JP4471996B2

JP4471996B2 - 列車制御システム

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Publication number: JP4471996B2
Application number: JP2007240874A
Authority: JP
Inventors: 毅頼重; 由英永次; 憲一酒井; 田岡　　浩志
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: CN101391616B; JP2009067357A; EP2039583B1; CN101391616A; ATE518718T1; EP2039583A1

Description

本発明は、列車と通信基地局との間に複数の無線通信路を設けて途切れることのない安定したデータ通信を実現させる技術に加えて、無線通信路上のデータ暗号化技術、無線制御実施区間への進入時に必要となるセキュリティ認証技術を採用した際の、無線による列車制御方法及び複数無線通信による安定かつ安全なデータ通信システム技術に関する。

１区域に１列車のみの運転を許可する「閉そく方式」を施行し、列車制御をおこなうために、通信システムが利用されている。
近年、無線通信システムを導入することで鉄道通信システムのコスト低減を図ろうという動きがある。米国や中国では、無線通信により列車制御を実行するＣＢＴＣ（Communication Based Train Control）システムの導入が進められている。

一方、欧州圏ではＥＲＴＭＳ／ＥＴＣＳと呼ばれるシステムの導入が進められている。ＥＲＴＭＳ／ＥＴＣＳは、無線システムにＧＳＭ網をベースとしたＧＳＭ−Ｒ（GSM-Railway）を使用している。

オープンネットワークである無線帯域を使った列車無線制御を行う列車地上制御装置と列車車上制御装置で生成されるお互いの制御情報の双方向通信を実現する列車制御システムにおいては、データの秘匿性を確保するために無線送信する前に暗号化を実施し、受信したデータは復号化することにより、外部からのデータ情報を守る。

特許文献１には、鉄道において安全に列車を運行させるための制御情報を無線で列車に伝送し、列車を制御する方法が記載されている。無線通信を列車制御に用いる際の無線制御方式・データ暗号化・無線機故障検知を提案することにより、保安度の高い列車制御システムを実現している。

特許文献２には、無線通信による列車制御システムにおける列車認証技術が記載されている。通信路上のデータの暗号化・復号化で使用される鍵は、列車単位に定められるものであり、これは地上制御装置より列車の認証処理を通して通知される。認証処理は、地上制御装置にて車上制御装置からの車上無線制御装置を介してきた認証要求に対して実施される。認証処理は、システム全体へのなりすましアクセスを防ぐ目的で実行される。また、認証処理は列車の立ち上げ時、列車制御区間進入に加え、走行中定期的に実施し暗号鍵を更新することにより、列車のデータの暗号パターンを換えることにより、外部からの読み取りを防止する。
国際公開９８／４１４３５号公報特開２００６−１２９４３２号公報

１列車の車上制御装置と地上制御装置の間に無線通信路を複数持たせる構成は、車上制御装置−地上制御装置間での途切れることのないデータ通信を無線通信路の冗長化によって実現することを目的としている。これは、（１）都市部のビル・トンネル内における電波のマルチパスフェージングよる干渉回避、（２）その他の無線通信システムからのノイズによる干渉回避、（３）列車移動による電波状況変化、といった無線通信環境下でも、異なるＣＨ・異なるアンテナと無線制御装置の設置による複数無線通信路で冗長化を図ることにより、高信頼なデータ通信を実現する技術である。

列車の立ち上げやシステム進入を地上制御装置が認識し、システム進入許可、列車個別に割り当てられた暗号鍵といった情報を列車に通知するにあたり、この認証処理を１列車あたり複数無線通信路すべてで実施することとなると、１路線上の複数列車の認証処理を司る地上統括装置において、列車数×無線通信路の処理が発生するため処理負荷が大きくなるという問題点があった。

また、認証処理によって車上制御装置―地上制御装置間で定められる暗号化ルールを１列車あたりに無線通信路の数だけ定めることになり、データ通信において処理負荷が大きくなるという問題点があった。

また、上記に無線通信路の冗長化の目的を示したように、１つの無線通信路が途切れてしまっても他の無線通信路がつながっているためデータの欠如を防ぐことができる本システム構成において、初期立ち上げ時等に列車の位置や電波環境・無線制御装置の機器状態次第で認証処理を実施することができない無線通信路がある可能性がある。このような無線通信路は、列車の走行・移動に伴い無線通信路が接続回復する可能性がある。接続回復してから認証処理を実施する場合、複数無線通信路のうち、列車制御のためにデータ通信を実施する無線通信路と認証処理を実施する無線通信路が発生してしまい、地上制御装置において同じ列車における複数無線通信路によって処理モードが異なる為、地上制御装置において処理の複雑化となってしまうという問題点があった。

本発明は、列車制御装置における車上制御装置―地上制御装置間の双方向無線通信において、制御データの通信が途切れることの無いようにするために、列車の車上制御装置及び地上制御装置間に異なるＣＨ（チャンネル）を使用した複数の無線通信路を用いてデータ通信路を冗長化した列車制御システムにおいて、安全で安定したデータ通信路として各無線通信路を有効にすることを課題とする。

本発明の列車制御システムでは、所定の経路上を移動する複数の車上無線制御装置と所定の経路沿線に設置された複数の地上無線制御装置との間で無線通信を行い、前記複数の車上無線制御装置と前記複数の地上無線制御装置間で異なる通信周波数の複数の無線通信路で平行させて同時無線通信をする列車制御システムにおいて、前記複数の無線通信路のうちの１つの無線通信路を選択して認証要求及び認証処理を実施し、前記認証処理時に得られた暗号鍵を前記複数の車上無線制御装置に共通の暗号鍵として前記複数の車上無線制御装置と前記複数の地上無線制御装置間でのデータ通信の暗号化を行い、前記車上無線制御装置の前記列車制御システム内への進入時、または、前記車上無線制御装置の初期立ち上げ時に必要となる前記認証要求及び認証処理を、前記選択する無線通信路を切り替えて実施するという技術的特徴を有する。

本発明は、また、１つの無線通信路を選択し認証要求を実施する前記車上無線制御装置の統括装置は、前記認証処理のために乱数を生成し、この乱数を認証要求し認証処理を実施する無線通信路にのみ渡すという特徴点を有する。

本発明は、また、複数ある無線通信路上のデータは、地上統括装置が生成し前記地上無線制御装置を経由して前記車上無線制御装置へ通知する暗号鍵を用いて暗号化を実施し、この暗号鍵は１つの無線通信路で認証を実施する際に前記地上無線制御装置より通知され、前記地上無線制御装置の統括装置は、この暗号鍵を認証を実施していない他の無線通信路でのデータ暗号化にも使えるように各車上無線制御装置に共有させることにより、前記車上無線制御装置及び前記地上無線制御装置間のすべての複数無線通信路上のデータを暗号化可能とするという特徴点を有する。

本発明は、また、一定時間内に前記認証処理が完了されない場合や前記認証処理中に無線通信が途切れてしまう場合は、前記認証中の処理を中断・終了させ、前記統括装置が別の無線通信路を選択し前記認証処理を再開させ、前記無線通信路を切り替えて前記認証要求及び前記認証処理を再度行う認証リトライ機能を有するという特徴点を有する。

本発明は、また、１つの無線通信路を介し前記認証処理が完了すると、前記車上無線制御装置の前記列車制御システム内でのデータ通信が許可されることになり、前記車上無線制御装置の統括装置は他の無線通信路に認証完了情報及び暗号鍵を共有させることにより、残りの無線通信路のデータ通信が許可・開始され、前記列車制御システムにおけるデータ通信が稼動し始めるという特徴点を有する。

本発明は、また、一定時間内に前記認証処理が完了されない場合や前記認証処理中に無線通信が途切れてしまう場合は、前記認証中の処理を中断・終了させ、前記車上無線制御装置の統括装置が別の無線通信路を選択し前記認証処理を再開させ、前記無線通信路を切り替えて前記認証要求及び前記認証処理を再度行う認証リトライ機能を有するという特徴点を有する。

本発明によれば、１列車の車上制御装置と地上制御装置間を複数無線通信路によりデータ通信を行うことにより、データ通信の冗長性を確保し、また複数ある無線通信路のうち１つの無線通信路を用いた列車―地上制御装置間のセキュリティ認証を実行することにより、確実・適切な認証を実施し、そこで得た暗号鍵を他の無線通信路にも共有してデータ通信を開始することにより、冗長化した無線通信路においてのデータのセキュリティを保証することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、すべての無線通信路が認証処理を実施する方式に比べて、認証処理を１つの無線通信路に絞ることにより、１列車あたりの認証処理に掛かる負荷は小さくてよい。これは、一路線上の複数編成の列車の管理を行う地上制御装置側における負荷低減の効果をも奏する。

また、本発明によれば、前記車上無線制御装置の前記列車制御システム内への進入時、または、前記車上無線制御装置の初期立ち上げ時に必要となる前記認証要求及び認証処理を、前記選択する無線通信路を切り替えて実施することにより、無線通信状態や無線機・アンテナの状態が悪い場合も別の無線通信路に切り替えて認証処理が実行されるため、この認証処理が必要な状況下において、複数無線通信路を効果的に使うことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、１つの無線通信路を選択し認証要求を実施する前記車上無線制御装置の統括装置は、前記認証処理のために乱数を生成し、この乱数を認証要求し認証処理を実施する無線通信路にのみ渡すことにより、統括装置と認証処理を実施する無線通信路に身で効率的に認証要求と認証処理を実施することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、複数ある無線通信路上のデータは、地上統括装置が生成し前記地上無線制御装置を経由して、前記車上無線制御装置へ通知する暗号鍵を用いて暗号化を実施し、この暗号鍵は１つの無線通信路で認証を実施する際に前記地上無線制御装置より通知され、前記地上無線制御装置の統括装置は、この暗号鍵を、認証を実施していない他の無線通信路でのデータ暗号化にも使えるように各車上無線制御装置に共有させることにより、前記車上無線制御装置及び前記地上無線制御装置間のすべての複数無線通信路上のデータを暗号化可能とすることにより、すべての無線通信路が認証処理を実施する方式に比べて、認証処理が１つの無線通信路に絞られ、１列車あたりの認証処理に掛かる負荷は小さくなり、一路線上の複数編成の列車の管理を行う地上制御装置側における負荷が低減するという効果を奏する。

また、本発明によれば、前記複数の無線通信路の無線電波状態及び車上無線制御装置の機器状態を前記車上無線制御装置の統括装置が監視し、前記認証処理を実施させる１つの無線通信路を決定して前記認証処理を開始させることにより、複数の車上無線制御装置が個々に監視する方式に比べて、複数の無線通信路の無線電波状態及び車上無線制御装置の機器状態の監視と、認証処理を実施の開始を効率的に行うことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、一定時間内に前記認証処理が完了されない場合や前記認証処理中に無線通信が途切れてしまう場合は、前記認証中の処理を中断・終了させ、前記車上無線制御装置の統括装置が別の無線通信路を選択し前記認証処理を再開させ、前記無線通信路を切り替えて前記認証要求及び前記認証処理を再度行う認証リトライ機能を有することにより、無線通信状態や無線機・アンテナの状態が悪い場合も別の無線通信路に切り替えて認証処理が実行されるため、この認証処理が必要な状況下において、複数無線通信路を効果的に使うことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、１つの無線通信路を介し前記認証処理が完了すると、前記車上無線制御装置の前記列車制御システム内でのデータ通信が許可され、前記車上無線制御装置の統括装置は他の無線通信路に認証完了情報及び暗号鍵を共有させて、残りの無線通信路のデータ通信が許可・開始され、前記列車制御システムにおけるデータ通信が稼動し始めることにより、認証処理を実施しなかった無線通信路のデータ暗号化もセキュリティが確保されるという効果を奏する。つまり、地上制御装置及び１列車間の複数無線通信路のデータすべてが、認証処理と同じ暗号鍵により守られ、それぞれ別の暗号鍵を配布することになり、地上制御装置側での復号化処理が大きくなってしまう問題点が解消されるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の代表的な実施の形態では、無線通信路上のデータは秘匿性を持たせる為に暗号化される。１列車―地上制御装置間の各無線通信路には、同じ制御データを同じ暗号鍵により暗号化することにし、各無線通信路には同じ情報が伝送される。地上制御装置から見た際に１列車との間には複数通信路があるのだが、同じ制御データが同じ暗号鍵で暗号化されるので、各無線通信路にのるデータは同じものとなる。データを優先的に使用する無線通信路を決めておき、無線通信路断に陥った場合や有効でないデータが来た場合には他の無線通信路上のデータを制御に使用する方式を採用することにより、複数無線通信路によるデータの送受信・列車制御・列車管理データの長大化・複雑化を防ぐことができる。

システム外部からの無線通信路へのなりすましアクセスを防ぐ為に、認証処理を行う。この認証処理を通して、地上制御装置によって生成された暗号鍵が車上制御装置へ通知される。列車立ち上げ時、システム進入時、走行中の定期的な暗号鍵更新のたびに、認証処理が列車―地上制御装置間で実施される。

認証処理は無線通信路を介した列車からの認証要求を認識し、列車のシステム内への進入を許可するか判断する。許可する場合、無線通信路上データの暗号化に用いられる暗号鍵を列車へ通知する。この処理は、地上制御装置側から見た際に、１列車との間にある複数無線通信路のうち、各無線通信路から認証要求が来ると、１列車認証のためだけに認証要求が無線通信路の数だけ受け付けることとなり、複数列車の認証時には、地上制御装置側の処理が複雑化・負荷大になってしまう。認証処理を行なう無線通信路を複数のうち１つにすることにより、１列車あたり１無線通信路の認証要求とすることにより、地上制御装置における処理負荷を低減させることができる。

無線通信路は、ノイズによる電波干渉、アンテナ設置位置による電波特性の違い、地上基地局との距離、無線制御装置・アンテナ等の故障により、データ通信が行われない事象が発生する可能性がある。本システムでは、複数無線通信路を持たせることにより、これらデータ通信不可に対応する。

認証処理は１つの無線通信路で実施するが、上記のような無線通信不可の事象により無線制御装置が認証処理を実施できない可能性に対しては、
（Ａ）認証処理が一定時間内に終わらなければ、車上制御装置が他の無線制御装置へ認証処理・認証要求を切り替える。
（Ｂ）無線制御装置の機器状態・無線状態といったデータ通信状態を車上制御装置が把握することにより、認証処理を実施させる無線通信路を指定する。といった複数無線通信路の切り替え処理を実施することにより対応する。

本発明の代表的な実施の形態によれば、１列車の車上制御装置と地上制御装置間を複数無線通信路によりデータ通信を行うことにより、データ通信の冗長性を確保し、また複数ある無線通信路のうち１つの無線通信路を用いた列車―地上制御装置間のセキュリティ認証を実行することにより、確実・適切な認証を実効し、そこで得た暗号鍵を他の無線通信路にも共有してデータ通信を開始することにより、冗長化した無線通信路においてのデータのセキュリティが保証される。

列車立ち上げ時、システム進入時、暗号鍵更新時に行う認証処理は、複数無線通信路のうち１つの無線通信路が選択されて実施されるため、無線通信状態や無線機・アンテナの状態が悪い場合も別の無線通信路に切り替えて認証処理が実行されるため、この認証処理が必要な状況下において、複数無線通信路を効果的に使うことができる。

すべての無線通信路が認証処理を実施する方式に比べて、認証処理を１つの無線通信路に絞ることにより、１列車あたりの認証処理に掛かる負荷は小さくてよい。これは、一路線上の複数編成の列車の管理を行う地上制御装置側における負荷低減の効果は大きいと言える。

複数無線通信路すべてにおいて認証処理を行うと、それぞれ別の暗号鍵を配布することになり、地上制御装置側での復号化処理が大きくなってしまうが、本発明の１つの無線通信路により列車が認証される方式では、その認証処理を通して得た暗号鍵を、車上制御装置が他の車上無線制御装置へ配布共有させることにより、認証処理を実施しなかった無線通信路のデータ暗号化もセキュリティ的確保される。つまり、地上制御装置―１列車間の複数無線通信路のデータすべてが認証処理と同じ暗号鍵により守られる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１の車上―地上間システム構成図を示している。図１において、地上設備としては、列車９０と双方向のデータ通信に伴い列車９０への情報を生成する地上制御装置１０と無線通信を実施する為の地上無線制御装置ＡＰ１１１（以下、地上無線制御装置：ＡＰ）が備えられている。地上制御装置１０とＡＰ１１１の間には、路線沿線上にいくつもある地上無線制御装置の統括装置ＡＰマスタ１４が配置されている。

図１において、車上設備としては、列車９０の統括装置となる車上制御装置１２と無線通信を実施する為の車上無線制御装置ＳＴＡ１３１（以下、車上無線制御装置：ＳＴＡという。）が備えられている。本実施例では、４台のＳＴＡ１３１，ＳＴＡ１３２，ＳＴＡ１３３，ＳＴＡ１３４を列車９０に搭載し、車上制御装置１２及び地上制御装置１０の間に４本の無線通信路がある構成とする。ここでは、それぞれのＳＴＡがＡＰ１１１、ＡＰ１１２、ＡＰ１１３、ＡＰ１１４と無線通信路を確立している。

それぞれの無線通信路は異なるＣＨ（チャンネル）を使用し、各々アンテナ８を有する車上無線制御装置ＳＴＡ１３１，１３２，１３３，１３４と、各々アンテナ８を有する設置環境の異なる基地局ＡＰ１１１，１１２，１１３，１１４とが通信することにより、無線通信路の環境が異なるように設定されており、無線電波環境や車上無線制御装置ＳＴＡの動作状態によって無線伝送路が切断した時には他の車上無線制御装置ＳＴＡからのデータを車上制御装置１２のデータ処理に使用する。

図２は、本発明の実施例１の無線通信路におけるデータ通信フロー図である。図２において、列車９０と地上設備とはデータ通信を行う。地上制御装置１０が１列車に送りたい情報はまずＡＰマスタ１４に送信される。このＡＰマスタ１４で暗号化処理を実施した情報は、各ＡＰ１１１〜１１４に送信される。各ＡＰ１１１〜１１４は無線通信を確立している各ＳＴＡ１３１〜１３４へ暗号化された列車制御情報を送信し、それを受信した各ＳＴＡ１３１〜１３４はデータを復号化した車上制御装置１２に送信する。

また、列車９０側が地上へ情報を送信するときには、車上制御装置１２が各ＳＴＡ１３１〜１３４に地上へ送りたい情報を渡す。各ＳＴＡ１３１〜１３４は暗号化ののち無線通信路を確立しているＡＰ１１１〜１１４へ送信する。ＡＰ１１１〜１１４は受信したデータをＡＰマスタ１４に通知し、ＡＰマスタ１４にて復号化を実施する。復号化された車上制御装置１２からの情報はＡＰマスタ１４から地上制御装置１０へ通知される。

車上制御装置１２は、通常１つのＳＴＡからの情報を用いて制御に使用するが、情報の欠如や情報更新がないといった有効ではない情報受信の事象や、無線通信路でのデータ通信断といった事象が起こると、他のＳＴＡが受信した情報を採用して制御に用いる。この無線通信路の冗長化により、地上制御装置１０からの情報が途絶えることを避ける。

無線通信路はオープンネットワークとなるので、データの暗号化を実施し、データの秘匿化を図る。暗号化のために必要となる暗号鍵は地上制御装置１０により列車９０ごとに生成され、列車立ち上げ時あるいは列車のシステム進入時の認証処理を通して地上制御装置１０から車上制御装置１２に渡される。

図３は、本発明の実施例１の各機器間における認証処理時のフローチャートを示す。まず、車上制御装置１２で規則性のない乱数を生成する。車上制御装置１２は認証を実施するＳＴＡ１３を選択し、生成した乱数を渡すことにより、認証要求を行う。ＳＴＡ１３は無線通信路を介し、ＡＰマスタ１４へ乱数を送信する。予めＳＴＡ１３，ＡＰマスタ１４の両方に共有されている認証用の認証鍵を用いて、ＡＰマスタ１４は乱数を暗号化する。このデータをＳＴＡ１３に送信し、ＳＴＡ１３は復号化を実施する。ＳＴＡ１３は再度車上制御装置１２から先ほど受け取った乱数を受け取り、認証鍵により暗号・復号化した乱数と比較し、一致するかどうかを確認する。

次に、地上制御装置１０で規則性のない乱数を生成する。地上制御装置１０はＡＰマスタ１４へ、生成した乱数を渡す。ＡＰマスタ１４は、認証処理中の無線通信路を確保しているＡＰ１１を介し、ＳＴＡ１３へ乱数を送信する。予めＳＴＡ１３，ＡＰマスタ１４の両方に共有されている認証用の認証鍵を用いて、ＳＴＡ１３は乱数を暗号化する。このデータをＡＰマスタ１４に送信し、ＡＰマスタ１４は復号化を実施する。ＡＰマスタ１４は再度地上制御装置１０から先ほど受け取った乱数を受け取り、認証鍵により暗号・復号化した乱数と比較し、一致するかどうかを確認する。

上記二つの乱数暗号・復号化シーケンスにおいて乱数の一致が確認されると、認証完了となり、地上制御装置１０より、列車ごとに定められた暗号鍵が暗号化され、ＡＰマスタ１４，ＳＴＡ１３による無線通信路を介して、車上制御装置１２に通知される。

車上制御装置１２は、認証完了に伴い受け取った暗号鍵を、認証処理を実施していない他のＳＴＡに共有処理を行い、認証完了を通知する。これに伴い、４台のＳＴＡすべての無線通信が開始される。

図４は、本発明の実施例１の無線通信路における認証処理時のデータ通信フロー図を示す。図４では、ＳＴＡ１３１に認証処理をさせている。１つの無線通信路４１で、図３に示した流れで認証処理を行う。認証処理が一定時間以内に完了しない場合や、途中無線状態の悪化、ＳＴＡ１３１の故障が発生した場合は、車上制御装置１２は、認証処理中断・終了処理を実施し、ＳＴＡ１３２へ認証処理要求を出すことにより、認証処理を実施するＳＴＡを切り替える。これにより、認証リトライ機能を構成することができる。

認証処理を通して地上制御装置１０より通知される暗号鍵は、車上制御装置１２により他のＳＴＡ（１３２，１３３，１３４）に共有される。これにより、どの無線通信路も認証処理が完了して配布される暗号鍵を用いたデータ通信を行うことができるため、４つの無線通信路すべてのデータ通信が外部からの盗聴から守られる。

認証は１つの無線通信路・ＳＴＡで実施する。一定時間以内に認証が完了され暗号鍵が車上制御装置１２に通知されてこなければ、認証中断・終了処理を実施し、他のＳＴＡへ認証要求を切り替えリトライする機能をもつ。

本発明のこの方式により、認証を実施する無線通信路を１つとした場合でも、仮に、電波状態の悪化やＳＴＡ故障が発生しても認証させるＳＴＡを切り替えることにより認証処理の実施が可能となる。

本発明を使わなかった場合、無線通信路毎に認証処理を実施することになると、１列車認証であるにもかかわらず４回の認証処理が必要となり、ＡＰマスタ１４・地上制御装置１０での処理負荷が大きくなる。

本発明を使わなかった場合、さらに、列車立ち上げ時に無線通信路の状態が悪く、認証処理が実施することができない無線通信路では、無線状態が良好になるまでデータ通信ができないことになる。これでは、車上制御装置１２がデータ通信に伴う列車制御等に加え、無線状況に応じた認証処理も必要となってしまい、システムとしてのパフォーマンス負荷が大きくなる。

本発明の実施例１の列車制御システムを用いて、認証処理を１つの無線通信路を司るＳＴＡにて実施し、かつ認証処理を通して得た暗号鍵を他の無線通信路を司るＳＴＡに共有させることにより、認証処理を実施しなかったＳＴＡにも暗号鍵を共有化させることによりデータの暗号化・復号化が実施される。これにより、認証時は無線通信が確立できなかったＳＴＡでも他の１台のＳＴＡにて認証が完了となると、暗号鍵を共有するため走行中に無線通信が確立すると直ちに暗号化を実施したデータによるデータ通信が可能となる効果を奏する。

本発明は、鉄道・モノレール・路面電車（ＬＲＴ：Light Rail Transit）などの移動体における信号保安システムに利用可能であるが、鉄道車両に限らず、オープンネットワーク上で複数無線通信路データ通信の冗長化を図り、高信頼伝送をさせたいシステムに適用できる。

図１は本発明の実施例１の車上―地上間システム構成図である。図２は本発明の実施例１の無線通信路におけるデータ通信フロー図である。図３は本発明の実施例１の各機器間における認証処理時のフローチャートである。図４は本発明の実施例１の無線通信路における認証処理時のデータ通信フロー図である。

符号の説明

８アンテナ
１０地上制御装置
１１地上無線制御装置（ＡＰ）
１２車上制御装置
１３車上無線制御装置（ＳＴＡ）
１４ＡＰマスタ
２０地上制御装置１０からＡＰ１１１，１１２，１１３，１１４へのデータ通信
２１ＳＴＡ１３１から車上制御装置１２へのデータ伝送
２２ＳＴＡ１３２から車上制御装置１２へのデータ伝送
２３ＳＴＡ１３３から車上制御装置１２へのデータ伝送
２４ＳＴＡ１３４から車上制御装置１２へのデータ伝送
３０車上制御装置１２からＳＴＡ１３１，１３２，１３３，１３４へのデータ伝送
３１ＡＰ１１１から地上制御装置１０へのデータ伝送
３２ＡＰ１１２から地上制御装置１０へのデータ伝送
３３ＡＰ１１３から地上制御装置１０へのデータ伝送
３４ＡＰ１１４から地上制御装置１０へのデータ伝送
４１ＳＴＡ１３１とＡＰ１１１間の無線通信路
４２ＳＴＡ１３２とＡＰ１１２間の無線通信路
４３ＳＴＡ１３３とＡＰ１１３間の無線通信路
４４ＳＴＡ１３４とＡＰ１１４間の無線通信路
６０認証処理時のデータ伝送フロー
６１認証処理後の暗号鍵共有時のデータ伝送フロー
１１１ＡＰ１
１１２ＡＰ２
１１３ＡＰ３
１１４ＡＰ４
１３１ＳＴＡ１
１３２ＳＴＡ２
１３３ＳＴＡ３
１３４ＳＴＡ４

Claims

所定の経路上を移動する複数の車上無線制御装置と所定の経路沿線に設置された複数の地上無線制御装置との間で無線通信を行い、前記複数の車上無線制御装置と前記複数の地上無線制御装置間で異なる通信周波数の複数の無線通信路で平行させて同時無線通信をする列車制御システムにおいて、
前記複数の無線通信路のうちの１つの無線通信路を選択して認証要求及び認証処理を実施し、前記認証処理時に得られた暗号鍵を前記複数の車上無線制御装置に共通の暗号鍵として前記複数の車上無線制御装置と前記複数の地上無線制御装置間でのデータ通信の暗号化を行い、前記車上無線制御装置の前記列車制御システム内への進入時、または、前記車上無線制御装置の初期立ち上げ時に必要となる前記認証要求及び認証処理を、前記選択する無線通信路を切り替えて実施することを特徴とする列車制御システム。
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、１つの無線通信路を選択し認証要求を実施する前記車上無線制御装置の統括装置は、前記認証処理のために乱数を生成し、この乱数を認証要求し認証処理を実施する無線通信路にのみ渡すことを特徴とする列車制御システム。
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、複数ある無線通信路上のデータは、地上統括装置が生成し前記地上無線制御装置を経由して前記車上無線制御装置へ通知する暗号鍵を用いて暗号化を実施し、この暗号鍵は１つの無線通信路で認証を実施する際に前記地上無線制御装置より通知され、前記地上無線制御装置の統括装置は、この暗号鍵を認証を実施していない他の無線通信路でのデータ暗号化にも使えるように各車上無線制御装置に共有させることにより、前記車上無線制御装置及び前記地上無線制御装置間のすべての複数無線通信路上のデータを暗号化可能とすることを特徴とする列車制御システム。
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、一定時間内に前記認証処理が完了されない場合や前記認証処理中に無線通信が途切れてしまう場合は、前記認証中の処理を中断・終了させ、前記車上無線制御装置の統括装置が別の無線通信路を選択し前記認証処理を再開させ、前記無線通信路を切り替えて前記認証要求及び前記認証処理を再度行う認証リトライ機能を有することを特徴とする列車制御システム。
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、１つの無線通信路を介し前記認証処理が完了すると、前記車上無線制御装置の前記列車制御システム内でのデータ通信が許可されることになり、前記車上無線制御装置の統括装置は他の無線通信路に認証完了情報及び暗号鍵を共有させることにより、残りの無線通信路のデータ通信が許可・開始され、前記列車制御システムにおけるデータ通信が稼動し始めることを特徴とする列車制御システム。