TW201444717A - 通信裝置及車輛傳送系統 - Google Patents

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TW201444717A
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Yuji Ogawa
Joji Ido
Shogo Tatsumi
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

本發明提供一種通信裝置，係於已連結固定編組狀態的列車中，將在形成於固定編組內之支線網路(ECN)之間中繼信號的基幹網路(ETB)與業經冗餘化之其他通信裝置一同形成的通信裝置，包含有：VRRP功能部43，係於作為主裝置進行動作中，透過ECN將存活監視訊框周期性地傳送至作為備份裝置進行動作中的其他通信裝置，且於作為備份裝置進行動作中，透過ECN接收從作為主裝置進行動作中的其他通信裝置所傳送的存活監視訊框；埠故障檢測部44，係進行連接有ECN之埠的故障檢測；以及存活判定部45，係於作為備份裝置進行動作中，依據以VRRP功能部43所為的存活監視訊框接收結果、及以埠故障檢測部44所為的故障檢測結果，而進行作為主裝置進行動作中的其他通信裝置的故障檢測。

Description

通信裝置及車輛傳送系統
本發明係關於構成發送接收用以實現列車搭載機器之監視器(monitor)功能與控制功能之資料(data)之車輛傳送系統的通信裝置。
以下記載的非專利文獻1係為記載有關於列車中的車輛傳送系統之技術規格的文獻。
非專利文獻1係記載在不同的製造商製造的編組間，為實現相互連接性而定義連接編組間之乙太網路(Ethernet，註冊商標)方式的基幹傳送的規格。該文獻在提升用以於固定編組間進行資料通信的通信裝置(ETBN：Ethernet(註冊商標)Train Backbone Node，乙太網路列車基幹節點)之可靠度的技術上記載了有關ETBN的冗餘化。
又，於非專利文獻1中，記載著暗示性地使用IETF(Internet Engineering Task Force，網際網路工程任務組)RFC(Request For Comments，意見請求)5798 VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由器冗餘協定)作為實現ETBN的冗餘化的方法之一。
利用VRRP將ETBN冗餘化的情況下，作為主裝置(master)進行動作的ETBN(ETBN Master)係周期性地傳送存活監視用的訊框(Ethernet frame)(VRRP Advertisement，VRRP通告)。相對於此，作為備份裝置(backup)進行動作的ETBN(ETBN backup)係在恆定時間沒接收存活監視用的訊框(以下稱存活監視訊框)時，判斷作為主裝置進行動作的ETBN故障，而本身成為主裝置並開始進行動作。
例如於專利文獻1記載有利用VRRP將網路(network)冗餘化的發明。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2007-312091號公報
(非專利文獻)
非專利文獻1：IEC61375 2-5
依據非專利文獻1，車輛傳送系統係建構成包含形成在固定編組(鐵路列車車箱數為一定)內的支線網路(ECN：Ethernet Consist Node)、以及藉由ETBN所形成且連接各ECN彼此間之基幹網路(ETB：Ethernet Train Backbone)而構成，屬於不同的ECN之各機器彼此間透過ETBN及ETB進行通信。經冗餘化的ETBN的主裝置透過ECN而對備份裝置發送存活監視訊框(alive monitoring frame，按，alive monitoring為監視某一系統是否正常運作之機制，日本業者稱為死活監視，本文稱為存活監視)，藉此，備份裝置側能檢測出主裝置側的故障。
但是，存在有：於備份動作中的ETBN，當連接於ECN的埠故障時，即使主裝置動作中的ETBN正常，也因無法接收存活監視訊框而判斷為發生故障，以致於至當下為止屬於備份裝置的ETBN作為主裝置而開始進行動作的問題。這樣的情況(case)作為主裝置而開始了動作的ETBN係透過ETB而將從其他的ECN所接收的訊框中繼到已故障的埠(port)，發生訊框廢棄因而構成問題。
本發明係鑒於上述課題而完成者，目的在於：於連接基幹網路(ETB)及支線網路(ECN)的通信裝置(ETBN)係經冗餘化的構成之車輛傳送系統中，提升經冗餘化的通信裝置的備份裝置側所為之主裝置側的故障檢測精確度。
為解決上述課題而達成目的，本發明提供一種通信裝置，係於已連結固定編組狀態的列車中，將在形成於固定編組內之支線網路之間中繼信號的基幹網路(ETB)與業經冗餘化之其他通信裝置一同形成的通信裝置，具備有：存活監視訊框處理部，係於作為主裝置進行動作中，透過支線網路將存活監視訊框周期性地傳送至作為備份裝置進行動作中的其他通信裝置，且於作為備份裝置進行動作中，透過支線網路接收從作為主裝置進行動作中的其他通信裝置所傳送的存活監視訊框；埠故障檢測部，係進行連接有支線網路之埠的故障檢測；以及存活判定部，係於作為 備份裝置進行動作中，依據以前述存活監視訊框處理部所為的存活監視訊框接收結果、及以前述埠故障檢測部所為的故障檢測結果，而進行作為主裝置進行動作中的其他通信裝置的故障檢測。
根據本發明，可達成：作為備份裝置進行動作中的通信裝置能以高精確度進行作為主裝置進行動作中的通信裝置的故障檢測的功效。
10A1至10Am、10B1至10Bn‧‧‧車輛
11‧‧‧中央裝置
12‧‧‧終端裝置
13‧‧‧列車搭載機器
20、20A、20B、201、202‧‧‧ETBN
30‧‧‧中繼部
40‧‧‧動作模式決定部
41、411、412‧‧‧ECN埠指定部
42、421、422‧‧‧IP位址管理部
43、431、432‧‧‧VRRP功能部
44、441、442‧‧‧埠故障檢測部
45、451、452‧‧‧存活判定部
第1圖係顯示構成車輛傳送系統之ECN、ETB及ETBN之連接關係之一例的圖。
第2圖係顯示構成車輛傳送系統之ETBN之動作例的圖。
第3圖係顯示習知車輛傳送系統中的問題點之一例的圖。
第4圖係顯示應用本發明之車輛傳送系統之列車資訊管理裝置之構成例的圖。
第5圖係顯示ETBN之構成例的圖。
第6圖係用以說明ETBN之特徵性動作的圖。
第7圖係顯示對於ETBN主裝置之故障判定方法的圖。
以下依據圖式來詳細說明本發明之通信裝置的實施形態。此外，並非依據此實施形態來限定本發明。
實施形態
本實施形態係說明在分別形成於不同的固定編組內的支線網路(ECN)之間中繼信號的通信裝置(ETBN)係經冗餘化的車輛傳送 系統中的前述通信裝置。
於此，一面參照第1至3圖一面詳細說明ETBN經冗餘化的習知車輛傳送系統所存在的問題點。
第1圖係顯示構成車輛傳送系統之ECN、ETB及ETBN之連接關係之一例的圖，且一併記載與列車編組的對應關係。
於固定編組#1(Consist#1)形成有ECN#1，於固定編組#2(Consist#2)形成有ECN#2。ECN#1及ECN#2連接於跨固定編組#1及固定編組#2而形成的ETB。於固定編組#1設置有在ECN#1與ETB之間中繼信號的ETBN#1及ETBN#2。又，於固定編組#2設置有在ECN#2與ETB之間中繼信號的ETBN#3及ETBN#4。這些ETBN之中，ETBN#1及ETBN#3係作為主裝置的ETBN而進行動作，ETBN#2及#4係作為備份裝置的ETBN而進行動作。亦即，連接於相同ECN之ETBN之中的1台係作為主裝置而進行動作，剩下的作為備份裝置而進行動作，藉此，連接於同ECN之複數個(第1圖的構成例為2台)的ETBN邏輯上係作為1台的ETBN來運作。ECN#1及ECN#2連接有省略了圖式的列車搭載機器(例如，列車資訊管理系統的中央裝置、空調裝置、照明裝置、制動(brake)裝置等)。連接於相同ECN的各列車搭載機器彼此間係透過ECN來進行通信。連接於不同的ECN的各列車搭載機器彼此間係透過ECN及ETB來進行通信。第1圖所示之構成例的情況，係例如連接於ECN#1之第1列車搭載機器對連接於ECN#2之第2列車搭載機器發送資料時，資料傳送路徑係呈第1列車搭載機器→ETBN#1→ETBN#2→ETBN#3→第2列車搭載機器。ETBN#2作為備份裝置 而於進行動作中亦實行在ETBN#1與#3之間發送接收之信號的中繼處理。
第2圖係顯示第1圖所示之構成車輛傳送系統之ETBN之動作例的圖。第2圖係作為一例而顯示ETBN#1及ETBN#2的動作。作為主裝置(ETBN Master)的ETBN#1以恆定周期(秒單位)對作為備份裝置(ETBN Backup)的ETBN#2發送存活監視訊框(VRRP Advertisement)。又，ETBN#1係例如透過ETBN#2而從ECN#2側的ETBN#3(主裝置)接收到ECN#2之通信機器#2以ECN#1之通信機器#1為對象所發送的訊框時，朝ECN#1中繼。反之，從通信機器#1接收到以通信機器#2為對象的訊框時，ETBN#1透過ETBN#2朝ETBN#3中繼。另一方面，作為備份裝置而進行動作中的ETBN#2藉由監視ECN#1存活監視訊框的接收而判別ETBN#1的存活(是否正常地動作)。具體上，當經過比存活監視訊框的發送周期長的的恆定時間無法接收存活監視訊框時，則判斷ETBN#1為故障。ETBN#2於作為備份裝置進行動作中不進行在ECN#1與ETB之間的中繼處理(從ECN#1朝ETB的中繼、從ETB朝ECN#1的中繼)。但是，會進行在ETB內的中繼，亦即會進行ETBN#1與ETB#3之間的中繼處理。
第3圖係顯示習知車輛傳送系統中的問題點之一例的圖。如圖所示，習知車輛傳送系統中，於備份動作中的ETBN#2當連接有ECN#1的埠故障時((1)障礙發生)，無法接收來自於ETBN#1的存活監視訊框。其結果當故障發生經過一定時間，則ETBN#2開始作為主裝置的動作。亦即，ETBN#2從ETBN#3接收到ECN#2之通信機器#2以ECN#1之通信機器#1為對象所發送的 資料時，不會將接收資料中繼至ETBN#1，而是中繼至ECN#1((2)、(3))。但是，由於ECN#1所連接之埠是故障著，因此資料被廢棄了(4)。
如以上所述，習知車輛傳送系統中，存在有在備份動作中的ETBN當ECN所連接的埠故障，則開始作為主裝置的動作的問題。又，存在有當ECN所連接的埠故障之ETBN作為主裝置而進行動作，則連接於不同的ECN之各機器彼此間無法通信的問題。
其次，說明可解決上述問題之本實施形態之車輛傳送系統。
第4圖係顯示應用本發明之車輛傳送系統之列車資訊管理裝置之構成例的圖。圖式顯示的列車資訊管理裝置係藉由搭載於車輛10A1至10Am所組成的固定編組#1與車輛10B1至10Bn所組成的固定編組#2所連結而成的列車的各車輛的各種機器來構成。各車輛搭載有終端裝置12及複數個列車搭載機器13(以下記載為機器13)，各固定編組的前頭車輛(車輛10A1、10Am、10B1及10Bn)搭載有中央裝置11。機器13例如係空調裝置、照明裝置、顯示裝置、制動裝置等。藉由固定編組#1與固定編組#2連結，位於列車之中間的前頭車輛(車輛10Am及10B1)更搭載有作為本發明之通信裝置的ETBN20(ETBN20A、20B)。該ETBN20形成連接ECN#1與ECN#2的基幹網路(ETB)。各固定編組的ETBN20係被雙工化，其一者為主裝置而另一者為備份裝置而動作。此外，經雙工化的ETBN20也可搭載於與圖式顯示之車輛不同的車輛。也可將2台ETBN分別搭載於不同的車輛。亦即，在固定編組內經雙 工化即可，而不規定搭載位置。又，本實施形態雖說明將ETBN予以雙工化的例子，惟設成將ETBN進一步冗餘化的構成也無妨。並且，本實施形態雖將經雙工化的ETBN20與中央裝置11分別構成，惟將這些設成一體構成也無妨。
中央裝置11與未以圖式顯示的主幹控制器(Master controller)等控制操作裝置連接，而進行列車識別資訊、列車位置資訊、列車運行資訊以及列車指令資訊等列車資訊的輸入輸出處理。
終端裝置12將包含從各中央裝置11輸出的控制資訊等的資料對各機器13發送之同時，並且收集從各機器13輸出的資料而對中央裝置11發送。如此一來，終端裝置12互相合作收集、並用列車資訊。又，由於從各機器13輸出的資料包含有顯示該資料的發送對象(中央裝置11)的資訊、用以識別發送源機器的機器ID、以及機器13的動作狀態資訊(例如，空調的現在溫度、VVVF的輸出等)，因此，接收了來自於各機器13之資料的中央裝置11能識別屬於從何機器發送的動作狀態資訊。
ETBN20作為主裝置而進行動作時，將從ECN接收到的信號朝ETB中繼，並且將從ETB接收到的信號朝ECN中繼。又，透過ECN而周期性地將存活監視訊框(VRRP Advertisement)朝備份動作中的ETBN20發送。作為備份裝置而進行動作時，依據從作為主裝置而動作中的ETBN20發送來的存活監視訊框的接收結果等，進行作為主裝置而動作中的ETBN20的故障檢測。此外，也可建構成檢測是否為已連結固定編組之狀態，而僅在固定編組連結著的狀態，ETBN20作為主裝置或備份裝置來進行動作。 藉此，可避免存活監視訊框被不必要地發送而防止ECN內的通信量(traffic)增大，並且可減少ETBN20的消耗電力。
使用第4圖簡單地說明列車資訊管理裝置的動作。中央裝置11將包含用以控制各機器13之動作的機器個別資料(控制資料)等的資料(以下稱「控制指令」)輸出至各終端裝置12。接收到控制指令的終端裝置12對連接於自身終端裝置12的機器13轉送控制指令，接收到控制指令的各機器13執行與控制指令所包含之機器個別資料對應的動作。
相對於此，包含動作狀態資訊之來自於各機器13的資料被各終端裝置12收集而被發送至中央裝置11。接收到來自於各機器13之資料的中央裝置11記錄該資料，並且對設置在駕駛台等的顯示器(未以圖式顯示)輸出動作狀態資訊等，其結果於顯示器顯示列車運行所必需的資訊。
其次，詳細說明ETBN20。第5圖係顯示ETBN20的構成例的圖。ETBN20具備有：在ECN與ETB之間中繼信號的中繼部30、以及決定自身ETBN是作為主裝置與備份裝置之其中哪一個ETBN來進行動作的動作模式(mode)決定部40。動作模式決定部40包含：ECN埠指定部41、IP位址(address)管理部42、VRRP功能部43、埠故障檢測部44、以及存活判定部45。
中繼部30在動作模式決定部40決定作為主裝置之ETBN進行動作的情況下，當從ECN接收訊框時，確認所接收的訊框是否為VRRP之訊框(以VRRP所定的格式(format)的訊框，以下稱「VRRP訊框」)。若是VRRP訊框，則朝動作模式決定部40的VRRP功能部43中繼，若是VRRP訊框以外，則轉換成與ETB 對應的格式並朝ETB中繼。當從ETB接收訊框時，就轉換成與ECN對應的格式並朝ECN中繼。又，接收以VRRP功能部43周期性地產生的存活監視訊框(VRRP Advertisement，VRRP訊框的一種)而朝ECN發送。相對於此，動作模式決定部40決定作為備份裝置之ETBN進行動作的情況下，中繼部30當從ECN接收訊框時，就確認所接收的訊框是否為VRRP訊框，若是VRRP訊框，則朝動作模式決定部40的VRRP功能部43中繼，若是VRRP訊框以外，則廢棄(不進行對ETB的中繼)。又，從ETB接收到以其他的ETBN為對象的訊框時，朝目的地之其他的ETBN轉送。
動作模式決定部40決定自身ETBN是作為主裝置與備份裝置之哪一者來進行動作，並且將決定結果通知中繼部30。又，執行依照決定結果的動作。
於動作模式決定部40，ECN埠指定部41依據IP位址管理部42所管理的實體埠與IP位址之對應表單(table)，從複數個實體埠之中指定連接有ECN之屬於實體埠的ECN埠。
IP位址管理部42管理自身ETBN具備的各實體埠被分配的IP位址的資訊(實體埠與IP位址之對應表單)。
作為存活監視訊框處理部而進行動作的VRRP功能部43，在與邏輯上係作為1台的ETBN來運作之其他ETBN之間，進行以VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)為標準的控制。
埠故障檢測部44進行ECN埠的故障檢測。對於故障檢測的方法並無特別的規定。
存活判定部45於自身ETBN作為備份裝置並於動作中，判定作為主裝置並於動作中的ETBN是否正常地動作。
以下使用第6圖來說明本實施形態之ETBN20之特徵性動作，具體上是說明作為備份裝置而動作中的ETBN20檢測作為主裝置而動作中的ETBN20之故障的動作、以及其關聯動作。第6圖所示的ETBN201作為主裝置，ETBN202作為備份裝置而進行動作，而在邏輯上係設成作為1台的ETBN來運作。此外，第6圖僅記載用以執行上述特徵性動作所必需的構成要素(相當於第5圖所示之動作模式決定部40的各構成要素)。
ETBN201的ECN埠指定部411當自身裝置(ETBN201)啟動時，就參照以IP位址管理部421所管理的實體埠與IP位址的對應表單，而指定ECN所連接之實體埠(以下稱「ECN埠」)。在此，於上述非專利文獻1(IEC61375 2-5)規定有分配於以ECN通信的裝置之IP位址的範圍為10.128.64.0/18至10.143.0.0/18。因此，ECN埠指定部411將上述範圍內的IP位址所分配之實體埠判斷為ECN埠。ECN埠指定部411當ECN埠的指定完成，就將指定結果(屬於ECN埠的實體埠)通知VRRP功能部431及埠故障檢測部441。
ETBN202的ECN埠指定部412也同樣當自身裝置(ETBN202)啟動時，就指定ECN埠。又，將指定結果通知VRRP功能部432及埠故障檢測部442。
ETBN201之VRRP功能部431，當ECN埠指定部411所為的ECN埠的指定處理結束，就決定執行依照VRRP之預定的程序並作為主裝置進行動作。相對於此，ETBN202之VRRP功能部432，當ECN埠指定部412所為的ECN埠的指定處理結束，就決定執行依照VRRP之預定的程序並作為備份裝置進行動作。
於開始作為主裝置進行動作的ETBN201，VRRP功能部431周期性地產生正常不正常監視訊框(VRRP Advertisement)，並透過省略了圖式的中繼部而朝ECN埠發送。
相對於此，於開始作為備份裝置進行動作的ETBN202，VRRP功能部432接收從主裝置側之VRRP功能部431所發送的存活監視訊框。VRRP功能部432每當接收存活監視訊框，即將其主旨通知給存活判定部452。
埠故障檢測部442監視以ECN埠指定部412所指定的ECN埠是否未故障。
存活判定部452依據於VRRP功能部432中的存活監視訊框的接收結果、以及故障檢測部442中的監視結果，進行ETBN主裝置(作為主裝置而動作中的ETBN201)的故障檢測。具體上，不論ECN埠是否為正常的狀態，只要是經過恆定時間未能接收存活監視訊框(未從ETBN主裝置發送過來)時，則判斷ETBN主裝置為故障(參照第7圖)。ECN埠故障的情況下，推定ETBN主裝置正常地動作著。存活判定部452於檢測到ETBN主裝置的故障時，將其主旨通知給VRRP功能部432。此外，上述恆定時間於VRRP係定義為Master_Down_Interval。
VRRP功能部432於被從存活判定部452通知ETBN主裝置(ETBN201)的故障檢測時，決定自身裝置(ETBN202)開始作為主裝置的動作。又，對省略了圖式的中繼部指示開始作為主裝置的動作(即，開始在ECN與ETB之間中繼信號的動作)，並且自身(VRRP功能部432)也開始作為主裝置的動作(周期性地產生並發送存活監視訊框的動作)。
如此一來，於本實施形態中，車輛傳送系統之經冗餘化的ETBN作為備份裝置而進行動作時，監視透過ECN而從主裝置發送來的存活監視訊框的接收狀態、以及ECN埠的狀態(是否未故障)，在ECN埠未故障的狀態下無法接收存活監視訊框時，判斷主裝置之ETBN為故障，而設成作為主裝置之ETBN以開始動作。藉此，可使作為備份裝置而動作中的ETBN誤檢測出作為主裝置而動作中的ETBN的故障的可能性降低。又，能解決ECN埠故障時開始了作為主裝置的動作而使連接於不同的ECN的各機器彼此間無法通信的問題。
此外，本實施形態雖說明了使用VRRP而實現通信裝置的冗餘化，惟只要是現用系統(主裝置)周期性地發送存活監視用的訊框，並利用該訊框使預備系統(備份裝置)進行現用系統的故障檢測以實現冗餘化的系統，即可應用。
[產業上可利用性]
如以上說明，本發明之通信裝置有用於車輛傳送系統，特別是適用於已連結複數個固定編組的列車，並在形成於固定編組內的支線網路之間中繼信號的通信裝置。
20‧‧‧ETBN
30‧‧‧中繼部
40‧‧‧動作模式決定部
41‧‧‧ECN埠指定部
42‧‧‧IP位址管理部
43‧‧‧VRRP功能部
44‧‧‧埠故障檢測部
45‧‧‧存活判定部

Claims (4)

  1. 一種通信裝置，係於已連結固定編組狀態的列車中，將在形成於固定編組內之支線網路之間中繼信號的基幹網路與業經冗餘化之其他通信裝置一同形成者，其特徵在於包含有：存活監視訊框處理部，係於作為主裝置進行動作中，透過支線網路將存活監視訊框周期性地傳送至作為備份裝置進行動作中的其他通信裝置，且於作為備份裝置進行動作中，透過支線網路接收從作為主裝置進行動作中的其他通信裝置所傳送的存活監視訊框；埠故障檢測部，係進行連接有支線網路之埠的故障檢測；以及存活判定部，係於作為備份裝置進行動作中，依據以前述存活監視訊框處理部所為的存活監視訊框接收結果、及以前述埠故障檢測部所為的故障檢測結果，而進行作為主裝置進行動作中的其他通信裝置的故障檢測。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通信裝置，其中，前述存活判定部，於前述埠故障檢測部未檢測出故障的狀態下，且在前述存活監視訊框處理部經過一定時間沒接收到存活監視訊框時，判斷為故障。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通信裝置，其中，於作為主裝置進行動作中，係作為以IEC61375 2-5所規定的ETBN進行動作。
  4. 一種車輛傳送系統，係於已連結固定編組狀態的列車中，包含形成於固定編組內之支線網路、及在支線網路之間中繼信號的 基幹網路，且形成基幹網路之通信裝置係業經冗餘化之構成者，其特徵在於：前述通信裝置包含有：存活監視訊框處理部，係於作為主裝置進行動作中，透過支線網路將存活監視訊框周期性地傳送至作為備份裝置進行動作中的其他通信裝置，且於作為備份裝置進行動作中，透過支線網路接收從作為主裝置進行動作中的其他通信裝置所傳送的存活監視訊框；埠故障檢測部，係進行連接有支線網路之埠的故障檢測；以及存活判定部，係於作為備份裝置進行動作中，依據以前述存活監視訊框處理部所為的存活監視訊框接收結果、及以前述埠故障檢測部所為的故障檢測結果，而進行作為主裝置進行動作中的其他通信裝置的故障檢測。
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