СЕТЕВОЙ МОДУЛЬ СВЯЗИ ПО РАДИОКАНАЛУ (СМРК) ДЛЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЕЗДОМ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПО ЕГО ДЛИНЕ ЛОКОМОТИВАМИ Российский патент 2005 года по МПК B61C17/12 G08G1/00 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано в системах автоматического управления поездами повышенной массы и длины, содержащими несколько локомотивов, распределенных по длине поезда.

Известна система автоматизированного вождения грузовых поездов повышенной массы и длины с распределенными по их длине локомотивами, использующая средства радиосвязи и содержащая установленный на каждом локомотиве блок центрального процессора с подключенными к нему блоком индикации, различными датчиками, управляющими и исполнительными устройствами, приемопередающим устройством, которое на головном локомотиве связано с центральным процессором через блок формирования команд, несущих информацию об обобщенных режимах движения (заявка РФ 2003132808). Недостатком данной системы является несовершенство средств обмена информацией между процессорами, неразвитость сети передачи данных, невозможность передачи больших массивов сообщений, недостаточная защищенность данных от искажений, что приводит к несогласованности работы локомотивов поезда.

Известна система автоматического управления поездом с распределенными по его длине локомотивами, содержащая сеть передачи данных между локомотивами, на каждом из которых установлен блок центрального процессора, связанный со средствами управления, диагностики, исполнительными узлами, блоком индикации и приемопередающим средством радиосвязи, предназначенным для передачи, приема и ретрансляции по соответствующей сети широковещательных и адресных информационных сообщений, и выполненная с возможностью формирования подтверждения приема сообщения, передачи сигнала помощи, если отсутствует указанное подтверждение, и повтора передачи этого сигнала в случае его неполучения (патент США №6759951). В данной системе также затруднена передача больших массивов сообщений, кроме того, оказывается весьма сложной процедура работы системы при возникновении сбоев.

Известна система автоматического управления поездом с распределенными по его длине локомотивами, содержащая по меньшей мере одну сеть передачи данных между локомотивами, на каждом из которых установлен блок центрального процессора, связанный со средствами управления, диагностики, исполнительными узлами, блоком индикации и приемопередающим средством радиосвязи, предназначенным для передачи, приема и ретрансляции по соответствующей сети широковещательных и адресных информационных сообщений в виде пакетов, и выполненная с возможностью формирования подтверждения доставки пакета, повтора передачи пакета в случае его неполучения (патент США №6400281). Недостатком данной системы является ее громоздкость, особенно в части средств межсетевого взаимодействия, которое может быть осуществлено лишь через дополнительные средства, а также загруженность центрального процессора, который наряду с функциями управления и контроля локомотивной аппаратуры выполняет также функции контроллера связи, что снижает надежность системы в целом.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в повышении надежности системы путем снижения нагрузки на центральные процессоры локомотивов и обеспечения возможности осуществления межсетевой связи.

Технический результат достигается тем, что в системе автоматического управления поездом с распределенными по его длине локомотивами, содержащей по меньшей мере одну сеть передачи данных между локомотивами, на каждом из которых установлен блок центрального процессора, связанный со средствами управления, диагностики, исполнительными узлами, блоком индикации и приемопередающим средством радиосвязи, предназначенным для передачи, приема и ретрансляции по соответствующей сети широковещательных и адресных информационных сообщений в виде пакетов, и выполненной с возможностью формирования подтверждения доставки пакета, повтора передачи пакета в случае его неполучения, согласно изобретению приемопередающее средство радиосвязи представляет собой сетевой модуль связи по радиоканалу (СМРК), включающий в себя связанный с радиомодемом процессор, который предназначен для упомянутых формирования подтверждения о доставке пакета, повтора передачи пакета в случае его неполучения, при этом приемопередающее средство радиосвязи ведущего локомотива дополнительно предназначено для непосредственного межсетевого обмена сообщениями.

СМРК включает в себя микросхему, в которой записана программа сетевого протокола, загружаемая процессором модуля при включении питания и обеспечивающая периодическое обращение через соответствующий интерфейс к центральному процессору локомотива с запросом пакета инициализации.

Указанный пакет инициализации от центрального процессора включает следующую информацию: номер сети, порядковый номер локомотива в составе, определяющий является ли данный локомотив ведущим или ведомым, число локомотивов в составе, код частотного канала и код защиты от несанкционированного доступа в сеть.

Процессор СМРК запрограммирован с возможностью производить после получения от центрального процессора пакета инициализации соответствующие программные установки и переходить в режим периодических запросов информационных пакетов от центрального процессора того же локомотива и по радиоканалу от других локомотивов, образуя общую сеть с процессорами других приемопередающих средств, получивших пакет инициализации, содержащий тот же номер сети.

Процессор СМРК ведущего локомотива запрограммирован с возможностью приема сообщений любым номером сети отправителя, а процессор СМРК ведомого локомотива запрограммирован с возможностью приема только сообщений, в адресе отправителя которых указан собственный номер сети.

На фиг.1 показана структурная схема сети передачи данных между локомотивами.

На фиг.2 показана структурная схема СМРК.

Сеть передачи данных системы автоматического управления поездом с распределенными по длине поезда локомотивами (фиг.1) содержит объединенные ведущий 1 и ведомые 2.1-2.N СМРК, в которых установлены блоки 3, 4.1-4.N центральных процессоров, последние связаны с непоказанными на графических материалах средствами управления, диагностики, исполнительными узлами, блоком индикации, центральные процессоры 3, 4.1-4.N подключены к приемопередающим средствам 5, 6.1-6.N радиосвязи, предназначенным для передачи, приема и ретрансляции по соответствующей сети широковещательных и адресных информационных сообщений в виде пакетов.

СМРК (фиг.2) включает в себя устройство 7 сопряжения модуля с центральным процессором (3, 4.1-4.N), подключенный к процессору 8, связанному с радиомодемом 9, и источник питания 10, к которому подключены устройство 7 сопряжения, процессор 8 и радиомодем 9.

Конструктивно СМРК являются одинаковыми и включают в себя антенно-фидерное устройство.

Обмен сообщениями выполняется под управлением ведущего узла, который рассылает сообщения ведомым узлам и ожидает от них ответных сообщений.

Сообщения, генерируемые ведущим узлом, бывают двух типов: адресные и широковещательные.

Адресные сообщения предназначаются для центрального процессора конкретного ведомого узла от ведущего центрального процессора. Адресные сообщения от ведущего узла доставляются к адресуемому узлу, проходя последовательно все промежуточные узлы, т.е. узлы, расположенные между адресуемым ведомым узлом и ведущим узлом. Аналогично обратное сообщение от ведомого узла проходит “волной” через те же промежуточные узлы, но в обратном порядке.

Адресные сообщения подразделяются на два типа: запросные и уведомляющие. Запросное сообщение предписывает адресуемому ведомому центральному процессору отправить ведущему центральному процессору запрашиваемую от него информацию.

Уведомляющее сообщение передается от ведущего центрального процессора к адресуемому ведомому центральному процессор с целью доставки необходимой для него информации.

Широковещательные сообщения от ведущего центрального процессора доставляются до каждого ведомого центрального процессора локомотивной сети - последовательно передаются от узла к узлу, достигая последнего узла сети.

Сообщения в сети передаются пакетами, которые содержат информацию, необходимую для маршрутизации, составной адрес, используемый для передачи сообщений, включают номер локомотивной сети (два байта), номера узлов отправителя и получателя сообщения (два байта) и номер транзитного узла (один байт) в цепи между отправителем и получателем.

При включении питания процессор 8 производит загрузку программы сетевого протокола. Программа сетевого протокола содержится в микросхеме DiskOnChip и записывается в нее на заводе-изготовителе.

После загрузки программы СМРК периодически обращается через соответствующий интерфейс к центральному процессору локомотива с запросом пакета инициализации.

Пакет инициализации от центрального процессора должен содержать следующую информацию:

- номер сети Net(2 байта) - уникальный номер сети.

- номер узла Node (байт) - порядковый номер локомотива в составе,

- число узлов N (байт) - число локомотивов в составе,

- код частотного канала (1 байт),

- код защиты от несанкционированного доступа в сеть Code.

После получения от центрального процессора пакета инициализации процессор 8 производит соответствующие программные установки и переходит в режим периодических запросов информационных пакетов от центрального процессора того же локомотива и по радиоканалу от других локомотивов.

Если в пакете инициализации данному узлу присвоен Node=1, то он является головньм в составе и становится Master сети. В противном случае он является ведомым - Slave, если Node=N, то узел является последним в составе - Slave N.

После инициализации СМРК с одинаковыми Net образуют сеть.

Обмен сообщениями между центральным процессором-master и центральным процессором-slave происходит через их СМРК по радиосети.

Master имеет приоритетный доступ к сети для передачи информационных пакетов своего центрального процессора. Остальные находятся в режиме ожидания сообщений по радиоканалу.

Передаваемое по радиоканалу сообщение включает:

1) синхронизирующую преамбулу 1 - идентификатор сообщений сетевого протокола;

2) преамбулу 2 - номер сети получателя, передаваемый помехоустойчивой последовательностью из системы ортогональных сигналов, дополнительно скремблируемых защитным кодом Code;

3) служебную информацию, включающую:

- адрес отправителя (номер сети Net, номер узла Node),

- номер транзитного узла AdrT,

- номер узла-получателя AdrD,

- общее число попыток доставки Att,

- код контроля CRC и др.;

4) информационное сообщение центрального процессора. СМРК реагируют только на сообщения, начинающиеся с:

- синхронизирующей преамбулы-идентификатора протокола;

- комбинации, соответствующей собственному номеру сети.

Slave принимает только сообщения, в адресе отправителя которого указан собственный номер сети Net.

Master принимает сообщения с любым Net отправителя, обеспечивая возможность межсетевого обмена сообщениями, для этого master отправитель межсетевого сообщения должен после преамбулы 1 передать преамбулу 2, соответствующую номеру вызываемой сети и защитному коду Code.

Информационные сообщения центрального процессора-master могут быть адресными (в AdrD указан Node конкретного получателя центрального процессора-slave) или широковещательными (AdrD=FF), т.е. адресованные всем центральным процессорам-slave, входящим в сеть состава.

Доставка сообщения в сети производится последовательно вдоль состава путем ретрансляции от узла к узлу до конечного адресата:

AdrT=Node+1 - прямая волна от Node=1 к AdrD;

AdrT=Node-1 - обратная волна от AdrD к Node=1.

Slave реагируют только на сообщения со своим Net и AdrT=Node. При их совпадении и в случае успешного CRC-контроля сообщения в зависимости от AdrD:

AdrD=Code - передает это сообщение своему центральному процессору и ожидает от него подтверждения о доставке с возможньм ответным сообщением для центрального процессора-master.

После получения от центрального процессора положительного ответного сообщения СМРК дополняет его служебной информацией и посылает по радиоканалу в направлении master

(AdrT=Node-1).

Adrd=FF, Node<N - ретранслирует сообщение дальше (Adrt=node+1) и передает это сообщение своему центральному процессору, ожидая от него подтверждения о доставке.

FF>AdrD>Node - ретранслирует сообщение дальше (adrt=node+1).

AdrD=1 - ретранслирует сообщение к master (adrt=node-1).

Принятые по радиоканалу и не прошедшие CRC-контроль сообщения отбрасываются, в ответ на них в радиосеть никакие сообщения не выдаются.

Master, получив от центрального процессора информационный пакет с указанием конечного адресата, дополняет его служебной информацией, передает его по радиоканалу и переходит в режим приема по радиоканалу подтверждения о приеме сообщения транзитным узлом, если сообщение предназначено для последующей ретрансляции далее по цепочке, и ответного сообщения от конечного получателя.

Для СМРК, передавшего сообщение “подтверждением” того, что транзитный СМРК принимает без ошибок переданный ему “по эстафете” пакет и транслирует его дальше по сети, служит прием по радиоканалу в течение строго определенного времени преамбулы 2. В случае неприема “подтверждения” сообщение передается повторно, предварительно в служебной информации уменьшается число допустимых попыток доставки Att=Att-1.

Для master время ожидания ответного сообщения Tw устанавливается в зависимости от AdrD. Если по истечении этого времени по радиоканалу не будет получена квитанция о доставке сообщения конечному получателю, master сообщает центральному процессору о недоставке сообщения.

Получив по радиоканалу ответное сообщение/квитанцию, master передает его своему центральному процессору.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано в системах автоматического управления поездами повышенной массы и длины, содержащими несколько локомотивов, распределенных по длине поезда. Сеть передачи данных системы автоматического управления поездом с распределенными по его длине локомотивами содержит объединенные в ведущий и ведомые сетевые модули связи по радиоканалу (узлы), в которых установлены блоки центральных процессоров. Последние связаны с непоказанными на графических материалах средствами управления, диагностики, исполнительными узлами, блоком индикации. Центральные процессоры подключены к приемопередающим средствам радиосвязи, предназначенным для передачи, приема и ретрансляции по соответствующей сети широковещательных и адресных информационных сообщений в виде пакетов. Приемопередающее средство радиосвязи представляет собой сетевой модуль радиосвязи по радиоканалу, включающий в себя устройство сопряжения модуля с центральным процессором, подключенное к процессору, связанному с радиомодемом, и источник питания, к которому подключены устройство сопряжения, процессор и радиомодем. В результате повышается надежность системы. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система автоматического управления поездом с распределенными по его длине локомотивами, содержащая по меньшей мере одну сеть передачи данных между локомотивами, на каждом из которых установлен блок центрального процессора, связанный со средствами управления, диагностики, исполнительными узлами, блоком индикации и приемопередающим средством радиосвязи, предназначенным для передачи, приема и ретрансляции по соответствующей сети широковещательных и адресных информационных сообщений в виде пакетов, и выполненная с возможностью формирования подтверждения доставки пакета, повтора передачи пакета в случае его неполучения, отличающаяся тем, что приемопередающее средство радиосвязи представляет собой сетевой модуль связи по радиоканалу (СМРК), включающий в себя связанный с радиомодемом процессор, который предназначен для упомянутых формирования подтверждения о доставке пакета, повтора передачи пакета в случае его неполучения, при этом СМРК ведущего локомотива дополнительно предназначен для непосредственного межсетевого обмена сообщениями.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль включает в себя микросхему, в которой записана программа сетевого протокола, загружаемая процессором модуля при включении питания и обеспечивающая периодическое обращение через соответствующий интерфейс к центральному процессору локомотива с запросом пакета инициализации.3. Система по п.2, отличающаяся тем, что указанный пакет инициализации от центрального процессора включает следующую информацию: номер сети, порядковый номер локомотива в составе, определяющий, является ли данный локомотив ведущим или ведомым, число локомотивов в составе, код частотного канала и код защиты от несанкционированного доступа в сеть.4. Система по п.1, отличающаяся тем, что процессор СМРК ведущего локомотива запрограммирован с возможностью приема сообщений любым номером сети отправителя, а процессор приемопередающего средства ведомого локомотива запрограммирован с возможностью приема только сообщений, в адресе отправителя которых указан собственный номер сети.5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что процессор СМРК запрограммирован с возможностью производить после получения от центрального процессора пакета инициализации соответствующие программные установки и переходить в режим периодических запросов информационных пакетов от центрального процессора того же локомотива и по радиоканалу от других локомотивов, образуя общую сеть с процессорами других приемопередающих средств, получивших пакет инициализации, содержащий тот же номер сети.