KR100730055B1 - 정보전송시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량의 차상 네트워크에 있어서, 미디어정보를 동시에 전송하여도 제어정보의 실시간성을 확보하여, 네트워크의 장해에 대한 높은 신뢰성을 확보하는 수단을 제공하는 것이다.

이를 위하여 1시스템 NCP(11)는 1시스템 스위칭 허브(12)를 거쳐 1시스템 기간 전송로(1N)에 접속된다. 1시스템 제어정보전송부(13)를 거쳐, 1시스템 기기 제어장치(15), 2시스템 기기 제어장치(25) 및 2시스템 스위칭 허브(22)에 접속된다. 1시스템 미디어정보전송부(14)를 거쳐 1시스템 정보기기(16)에 접속된다. 2시스템도 마찬가지이다. 스위칭 허브(2)는 제어정보와 미디어정보를 수신하였을 때, 제어정보를 우선하여 송신한다. 제어정보전송부(3)는 2개의 기간 전송로(N)에서 데이터를 수신하여, 자국과 동일 계통으로부터의 데이터를 기기 제어장치(5)에 전송한다. 장해에 의하여 한쪽의 기간 전송로(N)로부터 전송이 도중에 끊긴 경우에는, 다른쪽의 기간 전송로(N)에서 수신한 데이터를 전송이 도중에 끊긴 기간 전송로(N)에 중계하도록 하였다.

Description

정보전송시스템{TRANSMISSION SYSTEM OF INFORMATION}

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 철도차량 내에 있어서의 정보전송시스템의 네트워크 구성을 나타내는 도,

도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 1대의 차량에 있어서의 NCP와 그 주변의 구성을 나타내는 도,

도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 정보전송시스템에 있어서의 제어정보의 종류와 데이터량을 나타내는 도,

도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 NCP에 있어서의 지연발생의 모양을 나타내는 도,

도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 전송 프레임의 구성을 나타내는 도,

도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 스위칭 허브의 우선처리에 있어서의 기능 블럭의 구성을 나타내는 도,

도 7은 본 발명의 실시형태에 관한 NCP에 의한 우회제어를 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : NCP(전송제어장치) 2 : 스위칭 허브

3 : 제어정보전송부 4 : 미디어정보전송부

5 : 기기 제어장치 6 : 정보기기

N : 기간 전송로(차상 네트워크) 11 : 1시스템 NCP(전송제어장치)

12 : 1시스템 스위칭 허브 13 : 1시스템 제어정보전송부

14 : 1시스템 미디어정보전송부 15 : 1시스템 기기제어장치

16 : 1시스템 정보기기

1N : 1시스템 기간 전송로(차상 네트워크)

21 : 2시스템 NCP(전송제어장치) 22 : 2시스템 스위칭 허브

23 : 2시스템 제어정보전송부 24 : 2시스템 미디어정보전송부

25 : 2시스템 기기제어장치 26 : 2시스템 정보기기

2N : 2시스템 기간 전송로(차상 네트워크)

31 : 차량 기기

본 발명은 철도차량에 있어서의 차상 네트워크에 관한 것으로, 특히 기간 네트워크에 의한 정보전송시스템에 관한 것이다.

철도차량의 차상 네트워크는, 차량 내 배선의 생략화 등을 목적으로 하여 개발이 진행되어, 당초는 차량 기기의 모니터링(상태정보의 수집)에 사용되고 있었다. 현재에는 데이터 전송속도 2∼3 Mbps의 네트워크가 실용화되어, 제어정보(차량 기기에의 제어지령 등)의 전송도 가능하게 되어 있다. 또 차량 내에 있어서의 멀 티미디어서비스의 요구가 높아지고 있어, 차상 네트워크의 이용에 의한 대용량의 미디어정보의 전송이나 인터넷접속 등이 실현되고 있다. 철도차량의 차상 네트워크의 예로서는 차량마다 2대의 전송국을 설치하여, 각 차량의 전송국 사이를 제 1 전송로에서 루프접속함과 동시에, 각 차량 내에 설치한 2대의 전송국을 제 2 전송로에서 접속하여, 차량 사이의 제 1 전송로가 복수부분에서 단선되었을 때는, 차량 내의 제 2 전송로로서 우회로를 구성하도록 한 기술이 개시되어 있다(특허문헌 1참조).

[특허문헌 1]

일본국 특개평11-154891호 공보(단락 0020∼0024, 도 1, 도 2)

그러나 차상 네트워크에 멀티미디어 서비스를 위한 미디어정보를 동시에 전송하게 되면 차량 기기제어를 위한 제어정보와 혼재하게 되어, 미디어정보의 전송에 의해 제어정보의 실시간성이 손상된다는 문제가 발생한다. 이에 의하여 차량 기기의 제어에 필요한 응답성을 확보할 수 없게 된다. 또 차상 네트워크에는 장해가 발생하여도 열차가 선로상에서 오도 가도 못하게 되는 일 없이 수리공장까지 이동할 수 있는 높은 신뢰성이 필요하고, 바꾸어 말하면 네트워크기기의 고장이나 전송로의 단선에 대한 장황성이 필요하게 된다.

그래서 본 발명은 상기 문제를 감안하여, 철도차량의 차상 네트워크에 있어서, 미디어정보를 동시에 전송하여도 제어정보의 실시간성을 확보함과 동시에, 네트워크의 장해에 대한 높은 신뢰성을 확보하는 수단을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하는 본 발명은, 철도차량에 있어서 각 차량 사이를 접속하는 차상 네트워크와, 각 차량에 설치되어 상기 차상 네트워크 및 차량 내의 기기를 접속하는 전송제어장치로 구성되는 정보전송시스템으로서, 주로 이하에 나타내는 바와 같은 특징을 가진다. 먼저 정보전송시스템은, 차상 네트워크에 접속되는 차량 기기를 제어하기 위한 제어정보를, 금속 매체의 전송선을 통하여 100 Mbps 이상의 데이터 전송속도로 전송하는 전송제어장치를 구비한다. 이것에 의하여 철도차량에 있어서의 차량 기기의 운전성이나 응답성을 확보한다.

그리고 전송제어장치는 차량 기기와 제어정보(제어계 데이터)의 송수신을 행하는 제어정보전송부와, 정보기기와 미디어정보(정보계 데이터)의 송수신을 행하는 미디어정보전송부와, 차상 네트워크, 제어정보전송부 및 미디어정보전송부에 접속되고, 차상 네트워크 및 제어정보전송부의 사이에서 제어정보의 중계를 행하고, 차상 네트워크 및 미디어정보전송부의 사이에서 미디어정보의 중계를 행하는 스위칭 허브를 구비한다. 스위칭 허브는 제어정보전송부로부터 수신한 제어정보 및 미디어정보전송부로부터 수신한 미디어정보를 차상 네트워크에 송신할 때, 각 정보에 설정된 우선도를 나타내는 데이터를 참조하여, 그 우선도가 높은 순서대로 각 정보를 송신한다. 이때 제어정보에 설정하는 우선도를, 미디어정보에 설정하는 우선도보다 높게 함으로써, 스위칭 허브는 제어정보를 우선적으로 송신한다. 이것에 의하여 제어정보 및 미디어정보가 혼재하여도 제어정보의 실시간성은 손상되지 않는다.

이어서, 장황한 구성으로서 각 차량 사이를 2개의 차상 네트워크로 접속하고, 각 차량 내에 있어서 각 차상 네트워크에 스위칭 허브를 접속하고, 그 2개의 스위칭 허브 사이에 2개의 제어정보전송부를 접속한다. 제어정보전송부는 차량 기기로부터 제어정보를 수신하였을 때, 그 수신한 제어정보를 2개의 스위칭 허브에 송신한다. 그리고 그 제어정보를 수신하는 제어정보전송부는, 어느 한쪽의 스위칭 허브로부터 제어정보를 수신하였을 때, 그 제어정보를 수신하지 않은 쪽의 스위칭 허브에 송신한다. 이것에 의하여 차상 네트워크의 일부에 장해가 발생하여도 경로를 전환함으로써 정보전송을 계속한다. 또한 제어정보전송부는 제어정보를 송신할 때, 소정의 주기로 송신한다. 그리고 그 제어정보를 수신하는 제어정보전송부는, 그 주기의 소정의 배수에 상당하는 시간 내에 제어정보를 수신하지 않을 때, 해당 차상 네트워크에 장해가 발생하였다고 판단한다. 이것에 의하여 장해발생시의 경로전환을 단시간으로 행하게 된다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태(이하, 「본 발명의 실시형태」라 한다)에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

≪정보전송시스템의 네트워크 구성과 개요≫

도 1을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관한 철도차량 내에 있어서의 정보전송시스템의 네트워크의 구성에 대하여 설명한다. 각 차량[1호차(10a), 2호차(10b), 3호차(10c, …)]에는 NCP(Network Control Processor, 전송제어장치)가 1시스템 및 2시스템의 2대씩 설치된다. 그리고 각 NCP(1)[1시스템 NCP(11,) 2시스템 NCP(21)]는, 각 차량에 걸쳐 2계통 설치된 차상 네트워크인 기간 전송로(N)[1시 스템 기간 전송로(1N), 2시스템 기간 전송로(2N)]에 접속된다.

또한 본 실시형태의 설명에 있어서, 1시스템 또는 2시스템의 구성요소를 나타낼 때는 예를 들면, 「1시스템 NCP(11)」나「2시스템 NCP(21)」와 같이 기재하고, 1시스템나 2시스템을 불문하고 일반적으로 구성요소를 설명할 때는, 예를 들면 「NCP (1)」와 같이 기재한다.

기간 전송로(N)는 금속이나 광섬유를 통신매체로 하는 전송로이다. NCP(1)는 이 기간 전송로(N)를 통하여, 100 Mbps 이상의 데이터 전송속도로 데이터를 전송한다. 차량 기기(31)(도 2 참조)를 제어하기 위한 제어정보를 전송함으로써, 차량 기기(31)의 운전성이나 응답성을 확보할 수 있다. 또 NCP(1)는 양 계통의 기간 전송로(N)를 감시하고, 필요에 따라 데이터를 우회처리한다. NCP(1)가 단체로(다른 NCP(1)과의 주고 받음을 하지 않고) 장해검지 및 우회처리를 행하기 때문에, 고속의 경로전환이 가능하게 된다. 또한 NCP(1)에는 기기제어장치(5)가 접속되고, 다시 지선 네트워크를 거쳐 차량 기기(31)가 접속된다(도 2참조). 여기서 차량 기기(31)는 예를 들면 차량의 도어, 브레이크, 인버터 등이다.

≪NCP (전송제어장치)와 그 주변의 구성≫

도 2를 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관한 1대의 차량에 있어서의 NCP와 그 주변의 구성에 대하여 설명한다.

먼저, NCP(1)의 구성 및 그 주변에 대하여 설명한다. NCP(1)는 스위칭 허브(2), 제어정보전송부(3) 및 미디어정보전송부(4)로 구성된다.

스위칭 허브(2)는 범용의 스위칭 허브 그 자체이며, 전송방식은 스토어 & 포 워드(store & forward)방식으로 한다. 이 방식에서는 각 포트로부터 수신한 프레임을 버퍼링(스토어)하고, 그 후 적절한 포트에 출력(포워드)한다. 이때 다른 포트의 프레임은 병렬로 처리하는 것이 가능하다. 이 때문에 수신한 신호를 그대로 출력하는 리피터방식과 달리, 프레임의 충돌은 발생하지 않는다. 또 스위칭 허브(2)는IEEE802.1Q/p로 규정되는 우선통신에 대응한 것을 사용한다. 이 규격에서는 우선도가 기재된 확장 MAC(Media Access Control)헤더가 정의되어 있다. 스위칭 허브(2)는 우선도마다의 출력 버퍼(큐)를 가지고, 우선도가 높은 것부터 먼저 출력한다. 이 기능을 사용하여 제어계의 프레임을 정보계의 프레임보다 높은 우선도로 함으로써 제어정보와 미디어정보의 동시전송을 실현한다. 또한 스위칭 허브(2)는 전용 LSI (Large Scale Integrated Circuit으로 )이며, 하드웨어에 의하여 동작한다.

도 2에 나타내는 바와 같이 기간 전송로(N)의 전송 데이터는 각 차량을 통과할 때마다 NCP(1)의 스위칭 허브(2)를 경유한다. 스위칭 허브(2)는 수신한 프레임을 스토어 & 포워드로 재생 중계한다. 스위칭 허브(2) 사이의 전송거리는 1차량분인 약20m가 된다. 이 값은 Ethernet(등록상표)의 100Base-TX의 규격인 100m 보다 충분히 짧다. 이 때문에 장거리 전송에 의한 신호의 열화는 문제가 되지 않는다. 또 Ethernet(등록상표)의 규격에서는 리피터 허브와 달리 스위칭 허브(2)는 접속 대수에 제한이 없다. 따라서 열차의 편성 전체에 걸친 장거리 전송이 가능하다.

제어정보전송부(3)에는 기기제어장치(5)와의 송수신 기능 및 기간 전송로(N)의 장해시의 우회 제어기능을 가지게 한다. 이들 기능은 CPU(Central Processing Unit)의 프로그램처리에 의하여 실현한다. 우회를 실현하기 위하여 설치된 2계통의 기간 전송로(N)[1시스템 기간 전송로(1N), 2시스템기간 전송로(2N)]와, 2중화된 기기제어장치(5)[1시스템 기기 제어장치(15), 2시스템 기기제어장치(25)]의 양쪽에 접속하기 위하여 4개의 Ethernet(등록상표) 포트를 설치한다.

미디어정보전송부(4)는, 정보기기(6)와의 송수신을 처리한다. 또 정보기기(6)로부터의 방해나 잘못된 정보전송 때문에 제어정보의 전송이 방해받는 일이 없도록 미디어정보전송부(4)에는 파이어월 기능을 가지게 한다. 이것도 CPU의 프로그램처리에 의하여 실현하는 것으로 하고, 기간 전송로(N)[스위칭 허브(2)]와 정보기기(6)와 접속하는 2개의 Ethernet(등록상표) 포트를 설치한다. 구체적인 파이어월 기능으로서는 정보기기(6)로부터의 정보를 스위칭 허브(2)에 출력할 때에 그 정보를 체크하여 미디어정보가 아닌 정보, 예를 들면 제어정보와 동일한 것은 파기하여 스위칭 허브(2)에 출력하지 않도록 한다. 정보의 종류의 판정에는 정보의 일부에 기록된 식별자[Ethernet(등록상표)을 사용한 경우에는, 어드레스와 포트번호 등]를 사용한다. 여기서 정보기기(6)는 예를 들면 차 내의 승객이나 승무원용의 안내 표시기기나 음성 송수신기기 등이다.

또한 제어정보전송부(3) 및 미디어정보전송부(4)는, 네트워크경유로 그것 자체의 프로그램의 재기록(리모트 로딩)을 행하는 것을 가능하게 하여, 보수작업을 용이하게 한다. 이때 정보기기(6)에 의하여 잘못된 프로그램이 기록되지 않도록 한다. 즉, 미디어정보전송부(4)는, 2개의 네트워크 인터페이스[Ethernet(등록상표)포트]를 가지나, 프로그램의 수신은 기간 전송로(N)[스위칭 허브(2)]로부터만 접수 하고, 정보기기(6)로부터 프로그램을 수신하여도 파기한다. 또 리모트 로딩의 데이터는 제어정보(제어계 데이터)로서 처리하고, 상기 파이어월 기능에 의하여 정보기기(6)로부터 기간 전송로(N)[스위칭 허브(2)]에는 전송할 수 없게 한다.

NCP(1)에는 기기제어장치(5)를 Ethernet(등록상표)로 접속하여, 기기제어장치(5)로부터 지선 네트워크를 거쳐 하나 또는 복수의 차량 기기(31)를 접속한다. 지선 네트워크에는 실시간성이 뛰어난 CAN (Control Area Network), 대용량의 Ethernet(등록상표), RS-485 등을 사용한다. 기기제어장치(5)는 각 차량 기기(31)로부터의 데이터를 정리하여 기간 전송로(N)에 송신하고, 기간 전송로(N)에서 수신한 데이터를 분할하여 필요한 차량 기기(31)에 송신한다. 이에 의하여 기간 전송로(N)에 흐르는 프레임수가 제한되어, 네트워크 부하와 NCP 처리 부하를 경감할 수 있다. 여기서 기기제어장치(5)를 거치지 않고 제어정보전송부(3) 및 차량 기기(31)를 직접 접속하는 구성으로 하여도 좋다.

또한 철도차량 내에 있어서의 기기의 설치공간은 한정되어 있어, 빈 공간에 유연하게 기기를 배치할 수 있게 한다. 이 때문에 NCP(1)의 미디어정보전송부(4), 스위칭 허브(2) 및 제어정보전송부(3) 및 기기제어장치(5)는 시리얼 버스(네트워크)에 의하여 접속된다. 종래의 패러렐 버스에 의한 접속의 경우, 다수의 신호선에 의하여 정보를 송수신하기 때문에, 각 기기를 떼어 설치하는 것이 불가능하였으나, 시리얼 버스에서는 적은 신호선으로 기기 사이의 정보전송이 가능하여, 각 기기를 떨어진 장소에 설치하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 종래와 같이 1개소에 집중 설치하는 것도 가능하다.

다음에 1대의 차량에 있어서의 2계통의 접속구성에 대하여 설명한다. 1시스템 NCP(11)는 1시스템 스위칭 허브(12)를 거쳐 1시스템 기간 전송로(1N)에 접속된다. 또 1시스템 제어정보전송부(13)를 거쳐 1시스템 기기제어장치(15), 2시스템 기기제어장치(25) 및 2시스템 스위칭 허브(22)에 접속된다. 또한 1시스템 미디어정보전송부(14)를 거쳐 1시스템 정보기기(16)에 접속된다. 한편, 2시스템 NCP(21)는 2시스템 스위칭 허브(22)를 거쳐 2시스템 기간 전송로(2N)에 접속된다. 또 2시스템 제어정보전송부(23)를 거쳐 1시스템 기기 제어장치(15), 2시스템기기 제어장치(25) 및 1시스템 스위칭 허브(12)에 접속된다. 또한 2시스템 미디어정보전송부(24)를 거쳐 2시스템 정보기기(26)에 접속된다. 또한 1시스템 제어정보전송부(13)가 2시스템 스위칭 허브(22)에 접속되고, 2시스템 제어정보전송부(23)가 1시스템 스위칭 허브(12)에 접속됨으로써 기간 전송로(N)의 장해시의 우회제어를 행할 수 있다.

1시스템 기기 제어장치(15) 및 2시스템 기기제어장치(25)는 차량 기기(31)에 접속된다. 이것에 의하면 차량 기기(31)는 2계통의 기기제어장치(5)로부터 제어가 가능하고, 한쪽의 기기제어장치(5)가 고장나더라도 제어를 행할 수 있다.

≪제어정보의 실시간성을 확보하는 실시형태≫

기간 전송로(N)는 스위칭 허브(2)가 다수개 직렬로 접속된 구성으로 되어 있다. 이 때문에 프레임이 스위칭 허브(2)를 통과할 때의 지속(遲速)이, 기간 전송로(N)의 지연시간이 된다. 스위칭 허브(2)는 스토어 & 포워드방식으로 동작하기 때문에, 프레임이 통과할 때에 프레임길이분의 지연이 발생한다. 또 다른 프레임 을 동일한 포트로부터 이미 송신 중인 경우에는, 송신완료까지 기다리게 되기 때문에, 이 만큼의 지연도 생긴다.

지연시간은 프레임길이에 의존하기 때문에, 먼저 전송 데이터의 종류에 대하여 정리한다. 도 3에 정보전송시스템에 있어서의 제어정보의 종류와 데이터량을 나타낸다. 정확한 데이터량은 기기구성에 의해서도 변하나, 도 3의 값은 차량제어나 보수정보 수집을 위하여 필요한 표준적인 정보량이다. 이들은 모두 UDP/IP(User Datagram Protocol/Internet Protoco1)로 전송하는 것으로 하고, 데이터량에는 MAC헤더(CRC데이터를 포함하여 22바이트), IP헤더(20바이트) 및 UDP헤더(8바이트)의 합계 50바이트도 포함되어 있다. 이 중에서 실시간성이 강하게 요구되는 것은 10ms 주기 데이터 및 음성 데이터이다. 10ms 주기 데이터에서는 차량 기기(31)인 인버터나 브레이크에 대한 제어지령 등의 열차의 안전성에 관한 제어정보가 전송된다. 또 음성데이터는 사고 등이 발생한 경우에도 승객과 승무원 사이의 의사소통을 가능하게 하기 위하여 실시간성이 요구된다.

도 4는 참조하여 NCP에 있어서의 지연의 발생에 대하여 설명한다. 미디어정보(정보계 데이터)와 제어정보(제어계 데이터)를 혼재하여 전송한 경우, 우선처리에 의하여 제어정보는 송신대기의 미디어정보보다 먼저 송신된다. 그러나 이미 송신 중인 미디어정보(최대 1518바이트)와 먼저 송신버퍼에 저장된 제어정보는 앞지를 수 없다. 이들이 동시에 일어난 경우에, 전송지연이 최대가 된다. 도 4에 나타내는 바와 같이 정보기기(6)로부터 프레임 A를 수신하여 송신을 개시한 시점에서 기기제어장치(5)로부터 프레임 B, 계속해서 인접 차량으로부터 프레임 C를 수신하 였다고 한다. 이때 프레임 C를 송신하는 것은, 프레임 A 및 프레임 B를 송신한 후이고, 또 프레임 C의 송신시간(프레임길이분의 시간)도 지연이 요인이 된다. 예를 들면 프레임 B를 보수 데이터(1522바이트), 프레임 C를 음성 데이터(314바이트)라 하면, 데이터 전송속도는 100Mbps 이기 때문에, 지연시간은, 다음과 같이 된다.

미디어정보 송신시간 + 보수 데이터 송신시간 + 음성 데이터 송신시간

= (1518 + 1522 + 314)바이트 ×8비트/100Mbps

= 268.32μS/단말국

이 값은 기기제어의 응답성으로부터 허용되는 지연시간의 최대치인 1 [ms/단말국]보다 충분히 작아, 차상 네트워크에 필요한 실시간성을 확보할 수 있다.

이상 설명한 지연에 대한 대응으로서, 스위칭 허브에 의한 우선처리에 대하여 설명한다. 우선처리의 프로토콜에는 IEEE802.1Q/p를 사용한다. 이 규격에 준거하여 정보전송에는 우선도를 정의하는 4바이트의 태그가 추가된 확장 프레임을 사용한다. 도 5에 그 프레임의 구성을 나타낸다. 태그는 MAC 헤더 내부에 정의된다. 규격상은 우선도는 8단계 정의 가능하나, 정보전송시스템에서는 「제어계」와 「정보계」의 2단계의 우선도를 정의하는 것으로 한다. 이것에 의하면 NCP(1)의 제어정보전송부(3)는 기기제어장치(5)로부터 수신한 제어정보에 있어서의 MAC헤더의 태그에 「제어계」를 설정함으로써 제어정보를 전송하는 우선도를 올린다. 또 NCP(1)의 미디어정보전송부(4)는 정보기기(6)로부터 수신한 미디어정보에 있어서의 MAC헤더의 태그에 「정보계」를 설정함으로써 미디어정보를 전송하는 우선도를 내린다. 또한 제어정보전송부(3) 및 미디어정보전송부(4)는 일률적으로 우선도의 설 정을 행하는 것은 아니고, 수신한 정보의 종별에 따른 설정을 행하여도 좋다. 예를 들면 제어정보전송부(3)는 도 3에 나타낸 10ms 주기 데이터나 음성 데이터에 대해서는 가장 높은 우선도를 설정하도록 하여도 좋다. 또 도 5의 「데이터」는 IP헤더 및 UDP헤더를 포함하는 것으로 한다.

도 6에 스위칭 허브의 우선처리에 있어서의 기능 블럭의 구성을 나타낸다. 스위칭 허브(2)는 출력 스케줄러(63), 우선 큐(64), 비우선 큐(65), 수신 포트(66) 및 송신 포트(67) 등으로 구성된다. 수신 포트(66)에 입력된 데이터(프레임)는 태그가 나타내는 우선도에 의하여 우선 큐(64) 또는 비우선 큐(65)에 저장된다. 출력 스케줄러(63)는 우선 큐(64) 또는 비우선 큐(65)로부터 데이터를 입력하여, 송신 포트(67)에 출력한다. 도 6은 복수의 수신 포트(66)로부터 동일한 송신 포트(67)에 출력해야 할 데이터를 수취한 경우의 처리를 나타낸다. 각 수신 포트(66)에서는 각각 독립으로(병렬동작하면서) 데이터를 수신한다. 그리고 MAC헤더의 태그에 따라 우선도마다의 출력 큐인 우선 큐(64) 또는 비우선 큐(65)에 데이터를 저장한다. 이때의 우선 큐(64) 및 비우선 큐(65)는 송신 포트(67)마다 준비된다. 여기서 중요 데이터(61)는 우선 큐(64)에 저장되고, 데이터(62)는 비우선 큐(65)에 저장된다. 출력 스케줄러(63)는 우선 큐(64)의 데이터를 우선적으로 송신하고, 우선 큐(64)에 데이터가 없어지고 나서, 비우선 큐(65)의 데이터를 송신한다. 따라서 도 6에 나타내는 바와 같이 중요 데이터(61), 데이터(62)의 순으로 송신된다.

이상과 같은 스위칭 허브의 우선처리에 의하여 제어정보의 실시간성을 손상하지 않고 미디어정보와의 동시 전송을 실현할 수 있다.

≪정보전송에 있어서의 지연시간과 그 대응에 관한 설명≫

이상 설명한 제어정보의 실시간성을 확보하는 실시형태와는 별도의 관점에서 정보전송에 있어서의 지연시간과 그 대응에 대하여 설명한다.

기간 전송로(N)에 대한 버스 엑세스방식으로서 스위칭방식을 사용한 경우, 스위칭 허브(2)에 있어서 프레임을 모두 수신하고 나서 전송하기 때문에, 스토어 & 포워드방식이 된다. 이 경우, 충돌의 문제나 스위칭 허브(2)의 대수의 제약은 없어진다. 그러나 프레임을 일단 수신하고 나서 중계하기 때문에, 프레임길이분의 지연이 발생한다. 10Mbps의 Ethernet(등록상표)의 최소 프레임 크기는 64바이트, 그 최대 프레임 크기는 1518바이트이며, 프레임의 수신에 요하는 시간은 각각 0.05ms, 1.2ms 이다. 이 지연은 스위칭 허브(2)를 경유할(차량을 통과할) 때마다 발생한다. 또 복수의 노드가 동시에 데이터를 송신한 경우에는, 우선도가 동일할 때 선착순으로 처리되기 때문에, 후착의 데이터는 선착의 데이터가 송출될 때까지의 시간의 지연이 발생한다.

이 지연시간은 기간 전송로(N)의 데이터 전송속도를 올림으로써 저감할 수 있다. 데이터 전송속도를 100Mbps라 하면, Ethernet(등록상표)의 최소 프레임과 최대 프레임의 수신시간은 각각 0.005ms, 0.12ms가 된다. 다음에 상세한 지연시간을 계산하나, 데이터 전송속도를 100Mbps라 하면, 리피터방식보다 지연이 작아지기 때문에, 차상 네트워크로서 적용할 수 있다.

또, 스토어 & 포워드방식의 장점으로서, 스위칭 허브(2)가 프레임의 정합성[도 5의 CRC(Cyclic Redundancy Check) 데이터에 의한)을 체크하기 위하여 에러 프 레임이 기간 전송로(N)를 갑자기 흐르는 것을 방지할 수 있다.

여기서 이하와 같은 가정하에서 선두의 노드[예를 들면, 기기제어장치(5)]가 송신한 제어정보를 말미의 노드가 수신하기까지의 지연시간을 계산한다.

(a) 노드수는 10으로 한다(8량 편성으로, 양쪽 끝의 각 차량에 2 노드있음).

(b) 데이터길이(헤더를 포함한다)는, 제어정보가 114바이트(0.01ms), 보수 데이터[차량 기기(31)로부터의 장해정보 등]가 1522바이트(0.12 ms)로 한다.

(c) 각 노드에 있어서, 제어정보의 직전에 동일 우선도의 보수 데이터를 송신하는 것으로 한다.

가정 (c)는 실제의 보수 데이터의 발생빈도를 생각하면 반드시 현실적이지는 않으나, 전송량의 최대 케이스로서 고려한다. 또 미디어정보에 대해서는 우선도가 낮기 때문에 고려하지 않는 것으로 한다(정확하게는 약간 지연이 발생하나, 우선처리를 행하기 때문에 큰 영향은 없다).

스위칭 허브(2)에 의한 중계지연은, 노드마다 발생하기 때문에, 0.01(ms) × 10(노드) = 0.1ms가 된다.

제어정보의 직전에 송신되는 보수 데이터에 의한 지연은, 전송경로의 중간에 위치하는 노드마다 발생하기 때문에, 0.12(ms) ×8(노드) = 0.96ms가 된다.

따라서 지연의 최소값은 0.1ms, 최대치는 1.06ms가 된다. 이것은 NCP(1)의 스위칭 허브(2)에 있어서 발생하는 지연시간이다. 실제로는 이것에 송신측과 수신측의 각각에 있어서의 NCP(1)의 제어정보전송부(3) 및 기기제어장치(5)의 처리지연이 가산된다. 제어정보전송부(3)에서는 프레임을 수신하여 CPU에 의한 프로그램처 리를 행한다. 이때의 지연은 수백 ㎲ 정도가 되나, 여기서는 조금 크게 1ms라 가정한다. 또 기기제어장치(5)는 10ms의 주기처리를 행하고 있어, 최대 이 주기분의 지연이 발생한다. 이상으로부터 송신측 기기제어장치(5)로부터 수신측 기기제어장치(5)까지의 전송지연은,

1.06 + (1 + 10) ×2 = 23.06ms (최대치)가 된다.

≪기간 전송로의 고신뢰성을 확보하는 실시형태≫

각 NCP(1)는 2계통의 기간 전송로(N)에 접속되어, 장해시에는 자율적으로 우회제어함으로써 고신뢰성을 확보한다. 도 7을 참조하여 그 우회제어에 대하여 설명한다(적절히 도 2 참조). 도 7에는 기간 전송로(N)의 2부분에 단선이 발생한 경우의 1호차(10a)로부터의 데이터의 전송경로를 나타낸다. 도면에 있어서 ×표가 단선부분이다. 데이터의 송신원인 1호차(10a)의 1시스템 NCP(11)는, 2계통의 기간 전송로(N), 즉 1시스템 기간 전송로(1N) 및 2시스템 기간 전송로(2N)에 동일한 데이터를 항시 송신한다. 각 NCP(1)의 제어정보전송부(3)는 이들을 2계통의 기간 전송로(N)로부터 수신하여 자국과 동일한 계통의 기간 전송로(N)로부터 수신한 데이터를 기기제어장치(5)에 전송하고, 또 한쪽의 데이터는 통상 파기한다. 기간 전송로(N)에 장해가 발생하여, 한쪽의 기간 전송로(N)에서 전송이 도중에 끊긴 경우에는 다른쪽의 기간 전송로(N)에서 수신한 데이터를 기기제어장치(5)에 전송함과 동시에, 그 데이터를 전송이 도중에 끊긴 쪽의 기간 전송로(N)에 중계(송신)한다. 도 7의 경우, 2호차(10b)의 2시스템 NCP(21)는 2시스템 기간 전송로(2N)에서 전송이 도중에 끊긴 것을 검지하여, 1시스템 기간 전송로(1N)에서 수신한 1호차(10a)의 데이터를 2시스템 기간 전송로(2N)에 중계한다. 마찬가지로 3호차(10c)의 1시스템 NCP(11)는 2시스템 기간 전송로(2N)로부터 1시스템 기간 전송로(1N)에 1호차(10a)의 데이터를 중계한다.

기간 전송로(N)의 장해의 검지수단으로서는, (1) 네트워크의 물리층의 상태(링크상태 등)의 검지, (2) 장해검지용 데이터의 송수신에 의한 검지, (3) 전송 데이터의 수신의 유무에 의한 검지를 생각할 수 있다. (1)의 방식에서는 링크는 확립되어 있으나 데이터의 송수신이 불가능하게 되는 장해는 검지할 수 없다. 또 (2)의 방식에서는 고속으로 검지하기 위해서는 제어 데이터의 주기인 10ms보다 빠른 주기로 장해검지용 데이터를 보낼 필요가 있으나, 처리성능을 고려하면 현실적이지 않다. 그래서 장해의 검지는 (3)의 전송 데이터의 수신상태에 의하여 검지하는 방식으로 한다. 제어정보는 도 3에 나타낸 바와 같이 수종류 있으나, 이 중의 10ms 주기 데이터를 사용하여 수신상태를 체크한다. 전송주기의 수배의 시간 해당 데이터를 수신하지 않은 경우에, 기간 전송로(N)에 장해가 발생하였다고 판단하는 것으로 한다. 이에 의하여 장해발생으로부터 우회에 의한 전송 계속까지의 시간을 수십 ms의 단시간으로 할 수 있다.

이상의 방법에서는 복수의 NCP(1)가 대략 동시에 장해를 검지하게 된다. 이때 어느 쪽의 NCP(1)가 우회제어를 하여도 나머지 NCP(1)에는 데이터를 전송 가능하다. 도 7의 예에서는 2호차(10b)와 3호차(10c) 사이의 단선에 대하여 3호차(10c)의 1시스템 NCP(11)가 우회제어하고 있으나, 4호차(10d)의 1시스템 NCP(11)가 우회하여도 데이터의 전송이 가능하다. 또 각 차량에는 1시스템 NCP(11) 및 2시스 템 NCP(21)가 있어, 어느 쪽이 우회하여도 좋다. 어느 쪽의 NCP(1)가 우회제어를 할지는 처리를 간략화하기 위하여 다음과 같은 규칙으로 결정한다. (1) 장해부분에 가장 가까운 차량에서 행한다. (2) 우회장해 등으로 우회불가인 경우에는, 다음으로 가까운 차량이 우회한다. (3) 1시스템 NCP(11)는 1시스템 기간 전송로(1N)로부터 수신이 도중에 끊긴 경우에 2시스템 기간 전송로(2N)로부터의 데이터를 1시스템 기간 전송로(1N)에 중계한다. 2시스템 NCP(21)는 2시스템 기간 전송로(2N)로부터의 수신이 도중에 끊긴 경우에 1시스템 기간 전송로(1N)로부터의 데이터를 2시스템 기간 전송로(2N)에 중계한다.

이것은 다음과 같이 하여 실현한다. 각 NCP(1)는 전송이 도중에 끊어졌을 때에 송신원과 자기 차량과의 사이의 거리에 따른 시간 대기한다(인접 차량은 대기시간 0으로 한다). 대기시간 동안에 다른 NCP(1)가 우회를 개시함으로써 데이터를 수신하였으면 우회준비는 정지한다. 데이터를 수신하지 않은 상태에서 대기시간이 경과하였으면 그 이후에 다른 계통으로부터 수신한 데이터를 중계한다. 이에 의하여 장해가 일어나면장해부분의 인접 차량이 즉시 우회를 개시하게 된다. 인접 차량이 무엇인가의 장해에 의하여 우회할 수 없는 경우에는 다음으로 가까운 차량이 우회제어한다. 이들은 자율적으로 동작하여 NCP(1) 사이의 경로정보 등의 전송은 불필요하다.

이것에 의하여 기간 전송로(N)에 장해가 발생하여도 수십 ms로 인접한 NCP(1)가 자율적으로 우회제어하는 것이 가능하여, 차상 네트워크에 요구되는 신뢰성을 확보할 수 있다.

이상 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나, 도 2에 나타내는 각 구성요소로 실행되는 프로그램을 컴퓨터에 의한 판독 가능한 기록매체에 기록하고, 이 기록매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터시스템으로 판독하게 하여 실행함으로써, 본 발명의 실시형태에 관한 정보전송시스템이 실현되는 것으로 한다.

이상 본 발명에 대하여 적합한 실시형태에 대한 일례를 나타내었으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경이 가능하다.

본 발명에 의하면, 철도차량의 차상 네트워크에 있어서, 제어정보 및 미디어정보를 동시에 전송하여도 제어정보의 실시간성을 확보할 수 있다. 또 네트워크의 장해에 대한 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 철도차량에 있어서, 각 차량 사이를 접속하는 차상 네트워크와, 각 차량에 설치되고, 상기 차상 네트워크 및 차량 내의 기기를 접속하는 전송제어장치로 구성되는 정보전송시스템으로서,

   상기 전송제어장치는,

   차량 기기 또는 상기 차량 기기를 제어하는 기기제어장치에 접속되어, 상기 차량 기기와 제어정보의 송수신을 행하는 제어정보전송부와,

   정보기기에 접속되어, 상기 정보기기와 미디어정보의 송수신을 행하는 미디어정보전송부와,

   상기 차상 네트워크, 상기 제어정보전송부 및 상기 미디어정보전송부에 접속되어, 상기 차상 네트워크 및 상기 제어정보전송부의 사이에서 상기 제어정보의 중계를 행하고, 상기 차상 네트워크 및 상기 미디어정보전송부의 사이에서 상기 미디어정보의 중계를 행하는 스위칭 허브를 구비하고,

   상기 제어정보전송부는, 상기 차량 기기로부터 제어정보를 수신하였을 때, 상기 수신한 제어정보에 높은 우선도를 나타내는 데이터를 설정하여 상기 스위칭 허브에 송신하고,

   상기 미디어정보전송부는, 상기 정보기기로부터 미디어정보를 수신하였을 때 상기 수신한 미디어정보에 낮은 우선도를 나타내는 데이터를 설정하여 상기 스위칭 허브에 송신하고,

   상기 스위칭 허브는 상기 제어정보전송부로부터 수신한 제어정보 및 상기 미디어정보전송부로부터 수신한 미디어정보를 상기 차상 네트워크에 송신할 때, 상기 우선도를 나타내는 데이터를 참조하여, 상기 우선도가 높은 순으로 각 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 정보전송시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제어정보전송부는, 상기 제어정보가 높은 응답성을 필요로 하는 기기제어정보 또는 음성정보일 때, 상기 제어정보에 가장 높은 우선도를 나타내는 데이터를 설정하는 것을 특징으로 하는 정보전송시스템.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 미디어정보전송부는, 상기 정보기기로부터 수신한 정보가 미디어정보가 아닐 때, 상기 정보를 상기 스위칭 허브에 송신하지 않는 것을 특징으로 하는 정보전송시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제어정보전송부는, 상기 차상 네트워크로부터 상기 스위칭 허브를 경유하여 프로그램의 재기록을 행하는 것을 가능하게 하고,

   상기 미디어정보전송부는, 상기 차상 네트워크로부터 상기 스위칭 허브를 경유하여 프로그램의 재기록을 행하는 것을 가능하게 하고, 상기 정보기기로부터 프로그램의 재기록을 행하는 것을 불가능하게 하는 것을 특징으로 하는 정보전송시스템.
6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 미디어정보전송부, 상기 스위칭 허브, 상기 제어정보전송부 및 상기 기기제어장치 사이의 각 접속은, 시리얼 버스에 의하여 행하여지는 것을 특징으로 하는 정보전송시스템.
7. 철도차량에 있어서, 각 차량 사이를 접속하는 2개의 차상 네트워크와, 각 차량에 설치되어, 상기 차상 네트워크 및 차량 내의 기기를 접속하는 2개의 전송제어장치로 구성되는 정보전송시스템으로서,

   상기 2개의 전송제어장치는, 각각에 있어서 적어도,

   차량 기기 또는 상기 차량 기기를 제어하는 기기제어장치에 접속되어, 상기 차량 기기와 제어정보의 송수신을 행하는 제어정보전송부와,

   상기 차상 네트워크, 자기장치의 제어정보전송부 및 다른 장치의 제어정보전 송부에 접속되고, 상기 차상 네트워크 및 상기 자기장치의 제어정보전송부의 사이 및 상기 차상 네트워크 및 상기 다른 장치의 제어정보전송부의 사이에서 상기 제어정보의 중계를 행하는 스위칭 허브를 구비하고,

   상기 제어정보전송부는,

   상기 차량 기기로부터 제어정보를 수신하였을 때, 상기 수신한 제어정보를 자기장치의 스위칭 허브 및 다른 장치의 스위칭 허브에 송신하고,

   자기장치의 스위칭 허브 및 다른 장치의 스위칭 허브로부터 제어정보를 수신하였을 때, 상기 자기장치의 스위칭 허브로부터 수신한 제어정보를 상기 차량 기기에 송신하고,

   자기장치의 스위칭 허브 또는 다른 장치의 스위칭 허브로부터 제어정보를 수신하였을 때, 상기 제어정보를 수신하지 않은 쪽의 스위칭 허브에 송신하는 것을 특징으로 하는 정보전송시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 제어정보전송부는,

   상기 차량 기기로부터 수신한 제어정보를 송신할 때, 기설정된 주기로 송신하고,

   상기 주기의 기설정된 배수에 상당하는 시간 내에 스위칭 허브로부터 제어정보를 수신하지 않을 때, 상기 스위칭 허브가 접속된 차상 네트워크에 장해가 발생하였다고 판단하는 것을 특징으로 정보전송시스템.

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