基于无线通信的列车网络结构及系统的制作方法

本发明涉及列车通信技术领域，尤其涉及一种基于无线通信的列车网络结构及系统。

背景技术：

磁悬浮列车等轨道交通车辆的单节车厢内安装的控制设备节点数量普遍大于100个，整列车的控制设备节点数量将按编组数量成倍增加，因此整列车的线缆和连接器的数量巨大。

目前，列车布线一般采用屏蔽线缆。但是，列车上用于布线的线槽空间有限，布线复杂程度高。车载控制设备的配置数量多，维护的工作量大，若线缆出现破损等问题，故障难以定位，线缆在车辆上一经布设，就基本不能更换。而且，列车上还需要布设大量的线缆及连接器，导致成本较高。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中列车通信网络采用线缆连接的方式，导致布线复杂程度高，维护效率低的缺陷，提供一种基于无线通信的列车网络结构及系统。

本发明是通过下述技术方案来解决所述技术问题：

一种基于无线通信的列车网络结构，其包括：

通信管理设备，设置于列车的车厢上，并且用于与列车级以太网总线通信连接；

无线接入设备，与所述通信管理设备通信连接；

车载控制设备，设置于所述车厢上；以及，

无线终端设备，与所述车载控制设备通信连接，所述无线终端设备还与所述无线接入设备通过第一无线通信协议通信连接，以使所述通信管理设备与所述车载控制设备之间通过无线网络进行数据交互。

可选地，所述车载控制设备及所述无线终端设备的数量均为多个；

每一个所述无线终端设备分别与对应的所述车载控制设备通信连接；

多个所述无线终端设备之间通过第二无线通信协议通信连接，以使多个所述车载控制设备之间通过无线网络进行数据交互。

可选地，所述无线接入设备包括相互冗余的第一无线通信模块及第二无线通信模块；

所述无线接入设备被配置为通过所述第一无线通信模块及所述第二无线通信模块并行传输数据。

可选地，所述无线接入设备上还分别设有第一天线及第二天线；

所述第一天线与所述第一无线通信模块通信连接，并且被配置为发射从所述第一无线通信模块接收到的数据；

所述第二天线与所述第二无线通信模块通信连接，并且被配置为发射从所述第二无线通信模块接收到的数据。

可选地，所述无线终端设备包括相互冗余的第三无线通信模块及第四无线通信模块；

所述无线终端设备被配置为通过所述第三无线通信模块及所述第四无线通信模块并行传输数据。

可选地，所述无线终端设备上还分别设有第三天线及第四天线；

所述第三天线与所述第三无线通信模块通信连接，并且被配置为发射从所述第三无线通信模块接收到的数据；

所述第四天线与所述第四无线通信模块通信连接，并且被配置为发射从所述第四无线通信模块接收到的数据。

可选地，所述无线接入设备还用于与用户终端设备通过第一无线通信协议通信连接，以使所述通信管理设备与所述用户终端设备之间通过无线网络进行数据交互。

可选地，所述无线终端设备还用于与用户终端设备通过第二无线通信协议通信连接，以使所述车载控制设备与所述用户终端设备之间通过无线网络进行数据交互。

可选地，还包括第一通信监控设备；

所述第一通信监控设备与所述无线接入设备通信连接，并且被配置为监控所述无线接入设备的无线通信状态。

可选地，还包括第二通信监控设备；

所述第二通信监控设备与所述无线终端设备通信连接，并且被配置为监控所述无线终端设备的无线通信状态。

可选地，所述列车为磁悬浮列车。

可选地，所述车载控制设备包括升压斩波器、悬浮控制器、导向控制器或涡流制动控制器。

一种列车网络系统，其包括列车级通信单元及车辆级通信单元；

所述车辆级通信单元包括如上述的基于无线通信的列车网络结构。

在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明采用无线通信方式组网，构成列车网络结构及系统，有效地减少了车辆的通信线缆布线，节省了车辆内的布线空间，减少了设备维护时间，从而提升了维护效率，降低了各项成本，而且有效地实现了无线组网的数据冗余和链路冗余，提升了网络的鲁棒性。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的所述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为根据本发明一实施例的列车网络系统的结构示意图。

图2为根据本发明一实施例的升压斩波器维护和控制网络拓扑示意图。

附图标记说明：

列车网络结构1；

通信管理装置11；

无线接入设备12；

车载控制设备13；

无线终端设备14；

有线接口设备15；

以太网总线2；

用户终端设备3。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，列车布线一般采用屏蔽线缆。但是，列车上用于布线的线槽空间有限，布线复杂程度高。车载控制设备的配置数量多，维护的工作量大，若线缆出现破损等问题，故障难以定位，线缆在车辆上一经布设，就基本不能更换。而且，列车上还需要布设大量的线缆及连接器，导致成本较高。

为了克服目前存在的上述缺陷，本实施例提供一种基于无线通信的列车网络结构，所述列车网络结构包括：通信管理设备，设置于列车的车厢上，并且用于与列车级以太网总线通信连接；无线接入设备，与所述通信管理设备通信连接；车载控制设备，设置于所述车厢上；以及，无线终端设备，与所述车载控制设备通信连接，所述无线终端设备还与所述无线接入设备通过第一无线通信协议通信连接，以使所述通信管理设备与所述车载控制设备之间通过无线网络进行数据交互。

本实施例还提供一种列车网络系统，所述列车网络系统包括列车级通信单元及车辆级通信单元；所述车辆级通信单元包括如上述的基于无线通信的列车网络结构。

在本实施例中，优选地，所述列车为磁悬浮列车，但并不具体限定所述列车的类型，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

在本实施例中，采用无线通信方式组网，构成列车网络结构及系统，有效地减少了车辆的通信线缆布线，节省了车辆内的布线空间，减少了设备维护时间，从而提升了维护效率，降低了各项成本，而且有效地实现了无线组网的数据冗余和链路冗余，提升了网络的鲁棒性。

作为一实施例，如图1所示，所述列车网络系统主要包括列车级通信单元及多个车辆级通信单元，所述列车级通信单元主要包括以太网(eth)总线2，每一个车辆级通信单元分别配置于对应的车厢内，并且分别主要包括对应的列车网络结构1。

具体地，列车网络结构1主要包括通信管理装置11(可以为iom，输入输出管理装置)、无线接入设备12(可以为ap)、多个车载控制设备13及多个无线终端设备14(可以为st)。

在本实施例中，所述车载控制设备为升压斩波器(hs)、悬浮控制器、导向控制器或涡流制动控制器，但并不具体限定所述车载控制设备的类型及数量，均可根据实际需求进行相应的选择及调整。

一般磁悬浮列车的控制器种类超过4种，通过can(控制器局域网络)总线进行组网，多路can总线中需要4路can总线用于诊断网，其余一般用于控制器维护网。

高速磁悬浮诊断网一般有4路，由两个iom分别提供2路can总线，用于升压斩波器、悬浮控制器、导向控制器、涡流制动控制器的控制和诊断数据传输。

每个升压斩波器共提供3路can总线，1路用于与iom连接，1路用于升压斩波器之间连接进行数据维护、在线监测，1路用于hs之间传递数据。

每个悬浮控制器提供2路can总线，1路用于与iom连接，1路用于悬浮控制器之间连接进行数据维护、在线监测。

每个导向控制器提供2路can总线，1路用于与iom连接，1路用于导向控制器之间连接进行数据维护、在线监测。

每个涡流制动控制器提供2路can总线，1路用于与iom连接，1路用于涡流制动控制器之间连接进行数据维护、在线监测。

在本实施例中，无线接入设备12主要包括相互冗余的第一无线通信模块及第二无线通信模块，无线接入设备12被配置为通过所述第一无线通信模块及所述第二无线通信模块并行传输数据。

无线接入设备12上还分别设有用于收发无线信号的第一天线及第二天线。

所述第一天线与所述第一无线通信模块通信连接，并且被配置为发射从所述第一无线通信模块接收到的数据。

所述第二天线与所述第二无线通信模块通信连接，并且被配置为发射从所述第二无线通信模块接收到的数据。

即，所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块采用独立的天线，不通过合路器共天馈。

在本实施例中，无线终端设备14主要包括相互冗余的第三无线通信模块及第四无线通信模块，无线终端设备14被配置为通过所述第三无线通信模块及所述第四无线通信模块并行传输数据。

无线终端设备14上还分别设有用于收发无线信号的第三天线及第四天线。

所述第三天线与所述第三无线通信模块通信连接，并且被配置为发射从所述第三无线通信模块接收到的数据。

所述第四天线与所述第四无线通信模块通信连接，并且被配置为发射从所述第四无线通信模块接收到的数据。

即，所述第三无线通信模块与所述第四无线通信模块采用独立的天线，不通过合路器共天馈。

优选地，无线接入设备12及无线终端设备14均具备无线wlan(无线局域网)接口和有线以太网接口。

参考图1(图1中车载控制设备13以及其与无线终端设备14之间的对应关系均为示意)及图2(图2以hs为例)所示，通信管理设备11(可集成交换机功能)用于与列车级以太网总线2通信连接，无线接入设备12设置于通信管理设备11上，并且通过有线以太网接口与通信管理设备11通信连接。

每一个无线终端设备14设置于对应的车载控制设备13上，并且与对应的车载控制设备13通信连接。每一个无线终端设备14也可以与由多个相关的车载控制设备13组成的车载控制设备组建立通信连接。

无线接入设备12与每一个无线终端设备14通过第一无线通信协议通信连接，以使通信管理设备11与每一个车载控制设备13之间通过无线网络进行数据交互。

多个无线终端设备14之间通过第二无线通信协议通信连接，以使多个车载控制设备13之间通过无线网络进行数据交互。

在本实施例中，并不具体限定所述第一无线通信协议的类型，可根据实际需求进行相应的选择及调整，例如，wi-fi(无线保真)协议等。

在本实施例中，并不具体限定所述第二无线通信协议的类型，可根据实际需求进行相应的选择及调整，例如，wi-fi协议等。

无线接入设备12及无线终端设备14均可以形成两条并行冗余的无线通信链路，这两条链路可工作在不同的制式、不同的频段或不同的信道下，也可以以负载均衡的方式来提升无线网络整体的通信吞吐量。

例如，无线终端设备14将接收到的应用层数据包进行复制，通过不同的无线通信链路进行并行发送至无线接入设备12，无线接入设备12通过识别数据包到达的时间戳、目的地址等，结合真实性和完整性的判断，对来自两条链路的数据包进行取舍，并且转发给通信管理装置11，反之亦然。无线终端设备14之间的数据交互也可采用相似的并行传输方式，故不再一一赘述。

优选地，无线接入设备12还用于与用户终端设备3通过第一无线通信协议通信连接，以使通信管理设备11与用户终端设备3之间通过无线网络进行数据交互。当然，用户终端设备3还可通过有线接口设备15有线连接至以太网总线2。

优选地，无线终端设备14还用于与用户终端设备3通过第二无线通信协议通信连接，以使车载控制设备13与用户终端设备3之间通过无线网络进行数据交互。

在本实施例中，维护人员无需花时间和精力寻找有线接口，即可实现无线通信连接，因此便于设备维护。

优选地，列车网络结构1还包括第一通信监控设备(图中未示出)及第二通信监控设备(图中未示出)。

所述第一通信监控设备与无线接入设备12通信连接，并且被配置为监控无线接入设备12的无线通信状态。

所述第一通信监控设备还被配置为响应于无线接入设备12的无线通信状态出现异常，输出报警提示，以提示维护人员相关异常状态，不仅实时检测出无线接入设备12的异常，还方便快捷地定位出具体异常位置，从而提升维护效率。

所述第二通信监控设备与无线终端设备14通信连接，并且被配置为监控无线终端设备14的无线通信状态。

所述第二通信监控设备还被配置为响应于无线终端设备14的无线通信状态出现异常，输出报警提示，以提示维护人员相关异常状态，不仅实时检测出无线终端设备14的异常，还方便快捷地定位出具体异常位置，从而提升维护效率。

本实施例提供的基于无线通信的列车网络结构及系统，具有以下有益效果。

1)通过无线组网方式，可以减少每节车厢超过400米、整列车超过2000米的布线，而且可以减少中间涉及的超过100套以上连接器，从而有效地降低了各项成本。

2)通过在车辆或者地面可以方便的对单个或者多个车载控制设备进行维护，从而极大地减少了维护时间和成本，维护时间缩短95％以上。

3)通过无线组网方式，有效地解决了有线网的因车辆综合布线导致的故障及带来的故障定位难的问题。

4)实现了无线组网的数据冗余和链路冗余，提升了网络的鲁棒性。

5)有效地保证了大于100个节点可靠通信，上下线数据带宽的不低于500kps。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。