち各列車のネットワークの上流／下流の関係の一致、不一致にかかわらず、列車の併結を行うことができ、併結後両方の列車のネットワークを論理的に接続し、一つの大きなネットワークとすることで、併結後の各列車を一つの編成として制御することができる。

そして、併結する際に各列車のネットワークの上流／下流の関係が不一致であることを検出した場合、一方の列車（本実施形態においては、列車２）の幹線部分の方向性（上流／下流）を幹線ポート交換機で電気的に入れ替えることにより各列車のネットワーク上の上流／下流の関係を一致させているので、併結後の一つのネットワークにおいてもバス状に接続された伝送中継器間の専用パケットを上流から下流に巡回させて送信権を巡回させ、各伝送中継器が送信権を有する場合のみにデータを送信することでデータの衝突をなくすことができ、正常にデータ伝送を行うことができる。

また、併結する際に各列車のネットワークの上流／下流関係が不一致の場合、一方の併結端の伝送中継器（本実施形態においては、列車２の伝送中継器１ｄ'）が列車内の全伝送中継器に対しネットワークを通じ、ネットワークの上流／下流構成を反転させる指令を出力し、列車内の全伝送中継器が指令を受け取ったことを確認してから各伝送中継器のネットワークの上流／下流関係を反転させ、新たに自列車ネットワークを構築するようにしているので、ネットワークの再構築を確実に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る鉄道車両用伝送装置の概略構成を示す図。 本発明の一実施形態における伝送中継器の具体的な構成を示す図。 本発明の一実施形態における２つの列車の方向一致併結時の動作（併結前〜併結中）を説明するための図。 本発明の一実施形態における２つの列車の方向一致併結時の動作（併結後）を説明するための図。 本発明の一実施形態における２つの列車の方向不一致併結時の動作（併結前〜併結中１）を説明するための図。 本発明の一実施形態における２つの列車の方向不一致併結時の動作（併結中２〜併結中３）を説明するための図。 本発明の一実施形態における２つの列車の方向不一致併結時の動作（併結中４〜併結後）を説明するための図。 本発明の一実施形態において送信権を巡回させデータの送信を行う動作（初期化〜データ送信（１ｂ））を説明するための図。 本発明の一実施形態において送信権を巡回させデータの送信を行う動作（送信権（１ｃ→１ｄ）〜復帰）を説明するための図。

符号の説明

１（１ａ、１ｂ、１ｃ、…、１ｎ、１ａ’、１ｂ’、１ｃ’、…）…伝送中継器
２…伝送中継器制御装置
３（３ａ、３ｂ、３ｃ、…、３Ａ、３Ａ’）…伝送路
４ａ、４ａ’…幹線送信器
４ｂ、４ｂ’…幹線受信器
５ａ、５ｂ…伝送送受信器
６（６ａ、６ｂ）…伝送局
７…幹線ポート交換機
８…幹線ポート入れ替え信号
３１…送受信信号（上流側）
３１’…送受信信号（下流側）

Claims (5)

1. 複数の伝送ポートを有し、いずれかのポートから受信したデータを所定の指示に基づき必要なポートにリピート送信する伝送中継器と、伝送中継器間を接続する伝送路とを有し、鉄道車両内のデータ授受をスター型ネットワーク方式で行う鉄道車両用伝送装置において、前記伝送中継器は、前記伝送路に対するポートとなる幹線送信器および幹線受信器と、自号車のデータ授受を行うためのポートとなる伝送送受信器と、リピートするポートを制御する伝送中継器制御手段と、前記伝送送受信器とのデータの送受信を行う伝送局と、外部からの幹線ポート入れ替え信号に基づき前記幹線送信器および前記幹線受信器の入れ替えを行う幹線ポート交換手段とを具備し、車両の向きに関係なくネットワークを構築することを特徴とする鉄道車両用伝送装置。
2. バス状に接続された伝送中継器間の専用パケットを上流から下流に巡回させて送信権を巡回させることにより、各伝送中継器が送信権を有する場合のみにデータを送信することでデータの衝突をなくすことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用伝送装置。
3. 前記伝送中継器をそれぞれ搭載した複数の車両からなる列車において、各列車を併結する際に各列車のネットワークの上流／下流の関係が不一致であることを検出した場合、前記幹線ポート交換手段を動作させることにより各列車のネットワーク上の上流／下流の関係を一致させることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用伝送装置。
4. 各列車を併結する際に各列車のネットワークの上流／下流関係が不一致の場合、一方の併結端の伝送中継器が列車内の全伝送中継器に対しネットワークを通じ、ネットワークの上流／下流構成を反転させる指令を出力し、列車内の全伝送中継器が指令を受け取ったことを確認してから各伝送中継器のネットワークの上流／下流関係を反転させ、新たに自列車ネットワークを構築することを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用伝送装置。
5. 各列車のネットワークの上流／下流条件が一致した後で、両方の列車のネットワークを接続し、一つのネットワークとすることで、併結後の各列車を一つの編成として制御することを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両用伝送装置。
   
   

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