СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ БЕСПРОВОДНОМ ДИСТАНЦИОННОМ УПРАВЛЕНИИ ЛОКОМОТИВОМ Российский патент 2020 года по МПК H04L12/413 

Ссылка на родственные заявки

[0001] Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на выдачу патента США №14/929,760 под названием «Method and System for Increased Spectral Efficiency in Wireless Locomotive Remote Control», поданной 2 ноября 2015 г., которая ссылкой полностью включена в настоящий документ.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Настоящее изобретение относится к способу и системе для повышения спектральной эффективности при беспроводном дистанционном управлении локомотивом, а, более конкретно, к системе и способу, которые беспроводная железнодорожная дистанционная система управления применяет для передачи данных, используя общий канал и управляя доступом к каналу для предотвращения коллизий.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

[0003] На большой коммерческой железнодорожной сортировочной станции класса 1 много поездов маневрирует на одном ограниченном географическом участке на близко проложенных параллельных путях. Для того чтобы операторы железнодорожной сортировочной станции могли быстро сцеплять и расцеплять разные грузовые вагоны с данным поездом, используется дистанционное беспроводное радиоуправление с радиочастотной (РЧ) передачей данных для перемещения локомотива вперед и назад для осуществления маневрирования. Длина станции может превышать две мили и беспроводная радиосвязь дистанционного управления должна охватывать весь этот участок.

Краткое описание фигур

[0004] На фигурах с иллюстративной целью показаны некоторые варианты осуществления настоящего изобретения. На всех фигурах одинаковые номера указывают подобные элементы. Следует понимать, что изобретение не ограничено показанными точными конфигурациями, размерами и приборами. Содержание фигур:

[0005] На фиг. 1А показан первый вариант осуществления дистанционной железнодорожной системы управления, согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения.

[0006] На фиг. 1В показан второй вариант осуществления дистанционной железнодорожной системы управления, согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения.

[0007] На фиг. 2 показан способ передачи сообщений, согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения.

[0008] На фиг. 3 показан способ приема сообщений, согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения.

[0009] На фиг. 4 показан приведенный в качестве примера (иллюстративный) график ожидаемого распределение среднего взвешенного времени передачи для показанной на фиг. 1В сети, согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

[0010] Теперь мы используем ссылки на фигуры, иллюстрирующие различные виды приведенных в качестве примера (иллюстративных) вариантов осуществления настоящего изобретения. Здесь на фигурах и в описаниях фигур определенная терминология используется только для удобства и ее не следует рассматривать как ограничивающую варианты осуществления настоящего изобретения. Более того, на всех фигурах и в описании ниже одинаковые номера указывают подобные элементы.

[0011] Небольшой географический участок железнодорожной сортировочной станции создает проблемы для управления использованием спектра с несколькими поездами, на каждом из которых локомотив управляется дистанционным блоком управления по радиосвязи. Например, в традиционной беспроводной системе управления каждому локомотиву назначен уникальный РЧ канал в сети с топологией множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA). Традиционная сеть с топологией FDMA ограничена доступным спектром. При этом, когда размер сортировочной станции увеличивается, доступный спектр для традиционной сети с топологией FDMA ограничивает число уникальных частотных каналов, назначаемых каждому из локомотивов. Если для расширения рабочей дальности за пределы двух миль используется сеть РЧ повторителей, для каждого повторителя требуется свой собственный канал, при этом ограничивается число каналов, доступное для локомотивов. Назначение уникального канала каждому локомотиву и каждому повторителю приводит к потере пропускной способности традиционной сети FDMA, так как каждое устройство не передает непрерывно команды и данные. Интервалы времени, когда локомотив и повторитель не ведут передачу, могут быть значительными, и это приводит к снижению пропускной способности.

[0012] Последние усовершенствования в области дистанционного беспроводного радиоуправления локомотивами заключались в использовании множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) для управления доступом к имеющемуся спектру. В технологии TDMA каждый канал делится на множество таймслотов, каждый из которых назначается локомотиву для передачи данных. Несколько локомотивов совместно используют общий РЧ канал. Однако эта технология не допускает использование сообщений переменной длины, или, более конкретно, таймслотов изменяющейся длительности. В результате длительности таймслотов выбираются для размещения самого длинного сообщения (например, измеренного по времени, необходимого для передачи всех байтов сообщения), которое может передаваться. При передаче сообщения с длиной, меньшей максимальной длины, допускаемой таймслотом, канал переходит в режим ожидания после передачи конца сообщения, пока не будет достигнут конец таймслота. Такой период ожидания приводит к снижению пропускной способности.

[0013] В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления настоящего изобретения сокращается период времени, когда РЧ канал находится в режиме ожидания во время обычных передач данных, которые осуществляются в топологиях FDMA и TDMA. В таком приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления используется топология множественного доступа с контролем несущей (CSMA), в которой каждый передатчик совместно использует общий ВЧ канал. Каждый передатчик передает данные в течение минимального времени, необходимого для его конкретного сообщения. Дополнительно используется алгоритм предотвращения коллизий (СА) для выполнения арбитража между неизбежными коллизиями. Технология CSMA с СА (в дальнейшем называемая «CSMA/СА») обеспечивает очень эффективное использование спектрального диапазона совместно используемого РЧ канала.

[0014] Теперь рассмотрим фиг. 1А, на котором показана железнодорожная дистанционная система управления, обозначенная в общем случае как 100, согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения. Система 100 содержит множество дистанционных блоков управления, также называемых «блоки управления оператора» (OCU), 110А, 110В,…, 110N, которые обмениваются данными по общему РЧ каналу с множеством блоков управления локомотивом (LCU) 120А, 120B,…, 120N, подключенных, соответственно, к локомотивам 130А, 130B,…, 130N, а конкретно к соответствующей системе управления локомотивом в нем. В приведенном на фиг. 1 в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления системы 100 блоки OCU 110А, 110В,…, 110N обмениваются данными непосредственно с соответствующими блоками LCU 120А, 120В,…, 120N.

[0015] Каждое устройство 110, 120 (блоки OCU 110A, 110В,…, 110N и блоки LCU 120А, 120В,…, 120N) в системе 100 является узлом сети. Каждый узел отслеживает свои входные сигналы (например, каждый блок OCU 110 отслеживает свои органы управления оператора, а каждый блок LCU 120 отслеживает сигналы обратной связи со своего соответствующего локомотива 130А, 130В,…, 130N). Каждый узел передает пакеты, состоящие из любых измененных данных или управляющей информации. Если никакие данные или информация управления не изменилась за заранее определенный интервал контрольного такта, узел передает тактовый пакет, который указывает, что никакие данные или информация управления не изменилась с момента предыдущей передачи этого узла.

[0016] Все переданные узлами пакеты содержат следующие поля: преамбулу, слово последовательности синхронизации, индикатор длины, биты статуса контрольного такта (статус пуска и останова), ИД узла источника, идентифицирующий передающий узел, ИД узла назначения, идентифицирующий принимающий узел или узлы, статус канала, тип узла/устройства (неизвестный, LCU, OCU, повторитель), порядковый номер и контрольную сумму (например, CRC-16). Содержащие команды или данные сообщения дополнительно содержат полезную информацию команд, состоящую из одной или нескольких команд, идентифицируемых одним или несколькими соответствующими ИД команд. Тактовые сообщения содержат все перечисленные выше поля, за исключением полезной информации команды. Таким образом, тактовое сообщение идентифицируется фактом отсутствия в нем полезной информации.

[0017] Команды имеют переменную длину, зависящую от типа команды и количества данных полезной информации. Сообщения также имеют разную длину в зависимости от количества данных в их полезной информации. Одно сообщение (пакет) может содержать любое количество ИД команд и любое количество данных в полезной информации, при условии, что полный размер сообщения не превышает предельного размера сообщения. На приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления предельный размер пакета равен 36 байтов и служебные поля пакета (все описанные выше поля без ИД команды и полезной информации) занимают 11 байтов, а пакет дополнительно содержит 4-битовую преамбулу. Самыми короткими сообщениями являются тактовые сообщения, длина которых равна 11 байтов (служебные поля) и еще 4-битовая преамбула. Длина самых длинных пакетов равна 36 байтов и 4-битовая преамбула.

[0018] Каждому блоку OCU 110А, 110В,…, 110N назначается адрес или идентификатор (ИД), который уникально идентифицирует блок OCU 110 из всех других блоков OCU 110 и LCU 120. Каждому блоку LCU также назначается адрес (ИД), который уникально идентифицирует блок LCU 120 из всех других блоков LCU 120 и OCU 110. ИД узла источника в пакете является либо ИД блока OCU 110, либо ИД блока LCU 120. ИД узла назначения в пакете является либо ИД блока OCU 110, либо ИД блока LCU 120. Полезная информация содержит измененные данные и (или) измененную информацию управления.

[0019] Теперь рассмотрим фиг. 1В, на котором показан приведенный в качестве примера (иллюстративный) вариант осуществления системы 100, этот приведенный в качестве примера (иллюстративный) альтернативный вариант осуществления обычно обозначается как 100', согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения. Система 100' содержит все компоненты системы 100 и дополнительно содержит сеть 140 повторителей 145А, 145В,…, 145N. Каждый повторитель 145 также является узлом сети. Повторители 145А, 145В,…, 145N принимают сообщения от передающих узлов и повторно передают их на другие повторители 145А, 145В,…, 145N или на принимающие узлы.

[0020] Теперь рассмотрим фиг. 2, на котором показан способ, в общем случае обозначенный как 200, для передачи сообщения согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения. Любой узел системы 100 и любой не являющийся повторителем узел системы 100' выполняют один приведенный в качестве примера (иллюстративный) вариант осуществления способа 200. Любой узел с повторителем системы 100' выполняет другой приведенный в качестве примера (иллюстративный) вариант осуществления способа 200. Узлы с повторителями и узлы без повторителей отличаются в их вариантах осуществления шага 250 способа 200, как описано ниже. Фиг. 2 описана со ссылками на фиг. 1А и 1В. Способ 200 запускается, по меньшей мере, один раз в интервал тактового сообщения передающим узлом для отправки тактового сообщения. Он также запускается каждый раз, когда блок OCU 110 или блок LCU 120 принимает измененные данные или измененную информацию управления для передачи. Способ 200 реализует топологию CSMA в системе 100, 100'.

[0021] Способ 200 начинается с шага 210, в котором узел сети перед попыткой послать данные прослушивает общий РЧ канал на предмет активности других передающих узлов и ожидает, чтобы канал стал свободным или доступным. Шаг 210 содержит два подшага 212 и 214. На подшаге 212 узел вычисляет показатель уровня принимаемого сигнала (RSSI) и переходит к подшагу 214. На подшаге 214 узел определяет, находится ли вычисленный показатель RSSI ниже заранее настроенного порога. Если это не так, узел определяет, что РЧ канал не доступен, и способ 200 возвращается на подшаг 212, на котором он ожидает заранее определенный период времени перед новым вычислением показателя RSSI. Если это так, то РЧ канал доступен и способ 200 переходит на шаг 220.

[0022] На шаге 220 узел продолжает прослушивание с переменной задержкой, которая называется интервалом ожидания узла. Длительность интервала ожидания узла обратно пропорциональна приоритету передачи узла. Способ 200 переходит на шаг 230, в котором узел прослушивает передачу в канале. Если узел обнаруживает передачу в сети (что сигнализируется обнаружением действительной преамбулы и слова последовательности синхронизации) во время этого интервала, способ 200 переходит на шаг 240, в котором узел увеличивает приоритет передачи, уменьшая тем самым интервал ожидания узла. Затем способ 200 возвращается на шаг 20 и заново запускает интервал ожидания узла по окончанию обнаруженной передачи. Желательно, чтобы минимальный интервал ожидания узла превышал время, необходимое для передачи преамбулы и слова последовательности синхронизации, чтобы обеспечить обнаружение других сетевых передач. Шаги с 210 по 240 образуют алгоритм предотвращения коллизий.

[0023] В противном случае, если на шаге 230 узел не обнаруживает сетевой передачи в течение интервала ожидания узла, способ 200 переходит на шаг 250, в котором узел передает свое сообщение, которое является либо тактовым сообщением, либо сообщением, содержащим измененные данные и (или) измененную информацию управления. В приведенному в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления, в котором способ 200 реализуется в узле без повторителя, передающий узел собирает сообщение для передачи, вставляя в него свой ИД, ИД принимающего узла, любые измененные данные, любую измененную информацию управления и порядковый номер передаваемого сообщения. Передающий узел хранит последовательность ИД в списке сообщений, для которых должен быть подтвержден прием («список ожидающих подтверждения»). В тот момент, когда нет никаких измененных данных или измененной информации управления для передачи, передающий узел убирает из сообщения полезную информацию, превращая сообщение в тактовое сообщение. Тактовое сообщение является сообщением, передаваемым передающим узлом, чтобы принимающее устройство узнало, что узел все еще находится на связи. В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления, в котором способ 200 реализуется в узле с повторителем, передающий узел повторно передает на шаге 250 сообщение, которое он принял. Он не поддерживает списка ожидающих подтверждения. На шаге 260 передающий узел прослушивает подтверждение приема сообщения принимающим узлом. Если подтверждение было принято в пределах интервала таймаута, способ 200 переходит на шаг 270, в котором переданные данные очищаются, и способ 200 завершается на шаге 280. В противном случае, если передающий узел не принял подтверждение приема в пределах интервала таймаута, способ 280 возвращается назад на шаг 210, в котором передающий узел пытается передать новое сообщение с неподтвержденной полезной информацией команды. Выполнение способа 200 продолжается, как описано выше.

[0024] В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления на шаге 220 во время ожидания для передачи сообщения узел продолжает отслеживать входные сигналы на предмет измененных данных или дополнительной информации управления. Если во время интервала ожидания узла на шаге 220 были обнаружены дополнительные измененные данные или дополнительная информация управления, узел может добавить к сообщению дополнительные измененные данные и (или) дополнительную информацию управления для уменьшения общего количества передач сообщений.

[0025] Теперь рассмотрим фиг. 3, на котором показан способ, в общем случае обозначенный как 300, для приема и обработки сообщений согласно приведенному в качестве примера (иллюстративному) варианту осуществления настоящего изобретения. Каждый узел системы 100 и каждый не являющийся повторителем узел системы 100' выполняют способ 300. Фиг. 3 описана со ссылками на фиг. 1А и 1В.

[0026] Способ 300 начинается, когда узел без повторителя (далее называется «принимающий узел») ожидает приема сообщения на шаге 310. Во время ожидания принимающий узел определяет, принял ли он сообщение, созданное в передающем узле без повторителя (далее называется «передающий узел») во время интервала таймаута на шаге 320. Если оно было принято, способ 300 переходит на шаг 330, в котором принимающий узел обрабатывает принятое сообщение. В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления, в котором принимающим узлом является блок OCU, блок OCU отображает все важные данные из принятого сообщения на шаге 320 и регистрирует все подтверждения в принятом сообщении. В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления, в котором принимающим узлом является блок LCU, блок LCU выполняет всю информацию управления из принятого сообщения на шаге 330 и регистрирует все подтверждения в принятом сообщении.

[0027] Продолжая выполнение способа 300, принимающий узел на шаге 330 обрабатывает все подтверждения, содержащиеся в принятом сообщении, и созданные в передающем узле. Для любого подтверждения в принятом сообщении принимающий узел определяет порядковый номер такого подтверждения и удаляет этот порядковый номер из списка ожидающих подтверждения. Подтверждение, принятое принимающим узлом, является подтверждением приема сообщения, которое он ранее послал, работая в качестве передающего узла.

[0028] На шаге 330 принимающий узел определяет, есть ли в списке ожидающих подтверждения любые порядковые номера, соответствующие сообщению, которое принимающий узел ранее передал (в качестве предыдущего передающего узла), но для которого он не получил подтверждение за заранее определенный период времени. Принимающий узел удаляет все такие порядковые номера из списка ожидающих подтверждения и составляет очередь из данных неподтвержденных сообщений, которые нужно послать повторно или добавить к сообщению, ожидающему пересылки. Способ 300 переходит на шаг 340.

[0029] На шаге 340 принимающий узел добавляет подтверждение принятых данных и (или) информацию управления из шага 310 в исходящее сообщение, шаг 340. Принимающий узел также добавляет любые данные неподтвержденных сообщений из шага 330 в исходящее сообщение. Поскольку передающий узел передает только измененные данные или измененную информацию управления, желательно подтверждение пакета принимающим узлом для информирования передающего узла, что он принял сообщение, содержащее измененные данные или измененную информацию управления. В приведенному в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления добавленное подтверждение содержит ИД узла (узла, реализующего способ 300) и порядковый номер сообщения, принятого на шаге 310. Из шага 340 способ 300 переходит на шаг 210 с помощью перехода «А» на фиг. 3 для передачи исходящего сообщения.

[0030] Если принимающий узел на шаге 320 определяет, что он не принял сообщения во время интервала таймаута, он переходит на шаг 350, в котором он выполняет действия по восстановлению. Затем способ завершается на шаге 360.

[0031] Если в приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления никакого сообщения не было принято во время интервала таймаута, в том случае, когда принимающий узел является блоком LCU, действия восстановления на шаге 350 включают в себя подачу блоком LCU команды перехода в безопасное состояние локомотиву, на котором он установлен. Затем способ 300 завершается на шаге 360. Переход в безопасное состояние может включать в себя снижение оборотов двигателя до холостого хода и включение тормозов до остановки локомотива. В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления интервал таймаута для принимающего узла, когда он является блоком LCU, равен четырем секундам.

[0032] В другом приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления, если никакого сообщения не было принято во время интервала таймаута, в том случае, когда принимающий узел является блоком OCU, действия восстановления на шаге 350 включают в себя индикацию блоком OCU потери связи с блоком LCU за счет подачи звукового сигнала тревоги, активации элемента на дисплее, например, светодиодного индикатора или ЖК-дисплея в блоке OCU, или активации, как звукового сигнала тревоги, так и элемента на дисплее. Затем способ 300 завершается на шаге 360. Затем блок OCU может выполнить способ 200 для отправки периодических команд на шаге 250 в попытке восстановить связь с блоком LCU, например, через каждые шесть секунд. Если связь с блоком LCU будет восстановлена после нескольких последовательных выполнения способа 300, блок OCU на шаге 330 сбрасывает индикаторы потери связи и возобновляет работу в штатном режиме. В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления интервал таймаута для передающего узла, когда он является блоком OCU, равен двум секундам.

[0033] В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления принимающий узел на шаге 310 может принять более одного сообщения с данными и (или) командой до истечения интервала таймаута на шаге 320. В таком варианте осуществления принимающий узел на шаге 340 может подтвердить прием более одного сообщения с данными и (или) командой за счет добавления подтверждения для каждого принятого сообщения в единственное исходящее сообщение, передаваемое на шаге 250. Это позволяет принимающему узлу подтвердить несколько входящих сообщений в единственном исходящем сообщении для уменьшения загруженности сети.

[0034] В узлах с повторителем реализуется упрощенный вариант осуществления способа 300. Они принимают сообщения на шаге 310 и затем переходят к способу 200 для повторной передачи принятого сообщения. Каждый узел с повторителем отслеживает, какие узлы с блоками OCU и LCU находятся в пределах дальности связи. Узлы с блоками OCU и LCU, которые находятся в пределах дальности связи, отмечаются в узле с повторителем как подсоединенные. Узел с повторителем будет передавать принятые сообщения на шаге 250 способа 200, если принимающий узел подсоединен к узлу с повторителем, то есть находится в пределах дальности связи. В приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления повторитель добавляет команду «информация повторителя» в полезную информацию команды. Эта команда используется для идентификации того, был ли пакет принят через повторитель или непосредственно от конечного блока OCU или LCU. В команду «информация повторителя» включается ИД повторителя, который первоначально принял пакет, а также ИД повторителя, который последним переслал пакет.

[0035] В случае узла, который находится в пределах дальности связи нескольких повторителей, повторители отслеживают, какой повторитель принял пакеты от узла с наибольшим уровнем сигнала. При этом все пакеты, переданные каждым узлом 110, 120 принимаются любым узлом с повторителем 145 в пределах дальности связи. Каждый узел с повторителем 145 вычисляет показатель RSSI для принятого пакета и сообщает другим узлам с повторителями 145 о своем вычисленном RSSI. Узел с повторителем 145, вычислившим наивысший показатель RSSI для принятого пакета, выполнит подсоединение к передающему узлу 110, 120. Если несколько повторителей примут пакет с одинаковым показателем уровнем сигнала, то подсоединение выполнит повторитель 145 с наименьшем номером ИД. На приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления узлы с повторителем 145 передают друг другу свою информацию RSSI по каналу, отличному от канала, по которому узлы 110, 120 передают команды. На приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления узлы 110, 120 передают команды и тактовые сообщения на частоте 452 МГц, а узлы с повторителем 145 передают друг другу свою информацию RSSI на частоте 5,8 ГГц. На другом приведенном в качестве примера (иллюстративном) варианте осуществления узлы с повторителем 145 передают друг другу свою информацию RSSI на частоте 5,8 ГГц согласно стандарту IEEE 802.11. Следует понимать, что система 100 может использовать частоту, отличную от 452 МГц, для передачи команд и частоту, отличную от 5,8 ГГц, для передачи информации RSSI.

[0036] На приведенном в качестве примера (иллюстративном) рабочем сценарии на сортировочной станции имеется десять поездов, которые все работают одновременно и на одном географическом участке. В этом примере имеется десять блоков LCU 120, причем на каждом локомотиве 130 установлено по одному блоку. Имеется также 20 блоков OCU 110. Таким образом, всего имеется 30 узлов без повторителей, которые передают и принимают сообщения по одному РЧ каналу. Блоки LCU 120 и OCU 110 передают сообщения по способу 200 и принимают сообщения по способу 300.

[0037] В типичном рабочем сценарии тактовое сообщение является наиболее часто передаваемым сообщением. На фиг. 4 показан приведенный в качестве примера (иллюстративный) график ожидаемого распределение среднего взвешенного времени передачи для сети 140 в этом примере. Из этого графика видно, что 50% сообщений, пересылаемых по сети 140, являются тактовыми сообщениями. Однако в реализации с TDMA длительность таймслота для всех пакетов будет одинаковой, выбранной для размещения самого длинного сообщения, например (36 байтов и 4 бита). Следовательно, в среднем система TDMA, в которой используются все таймслоты, использует только 56% от всего имеющегося времени передачи для сообщений с фактическими данными. В системе TDMA требуется назначить таймслоты для всех узлов сети. Если система TDMA может работать с 20 узлами, должны быть выделены таймслоты для всех 20 узлов, даже если только 5 из них работают. Сценарии, в которых используется не каждый таймслот, приводят к низкому использованию полного имеющего времени передачи.

[0038] В отличие от этого в системе 100, 100' длины сообщений являются переменными, что позволяет для самых коротких и чаще всего передаваемых сообщений (тактовое сообщение без полезной информации) использовать минимальное необходимое время. В результате система 100, 100' может использовать почти 100% от полного имеющегося времени пересылки сообщений. Из-за своей короткой длины способы 200 и 300 эффективно используют доступную пропускную способность, что позволяет использовать в канале большее число блоков LCU и OCU, чем при использовании технологий FDMA или TDMA. Более того, в системе 100, 100', если в онлайновом режиме находятся только 5 узлов, но при этом система 100, 100' может содержать до 20 узлов, система 100, 100' может эффективно повысить использование времени передачи, так как другие узлы не должны резервироваться, как в структуре с TDMA, так как для неработающих офлайновых узлов не нужно выделять время передачи.

[0039] В системе 100,100' будут неизбежные коллизии, когда два или больше узлов одновременно пытаются передать свои пакеты. Алгоритм предотвращения коллизий (СА), содержащий шаги с 210 по 240 способа 200, выполняет арбитраж этих коллизий в РЧ канале. Если СА реализована на сети, в которой работают пять из 20 возможных узлов, система 100, 100' использует больше имеющегося времени для передачи сообщений, чем система TDMA.

[0040] Рассмотрим снова фиг. 1А и 1В, там каждый блок OCU 110А, 110В,…, 110N содержит соответствующее устройство обработки 112А, 112В,…, 112N и соответствующий материальный машиночитаемый носитель данных или устройство хранения данных 114А, 114В,…, 114N, которое обменивается данными с соответствующим устройством обработки 112А, 112В,…, 112N. Каждый блок LCU 120А, 120В,…, 120N содержит соответствующее устройство обработки 122А, 122В,…, 122N и соответствующий материальный машиночитаемый носитель данных или устройство хранения данных 124А, 124В,…, 124N, которое обменивается данными с соответствующим устройством обработки 122А, 122В,…, 122N.

[0041] Для каждого блока OCU 110 его машиночитаемый носитель данных 114 может быть любым доступным компьютерным устройством хранения данных, к которому может получить доступ его устройство обработки 112. Такое компьютерное устройство хранения данных включает в себя как энергозависимые, так и энергонезависимые съемные и несъемные носители, реализованные любым способом или по любой технологии для хранения информации, например, машиночитаемые команды программы, структуры данных, модули программы, данные, принятые с блока LCU 120, с которым он обменивается данными, введенная в блок OCU 110 информация управления и т.п.

[0042] В каждом машиночитаемом носителе данных 114 имеется хранящийся на нем программный код, который, при его выполнении соответствующим устройством обработки 112 его блока OCU 110 заставляет блок OCU 110 реализовать все описанные здесь функции блока OCU 110. Таким образом, любая из описанных здесь функций блока OCU 110, например, описанные выше способы 200 и 300, реализуются с помощью программного кода или команд, которые материальным образом хранятся на машиночитаемом носителе данных 114. После загрузки и выполнения такого программного кода или команд устройством обработки 112 блок OCU 110 может реализовать любую из описанных здесь функций блока OCU 110, включая любые шаги в описанных выше способах, которые выполняются на узлах системы 100, 100'.

[0043] Каждый машиночитаемый носитель данных 114 может содержать устройства памяти, например, магнитный носитель, оптический носитель, магнитооптический носитель и полупроводниковый носитель. К магнитным носителям относятся магнитные кассеты, магнитная лента, запоминающее устройство на магнитных дисках (накопитель на жестком магнитном диске) или другие магнитные запоминающие устройства. К оптическим носителям относятся оптические диски, например, постоянная память на компакт-диске (CD-ROM), диски для цифровой видеозаписи (DVD) или другие запоминающие устройства на оптических дисках. К магнитооптическим носителям относятся дисководы для магнитооптических дисков. К полупроводниковым носителям относятся оперативное запоминающие устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), флеш-память или другие технологии полупроводниковой памяти.

[0044] Для каждого блока OCU 120 его материальный машиночитаемый носитель данных 124 может быть любым доступным компьютерным устройством хранения данных, к которому может получить доступ его устройство обработки 122. Такое компьютерное устройство хранения данных включает в себя как энергозависимые, так и энергонезависимые съемные и несъемные носители, реализованные любым способом или по любой технологии для хранения информации, например, машиночитаемые команды программы, структуры данных, модули программы, информация управления, принятая с блока OCU 110, данные, принятые с системы управления локомотивом, с которой проводится обмен данными и т.п.

[0045] В каждом машиночитаемом носителе данных 124 имеется хранящийся на нем программный код, который, при его выполнении соответствующим устройством обработки 122 его блока LCU 120 заставляет блок LCU 120 реализовать все описанные здесь функции блока LCU 120. Таким образом, любая из описанных здесь функций блока LCU 120, например, описанные выше способы 200 и 300, реализуются с помощью программного кода или команд, которые материальным образом хранятся на машиночитаемом носителе данных 124. После загрузки и выполнения такого программного кода или команд устройством обработки 122 блок LCU 120 может реализовать любую из описанных здесь функций блока LCU 120, включая любые шаги в описанных выше способах, которые выполняются на узлах системы 100, 100'.

[0046] Каждый машиночитаемый носитель данных 124 может содержать любые устройства памяти, например, магнитный носитель, оптический носитель, магнитооптический носитель и полупроводниковый носитель. К магнитным носителям относятся магнитные кассеты, магнитная лента, запоминающее устройство на магнитных дисках (накопитель на жестком магнитном диске) или другие магнитные запоминающие устройства. К оптическим носителям относятся оптические диски, например, постоянная память на компакт-диске (CD-ROM), диски для цифровой видеозаписи (DVD) или другие запоминающие устройства на оптических дисках. К магнитооптическим носителям относятся дисководы для магнитооптических дисков. К полупроводниковым носителям относятся оперативное запоминающие устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), флеш-память или другие технологии полупроводниковой памяти.

[0047] Эти и другие преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам в этой области техники из предшествующего описания. Соответственно, специалистами в этой области техники должно быть признано, что в описанные выше варианты осуществления могут быть внесены изменения или модификации без отклонения от широких идей этого изобретения. Следует понимать, что это изобретение не ограничено описанными здесь конкретными вариантами осуществления, а предназначено для включения всех изменений и модификаций, которые могут иметь место в пределах объема и сущности изобретения.

Техническое решение относится к средствам дистанционного управления локомотивами поездов. Система содержит: блок дистанционного управления (RCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных; и блок управления локомотивом (LCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных, причем блок LCU подключен к системе управления локомотивом для управления локомотивом и сбора с него данных, причем блоки RCU и LCU сконфигурированы для: передачи по сети сообщений переменной длины, причем множество локомотивов имеют общий радиочастотный канал, где передают исходящие сообщения переменной длины из блока RCU в блок LCU или входящие из блока LCU в блок RCU по общему радиочастотному каналу в таймслоты изменяющейся длительности, не имеющие минимальной или фиксированной длительности, и где каждый передающий блок RCU и LCU сконфигурирован для независимой установки длительности таймслота для сообщения, которое должно быть передано из него, в зависимости от длительности подлежащего передаче сообщения, и сконфигурирован для передачи в течение минимально необходимой продолжительности времени подлежащего передаче сообщения; отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети, будь то RCU или LCU; ожидания освобождения общего радиочастотного канала; и передачи сообщения после освобождения общего радиочастотного канала, причем длительность таймслота передачи сообщения определяется длительностью сообщения, а передача сообщения происходит в течение минимально необходимой продолжительности времени для подлежащего передаче сообщения. Достигается повышение спектральной эффективности при беспроводном дистанционном управлении локомотивами. 11 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система для управления локомотивами, причем система содержит:

блок дистанционного управления (RCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных; и

блок управления локомотивом (LCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных, причем блок LCU подключен к системе управления локомотивом для управления локомотивом и сбора с него данных,

причем блоки RCU и LCU сконфигурированы для:

передачи по сети сообщений переменной длины, причем множество локомотивов имеют общий радиочастотный канал, где передают исходящие сообщения переменной длины из блока RCU в блок LCU или входящие из блока LCU в блок RCU по общему радиочастотному каналу в таймслоты изменяющейся длительности, не имеющие минимальной или фиксированной длительности, и где каждый передающий блок RCU и LCU сконфигурирован для независимой установки длительности таймслота для сообщения, которое должно быть передано из него, в зависимости от длительности подлежащего передаче сообщения, и сконфигурирован для передачи в течение минимально необходимой продолжительности времени подлежащего передаче сообщения;

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети, будь то RCU или LCU;

ожидания освобождения общего радиочастотного канала; и

передачи сообщения после освобождения общего радиочастотного канала, причем длительность таймслота передачи сообщения определяется длительностью сообщения, а передача сообщения происходит в течение минимально необходимой продолжительности времени для подлежащего передаче сообщения.

2. Система по п. 1, в которой сообщение содержит идентификатор блока RCU, идентификатор блока LCU и идентификатор команды.

3. Система по п. 1, в которой, из-за того, что каждый передающий узел сети сконфигурирован для независимой установки, в общем радиочастотном канале, таймслота для сообщения, которое должно быть передано из него, и для передачи в течение минимально необходимой продолжительности времени подлежащего передаче сообщения, для офлайновых узлов не нужно выделять время передачи.

4. Система для управления локомотивами, причем система содержит:

блок дистанционного управления (RCU), содержащий устройство обработки и

машиночитаемый носитель данных; и

блок управления локомотивом (LCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных, причем блок LCU подключен к системе управления локомотивом для управления локомотивом и сбора с него данных,

причем блок LCU или блок RCU сконфигурирован для:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети, ожидания освобождения канала, причем блок LCU или блок RCU сконфигурирован

для:

вычисления показателя уровня принимаемого сигнала (RSSI) и сравнения показателя RSSI с заранее определенным порогом; и передачи сообщения после освобождения канала;

причем, если показатель RSSI не меньше заранее определенного порога, блок LCU или блок RCU сконфигурирован для:

ожидания в течение некоторого интервала времени, отслеживания канала на предмет сетевой передачи,

если сетевая передача обнаружена в течение этого интервала времени, уменьшения интервала времени, и

если сетевая передача не обнаружена в течение этого интервала времени, передачи сообщения.

5. Система по п. 4, в которой блок LCU или блок RCU дополнительно сконфигурирован для передачи сообщения, если показатель RSSI меньше заранее определенного порога.

6. Система по п. 4, в которой сообщение содержит идентификатор блока RCU, идентификатор блока LCU и идентификатор команды.

7. Способ передачи сообщений в сети управления локомотивами, причем способ предусматривает, что система содержит:

блок дистанционного управления (RCU); и

блок управления локомотивом (LCU), подключенный к системе управления локомотивом:

причем способ предусматривает этапы:

передачи по сети сообщений переменной длины, причем множество локомотивов имеют общий радиочастотный канал, где передают исходящие сообщения переменной длины из блока RCU в блок LCU или входящие из блока LCU в блок RCU по общему радиочастотному каналу в таймслоты изменяющейся длительности, не имеющие минимальной или фиксированной длительности, и где каждый передающий блок RCU и

LCU независимо устанавливает длительность таймслота для сообщения, которое должно быть передано из него, в зависимости от длительности подлежащего передаче сообщения, и передает сообщение за минимально необходимую продолжительность времени;

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети, является ли узлом сети блок RCE или LCU;

ожидания освобождения общего радиочастотного канала, и

передачи сообщения после освобождения общего радиочастотного канала, причем сообщение содержит относящиеся к локомотиву данные или по меньшей мере одну команду для локомотива, где длительность таймслота передачи сообщения определяется длительностью сообщения, а передача сообщения происходит в течение минимально необходимой продолжительности времени для подлежащего передаче сообщения.

8. Способ по п. 7, дополнительно предусматривающий этап повторной передачи данных сообщения о полезной информации команды в новом сообщении, если не было получено подтверждение приема сообщения.

9. Способ по п. 7, в котором передача предусматривает передачу тактового сообщения после освобождения канала, причем тактовое сообщение указывает, что передающий тактовое сообщение передатчик находится в работоспособном состоянии.

10. Способ по п. 7, в котором, из-за того, что каждый передающий узел сети устанавливает таймслот сообщения, которое должно быть передано из него, в общей радиочастотной сети, будь то входящее или исходящее, и передает в течение минимально необходимой продолжительности времени для подлежащего передаче сообщения, для офлайновых узлов не нужно выделять время передачи.

11. Способ передачи сообщений в сети управления локомотивами, причем способ предусматривает этапы:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети; ожидания освобождения канала, которое предусматривает этапы: вычисление показателя уровня принимаемого сигнала (RSSI), сравнение показателя RSSI с заранее определенным порогом; определения, что показатель RSSI не меньше заранее определенного порога; ожидания в течение некоторого интервала времени; отслеживания канала на предмет сетевой передачи;

если сетевая передача обнаружена в течение интервала времени, уменьшения интервала времени;

ожидания уменьшения интервала времени; и

определения отсутствия сетевой передачи в течение уменьшенного интервала

времени; и

передачи сообщения после освобождения канала, причем сообщение содержит относящиеся к локомотиву данные или по меньшей мере одну команду для локомотива.

12. Способ по п. 11, в котором интервал времени обратно пропорционален приоритету передачи узла сети.

13. Способ по п. 12, в котором уменьшенный интервал времени зависит от повышения приоритета передачи узла сети.

14. Способ по п. 11, в котором, если на этапе ожидания в течение интервала времени или на этапе ожидания уменьшения интервала времени дополнительно предусмотрен этап обнаружения измененных данных или обнаружения дополнительной информации управления, связанной с ожидающим сообщением, предусмотрено добавление измененных данных или дополнительной информации управления к ожидающему сообщению для уменьшения за счет этого общего количества передач сообщений.

15. Способ передачи сообщений в сети управления локомотивами, причем способ предусматривает этапы:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети;

ожидания освобождения канала; причем ожидание освобождения канала предусматривает этапы:

вычисление показателя уровня принимаемого сигнала (RSSI);

определения, что показатель RSSI не меньше заранее определенного порога;

ожидания в течение начального интервала времени, причем начальный интервал времени обратно пропорционален приоритету передачи узла сети;

отслеживания канала на предмет сетевой передачи в течение начального интервала времени;

если сетевая передача обнаружена в течение начального интервала времени, повышения приоритета передачи узла сети, уменьшая за счет этого начальный интервал времени;

ожидания уменьшения интервала времени;

отслеживания канала на предмет сетевой передачи в течение уменьшенного интервала времени;

если сетевая передача обнаружена в течение уменьшенного интервала времени, повторного повышения приоритета передачи узла сети, дополнительно уменьшая за счет этого уменьшенный интервал времени;

ожидания дополнительного уменьшения интервала времени;

определения отсутствия сетевой передачи в течение дополнительно уменьшенного интервала времени; и

передачи сообщения.

16. Способ передачи сообщений в сети управления локомотивами, причем способ предусматривает этапы:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети; ожидания освобождения канала, и

передачи сообщения после освобождения канала, причем сообщение содержит относящиеся к локомотиву данные или по меньшей мере одну команду для локомотива;

причем ожидание освобождения канала предусматривает этапы:

ожидания в течение некоторого интервала времени, причем интервал времени обратно пропорционален приоритету передачи узла сети; и

определения, что сетевая передача не произошла в течение этого интервала времени, таким образом канал является свободным.

17. Способ передачи сообщений в сети управления локомотивами, причем способ предусматривает этапы:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети; ожидания освобождения канала, и

передачи сообщения после освобождения канала, причем сообщение содержит относящиеся к локомотиву данные или по меньшей мере одну команду для локомотива;

причем ожидание освобождения канала предусматривает этапы:

ожидания в течение начального интервала времени, причем начальный интервал времени обратно пропорционален приоритету передачи узла сети;

отслеживания канала на предмет сетевой передачи в течение начального интервала времени;

если сетевая передача обнаружена в течение начального интервала времени, повышения приоритета передачи узла сети, уменьшая за счет этого начальный интервал времени;

ожидания уменьшения интервала времени;

отслеживания канала на предмет сетевой передачи в течение уменьшенного интервала времени; и

определения, что сетевая передача не произошла в течение уменьшенного интервала времени, таким образом канал является свободным.

18. Способ передачи сообщений в сети управления локомотивами, причем способ предусматривает этапы:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети; ожидания освобождения канала, и

передачи сообщения после освобождения канала, причем сообщение содержит относящиеся к локомотиву данные или по меньшей мере одну команду для локомотива;

причем, если на этапе ожидания освобождения канала дополнительно предусмотрен этап обнаружения измененных данных с полезной информацией и обнаружения дополнительной информации управления, связанной с ожидающим сообщением, добавления измененных данных с полезной информацией и дополнительной информации управления к ожидающему сообщению для уменьшения за счет этого общего количества передач сообщений.

19. Система для управления локомотивами, причем система содержит:

блок дистанционного управления (RCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных; и

блок управления локомотивом (LCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных, причем блок LCU подключен к системе управления локомотивом для управления локомотивом и сбора с него данных,

причем блок LCU или блок RCU сконфигурирован для:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети; ожидания освобождения канала, и

передачи сообщения после освобождения канала, причем сообщение содержит относящиеся к локомотиву данные или по меньшей мере одну команду для локомотива;

причем для ожидания освобождения канала блок LCU или блок RCU сконфигурирован для:

ожидания в течение интервала времени, причем интервал времени обратно пропорционален приоритету передачи узла сети; и

определения, что сетевая передача не произошла в течение этого интервала времени, таким образом канал является свободным.

20. Система для управления локомотивами, причем система содержит:

блок дистанционного управления (RCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных; и

блок управления локомотивом (LCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных, причем блок LCU подключен к системе управления локомотивом для управления локомотивом и сбора с него данных,

причем блок LCU или блок RCU сконфигурирован для:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети;

ожидания освобождения канала, и

передачи сообщения после освобождения канала, причем сообщение содержит относящиеся к локомотиву данные или по меньшей мере одну команду для локомотива;

причем для ожидания освобождения канала блок LCU или блок RCU сконфигурирован для:

ожидания в течение начального интервала времени, причем начальный интервал времени обратно пропорционален приоритету передачи узла сети;

отслеживания канала на предмет сетевой передачи в течение начального интервала времени;

если сетевая передача обнаружена в течение начального интервала времени, повышения приоритета передачи узла сети, уменьшая за счет этого начальный интервал времени;

ожидания уменьшения интервала времени;

отслеживания канала на предмет сетевой передачи в течение уменьшенного интервала времени; и

определения, что сетевая передача не произошла в течение уменьшенного интервала времени, таким образом канал является свободным.

21. Система для управления локомотивами, причем система содержит:

блок дистанционного управления (RCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных; и

блок управления локомотивом (LCU), содержащий устройство обработки и машиночитаемый носитель данных, причем блок LCU подключен к системе управления локомотивом для управления локомотивом и сбора с него данных,

причем блок LCU или блок RCU сконфигурирован для:

отслеживания общего радиочастотного канала на предмет передачи узлом сети;

ожидания освобождения канала; причем если блок LCU или блок RCU сконфигурирован для обнаружения измененных данных с полезной информацией и для обнаружения дополнительной информации управления, связанной с ожидающим сообщением, добавления измененных данных с полезной информацией и дополнительной информации управления к ожидающему сообщению для уменьшения за счет этого общего количества передач сообщений; и

передачи сообщения после освобождения канала, причем сообщение содержит относящиеся к локомотиву данные или по меньшей мере одну команду для локомотива.