WO2010110300A1 - 鉄道車両用伝送システム - Google Patents

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秀之 高橋
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    • H04L2012/40293Bus for use in transportation systems the transportation system being a train

Definitions

  • the present invention is a railway vehicle transmission system for use in a train to which a plurality of railway vehicles are connected, in which train control command data is transmitted in a low delay mode, and service information data is switched to a full duplex mode.
  • the present invention relates to a transmission system for a railway vehicle for transmission.
  • the transmission data handled is train control command data that does not allow retransmission delay or retransmission delay due to data collision, and service information data that allows some delay in transmission delay And can be roughly divided into two types.
  • the train control command data which is data for which transmission delay is defined, corresponds to power running / brake command data for controlling train travel.
  • the service information data includes monitoring data for each device, guidance display data for passengers, and the like.
  • Ethernet stipulated in the IEEE802.3 standard, which is a representative of general-purpose networks, that is, 10Base-T and 100Base-TX using a twisted pair cable, etc. Is applied to railway vehicles, CSMA / CD Ethernet (registered trademark) is basically a transmission method that allows data collision and retransmits data when a collision occurs. For this reason, in the system of Patent Document 1, it is difficult to apply to data that does not allow transmission delay such as train control command data. In addition, in the system of Patent Document 1, a method of using a switching HUB by setting the line to full duplex in order to avoid data collision is also used.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art.
  • For transmission of data such as train control command data that cannot be delayed the transmission delay time is minimized and a certain amount of delay is allowed.
  • a transmission system for a rail vehicle that can transmit a plurality of types of transmission data by switching to an optimal transmission mode depending on the type by effectively utilizing the bandwidth of the transmission line for transmission of service information data. For the purpose.
  • a railway vehicle transmission system is a railway vehicle transmission system for use in a train to which a plurality of railway vehicles are connected, and is installed in each of the plurality of railway vehicles. Between the transmission repeater that receives the data transmitted from other rail vehicles and transmits the received data to the other rail vehicles, and the transmission repeater of other rail vehicles in order to send and receive data A main transmission line to be connected.
  • the transmission repeater is a trunk transmission transmitter for transmitting data to a transmission repeater of another railway vehicle, a trunk transmission receiver for receiving transmission data from the transmission repeater of another railway vehicle, Network for transmitting and receiving data between adjacent transmission repeaters with low-delay mode for exchanging dedicated packets and repeating transmission of received data and full-duplex mode for storing received data and transmitting stored data
  • a transmission repeater control apparatus for constructing the transmission repeater, a transmission transceiver for transmitting / receiving data to / from the transmission repeater control apparatus, and a transmission station connected to the transmission transceiver for transmitting / receiving data to / from the transmission transceiver .
  • train control command data which is transmission data generated by a certain transmission repeater
  • the transmission repeater control device for the first railway vehicle sends a control packet indicating the transition to the low delay mode between the transmission repeaters before transmitting the control command data of the train that needs to be transmitted at a constant cycle. All transmission repeaters are shifted to the low delay mode so that each transmission repeater transmits the received data repeatedly, and at the end of transmission of the control command data of the train, a control packet for terminating the low delay mode is sent to the next low repeater. Until the delay mode, the full transmission repeater is operated in the full duplex mode.
  • the optimum transmission is performed according to the type of transmission data in one existing transmission line without causing an increase in the number of lead-through lines or the addition of transmission channels.
  • Mode can be applied, train control command data is transmitted in the low delay mode that minimizes the transmission delay time, service information data is switched to the full-duplex mode that maximizes the bandwidth of the line and transmitted can do.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a railway vehicle transmission system according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the transmission repeater in the railway vehicle transmission system of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the transmission repeater control device in the transmission repeater of FIG.
  • FIG. 4 is a timing chart showing the switching timing between the low delay mode and the full duplex mode by the railway vehicle transmission system of the present embodiment.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (d) are operation explanatory views in the low delay mode by the railway vehicle transmission system of the present embodiment.
  • 6 (a) to 6 (d) are operation explanatory diagrams in the low-delay mode by the railway vehicle transmission system of this embodiment.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) are operation explanatory diagrams at the time of full-duplex mode operation by the railway vehicle transmission system of the present embodiment.
  • FIGS. 8A and 8B are operation explanatory diagrams at the time of full-duplex mode operation by the railway vehicle transmission system of this embodiment.
  • FIG. 9 is an operation explanatory diagram at the time of full-duplex mode operation by the railway vehicle transmission system of the present embodiment.
  • the transmission system for a railway vehicle is provided with transmission repeaters 1a, 1b,.
  • the Full-duplex trunk transmission lines 3a, 3b,..., 3 (n-1) made up of two twisted pair cables connect adjacent transmission repeaters in a bus shape.
  • a bus-like transmission line will be described, but the present invention can also be applied to a ladder-like transmission line or a ring-like transmission line for improving redundancy.
  • each of the transmission repeaters 1a to 1n (hereinafter referred to as “transmission repeater 1” in the representative) is a 2-port trunk transmission.
  • Receivers 4a and 4b two-port trunk transmission transmitters 5a and 5b, one or more ports (or 0 or more ports if the car does not send / receive data), and transmission / reception data of each transmission port Transmission repeater control device 2 that controls repeat (low delay mode) or store-and-forward (full duplex mode) and transmission of transmission right packet (token packet) between transmission repeaters, And a plurality of transmission stations 7 that perform data transmission and reception.
  • the transmission station 7 of the own car may be inside the transmission repeater 1 or outside the transmission repeater 1.
  • the transmission station 7 is located outside the transmission repeater 1, only the transmission transceiver 6 is mounted in the transmission repeater 1.
  • FIG. 2 shows an example in which the transmission station 7 a is mounted inside the transmission repeater 1 and the transmission station 7 b is mounted outside the transmission repeater 1. Furthermore, there may be a plurality of such transmission stations and associated transmission transceivers.
  • a buffer circuit 8 is provided for storing received data during full-duplex mode operation.
  • the transmission relay control device 2 is a computer, and performs a transmission control operation to be described later based on a built-in transmission control program.
  • the transmission repeater control device 2 has the functional configuration shown in FIG. 3, and includes received data switching circuits 21a, 21b, and 21c that switch and receive low delay data and service information data, and low delay data and service information data.
  • Full-duplex mode operation control circuit comprising a transmission data switching circuit 22a, 22b, 22c for switching and transmission, a low delay control circuit 23 for repeating data transmission and token packet control in the low delay mode, and a buffer 8 24, and a mode switching control circuit 25 for controlling switching between the low delay mode and the full-duplex mode.
  • the mode switching control circuit 25 discriminates train control command data and service information data from the destination address of the received data, and controls transmission mode switching as follows. That is, when it is determined that the received data is the train control command data, the transmission mode is switched to the low delay mode, and the low delay control circuit 23 repeats the received data and is connected to all transmission repeaters. The train control command data is transmitted to the existing transmission station. If it is determined that the received data is service information data, the transmission mode is switched to the full-duplex mode, the full-duplex mode operation control circuit 24 buffers the received data, and the destination address transmission station Service information data is transmitted to
  • the reception data switching circuit 21 and the transmission data switching circuit 22 are increased or decreased according to the number of transmission transceivers 6 that perform data transmission / reception with the transmission station.
  • FIG. 4 shows the operation periods of the low delay mode and the full duplex mode on the time axis.
  • t lim for example, 9.5 ms
  • new service information data is not transmitted beyond t lim .
  • the transmission repeater 1a side is defined as the upstream side of the network, and the 1e side is defined as the downstream side of the network.
  • the definitions of the upstream side and the downstream side may be reversed.
  • the transmission repeater 1 at the upstream end within the range where the network is effective performs the master station operation of transmission as the most upstream.
  • a certain transmission repeater 1 transmits data to the upstream side, if there is no response from the upstream side, it is determined that the own station is the master station.
  • a certain transmission repeater 1 transmits data to both the upstream side and the downstream side, if there is a response from both the upstream side and the downstream side, it is determined that the own station is an intermediate station.
  • a certain transmission repeater 1 transmits data to the downstream side, if there is no response from the downstream side, it is determined that the own station is the most downstream station.
  • the transmission repeater 1a operating as the most upstream master station issues a reset packet as a signal for starting a low-delay mode (a signal for starting a transmission right circulation).
  • a low-delay mode a signal for starting a transmission right circulation.
  • Each of the transmission repeaters 1b to 1e that has received the reset packet repeats transmission of the reset packet downstream and prepares to receive data by switching the transmission mode to the low delay mode.
  • Each of the transmission repeaters 1a to 1e clears the internal timer when the reset packet is transmitted (or may be received) and restarts timing.
  • the transmission repeater 1a having the transmission right transmits train control command data (data a).
  • Each of the transmission repeaters 1b to 1d repeatedly transmits the reception data a from the transmission repeater 1a to the downstream side.
  • the repeat transmission refers to an operation of transmitting received data while performing a reception operation, instead of transmitting after all the data has been received once.
  • the transmission delay until the data a transmitted by the transmission repeater 1a reaches the most downstream transmission repeater 1e is short. This is called a low delay mode.
  • the transmission repeater 1a transmits a token packet for moving the transmission right after transmitting necessary data. Issue.
  • the transmission repeater 1b secures the transmission right by receiving the token packet from the transmission repeater 1a.
  • the transmission repeater 1b does not repeat the token packet.
  • the transmission repeater 1b which secured the transmission right transmits the train control command data (data b) to the upstream side and the downstream side.
  • the transmission repeater 1a receives the data b from the transmission repeater 1b.
  • the transmission repeaters 1c and 1d repeatedly transmit the reception data b from the transmission repeater 1b to the downstream side.
  • the transmission repeater 1e receives data b from the upstream transmission repeater 1d. In this way, all transmission repeaters can receive data b almost simultaneously.
  • the transmission repeater 1b moves the transmission right from the transmission repeater 1b to the transmission repeater 1c As shown in FIG. 6A, the transmission repeater 1b transmits a token packet for moving the transmission right after transmitting necessary data. Issue. The transmission repeater 1c secures the transmission right by receiving the token packet from the transmission repeater 1b.
  • the transmission repeater 1c that secures the transmission right transmits train control command data (data c) to the upstream side and the downstream side.
  • the transmission repeater 1b repeats the reception data c from the downstream transmission repeater 1c to the upstream side.
  • the transmission repeater 1d repeats the reception data c from the upstream transmission repeater 1c to the downstream side. In this way, all transmission repeaters 1a, 1b, 1d and 1e can receive data c almost simultaneously.
  • the transmission right moves from the transmission repeater 1c to the transmission repeater 1d, and the data d of the transmission repeater 1d that secures the transmission right is transmitted to the upstream side and the downstream side. Thereafter, the operation of the transmission right moving from the transmission repeater 1d to the most downstream transmission repeater 1e is repeated. Thus, the transmission right finally moves to the most downstream transmission repeater 1e.
  • each of the transmission repeaters 1a to 1d When each of the transmission repeaters 1a to 1d receives the return packet, it switches the transmission mode from the low delay mode to the full duplex mode and shifts to the full duplex mode. The most downstream transmission repeater 1e also switches the transmission mode after transmitting the return packet, and shifts to the full duplex mode. In this way, finally, all the transmission repeaters 1a to 1e end the low delay mode and completely shift to the full duplex mode.
  • the transmission repeater 1a stores the data b ′ from the downstream transmission repeater 1b in the upper buffer in the figure, and at the same time, the downstream repeater 1b and the transmission station 7 of its own station in the lower buffer in the figure.
  • the data a ′ to be transmitted is stored.
  • the intermediate transmission repeater 1b receives data c ′ received from the downstream transmission repeater 1c in the upper buffer shown in the figure, and data b for transmission to the upstream transmission repeater 1a and the transmission station 7 of the own station.
  • the data a ′ received from the upstream transmission repeater 1a and the data b ′ to be transmitted to the downstream transmission repeater 1c and the local transmission station 7 are stored in the lower buffer in the figure. To do.
  • new data a is generated in the transmission repeater 1a. Then, the data a" is stored in a buffer for transmission downstream. As soon as the line is available, data a ′′ is transmitted to the downstream side of the transmission repeater 1a. The transmission repeater 1a stores the data c ′ received from the downstream side in the buffer 8 of the transmission repeater 1a. Then, as soon as the line with the transmission station of the local station becomes available, the data c ′ is transmitted to the transmission station 7 of the local station.
  • the transmission repeater 1b receives the data a ′′
  • the data a ′′ is stored in a buffer for transmission to the downstream side.
  • the data a 'previously stored in the buffer is transmitted from the transmission repeater 1b to the downstream side and the local transmission station 7 as soon as the line is available.
  • the data c ′ stored in the buffer for transmission to the upstream side is transmitted to the upstream side of the transmission repeater 1b and the transmission station 7 of the local station and received from the downstream side.
  • Data d ′ is stored in the buffer.
  • the new data c ′′ is stored in the buffer for transmitting to the downstream side and the buffer for transmitting to the upstream side.
  • the data a ′ received from the upstream side is transmitted to the downstream side.
  • the data b ′ previously stored is transmitted to the downstream side of the transmission repeater 1c and the transmission station 7 of the local station, and is transmitted to the upstream side in the transmission repeater 1c.
  • Data d ′ stored in the buffer for transmission is transmitted to the upstream side of the transmission repeater 1c and the transmission station 7 of the local station, and data e ′ received from the downstream side is stored in the buffer.
  • the data received by the transmission repeaters 1d and 1e are stored in the respective buffers and first stored in the respective buffers. Data was sent.
  • each transmission repeater 1a to 1e stops the new transmission and prepares for the next activation of the low delay mode.
  • the received data is stored in the buffer 8 in each transmission repeater until the next full-duplex mode.
  • the limit time t lim is set by determining the time during which transmission of currently transmitted data can be completed by t cyc from the packet length and the transmission speed.
  • the railway vehicle transmission system of the present embodiment when transmitting the train control command data on one transmission line, the low delay mode in which the transmission delay time is the shortest is used, and the service information data Can be used, the full-duplex mode that effectively utilizes the bandwidth of the transmission line can be used. For this reason, using the existing Ethernet (registered trademark), it is possible to achieve both reduction in transmission delay and increase in transmission path bandwidth.
  • the present invention minimizes the transmission delay time for transmission of data that does not allow delay such as train control command data, and effectively uses the bandwidth of the transmission line for transmission of service information data that allows a certain amount of delay. By doing so, it is possible to provide a railway vehicle transmission system that can transmit a plurality of types of transmission data by switching to an optimal transmission mode depending on the types.

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Abstract

 複数の鉄道車両が接続された列車で用いるための鉄道車両用伝送システムは、先頭の鉄道車両の伝送中継器制御装置(2)により、一定周期で伝送する必要のある列車の制御指令データを伝送する前に伝送中継器(1)間で低遅延モードへの移行を示す制御パケットを流して全伝送中継器(1)を低遅延モードに移行させて各伝送中継器に受信データをリピート送信させ、列車の制御指令データの伝送終了時に低遅延モードを終了するための制御パケットを流して次の低遅延モードまでの間は全伝送中継器(1)を全二重モードで動作させる。

Description

鉄道車両用伝送システム
 本発明は、複数の鉄道車両が接続された列車で用いるための鉄道車両用伝送システムであって、列車の制御指令データは低遅延モードで伝送し、サービス情報データは全二重モードに切り換えて伝送する鉄道車両用伝送システムに関する。
 複数の鉄道車両が接続された列車の内部でネットワークを構築する場合、扱う伝送データは伝送遅延やデータの衝突による再送遅延が許されない列車の制御指令データと伝送遅延がある程度許容されるサービス情報データとの2種類に大きく分けられる。伝送遅延が規定されているデータである列車の制御指令データとしては、列車の走行を制御する力行/ブレーキ指令データ等が相当する。また、サービス情報データとしては、各機器のモニタリングデータや乗客への案内表示データ等がある。
 従来の鉄道車両用伝送システムでは、伝送遅延が規定される制御指令データについては専用の引き通し線を用いたり、伝送路を分離/専用化する等して伝送遅延を短縮する方式がとられている。しかし、これらの方式は引き通し線の増加や伝送チャンネルの追加を招くという問題点がある。このため、特に既存のネットワークのソフトウェアの変更だけで対応できる伝送システム技術の開発が望まれていた。
 一方、特許文献1に記載されているシステムのように、汎用のネットワークの代表であるIEEE802.3規格で規定されるイーサネット(登録商標)、つまりツイストペアケーブルを使用する10Base-Tや100Base-TX等を鉄道車両に適用する場合、CSMA/CD方式のイーサネット(登録商標)では、基本的にデータの衝突を許し、衝突発生時にはデータを再送する伝送方式である。このため、特許文献1のシステムでは、列車の制御指令データのような伝送遅延が許されないデータへの適用が難しい。また、特許文献1のシステムでは、データの衝突を回避するために回線を全二重とし、スイッチングHUBを使用する方法も用いられている。しかし、その場合でも、スイッチングHUBがストア・アンド・フォワードにて動作するため、データがスイッチングHUBを通過するたびに遅延してしまうという問題点がある。このため、特許文献1のシステムでは、列車の制御指令データのような伝送遅延が許されないデータを伝送するシステムへの適用が難しかった。
特開2005-39783号公報
 本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、列車の制御指令データのような遅延が許されないデータの伝送には伝送遅延時間を最短にし、ある程度の遅延が許容されるサービス情報データの伝送には伝送回線の帯域を有効に活用することにより、複数種の伝送データをそれらの種類によって最適な伝送モードに切り換えて伝送することができる鉄道車両用伝送システムを提供することを目的とする。
 本発明の第1の技術的特徴に係る鉄道車両用伝送システムは、複数の鉄道車両が接続された列車で用いるための鉄道車両用伝送システムであって、前記複数の鉄道車両の各々に搭載され他の鉄道車両から伝送されてきたデータを受信すると共に受信したデータを他の鉄道車両に送信する伝送中継器と、データの送受信を行うために、他の鉄道車両の伝送中継器との間を接続する幹線伝送路と、を備える。前記伝送中継器は、他の鉄道車両の伝送中継器にデータを送信するための幹線伝送送信器と、他の鉄道車両の伝送中継器からの送信データを受信するための幹線伝送受信器と、専用パケットの交換および受信データのリピート送信を行う低遅延モードと受信データの格納および格納したデータの送信を行う全二重モードとを備え隣接する伝送中継器間とデータの送受信を行うためのネットワークを構築する伝送中継器制御装置と、前記伝送中継器制御装置とデータの送受信を行う伝送送受信器と、前記伝送送受信器に接続され前記伝送送受信器とデータの授受を行う伝送局と、を備える。前記複数の鉄道車両の伝送中継器間で送信権を巡回させることにより、ある伝送中継器で発生した送信データである列車の制御指令データが一定時間以内で各伝送中継器に伝えられる。先頭の鉄道車両の伝送中継器制御装置は、一定周期で伝送する必要のある前記列車の制御指令データを伝送する前に伝送中継器間で前記低遅延モードへの移行を示す制御パケットを流して全伝送中継器を低遅延モードに移行させて各伝送中継器に受信データをリピート送信させ、前記列車の制御指令データの伝送終了時に低遅延モードを終了するための制御パケットを流して次の低遅延モードまでの間は全伝送中継器を前記全二重モードで動作させる。
 本発明の第1の技術的特徴に係る鉄道車両用伝送システムによれば、引き通し線の増加や伝送チャンネルの追加を招くことなく、既存の1つの伝送路で伝送データの種類によって最適な伝送モードを適用することができ、列車の制御指令データは伝送遅延時間を最短にする低遅延モードにて伝送し、サービス情報データは回線の帯域を最大限に活用する全二重モードに切り換えて伝送することができる。
図1は、本発明の1つの実施例の鉄道車両用伝送システムの構成を示すブロック図である。 図2は、本実施例の鉄道車両用伝送システムにおける伝送中継器の構成を示すブロック図である。 図3は、図2の伝送中継器内の伝送中継器制御装置の構成を示すブロック図である。 図4は、本実施例の鉄道車両用伝送システムによる低遅延モードと全二重モードとの切換タイミングを示すタイミングチャートである。 図5(a)から5(d)は、本実施例の鉄道車両用伝送システムによる低遅延モード時の動作説明図である。 図6(a)から6(d)は、本実施例の鉄道車両用伝送システムによる低遅延モード時の動作説明図である。 図7(a)と7(b)は、本実施例の鉄道車両用伝送システムによる全二重モード動作時の動作説明図である。 図8(a)と8(b)は、本実施例の鉄道車両用伝送システムによる全二重モード動作時の動作説明図である。 図9は、本実施例の鉄道車両用伝送システムによる全二重モード動作時の動作説明図である。
 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。
 図1に示すように、本発明の1つの実施例の鉄道車両用伝送システムは、列車の各鉄道車両である1号車からn号車それぞれに伝送中継器1a,1b,…,1nそれぞれを設置される。2本のツイストペアケーブルからなる全二重の幹線伝送路3a,3b,…,3(n-1)が、隣接する伝送中継器間それぞれをバス状に接続する。尚、本実施例では、バス状伝送路で説明するが、冗長性を向上させるための梯子状伝送路やリング状伝送路にも適用可能である。
 図2に示すように、本実施例の鉄道車両用伝送システムでは、伝送中継器1a~1nの各々(以下、代表する場合には「伝送中継器1」とする)は、2ポートの幹線伝送受信器4a,4bと、2ポートの幹線伝送送信器5a,5b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6a,6bと、各伝送ポートのデータのリピート(低遅延モード)又はストア・アンド・フォワード(全二重モード)の制御と伝送中継器間の送信権専用パケット(トークンパケット)の伝送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及び受信を行う複数の伝送局7と、を備える。尚、自号車の伝送局7は、伝送中継器1の内部にあっても、伝送中継器1の外部にあってもよい。伝送中継器1の外部に伝送局7がある場合は、伝送送受信器6のみが伝送中継器1内に実装される。図2では、伝送局7aが伝送中継器1の内部に実装され、伝送局7bが伝送中継器1の外部に実装されている例を示している。更に、このような伝送局及びそれに付随する伝送送受信器は複数あってもよい。
 伝送中継器制御装置2の内部には、全二重モード動作時に受信データを格納するためのバッファ回路8が設けられる。伝送中継制御装置2はコンピュータであり、組み込まれている伝送制御プログラムに基づき後述する伝送制御動作を行う。
 伝送中継器制御装置2は、図3に示す機能構成であり、低遅延データとサービス情報データとを切り換えて受信する受信データ切換回路21a,21b,21cと、低遅延データとサービス情報データとを切り換えて送信する送信データ切換回路22a,22b,22cと、低遅延モードにてデータのリピート送信とトークンパケットの制御を行う低遅延制御回路23と、バッファ8を備えた全二重モード動作制御回路24と、低遅延モードと全二重モードとの切り換えを制御するモード切換制御回路25と、を備える。
 モード切換制御回路25は、受信データの宛先アドレスから列車の制御指令データとサービス情報データとを判別し、以下のように伝送モードの切換を制御する。すなわち、受信データが列車の制御指令データであると判別された場合には、伝送モードが低遅延モードに切り換えられ、低遅延制御回路23が受信データをリピート送信し、全伝送中継器に接続されている伝送局に対して列車の制御指令データを伝達する。また、受信データがサービス情報データであると判別された場合には、伝送モードが全二重モードに切り換えられ、全二重モード動作制御回路24が受信データをバッファリングし、宛先アドレスの伝送局に対してサービス情報データを送信する。
 尚、受信データ切換回路21と送信データ切換回路22とは、伝送局とのデータ送受信を行う伝送送受信器6の台数に応じて増減される。
 次に、上記の構成の鉄道車両用伝送システムによる伝送動作について説明する。図4は、低遅延モードと全二重モードとの動作期間を時間軸上で示す。例えば、モード切換周期:tcyc=10 msを1サイクルとして、一定期間(低遅延モード期間)tREPの低遅延モードと残りの期間(全二重モード期間)tSW(=tcyc-tREP)の全二重モードとが繰り返される。また、全二重モードの終わり近くには、制限時間:tlim(例えば、9.5 ms)が設定されている。このため、新しいサービス情報データは、tlimを超えて送信されない。
 次に、図5~図9を用いて、低遅延モードと全二重モードの動作を説明する。ここでは、説明の簡明化のために5両の鉄道車両が接続された列車を想定してn=eまでとする。そして、それぞれの中継器1a~1eが、それぞれの車両a~e号車に設置される。
 1)リセット(低遅延モードへの移行)
 最初に、本実施例では、伝送中継器1a側をネットワークの上流側とし、1e側をネットワークの下流側と規定する。尚、上流側、下流側の定義は逆であってもかまわない。また、ネットワークが有効である範囲内で上流側の端の伝送中継器1が、最上流として伝送の親局動作をする。ここで、ある伝送中継器1が上流側にデータを送信した時に、上流側からの応答がない場合には、自局が親局であると判断する。また、ある伝送中継器1が上流側と下流側との両方にデータを送信した時に、上流側と下流側との両方から応答がある場合には、自局が中間局であると判断する。そして、ある伝送中継器1が下流側にデータを送信した時に、下流側からの応答がない場合には、自局が最下流局であると判断する。
 図5(a)に示すように、最上流の親局として動作する伝送中継器1aは、低遅延モード開始の合図(送信権巡回開始の合図)としてリセットパケットを発行する。リセットパケットを受信した各伝送中継器1b~1eは、リセットパケットを下流側にリピート送信すると共に、伝送モードを低遅延モードに切り換えてデータを受信する準備に入る。各伝送中継器1a~1eは、リセットパケットを送信した時(又は受信した時であってもよい)に内部タイマをクリアして計時を再開する。
 2)伝送中継器1aのデータ送信
 図5(b)に示すように、送信権を有する伝送中継器1aは、列車の制御指令データ(データa)を送信する。伝送中継器1b~1dのそれぞれは、伝送中継器1aからの受信データaを下流側にリピート送信する。ここで、リピート送信とは、一度データを全て受信完了してから送信するのではなく、受信動作を行いながら受信データを送信する動作のことである。このリピート送信によれば、伝送中継器1aが送信したデータaが最下流側の伝送中継器1eに届くまでの伝送遅延が短い。これを低遅延モードと称している。
 3)送信権を伝送中継器1aから伝送中継器1bへ移動
 図5(c)に示すように、伝送中継器1aは、必要なデータを送信した後に、送信権を移動させるためのトークンパケットを発行する。伝送中継器1bは、伝送中継器1aからのトークンパケットを受信することにより、送信権を確保する。伝送中継器1bは、トークンパケットをリピート送信しない。
 4)伝送中継器1bのデータ送信
 図5(d)に示すように、送信権を確保した伝送中継器1bは、列車の制御指令データ(データb)を上流側と下流側とに送信する。伝送中継器1aは、伝送中継器1bからのデータbを受信する。また、伝送中継器1cと1dは、伝送中継器1bからの受信データbを下流側にリピート送信する。伝送中継器1eは、上流側の伝送中継器1dからデータbを受信する。このようにして、全伝送中継器がデータbをほぼ同時に受信することができる。
 5)送信権を伝送中継器1bから伝送中継器1cへ移動
 図6(a)に示すように、伝送中継器1bは、必要なデータを送信した後に、送信権を移動させるためのトークンパケットを発行する。伝送中継器1cは、伝送中継器1bからのトークンパケットを受信することにより、送信権を確保する。
 6)伝送中継器1cのデータ送信
 図6(b)に示すように、送信権を確保した伝送中継器1cは、列車の制御指令データ(データc)を上流側と下流側とに送信する。伝送中継器1bは、下流側の伝送中継器1cからの受信データcを上流側にリピート送信する。また、伝送中継器1dは、上流側の伝送中継器1cからの受信データcを下流側にリピート送信する。このようにして、全伝送中継器1a,1b,1d,1eがデータcをほぼ同時に受信することができる。
 同様に、送信権が伝送中継器1cから伝送中継器1dへ移動し、送信権を確保した伝送中継器1dのデータdが上流側と下流側とに送信される。その後、送信権が伝送中継器1dから最下流側の伝送中継器1eへ移動する動作を繰り返す。こうして、最終的に最下流の伝送中継器1eまで送信権が移動する。
 7)伝送中継器1eデータ送信
 図6(c)に示すように、送信権を確保した最下流の伝送中継器1eは、列車の制御指令データ(データe)を上流側に送信する。伝送中継器1b~1dの各々はそれぞれの下流側の伝送中継器1c~1eからの受信データeを上流側にリピート送信する。このようにして、全伝送中継器1a~1dがデータeをほぼ同時に受信することができる。
 8)リターン(低遅延モード期間終了)
 図6(d)に示すように、伝送中継器1eが制御指令データ(データe)を送信完了すると、伝送中継器1eは、最下流の伝送中継器である(下流側に伝送中継器がない)ため、低遅延モードが完了したことを示すリターンパケットを上流側に送信する。伝送中継器1b~1dは、受信したリターンパケットを上流側にリピート送信し、最上流の伝送中継器1aにまでリターンパケットが送られる。
 次に、全二重モードでの動作について、図7~図9を用いて説明する。
 1)低遅延モードから全二重モードへモード切換
 図7(a)に示すように、伝送中継器1eは、制御指令データを送信完了すると、低遅延モードが完了したことを示すリターンパケットを上流側に送信する。これは図6(d)と同じ状態である。
 各伝送中継器1a~1dは、リターンパケットを受信すると、低遅延モードから全二重モードに伝送モードを切り換え、全二重モードに移行する。最下流の伝送中継器1eもリターンパケットを送信した後に伝送モードを切り換え、全二重モードに移行する。こうして、最終的に全ての伝送中継器1a~1eが、低遅延モードを終了し、全二重モードへと完全に移行する。
 2)全二重モード時のパケットの流れと伝送中継器内のバッファの状態(1)
 図7(b)に示すように、全二重モードに移行すると、伝送中継器1a~1eは、伝送中継器制御装置2に内蔵されているバッファ8を使用し、送信と受信を独立して同時に実施する全二重モードの動作を行う。
 尚、図7~図9では、各伝送中継器1a~1eのバッファ8の状態を表す。ここで、上段は上流側の伝送中継器と自局の伝送局7へ送信するデータと下流側の伝送中継器から受信したデータのためのバッファの状態を示す。また、下段は下流側と自局の伝送局7へ送信するデータと上流側の伝送中継器から受信したデータのためのバッファの状態を示す。例えば、伝送中継器1aは、図示上側のバッファに下流側の伝送中継器1bからのデータb’を格納し、同時に、図示下側のバッファに下流側の中継器1bと自局の伝送局7に送信するデータa’を格納する。また、中間の伝送中継器1bは、図示上側のバッファに下流側の伝送中継器1cから受信したデータc’と上流側の伝送中継器1a及び自局の伝送局7に送信するためのデータb’とを格納し、同時に、図示下側のバッファに上流側の伝送中継器1aから受信したデータa’と下流側の伝送中継器1c及び自局の伝送局7に送信するデータb’を格納する。
 3)全二重モード時のパケットの流れと伝送中継器内のバッファの状態(2)
 図8(a)を用いて、伝送中継器1a,1c,1eのそれぞれに二重の四角で囲った新規データであるデータa”、データc”、データe”のそれぞれが発生した時の状態を説明する。
 まず、伝送中継器1aで、新規データa”が発生する。すると、データa”は下流側へ送信するためのバッファに格納される。そして、回線が空き次第、データa”が伝送中継器1aの下流側に送信される。また、伝送中継器1aは下流側から受信したデータc’を伝送中継器1aのバッファ8に格納する。そして、自局の伝送局との回線が空き次第、データc’は自局の伝送局7に送信される。
 次いで、伝送中継器1bがデータa”を受信すると、データa”は下流側へ送信するためのバッファに格納される。同時に、先にバッファに格納されていたデータa’が、回線が空き次第、伝送中継器1bから下流側と自局の伝送局7に送信される。また、伝送中継器1bでは、上流側へ送信するためのバッファに格納されていたデータc’が伝送中継器1bの上流側と自局の伝送局7に送信されると共に、下流側から受信したデータd’がバッファに格納される。
 伝送中継器1cでは、新規データc”が下流側へ送信するためのバッファと上流側へ送信するためのバッファに格納される。そして、上流側から受信したデータa’が下流側へ送信するためのバッファに格納されると共に、先に格納されていたデータb’が伝送中継器1cの下流側と自局の伝送局7に送信される。また、伝送中継器1cでは、上流側へ送信するためのバッファに格納されていたデータd’が伝送中継器1cの上流側と自局の伝送局7に送信されると共に、下流側から受信したデータe’がバッファに格納される。
 同様に、伝送中継器1d,1eでも、図8(a)に図示したように、伝送中継器1d,1eが受信したデータはそれぞれのバッファに格納されると共に、先にそれぞれのバッファに格納されていたデータが送信される。
 4)全二重モード時のパケットの流れと伝送中継器内のバッファ状態(3)
 図8(b)に示すように、伝送中継器1bに二重の四角で囲った新規データb”が発生したときには、その新規データb”は伝送中継器1bのバッファ8にいったん格納される。そして、伝送中継器1bのバッファ8に格納されたデータは、先に格納されていたデータから順に送信される。
 5)リミット時間経過後(全二重モード終了)
 図9に示すように、いま、伝送中継器1a~1eは低遅延モード開始(リセットパケット受信:t=0)からの時間tlim(例では9.5 ms)が経過したとする。低遅延モードは、1サイクル周期tcyc(例では、10 ms)毎に起動する。このため、次回の低遅延モードが起動するまでの残り時間は、tcyc-tlim(例では0.5 ms)となる。
 図9に示すように、リミット時間(tlim)を経過すると、各々の伝送中継器1a~1eは、新規の送信を中止し、次回の低遅延モードの起動に備える。そして受信済みのデータは、次回の全二重モードまで各伝送中継器内のバッファ8に保管される。尚、リミット時間tlimは現在送信中のデータがtcycまでに送信完了できる時間をパケット長と伝送速度から決定し、設定する。
 このようにして、本実施例の鉄道車両用伝送システムによれば、1つの伝送路で、列車の制御指令データを伝送する時には伝送遅延時間が最短になる低遅延モードを使用し、サービス情報データを伝送する時には伝送回線の帯域を有効に活用する全二重モードを使用することができる。このため、既存のイーサネット(登録商標)を利用して、伝送遅延の短縮と伝送路帯域の増大を両立することができる。
 本発明は、列車の制御指令データのような遅延が許されないデータの伝送には伝送遅延時間を最短にし、ある程度の遅延が許容されるサービス情報データの伝送には伝送回線の帯域を有効に活用することで、複数種の伝送データをそれらの種類によって最適な伝送モードに切り換えて伝送することができる鉄道車両用伝送システムを提供することができる。

Claims (4)

  1.  複数の鉄道車両が接続された列車で用いるための鉄道車両用伝送システムであって、
     前記複数の鉄道車両の各々に搭載され、他の鉄道車両から伝送されてきたデータを受信すると共に、受信したデータを他の鉄道車両に送信する伝送中継器と、
     データの送受信を行うために、他の鉄道車両の伝送中継器との間を接続する幹線伝送路と、
    を備え、
     前記伝送中継器は、
     他の鉄道車両の伝送中継器にデータを送信するための幹線伝送送信器と、
     他の鉄道車両の伝送中継器からの送信データを受信するための幹線伝送受信器と、
     専用パケットの交換および受信データのリピート送信を行う低遅延モードと、受信データの格納および格納したデータの送信を行う全二重モードとを備え、隣接する伝送中継器間とデータの送受信を行うためのネットワークを構築する伝送中継器制御装置と、
     前記伝送中継器制御装置とデータの送受信を行う伝送送受信器と、
     前記伝送送受信器に接続され、前記伝送送受信器とデータの授受を行う伝送局と、
    を備え、
     前記複数の鉄道車両の伝送中継器間で送信権を巡回させることにより、ある伝送中継器で発生した送信データである列車の制御指令データが一定時間以内で各伝送中継器に伝えられ、
     先頭の鉄道車両の伝送中継器制御装置は、一定周期で伝送する必要のある前記列車の制御指令データを伝送する前に伝送中継器間で前記低遅延モードへの移行を示す制御パケットを流して全伝送中継器を低遅延モードに移行させて各伝送中継器に受信データをリピート送信させ、前記列車の制御指令データの伝送終了時に低遅延モードを終了するための制御パケットを流して次の低遅延モードまでの間は全伝送中継器を前記全二重モードで動作させる鉄道車両用伝送システム。
  2.  請求項1に記載の鉄道車両用伝送システムであって、
     前記伝送中継器制御装置は、前記全二重モードから前記低遅延モードに移行する際、前記低遅延モードの開始からの経過時間を計測し、次回の前記低遅延モードの開始までの時刻に近づいた場合、前記全二重モードでの新規の送信を中止し、前記低遅延モード開始の制御パケットを待つ待機状態に移る鉄道車両用伝送システム。
  3.  請求項2に記載の鉄道車両用伝送システムであって、
     前記全二重モードから前記低遅延モードに移行する際、前記低遅延モードへの移行を示す制御パケットを受信した伝送中継器の前記伝送中継器制御装置は、前記全二重モードで送信中のサービス情報データを送信完了してから前記低遅延モードに移行する鉄道車両用伝送システム。
  4.  請求項1に記載の鉄道車両用伝送システムであって、
     前記全二重モードから前記低遅延モードに移行する際、低遅延モードへの移行を示す制御パケットを受信した伝送中継器の伝送中継器制御装置は、送信中のサービス情報データを破棄して直ちに低遅延モードに移行し、前記低遅延モードを終了して全二重モードに戻った時に前記破棄したサービス情報データを再送信する鉄道車両用伝送システム。
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