АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕРФЕЙС ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ ДЛЯ УСТРОЙСТВА СЕТЕВОЙ СВЯЗИ, ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ Российский патент 2009 года по МПК H04L12/66 H03H11/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к аналоговому внешнему интерфейсу, предназначенному для взаимного соединения устройств сетевой передачи данных в сети на основе двух проводников, и к сетевой системе, работающей в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как среда поезда или транзитного транспортного средства, или придорожной полосы.

Уровень техники

В большинстве широкополосных систем передачи данных, представленных на рынке, используют магистральную сеть поезда, которая построена на основе стандарта Ethernet или на адаптации стандарта Ethernet. Действительно, Ethernet представляет собой одну из наиболее часто используемых технологий для высокоскоростных прикладных программ на борту транзитных транспортных средств. Однако Ethernet не позволяет обеспечить целый ряд требований.

Ethernet представляет собой тип сетевой технологии, предназначенной для локальных сетей. Данные разбивают на пакеты, и каждый из них передают с использованием алгоритма многостанционного сетевого доступа с контролем несущей/обнаружения коллизий (МДКН/ОК, CSMA/CD), пока пакет не прибудет в место назначения без коллизий с любым другим пакетом. Узел в любой момент времени является передающим или принимающим узлом. Пропускная способность составляет 10 Мбит/с или 100 Мбит/с. Наиболее часто используемые кабели Ethernet соответствуют стандарту 10/100baseT.

Ethernet обеспечивает наилучшее из возможных качество обслуживания (КО, QoS). Сеть Ethernet не различает пакеты, переносящие аварийные сообщения, сообщения с развлекательным видеосодержанием или изображениями от камер видеонаблюдения CCTV (КТ, кабельное телевидение). По сети Ethernet любой узел может передавать пакеты через сеть, если ни один другой узел не использует сеть. Если два или больше узлов начинают передачу одновременно (причем до начала передачи сеть находилась в режиме ожидания), происходит коллизия, и узлы пытаются выполнить повторную передачу с той же скоростью передачи битов. При этом при увеличении количества узлов КО ухудшается и потенциально увеличивается количество коллизий. Кроме того, пакеты Ethernet имеют переменную длину. Узел, передающий большой некритичный файл, может занимать сетевые ресурсы, в то время как другой узел, который ожидает возможности передачи критических данных, должен находиться в режиме ожидания. Ethernet не гарантирует, что пакет будет передан в течение заданного времени.

Кроме того, Ethernet вводит опасность одиночной точки отказа. Например, в случае магистральной сети, которая проложена вдоль множества вагонов поезда, если отказ происходит в коммутаторе Ethernet, например отказ происходит в вагоне 2, как показано на фигуре 2, вся сеть будет разорвана, пока не будет заменен коммутатор. Хотя для преодоления отдельной точки отказа могут быть воплощены другие механизмы (например, сеть с избыточностью, ретранслятор и т.д.), эти механизмы связаны с необходимостью использования дополнительного оборудования, с дополнительными затратами, и они также подвержены отказам.

Ethernet не отвечает требованиям размещения IP (протокол Интернет) в существующем двухпроводном кабеле на борту рельсовых транспортных средств. Ethernet требует использования двух пар выделенных кабелей. Ethernet не работает с существующими прикладными программами по одному кабелю. В этой сети не поддерживается многоабонентская шина передачи данных. Сети Ethernet могут быть развернуты в конфигурации типа звезда, или в конфигурации последовательной шины или в топологии, использующей смесь этих конфигураций. Но сети Ethernet при этом не являются многоабонентскими. Шлейфовое подключение устройств используется в конфигурации последовательной шины Ethernet. В конфигурациях последовательной шины сети Ethernet требуется использовать оконечные устройства. Ethernet обладает одной точкой отказа, как в последовательной шине, так и в конфигурации типа звезда. Без модификации она не обеспечивает высокую степень доступности и надежности в агрессивных условиях окружающей среды на железной дороге. Для адаптации ее пропускной способности к качеству кабеля, шумам, количеству устройств в сети и т.д. над Ethernet требуется применять протоколы более высокого уровня. Стандарт Ethernet не позволяет адаптировать произвольные топологии без ухудшения рабочих характеристик.

Стандарт HomePNA был разработан для рынка домашних устройств. В нем используются существующие телефонные провода, проложенные в доме, для обеспечения совместного использования одного интернет-подключения для множества сетевых устройств (например, компьютеров, принтеров, цифровых звуковых приемников, мультимедийных развлекательных центров, шлюзов и т.д.) в доме. Множество сигналов могут одновременно существовать в одном проводе: аналоговый звуковой сигнал, сигналы xDSL и HomePNA.

HomePNA 2.0 вводит восемь уровней приоритета и использует новый алгоритм разрешения коллизий, называемый распределенной организацией очереди со справедливым приоритетом (РОСП, DFPQ). HomePNA 2.0 поддерживает передачу для одного абонента, для групповых абонентов и широковещательную передачу. В отличие от Ethernet HomePNA 2.0 не накладывает ограничения на тип проводов, топологию укладки кабелей или подключения оконечных устройств. В HomePNA 2.0 используется общая физическая среда без необходимости применения коммутаторов или концентраторов.

Два существенных преимущества HomePNA по сравнению с Ethernet состоят в том, что в HomePNA используется только один двухпроводный кабель вместо двух таких кабелей в системе Ethernet, и в HomePNA можно совместно использовать существующие провода, в то время как в Ethernet это невозможно.

HomePNA представляет собой адаптивную технологию. При падении качества передачи аппаратные средства адаптируют скорость передачи. Аппаратные средства поддерживают скорость передачи 1 Мбит/с (HomePNA 1.0) и от 4 Мбит/с (при широковещательной передаче HomePNA 2.0) до 32 Мбит/с (HomePNA 2.0) с последовательным приращением 2 Мбит/с. Это обеспечивает возможность быстрой повторной передачи пакетов с более низкой скоростью. Статистически повторные попытки имеют больше шансов успеха при низких скоростях. Технология Ethernet выполняет повторные попытки в случае ошибки передачи с той же скоростью передачи битов. При этом повторная передача будет успешна только, когда будет устранен источник помехи.

Другое преимущество стандарта HomePNA по сравнению с Ethernet состоит в его возможности поддержания динамического соединения и разъединения составов без необходимости повторной конфигурации. Два состава могут быть соединены одним физическим проводом без промежуточного оборудования. Кроме того, для Ethernet потребовалось бы добавление маршрутизаторов/мостов на каждом конце составов, что добавило бы оборудование и создало бы потенциальную одиночную точку отказа.

HomePNA 3.0 существенно расширяет возможности версии 2.0 благодаря добавлению детерминированной поддержки КО для данных в режиме реального времени. Эта технология позволяет пользователям задавать определенные временные интервалы для каждого потока данных с гарантией, что данные в режиме реального времени будут доставлены тогда, когда это требуется, с заданной задержкой и без перерывов. HomePNA 3.0 поддерживает скорости 128 Мбит/с или выше.

Поскольку стандарт HomePNA был разработан для рынка домашних устройств, он не обладает устойчивостью, надежностью и стабильностью для развертывания в среде общественного транспорта, в частности в железнодорожных вагонах. При использовании технологии HomePNA в том виде "как она есть", на борту поезда были бы получены плохие результаты из-за требования окружающей среды на борту поезда: удары, вибрации, шумы, помехи и т.д. Необходимо усиление физического уровня. То же самое относится к стандарту Home Plug.

Сущность изобретения

Цель изобретения состоит в создании аналогового интерфейса с повышенной надежностью, предназначенной для взаимного соединения сетевого устройства передачи данных для сети на основе двух проводников.

Другая цель изобретения состоит в создании такого внешнего интерфейса, имеющего повышенную надежность и защиту целостности данных.

Еще одна цель изобретения состоит в обеспечении увеличения отношения сигнал-шум внешнего интерфейса и фильтрации общего режима, и добавления большего уровня защиты от выбросов энергии, уменьшения чувствительности к электромагнитным полям и обеспечения более дифференцированной защиты по сравнению с конструкциями предшествующего уровня техники, без влияния на скорость передачи битов.

Дополнительная цель изобретения состоит в создании сетевой системы, которая могла бы работать в агрессивной окружающей среде, например, отличающейся ударами, вибрациями, шумами, электромагнитными помехами, в широком диапазоне рабочих температур, влажности, при специальных требованиях к энергии питания, пожароустойчивости, токсичности дымов и т.д.

Другая цель изобретения состоит в создании такой сетевой системы для железнодорожных или других типов транспортных средства, или для других агрессивных сред.

Еще одна цель изобретения состоит в создании такой сетевой системы, которая позволяет повторно использовать уже существующие провода, например, во время переоборудования поездов.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности, предназначенный для взаимного соединения сетевого устройства передачи данных с сетью на основе двух проводников, содержащий:

входные и выходные выводы, предназначенные для соединения с сетевым устройством передачи данных;

сетевые выводы, предназначенные для соединения с сетью на основе двух проводников;

соединительную схему, имеющую первый, второй и третий наборы контактов, первый соединительный канал между первым и вторым наборами контактов, и второй соединительный канал между первым и третьим наборами контактов, причем первый и второй соединительные каналы обеспечивают изоляцию, согласование полного внутреннего сопротивления и передачу энергии между соответствующими наборами контактов;

усилитель, вход которого соединен с входными выводами, и выход которого соединен со вторым набором контактов соединительной схемы;

схему фильтра общего режима, подключенную между первым набором контактов соединительной схемы и сетевыми выводами;

аттенюатор, вход которого соединен с третьим набором контактов соединительной схемы, и выход которого соединен с выходными проводниками; и

схему источника питания, предназначенную для питания электронных компонентов аналоговой клиентской части.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения также предложена сетевая система, работающая в агрессивной окружающей среде, содержащая:

пару проводников, образующих, по меньшей мере, часть сети на основе двух проводников;

по меньшей мере, одно сетевое устройство передачи данных; и

по меньшей мере, одно устройство доступа, которое может быть подключено между парой проводников и, по меньшей мере, одним сетевым устройством передачи данных, причем, по меньшей мере, одно устройство доступа имеет аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности, как определено выше.

Краткое описание чертежей

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения будет приведено здесь ниже со ссылкой на следующие чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы.

На фигуре 1 показана схема, представляющая описываемую сетевую систему на борту транспортного средства.

На фигуре 2 показана схема, представляющая точку отказа сети Ethernet, которая возможна в предшествующем уровне техники.

На фигуре 3 показана схема, представляющая варианты применения описываемой сетевой системы.

На фигуре 4 показана схема, представляющая мультимедийный вариант применения при широковещательной передаче на светодиодные дисплеи в описываемой сетевой системе.

На фигуре 5 показана схема, представляющая описываемый аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности.

На фигуре 6 показана схема, представляющая описываемый аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности.

На фигуре 7 показана схема, представляющая соединительную схему для описываемого аналогового внешнего интерфейса повышенной надежности.

Подробное описание изобретения

Окружающая среда на железнодорожном транспорте характеризуется ударами, вибрацией, шумами, электромагнитными помехами, широким диапазоном рабочих температур (от -25°С до +70°С), влажности, специальными требованиями к системе питания и другими дополнительными условиями (например, пожаробезопасность, дымообразование, токсичность).

Описываемая сетевая система обеспечивает повышенную надежность в такой окружающей среде железнодорожного транспорта или в других агрессивных средах, аналогичных окружающей среде железнодорожного транспорта. Она обеспечивает высокую надежность и высокую защиту целостности данных во всех условиях, указанных выше.

Как показано на фигуре 5, повышенная надежность обеспечивается с помощью аналогового внешнего интерфейса повышенной надежности, предназначенного для взаимного соединения сетевого устройства 2 передачи данных, такого как устройство HomePNA, с сетью 4 на основе двух проводников. Внешний интерфейс имеет входные и выходные выводы 6, 8, предназначенные для соединения с сетевым устройством 2 передачи данных. Он также имеет сетевые выводы 10, предназначенные для соединения с сетью 4 на основе двух проводников. Трансформатор 12 имеет первичную обмотку 14 и первую и вторую вторичные обмотки 16, 18. Вход усилителя 20 соединен с входными выводами 6, и его выход соединен с первой вторичной обмоткой 16 трансформатора 12. Схема 24 фильтра общего режима включена между первичной обмоткой 14 трансформатора 12 и сетевыми выводами 10. Вход аттенюатора 26 соединен со второй вторичной обмоткой 18 трансформатора 12, и его выход соединен с выходными выводами 8. Схема 28 источника питания, как показано на фигуре 6, установлена для питания электронных компонентов аналогового внешнего интерфейса. Внешний интерфейс используется как для передачи, так и для приема данных.

Трансформатор 12 содержит соединительную схему, имеющую первый, второй и третий наборы 17, 19, 21 контактов, первый соединительный канал между первым и вторым наборами 17, 19 контактов, и второй соединительный канал между первым и третьим наборами 17, 21 контактов, причем первый и второй соединительные каналы обеспечивают изоляцию, согласование полного внутреннего сопротивления и передачу энергии между соответствующими наборами 17, 19, 21 контактов.

Как показано на фигуре 7, первый и второй соединительные каналы могут быть воплощены с использованием компоновки оптоизолированных усилителей 13, 15 вместо трансформатора 12 (показанного на фигуре 6). Если необходимо, можно использовать другие варианты выполнения соединительной схемы.

Усилитель 20 предпочтительно представляет собой дифференциальный усилитель, предназначенный для усиления разности напряжений между двумя входными сигналами, принимаемыми входными проводниками 6 из сетевого устройства 2 передачи данных.

Предпочтительно используется защитная схема 30, подключенная между выходом усилителя 20 и первой вторичной обмоткой 16 трансформатора 12. Как показано на фигуре 6, защитная схема 30 может состоять из цепи, содержащей диоды и конденсаторы. Также предпочтительно используется аналогичная защитная схема 32, включенная между входом аттенюатора 26 и второй вторичной обмоткой 18 трансформатора 12.

Предпочтительно используется полосовой фильтр 22, подключенный между первичной обмоткой 14 трансформатора 12 и схемой 24 фильтра общего режима. Как показано на фигуре 6, полосовой фильтр 22 и трансформатор 12 предпочтительно могут быть собраны вместе в виде микросхемы 40 (такой как EPB5047AS, производства компании РСА Electronics inc.), получающей питание от схемы 28 питания.

Схема 24 фильтра общего режима предпочтительно сформирована как фильтр 34 низкой частоты общего режима, соединенный с фильтром 36 высокой частоты общего режима.

И вновь предпочтительно используется схема 38 защиты, включенная между схемой 24 фильтра общего режима и сетевыми выводами 10. Схема 38 защиты может состоять из цепей, содержащих стабилитроны, предназначенные для защиты дифференциального режима сигналов, передаваемых и принимаемых из сети 4 на основе двух проводников.

Дифференциальный усилитель 20 принимает сигналы от сетевого устройства 2 передачи данных, усиливает их и передает их через схему 30 защиты. Аттенюатор 26 ослабляет сигналы, которые он получает из сети 4. Благодаря тому, что сигналы в сети 4 были усилены, требуется ослаблять их прежде, чем они будут переданы обратно в сетевое устройство 2 передачи данных. Схемы 30, 32 защиты защищают электронные устройства всей цепи. Трансформатор 12 обеспечивает изоляцию сигналов. Он может быть скомбинирован с полосовым фильтром 22. Фильтр 34 низкой частоты общего режима отфильтровывает низкочастотные сигналы в общем режиме. Он устраняет шумы, генерируемые в общем режиме. Фильтр 36 высокой частоты общего режима отфильтровывает высокочастотные сигналы в общем режиме. Это удаляет шум, сгенерированный синфазным сигналом. Схема 38 защиты обеспечивает защиту в дифференциальном режиме сигналов, передаваемых в сеть 4 или принимаемых из сети.

Как показано на фигуре 6, второй аттенюатор 27 может быть подключен к выходу усилителя 20 для передачи сигналов, генерируемых сетевым устройством 2 передачи данных, непосредственно в другое сетевое устройство передачи данных (не показано), без прохода по сети 4.

Как показано на фигуре 1, раскрытая сетевая система имеет пару проводников 42, формирующих, по меньшей мере, часть сети 4 на основе двух проводников, по меньшей мере, одно сетевое устройство 2 передачи данных и, по меньшей мере, одно устройство 44 доступа, которое может быть взаимно подключено между парой проводников 42 и сетевым устройством (устройствами) 2 передачи данных. Каждое устройство 44 доступа имеет аналоговый интерфейс повышенной надежности, как описано выше. В представленном случае сетевая система имеет множество сетевых устройств 2 передачи данных и множество устройств 44 коллективного доступа, взаимно соединенных между проводниками 42 и множеством сетевых устройств 2 передачи данных, поскольку некоторые из сетевых устройств 2 передачи данных совместно используют одно и то же устройство 44 доступа.

Проводники 42 могут представлять собой двухпроводный кабель, проложенный в виде воздушной линии или через некоторые, или один из вагонов 46 поезда 48, непосредственно или через разъемы 50, или другие устройства подключения/взаимного соединения, для соединения с аналогичными парами проводников сети на основе двух проводников. Двухпроводный кабель может уже быть уложен на борту транзитного транспортного средства (в случае переоборудования), и он может уже использоваться для других вариантов применения. Он также может представлять собой вновь уложенный двухпроводный кабель. Двухпроводный кабель представляет собой магистральную сеть для сети высокоскоростной передачи данных на борту транзитного транспортного средства. Двухпроводный кабель может поддерживать разные протоколы передачи данных уровня 2 или выше. Двухпроводный кабель поддерживает IP пакеты данных. Двухпроводный кабель также может представлять собой витую пару или кабель другого типа. Однако предпочтительно использовать кабель с экранированной витой парой для высокоскоростной передачи данных на борту транспортных средств.

Каждое сетевое устройство 2 передачи данных имеет блок 52 прикладной программы, который можно соединять с соответствующим устройством 44 доступа, для выполнения прикладной программы. Сетевое устройство 2 передачи данных также может иметь контроллер 54 для передачи данных между блоком 52 прикладной программы и сетью 4 на основе двух проводников. В зависимости от варианта применения контроллер 54 можно использовать для управления работой блока 52 прикладной программы в соответствии с сигналами управления, принимаемыми в сети 4 на основе двух проводников.

Устройства 44 доступа предназначены для обеспечения возможности передавать/принимать данные в/из контроллера 54 в существующий или новый двухпроводный кабель на борту рельсового транспортного средства 46. Устройства доступа 44 могут представлять собой отдельные устройства или могут быть внедрены в контроллеры 54. Если контроллер 54 поддерживает тот же протокол передачи данных, что и протокол, который используется в высокоскоростной магистральной сети 4 передачи данных, тогда устройство 44 доступа может представлять собой просто схему входа/вывода (В/В, I/O) с внешним интерфейсом в пределах контроллера 54. Если контроллер 54 не поддерживает тот же протокол передачи данных, что и протокол, который используется в высокоскоростной магистральной сети 4 передачи данных, тогда устройство 44 доступа должно обеспечивать возможность преобразования между одним протоколом и другим протоколом для обеспечения передачи данных. В таком случае устройство 44 доступа обладает возможностью преобразования для преобразования между протоколами передачи данных, используемыми сетевым устройством 2 передачи данных и сетью 4 на основе двух проводников.

В случае, когда несколько контроллеров 54 должны быть соединены с одним и тем же устройством 44 доступа (как на правом транспортном средстве в представленном случае), устройство 44 доступа может обеспечить функцию коммутации, что позволяет обеспечивать обмен данными между контроллерами 54. Устройство 44 доступа обеспечивает надежность и стабильность работы в окружающей среде на железнодорожном транспорте благодаря использованию таких механизмов, как коррекция ошибок, автоматическая адаптация скорости передачи и т.д.

Контроллеры 54 можно рассматривать как "интеллектуальную часть" блоков 52 прикладной программы. Контроллеры 54 могут содержать процессор (не показан), а также программные средства, встроенное программное обеспечение и/или аппаратные средства, которые позволяют выполнять прикладную программу. Контроллеры 54 поддерживают пакеты данных в соответствии с IP протоколом. Контроллеры 54 могут быть внедрены в блоки 52 прикладных программ, или они могут быть выполнены отдельно. Контроллеры 54 могут управлять только блоками 52 прикладных программ, соединенными непосредственно с ними, или они также могут управлять другими блоками 52 прикладных программ в других транспортных средствах через магистральную сеть 4. Контроллеры 54 могут поддерживать интерфейсы и протоколы, отличающиеся от используемых в магистральной сети 4. В таком случае устройства 44 доступа выполняют функцию преобразования. В некоторых прикладных программах может быть достаточно использовать один контроллер 54 для всего поезда. Один контроллер 54 может обеспечивать поддержку более чем одной прикладной программы.

Модули 52 прикладной программы выполняют прикладные программы, требуемые для конечных пользователей. Модули 52 прикладной программы могут или иметь, или могут не иметь встроенный контроллер 54, и могут или иметь, или могут не иметь встроенное устройство 44 доступа. Если модули прикладной программы имеют встроенное устройство 44 доступа, они могут быть непосредственно соединены с магистральной сетью 4. Один и тот же контроллер 54 может совместно использоваться множеством модулей 52 прикладной программы. Модули 52 прикладной программы могут управляться контроллерами, которые находятся в других транспортных средствах.

Система может содержать шлюз 56. В некоторых прикладных программах требуется непрерывная или связь в отдельных пунктах между транспортными средствами 46 и наземными устройствами. В таких случаях шлюз 56 может представлять собой отдельное устройство, соединенное с кабелем из двух проводников. Шлюз 56 обеспечивает возможность связи транспортных средств 46 с наземными устройствами через коммерчески доступные или частные беспроводные (или другие) интерфейсы передачи данных, например ГСМ (GSM, глобальная система мобильной связи), ГСМ-ЖД (GSM-R, стандарт железнодорожной сотовой радиосвязи), спутниковый, IEEE 802.11a/b/g, радиоинтерфейс, излучающий кабель и т.д. Шлюз 56 может представлять собой отдельное устройство, или он может быть внедрен в любое из устройств 2, 44, 52, 54 сети 4. Например, он может быть внедрен в контроллер 54. Шлюз 56 поддерживает ПИ пакеты данных из магистральной сети 4.

Описываемая система может быть развернута на существующем кабеле из двух проводников, при этом она не будет создавать помеху для существующих прикладных программ. Это является особенно важным аспектом для переоборудуемых транспортных средств, в которых доступно незначительное количество существующих кабелей и соединительных выводов. Она также может быть развернута на основе нового двухпроводного кабеля. Она позволяет поддерживать динамическое соединение и разъединение составов без необходимости повторной конфигурации. Система позволяет поддерживать скорость передачи данных несколько мегабит в секунду (Мбит/с) или выше. Она позволяет поддерживать сеть передачи данных в конфигурации последовательной шины с групповым вызовом. Длина шины может достигать нескольких сотен футов. При этом не используется последовательное соединение устройств. Для нее не требуется применение каких-либо оконечных резисторов (или других оконечных устройств) на концах шины. Она не вводит какую-либо одиночную точку отказа в сети. Например, если сеть будет перерезана посередине, обе части сети все еще останутся работоспособными, как две отдельные самостоятельные сети. Она обладает высокой степенью доступности и надежности в агрессивной среде железнодорожного транспорта. Она позволяет адаптировать свою пропускную способность в соответствии с качеством кабеля, уровнем шумов, количеством устройств в сети и т.д. Она обеспечивает хорошую гальваническую изоляцию. Она позволяет адаптировать произвольные топологии без ухудшения рабочих характеристик. Она обеспечивает конфиденциальность физической среды. Такую систему можно использовать для таких вариантов применения, которые требуют большой ширины полосы пропускания, на борту поездов, на борту других общественных транспортных средств или в среде вдоль дороги. Система позволяет поддерживать множество сигналов (для нескольких прикладных программ) в одном двухпроводном кабеле. Система позволяет поддерживать критические и некритические прикладные программы, такие как программы, обеспечивающие мониторинг технического состояния поезда и управление, идентификацию поезда/места назначения, объявления о следующих остановках и станциях пересадки, широковещательные, звуковые и визуальные аварийные сообщения, аварийную двустороннюю связь с пассажирами, мультимедийные развлекательные прикладные программы, а также широковещательные передачи рекламы (содержание, аналогичное сетевому), потоковую передачу видеоданных кабельного телевидения на борту поезда, с борта поезда на обочину, потоковую передачу видеоданных кабельного телевидения с платформы на поезд, информацию/развлекательные программы, предоставляемые в кресле, и интерактивный доступ к Интернет/Интранет и т.д. Она является экономичной.

На фигуре 3 показан пример описываемой системы, используемой для видеонаблюдения на основе кабельного телевидения (CCTV, телевидение с замкнутым контуром). В представленном случае поезд имеет четыре вагона 46. Две камеры 58 и одно цифровое устройство видеозаписи (ЦУВ, DVR) 60 установлены в каждом вагоне 46. В каждом вагоне 46 поезда изображения, поступающие с камер 58, преобразуют в цифровую форму и записывают в ЦУВ 60. Одновременно с этим ЦУВ 60 передают изображение в Блок 62 пульта оператора (БПО, OCU), который расположен в вагоне 1 через магистральную сеть 4 поезда, что обеспечивает для машиниста поезда возможность видеть, что происходит внутри каждого вагона 46. Непрерывная передача через сеть 4 изображения (даже в сжатой форме) от нескольких камер 58 требует большой полосы пропускания. Сеть 4, позволяющая поддерживать скорость передачи данных 10 Мбит/с, будет пригодна для данного варианта применения. В представленной конфигурации коммутаторы 64 Ethernet/HomePNA-R (HomePNA-R обозначает систему HomePNA-повышенной надежности, то есть включающую аналоговый интерфейс повышенной надежности, как описано выше) формируют устройства 44 доступа (как показано на фигуре 1). ЦУВ 60 формируют контроллеры 54 (как показано на фигуре 1). Камеры 58 формируют модули 52 прикладных программ (как показано на фигуре 1). БПО 62 формирует другой модуль контроллера/прикладной программы, соединенный с сетью 4.

Аналоговые интерфейсы в коммутаторах 64 повышают отношение сигнал-шум (С/Ш, S/N) благодаря использованию усилителя 20 (как показано на фигуре 5), улучшают фильтрацию общего режима и добавляют более высокую защиту от выбросов энергии. Аналоговые интерфейсы не влияют на скорость передачи битов, снижают чувствительность к электромагнитным полям на 20 дБ и обеспечивают более дифференцированную защиту, чем первоначальная конструкция.

Коммутаторы 64 Ethernet/HomePNA-R могут быть выполнены как отдельный модуль или могут быть интегрированы в ЦУВ 60. В случае, когда ЦУВ имеют интерфейс Ethernet также, как и большинство компьютеров и контроллеров, присутствующих на рынке, функцию преобразования коммутаторов 64 используют для преобразования между протоколом Ethernet и сетевым протоколом HomePNA. Если несколько устройств Ethernet соединены с одним и тем же коммутатором 64 Ethernet/HomePNA-R, как в вагоне 1, коммутатор 64 может представлять собой коммутатор между сигналами разных устройств Ethernet. Например, БПО 62 может быть сформирован на основе компьютера с сенсорным экраном (не показан) с интерфейсом Ethernet. To есть он может быть соединен с одним и тем же коммутатором Ethernet/HomePNA-R, что и ЦУВ 60 вагона. Коммутаторы 64 Ethernet/HomePNA-R позволяют соединять любое IP-устройство с интерфейсом Ethernet, с шиной 4 HomePNA-R. Коммутаторы 64 Ethernet/HomePNA-R не вводят одну точку отказа. Например, если произойдет отказ коммутатора 64 в вагоне 4, тогда ЦУВ 60 в вагоне 3, вагоне 2 и вагоне 1 все еще будут обеспечивать возможность передачи изображений в ЦУВ 62. ЦУВ 60 могут обеспечивать возможность приема аналоговых сигналов от камер 58, преобразовывать сигналы в цифровую форму, сжимать эти сигналы, сохранять их на жестком диске, и также передавать их в БПО 62.

В качестве другого примера прикладная программа мультимедийной широковещательной передачи может быть выполнена в описываемой системе. Экран 66 жидкокристаллического дисплея (LCD) на тонкопленочных транзисторах (ЖКИ TFT) и мультимедийный контроллер 68 транспортного средства (МКТ, VMC) могут быть установлены в определенных вагонах. МКТ 68 представляют собой контроллеры, которые позволяют сохранять мультимедийное содержание, рекламу, объявления о следующих станциях/соединениях, сообщения об авариях и т.д. МКТ 68, как и большинство контроллеров на рынке, могут иметь интерфейс Ethernet. МКТ 68 связаны с системой 70 управления и эксплуатации поезда для получения информации о местоположении поезда. Это позволяет МКТ 68 передавать соответствующие объявления о следующей станции/соединении на ЖКИ TFT дисплей 66. Когда поезд находится в депо или на некоторых конкретных станциях, МКТ 68 могут связываться с наземным оборудованием через шлюз 72 для обновления своих мультимедийных сообщений.

Система может быть выполнена с возможностью использования одного МКТ 68 для всего поезда. ЖКИ TFT экраны 66 могут быть подключены к одному МКТ 68 через соответствующий механизм (не показан).

На фигуре 4 показан другой вариант мультимедийного применения, в котором все дисплеи 66 (например, анимированные светодиодные дисплеи) непосредственно соединены с сетью 2. В дисплеи 66 встроены интерфейсы сети 2. В представленной конфигурации поезд 48 имеет два МКТ 68 для обеспечения избыточности (достаточно было бы одного). МКТ 68 могут обеспечивать связь с мультимедийным центром 70 управления (МЦУ, МСС) и мультимедийными контроллерами 72 на станциях (МКС, SMC) через пейджинговую /сотовую/частную радиосеть 74, ГСП (GPS, глобальную систему позиционирования) 76, множество радиоузлов 78 или другие устройства передачи данных. МКС 72 могут быть соединены с МЦУ 70 через локальную вычислительную сеть (ЛВС, LAN) 80 и/или глобальную сеть (ГВС, WAN) 82 клиента.

Хотя варианты выполнения настоящего изобретения были представлены на приложенных чертежах и описаны выше, для специалистов в данной области техники будет понятно, в них могут быть выполнены изменения и модификации без отхода от сущности данного изобретения. Например, раскрытая система может быть выполнена с использованием ШПЛП (BPL, широкополосная полоса передачи данных по линии электропередачи), то есть через двухпроводный кабель линии электропередачи. В таком случае сетевые устройства передачи данных могут представлять собой устройства передачи данных, соответствующие линии электропередачи, например соответствующие спецификациям Home Plug.

Изобретение относится к аналоговому внешнему интерфейсу повышенной надежности, предназначенному для взаимного соединения сетевого устройства передачи данных с сетью на основе двух проводников, который работает в среде поезда или в другой агрессивной среде. Технический результат заключается в повышении надежности и защите целостности данных. Внешний интерфейс имеет соединительную схему, имеющую первый и второй соединительные каналы, обеспечивающие изоляцию, согласование полного внутреннего сопротивления и передачу энергии между схемой фильтра общего режима, которая может быть подключена к сети на основе двух проводников, и усилителем и аттенюатором, соответственно подключаемым к выходу и входу сетевого устройства передачи данных. Клиентская часть имеет схему питания, предназначенную для питания электронных компонентов аналогового внешнего интерфейса. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности, взаимно соединяющий сетевое устройство передачи данных с сетью на основе двух проводников, содержащий:
входные и выходные выводы, предназначенные для соединения с сетевым устройством передачи данных;
сетевые выводы, предназначенные для соединения с сетью на основе двух проводников;
соединительную схему, имеющую первый, второй и третий наборы контактов, первый соединительный канал между первым и вторым наборами контактов, и второй соединительный канал между первым и третьим наборами контактов, причем первый и второй соединительные каналы обеспечивают изоляцию, согласование полного внутреннего сопротивления и передачу энергии между соответствующими наборами контактов;
усилитель, вход которого соединен с входными проводниками, и выход которого соединен со вторым набором контактов соединительной схемы;
схему фильтра общего режима, подключенную между первым набором контактов соединительной схемы и сетевыми выводами;
аттенюатор, вход которого соединен с третьим набором контактов соединительной схемы, и выход которого соединен с выходными проводниками; и
схему источника питания, предназначенную для питания электронных компонентов аналогового внешнего интерфейса.

2. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.1, в котором соединительная схема содержит трансформатор, имеющий первичную обмотку, и первую и вторую вторичные обмотки, причем первичная обмотка соединена с первым набором контактов, первая и вторая вторичные обмотки соединены соответственно со вторым и третьим наборами контактов, причем трансформатор обеспечивает первый и второй соединительные каналы.

3. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.1, в котором первый и второй соединительные каналы содержат оптоизолированные усилители.

4. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.1, в котором усилитель содержит дифференциальный усилитель, предназначенный для усиления разности напряжения между двумя входными сигналами, принимаемыми на входных выводах.

5. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.1, дополнительно содержащий защитную схему, подключенную между выходом усилителя и вторым набором контактов соединительной схемы.

6. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.5, в котором защитная схема содержит компоновки цепей, имеющие диоды и конденсаторы.

7. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.1, дополнительно содержащий защитную схему, подключенную между входом аттенюатора и третьим набором контактов соединительной схемы.

8. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.7, в котором защитная схема содержит компоновки цепей, имеющие диоды и конденсаторы.

9. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.1, дополнительно содержащий полосовой фильтр, подключенный между первым набором контактов соединительной схемы и схемой фильтра общего режима.

10. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.9, в котором:
соединительная схема содержит трансформатор, имеющий первичную обмотку, и первую и вторую вторичные обмотки, причем первичная обмотка соединена с первым набором контактов, первая и вторая вторичные обмотки соединены соответственно со вторым и третьим наборами контактов, причем трансформатор обеспечивает первый и второй соединительные каналы; и
полосовой фильтр и трансформатор объединены вместе в виде микросхемы, питание которой обеспечивается с помощью схемы питания.

11. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.1, в котором схема фильтра общего режима содержит фильтр низкой частоты общего режима, соединенный с фильтром высокой частоты общего режима.

12. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.1, дополнительно содержащий защитную схему, подключенную между схемой фильтра общего режима и сетевыми выводами.

13. Аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности по п.12, в котором защитная схема содержит компоновки цепей, включающие стабилитроны, для защиты в дифференциальном режиме сигналов, передаваемых в сеть и принимаемых из сети на основе двух проводников.

14. Сетевая система, работающая в агрессивной окружающей среде, содержащая:
пару проводников, образующих, по меньшей мере, часть сети на основе двух проводников;
по меньшей мере, одно сетевое устройство передачи данных;
и по меньшей мере, одно устройство доступа, которое подключают между парой проводников и, по меньшей мере, одним сетевым устройством передачи данных, причем, по меньшей мере, одно устройство доступа имеет аналоговый внешний интерфейс повышенной надежности, по п.1.

15. Сетевая система по п.14, в которой агрессивная окружающая среда содержит транспортное средство - поезд.

16. Сетевая система по п.14, в которой пара проводников имеет, по меньшей мере, на одном конце соединитель, предназначенный для соединения с аналогичной парой проводников сети на основе двух проводников.

17. Сетевая система по п.14, в которой, по меньшей мере, одно сетевое устройство передачи данных содержит множество сетевых устройств передачи данных, и, по меньшей мере, одно устройство доступа содержит множество устройств доступа, каждое из которых можно подключать между парой проводников и множеством сетевых устройств передачи данных.

18. Сетевая система по п.14, в которой, по меньшей мере, одно сетевое устройство передачи данных содержит блок прикладных программ, который можно соединять с устройством доступа для выполнения прикладной программы.

19. Сетевая система по п.18, в которой сетевое устройство передачи данных дополнительно содержит контроллер для передачи данных между блоком прикладной программы и сетью на основе двух проводников.

20. Сетевая система по п.18, в которой сетевое устройство передачи данных дополнительно содержит контроллер, управляющий работой блока прикладной программы в соответствии с сигналами управления, принимаемыми по сети на основе двух проводников.

21. Сетевая система по п.18, в которой, по меньшей мере, одно устройство доступа обладает функцией преобразования для преобразования между протоколами передачи данных, используемыми сетевым устройством передачи данных и сетью на основе двух проводников.

22. Сетевая система по п.18, в которой, по меньшей мере, одно устройство доступа имеет функцию переключения для связи между сетевым устройством передачи данных и дополнительными сетевыми устройствами передачи данных, соединенными, по меньшей мере, с одним устройством доступа.

23. Сетевая система по п.14, в которой, по меньшей мере, одно сетевое устройство передачи данных содержит устройство HomePNA.

24. Сетевая система по п.14, в которой, по меньшей мере, одно сетевое устройство передачи данных содержит устройство, совместимое с передачей данных по линиям электропередачи.