JPS58127446A - デ−タ伝送ネツトワ−ク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄道車両など実時間での制御が必要な種々雑
多な機器群間でのデータの伝送に適したディジタルデー
タ伝送方式に関する。

種々の機器を数多く集合して動作するシステムとして鉄
道車両、船舶、航空機等の運輸機器や原子力、化学、鉄
鋼等のプラントあるいはエレベータ−１防災機器からな
るビルシステム等が掲げられる。

従来、この様なシステムにおい【機器間を接続する手段
として多芯ケーブルや同軸ケーブル等力を用いられて来
たが、各システムは機能向上の為年々複雑化しており、
単なるケーブルの増設だけに依る増加信号への対応はコ
スト、重量、布設スペース、改造等の制約から困難にな
りつつある。

例えば、複数の車両からなる列車においては、従来から
＠１図に示すような構成が採用されている。

第１図におい【、１は架線、２はレール、３はパンタグ
ラフ、４は車体、５は運転台、６は各種の機器一般、７
は引き通し線を示す。

列車内の制御信号はその大部分が運転台５から発せられ
、夫々専用の引き通し線７を通じて各機Ｒ６に分配され
るようＫなっている。

また、このような鉄道車両においては、第２図に示すよ
うに、２〜４両を一つの走行機能単位とするユニット９
に分割し、これらを連結して列車を編成するのが通例で
あり、このときには引き通し線７とは別にユニット内配
線８が設けられる。

従って、このような車両内に必要な配線の数は従来から
かなりの本数にわたっていたが、近年、車両制御の高度
化と共に、この車両内配線の本数はさらに増加し、現在
では車両間に渡って設けられる線の本数は３００本以上
になることも珍らしくなくなってきている上、今後各機
器の状態監視を含むインテリジェントな列車運転を行な
うためには更に数百以上の信号交換が必要になるものと
見込まれるので、これらを第１図及び第２図のような従
来の方法で行なうようにしたのでは、車両内配線による
重量、スペース、布敷コストの増加が著しくなってしま
うという問題点があった。

しかして、配線本数を極力少くし、しかも多くの信号の
伝送を可能にする方法としては、従来からディジタル多
重通信ネットワークを用いる方法が知られている。

しかしながら、これまでに実用化されたディジタル多重
通信ネットワークは、その多くが伝送時間のトラフィッ
クによる変動が大きく、実時間で信号を交換して動作す
る必要がある列車内の機器の制御などには適していない
。

すなわち、列車の運転制御をはじめとする各種機器の制
御方式は、従来から第１図及び第２図に示したような個
別配線による信号の伝達を前提としたものであり、この
上うな個別配線による方式では信号伝達に要する時間を
考える必要がないことから、制御方式についても信号遅
延時間を無視した設計となっている。

従って、上記のような信号の伝送時間が大きく変動して
しまうディジタル多重通信ネットワークを用いたのでは
、列車の制御などを円滑に行なうことができず、そのた
め適用が不可能なのである。

一方、伝送時間の変動が最も少ないディジタル多重通信
ネットワークとしては、電話交換や多目的通信などに用
いられているパケット変換方式が知られている。

しかしながら、この方式も他の従来のディジタル多重伝
送ネットワークと同様に、伝送ステージ曹ンだけでなく
ネットワークを利用する周辺の機器にもインテリジェン
スが必要であり高価で且、多くのスペースを必要とする
欠点があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、鉄道
車両など種々雑多な機器群が多目的に信号を交換しなが
ら実時間での制御を行な５システムにおいて、非インテ
リジェントな機器の信号も含めて必要な信号を全て多重
化して伝送が可能なデータ伝送ネットワークを提供する
にある。

この目的を達成するため、本発明は、各種の機器に対す
る入出力装置を備えた複数のデータ伝送ステージ冒ンを
ループ状の伝送路で結合した上で、同じ長さのデータフ
レームを該伝送路中に同時に所定数周回伝送させると共
に、各データフレームをそれぞれのデータ伝送ステージ
璽ンごとに割当てたデータパケットで構成し、これによ
り各データパケット中の各ビットと当該データ伝送ステ
ージ冒ンに結合されている周辺機器の発信信号との対応
を可能くすると共に、各データ伝送ステージ箇ンに割当
てるデータバケツＦの数を複数にすることＫより、ビッ
トごとのオン・オフ信号伝達用のデータパケットだけで
な（長文のメクセージを分割して送ることがで館るよう
にした仮懇データパケットをも周辺機器に与えることが
できるよ５にした点を特徴とする。

また、列車での信号の伝送には運転台からの指令の様に
一つの信号を多くの機器が受信する１対Ｎ形から１対１
形まで各種のものがあるので、車上信号の多重伝送にお
いては、任意の伝送ステージ曹ンが任意の信号を受信で
きる回報通信が必要となるが、本発明によれば、このよ
うな回報通信が極め【容易に行なわれる点も特徴とする
。

以下、本発明によるデータ伝送ネットワークの実施例を
図面について説明する。

第３図は本発明を列車の信号伝送システムに用いた一実
施例で、　１０はデータ伝送ステージ璽ン、１１はルー
プ状の直列伝送路であり、その他は第１図及び第２図と
同じである。なお、１２は伝送路１１におけるデータフ
レームの伝送方向を示す矢印である。

第４図は本発明の基本的な動作原理を説明するための図
で、第４図（α）は第３図におけるデータ伝送ステージ
１ン（以下、単にステージ璽ンという）１０とループ状
伝送路（以下、単にループという）１１とを抜き出した
もので、複数のステージ璽ン１０を順次１０Ａ〜ＩＯＨ
で示しである。

また、第４図＜ｂ＞は同図（ａ）　Ｋおける各ステージ
田ンｌ０Ａ−１０Ｈにおけるデータ処理内容を示したも
ので、シーカ１上におけるデータフレーム（以下、単に
フレームという）が一つであった場合につ（・てのもの
であり、２１は受信、２２はデータの書き替え、２３は
送信、２４は受信データの周辺機器へのダンプ（一括授
与）、２５は周辺機器からの新たなデータの受付け、２
６は次の受信に備えてのプリセットである。

第５図は第３図及び第４図においてループ上を周回伝送
させるためのデータフレーム（以下、単にフレームとい
う）の一実施例で、図にお℃・【、２７はスタート７ラ
グ、２８はエンドフラグ、２９〜３６はそれぞれステー
ジ冒ンＩＯＡ〜ＩＯＨに割当てたデータパケット（以下
、単に）くケラトと〜・う）、３７は誤り検出用のフレ
ームチェックコードである。

次に、これら第３図ないし第５図によって本発明の基本
的動作原理について説明する。

いま、仮に、ステージ冒ンＩＯＡとノくケラト２！ｌ”
−列車の先−車両とその運転台に割り当てられ、その他
のステージ１ンＩＯＢ〜ＩＯＨとパケット３０〜３６が
順次他の車両に割当てられていたとする。

まず、ステージ１ンＩＯＡは列車電源起動後、一定の時
間、フレームの受信のないことを監視した後第５図のフ
レームを伝送路に送り出す。

その際、バケツ）２９には先頭車内の機器が発信した信
号のパターンを書き込んでおき、その他のパケットは空
白としておく。

ステージ曹ンＩＯＢはステージ盲ンＩＯＡの送信開始に
伴ない受信を開始し、受信完了後、自車両内機器の発信
信号をパケット３０に記入し、他のパケットはそのまま
次のステージ璽ンＩＯＣに送信する。

同様の動作を各ステージ璽ンが次々と繰り返し実行する
ことＫより、起動時にステージ冒ンＩＯＡを発したフレ
ームは、その内容を列車上の各機器の発生する信号の変
化に合せて次々と更新しながらループ上を継続的に周回
することができる。

このとき、第４図（ｂ）に示す様に、一つのステーシラ
ン内で生じる伝送遅延は受信動作２１とデータ書き替え
２２で生ずるだけであり、その他の必要な動作２３〜２
６はフレームが次に周回し【くるまでの空き時間に行な
われるため、７レームの周回時間は短く、且常に一定で
ある。

また、列車を構成する機器は多くの専門製造業者がそれ
ぞれ分散して製造し【いるため、信号多重化を行なった
場合に伝送路を利用する手続きが簡明であることは誤り
の防止や機器側の負担−加の抑制の為重要であるが、第
５図の実施例によるフレーム構成によれば機器の信号と
メツセージ中のビットを１対１に対応させることができ
、手続きは極めて簡明である。

以上が本発明における伝送路周辺機器のスイッチの状態
などのオンオフ信号の伝送方法の基本的形態である。

次に、単純なオンオフ信号だけでなく長いデータ列から
なるメツセージを本発明によって伝送する方法を第６図
にて説明する。

いま、仮にステージ曹ンＩＯＨにパケット３６が割　　
′当てられているものとし、ステージ曹ンＩＯＨから１
０Ｅヘメツセージを転送するものとする。

第６図において、６１はステージ璽ンＩＯＨ又はその周
辺機器の作成した送信メツセージである。

ステージ璽ンＩＯＨは送信メツセージ６１をパケット３
６の長さを単位に分割し、順次フレームがループ上を周
回して着信する毎にパケット３６に乗せて送出する。

ステージ冒ンＩＯＥではパケット３６の内容を順次とり
出して蓄積し、メツセージ６１を再構成して、長文のメ
ツセージ受信を行なう。

この、メツセージをパケットを利用して伝送する方式自
体は、一般的に「仮想パケット方式」と呼ばれているが
、本発明では後述の如くメツセージを送るパケットとオ
ンオフ信号を送るノくケラトが同時に伝送ループ上に混
在することを可能にしている。

ここで、第７図に本発明によるステージ箇ンの一実施例
を示す。第７図において３８は受信端子、３９は送信端
子、４０，４５．４７は通信制御部、４１と４８はダイ
レクト・メモリアクセス（以下、単にＤＭＡという）コ
ントローラ、４２と４９はバッファメモリ、４３と５０
はプロセッサ、４４と５１はプログラムメモリー、４６
と５７はパス、５２は入出力制御部、５４〜５６は入力
バッファ、５７〜５９は出カッくツファである。

隣接のステージ四ンからフレームの送信が開始されると
、通信制御部４０はスタートフラグ２７を検出してＤＭ
Ａコントローラ４１に起動をかけ、これを受けてＤＭＡ
コントローラ４１はプロセッサ４３を停止させ通信制御
部４０から出力される受信メツセージの内容をバッファ
メモリ４２に直接書き込む。

フレームの長さは各ステージ曹ンに割当てたノくケラト
長の和で決まる一定の値であるから、ＤＭＡコントロー
ラ４１に第４図（Ａ）に示したプリセット処理において
転送語数をプロセッサ４３からあら力箋じめプリセット
しておくと、フレーム全部の受信終了と同時にパス４６
の制御権がＤＭＡコントローラ４１からプロセッサ４３
に帰される。

通信制御部４０では受信データの誤りの有無をフレーム
チェックコードによりチェックし、その結果を内部のレ
ジスタに記入しておき、プロセッサ４３はこのレジスタ
の内容を読み出して受信データが有効であれば、まずパ
ックアメモリ４２内に書き込まれた受信データの５ち当
該伝送ステージ譜ンに割当てられたパケットの内容をバ
ッファメモリ４２の別の場所に転送し、続いてこのパケ
ットの内容を更新しＤＭＡコントローａ）４１と通信制
御部４０をプリセットしてから通信制御部４０を起動す
る。

そこで、通信制御部４０はＤＭＡコントローラ４１ヲ起
動し、更新されたパックアメモリ４２内のフレームを全
て送信する。

送信終了後、プロセッサ４３はＤＭＡコントローラ４１
と通信制御部４５を用いて下部のバッファメモリ４９に
バッファメモリ４２の内容を転送する。これにより、プ
ロセッサ５０はバッファメモリ４２の内容を読み出し、
前回送出して一巡したデータの合否をチェックした後、
他の車両から送信され当該車両内機器に配分すべきデー
タを選択して入出力制御部５２と出力バッファ群５７〜
５９により出力する。

次に、入力バッファ５４〜５６と入出力制御部５２を通
して当該車両内機器の出力信号を取り入れプ訪セクサ４
３側に転送する。

以上の様に、第７図に示したステージ璽ン構成及び伝送
処理手順によれば、伝送制御と周辺入出力制御を２つの
プロセッサに分けて行なわせているから、送受信処理が
極めて簡潔且一定時間で行なわれ、しかも、各ステージ
璽ンはメツセージ中の任意のデータを他のステージ１ン
に影蕃を与えることなく受信することができ、先に述べ
た同報通信機能を満すことかできる。

また、第７図の各構成部分は大むねＩＣｒ〜数個ずつで
実現できるため、伝送ステージ冒ンの寸法、消費電力は
小さく列車内の限られたスペースでも充分収納可能であ
る。

次に１以上の原理的構成における伝送性能について説明
する。

いま、１フレーム内のパケットの和の全長を５１２ビツ
ト、ループ上での伝送速度を２Ｍピクト／秒、データ書
き替え処理時間を５０マイクロ秒とすると、１ステージ
曹ン当りの遅延時間は約０３２ミリ秒である。

従って、仮に８両編成の列車の各車両Ｋ１台ずつこのス
テージ冒ンを搭載した場合、あるステージ嘗ンの下で発
生した情報が最も遠い、即ち、伝送路上手牌のステージ
璽ンに到達するまでの最短遅延時間は０３２　Ｘ　７　
＝　２．２４　（ミリ秒）である。

一方、最長遅延時間は情報発生直前にそのステージ嘗ン
をフレームが通過した場合であり、フレームがループ伝
送路上を一周するまで待つことになるので、最長遅延時
間は０３２　Ｘ　（７＋８　）　＝４．８０　（ミリ秒
）となる。即ち、信号伝送時間の変動は３．５２ミリ秒
±１．２８ミリ秒となる。

ところで、実際に列車の各機器に用いられている信号変
換素子は、大部分が継電器、電磁弁でありその応答時間
はｌＯ〜５０ミリ秒のものが多い。

従って、上記した車両用伝送ネットワークによれば、こ
の説明に用いたフレーム数が１つの場合でも従来の引き
通し配線では実現困難な５１２点の信号伝送に対して、
充分実用できる性能を有しており、さらに車両内機器状
態のモニタリング情報等の追加を行な５余地すら有ると
いえる。

しかしながら、旅客列車などの場合には、最大１６両編
成種度のものがあり、仮に前後端の先頭事に各２台、中
間車に各１台、その他外部からの自動試験用に２台を配
置すると２０台が必要となるが、伝送遅延時間は伝送ス
テージ璽ン数に比例して長くなるので長大な７レーム長
を用いた場合、実効的な伝送速度が不充分になる可能性
がある。

そこで、本発明では、必要な全フレーム長を複数の短い
フレームに分割する方法を用いた。

第８図に本発明になるフレーム群の一実施例を示す。

第８図において、６０はフレームナンバー、６２〜６４
はオンオフ信号用パケットで構成したフレームで６５〜
６７はメツセージ用パケットからなるフレームであり、
且、ループ上の各ステージ嘗ンにはこれら両種のパケッ
トを同数割当て、しかもそれらのパケット長を等しくし
ておく。

第８図の例ではパケット６８と６９がこれと誼当し、同
一のステージ冒ンに割合てられている。

フレームラ発行すべきステージ冒ンは、発行順にフレー
ム番号６０をつけ、最初のフレームがループ伝送路上を
一周し【来る前に全ての７レームの発行を終了するよう
にする。

ここで、ステージ璽ン内処理手順のうち伝送遅延に係わ
る部分のフローチャーＦを第９図に示す。

第９図から明らかな如く個々のフレーム長を短くすると
とｋより１伝送ステージ冒ン内の遅延時間のうち受信に
要する時間が短くなるため、フレームのループ上の周回
速度を早くすることができる。

更に１本発明による上記実施例の方式では、一つのステ
ージ璽ンに割当てるパケットの長さをその種別と無関係
に一定としているので、伝送制御部忙おけるパケット内
容の更新処理は全く同一の手順で良く、その内容を伝送
制御部が判断する必要がなくなるので、全てのフレーム
はループ上を常に一定の速度と間隔を保って周回するこ
とができ、メツセージ伝送とオンオフ信号伝送を両立さ
せることができるのである。

この様な伝送を実現するハードウェアは第７図の実施例
に示した様な構成でよく、フレーム数、パケット数の変
更によるハードウェアの変更が不要なことはいうまでも
ない。

ところで、上記実施例では、伝送動作始動時、最初に７
レームを発行するステージ冒ンを、例えば列車の先頭車
両に設置したステージ璽ン１０Ａなどの１ステージ冒ン
に固定している。そのため、万一、このステージ四ンに
故障が発生するとループ上への最初のフレームの発行が
行なわれなくなって、伝送ネットワーク全体が機能しな
くなってしま５という虞れを生じる。

そこで、本発明の他の実施例としては、２以上のステー
ジ１ンにも、動作始動後所定の時間以上フレームの受信
が無いことをチェックする機能と、それに応じて自らが
フレームを発行する機能とを設け、フレーム発行機能が
順次異なったステージ冒ンにより引継がれるようにして
もよい。

この実施例によれば、仮に運転台のステージ冒ンに故障
が発生して列車の走行が不能になった場舎でも、客室内
における照明や空調、放送などのシステムに対する制御
まで不能になるのが防止でき、成る程度のサービスの続
行が可能になり、信頼性も向上する。

また、第７図の実施例によるステージ璽ンでは、伝送制
御用のプロセッサ４３とは独立に１周辺入出力制御用の
プロセッサ５０を有しているから、このステージ曹ンを
備えた車両内の機器に対する情報処理サービスを、この
プロセッサ５０によって行なわせることができ、この結
果、本発明の実施例によれば、車両白情報処理方式の開
発進行に伴なってインテリジェント処理の範囲を拡大し
、伝送すべき情報量を減少させながらリアルタイム伝送
やインテリジェント化されていない機器への信号伝送サ
ービスをも併わせ行なうことが可能であるという効果が
得られる。

なお、以上の実施例は列車の信号伝送システムに適用し
た例について示したが、本発明によるデータ伝送ネット
ワークは上記実施例に限らず、各種の運輸機器やプラン
ト、ビルシステムなどＫおける信号伝送システムについ
ても適用可能なことはいうまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、ディジタル多重
化伝送を行なっても、伝送遅延時間が短かく、しかもそ
れをほぼ一定に保つことができるため、従来技術の欠点
を除き、鉄道車両用の信号伝送システムなどに適用して １、伝送速度が早い。

２、　ローコストであり、かつサイズや重量の点で優れ
ている。

３、同報通信が可能。

４、信頼性や拡張性に富んでいる。

などの特長があり、しかも、各ステージ曹ンのハードウ
ェアが全く同じにできるので、その保守が容易でコスト
も低くて済むデータ伝送ネットワークを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は鉄道車両における信号伝送システム
の従来例を示すブロック図、第３図は本発明によるデー
タ伝送ネットワークの一実施例を示スブロック図、第４
図（α）、　（Ａ）はその動作を示す説明図、第５図は
本発明におけるフレームの基本的構成を示す説明図、第
６図はメツセージ伝送用のフレームの一実施例を示す説
明図、第７図はデータ伝送ステージ璽ンの一実施例を示
すブロック図、第８図はフレーム構成の一実施例を示す
説明図、第９図は伝送処理の一実施例を示すフローチャ
ートである。 １０、　ＩＯＡ〜ＩＯＨ・・・データ伝送ステージ璽ン
（ステージ冒ン）、１１・・す＝プ状直列伝送路（ルー
プ） 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　相互にデータの送受信を行なう複数のデータ伝送
   ステージ璽ンをループ状伝送路により結合してなるデー
   タ伝送ネットワークにおいて、あらかじめ上記複数のデ
   ータ伝送ステージ１ンのそれぞれに割当てたデータパケ
   ットの少くとも一つのデータパケットからなり互に等し
   い長さを有する複数のデータフレームを上記ループ状伝
   送路の一周回伝送時間の間忙所定数だけ発生するフレー
   ム発行手段と、上記各データ伝送ステージ曹ンのそれぞ
   れに備えられ上記ループ状伝送路から受信したデータ７
   レームの中で当該ステージ１ンに割当てられたデータパ
   ケットの内容だけを更新しデータフレームを再構成して
   上記ループ状伝送路へ送出する手段とを設け、上記ルー
   プ状伝送路中に上記所定数のデーターフレームを同時に
   周回伝送させた状態でのデータ伝送を可能に構成したこ
   とを特徴とするデータ伝送ネットワーク。 ２、特許請求の範囲第１項にお〜・て、上記フレーム発
   行手段を上記複数のデータ伝送ステージ璽ンのうちの特
   定の１ステージ曹ンに設け、伝送動作始動時に該ステー
   ジ璽ンから上記所定数のデータフレームを上記ループ状
   伝送路中に送出するよ５に構成したことを％徴とするデ
   ータ伝送ネットワーク。 ３、　　％許請求の範囲第１項において、上記７レ一五
   発行手段を上記複数のデータ伝送ステージ璽ンのうちの
   少くとも２ステージ冒ンに設け、伝送動作始動後、これ
   ら少くとも２以上のステージ璽ンごとに異なる所定時間
   経過時までにデータフレームが受信されなかったときに
   は当該ステージ璽ンから上記所定数のデータフレームを
   上記ループ状伝送路中に送出するよ５に構成したことを
   特徴とするデータ伝送ネットワーク。 ４．４１許請求の範囲第１項ないし第３項の（・ずれか
   において、上記データフレームに含まれるデータパケッ
   トを、上記データ伝送ステージ四ンごとに用途別に割当
   てた複数種のデータに対応する複数種のデータパケット
   で構成したことを特徴とするデータ伝送ネットワーク。 ５、特許請求の範囲第４項において、上記複数種のデー
   タパケットをそれぞれ互に等しい長さのノ（ケラトとし
   、それらを互に異なったデータフレーム中に配分するよ
   ５に構成したことを特徴とするデータ伝送ネットワーク
   。 ６、　　％許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
   において、上記複数のデータ伝−送ステーシ冒ンは、伝
   送制御部と、プロセッサ部と、ダイレクト−メモリアク
   セス・コントローラ部と、入出力制御部とを備え、上記
   伝送制御部は上記データフレームの受信開始後、上記ダ
   イレフ）−メモリアクセス・コントローラ部を起動して
   受信したデータフレームをバッファメモリに直接転送し
   、上記プロセッサ部は上記データフレームの受信終了後
   、上記バッファメモリの所定の部分を更新し、上記伝送
   制御部とダイレクト・メモリアクセス・コントローラ部
   を起動し【上記バッツァメそりの内容を送出するよ５に
   それぞれ構成されていることな特徴とするデータ伝送ネ
   ットワーク。 ７、特許請求の範囲第６項において、上記入出力制御部
   を、当核データ伝送ステージ冒ンの周辺機器で発生した
   データを上記プロセッサ部に伝送し、受信したデータフ
   レームのうち周辺機器が必要とするデータを選択して出
   力するように構成したことを特徴とするデータ伝送ネッ
   トワーク。