專利名稱：一種基于無線通信的新型ctcs-3級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例涉及無線通信技術(shù)，尤其涉及一種無線通信單元和基于無線通信的列控系統(tǒng)車載設(shè)備。
背景技術(shù)：
中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng) 3 級(jí)(Chinese Train Control System-level 3，簡稱 CTCS-3)是基于無線通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，它可以疊加在既有干線信號(hào)系統(tǒng)上。由軌道電路完成列車占用檢測及完整性檢查，點(diǎn)式信息設(shè)備提供列車用于測距修正的定位基準(zhǔn)信息，無線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地-車之間連續(xù)、雙向的信息傳輸，地面列控中心產(chǎn)生行車許可，通過無線通信系統(tǒng)傳送給列車。CTCS-3級(jí)與CTCS-2級(jí)一樣，采取目標(biāo)距離控制模式(又稱連續(xù)式一次速度控制) 和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式。由于其實(shí)現(xiàn)了地-車間連續(xù)、雙向的信息傳輸，所以功能更豐富些，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)些。CTCS-3級(jí)區(qū)別于CTCS-2級(jí)列車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于列車獲得行車許可的方式是通過無線通信來獲得，而不再使用軌道電路和應(yīng)答器。在整個(gè)CTCS-3系統(tǒng)中，無線通信系統(tǒng)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。同時(shí)，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)兼有CTCS-2級(jí)功能，因此系統(tǒng)中仍具備軌道電路信息接收和應(yīng)答器處理的功能。為實(shí)現(xiàn)對列車的控制，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)置有車載設(shè)備，車載設(shè)備的基本架構(gòu)包括進(jìn)行關(guān)鍵計(jì)算機(jī)(Vital Computer，簡稱VC)、無線傳輸模塊(Radio Transmission Module，簡稱RTM)和無線通信單元。其中，VC執(zhí)行應(yīng)用層處理；RTM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要負(fù)責(zé)無線通信系統(tǒng)的安全層部分；無線通信單元具體可采用用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng) (Global System for Mobile Communications for Railways，簡稱 GSM-R)，實(shí)現(xiàn)無線通信功能。為提高工作可靠性，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的車載設(shè)備中通常設(shè)置兩個(gè)VC，即“2乘” 形式，兩個(gè)VC使車載設(shè)備具備冗余功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種無線通信單元和基于無線通信的列控系統(tǒng)車載設(shè)備，以適應(yīng)于“2 乘”的系統(tǒng)架構(gòu)，且提高基于無線通信的車載設(shè)備的工作可靠性。本發(fā)明實(shí)施例提供一種無線通信單元，用于列控系統(tǒng)車載設(shè)備，所述車載設(shè)備包括2乘架構(gòu)的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元和無線傳輸單元，其中，所述無線通信單元包括兩個(gè)相同的用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元，所述兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元用于與2乘架構(gòu)中無線傳輸單元的兩個(gè)無線傳輸模塊分別相連，獨(dú)立提供無線通信功能。如上所述的無線通信單元，優(yōu)選的是，還包括記錄模塊，所述兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元分別與所述記錄模塊連接，所述記錄模塊用于對所述兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元輸入輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。如上所述的無線通信單元，優(yōu)選的是，每個(gè)所述用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元均包括MT2模塊，用于執(zhí)行無線通信；適配模塊，與所述MT2模塊相連，所述適配模塊用于控制所述MT2模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸。如上所述的無線通信單元，優(yōu)選的是，所述適配模塊包括接口電路，用于與所述無線傳輸模塊相連，傳輸無線通信的數(shù)據(jù)；現(xiàn)場可編程門陣列，包括兩個(gè)緩存區(qū)，分別與所述接口電路和MT2模塊連接，用于在所述接口電路和MT2模塊之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的鏈路層緩存和轉(zhuǎn)發(fā)，所述記錄模塊分別與各適配模塊的現(xiàn)場可編程門陣列相連，用于從各緩存區(qū)中采集數(shù)據(jù)；CPU，與所述現(xiàn)場可編程門陣列連接，用于控制所述現(xiàn)場可編輯門陣列實(shí)現(xiàn)鏈路層的緩存和轉(zhuǎn)發(fā)功能。如上所述的無線通信單元，優(yōu)選的是，所述CPU包括X224協(xié)議單元，用于基于X. 224協(xié)議控制數(shù)據(jù)的傳輸層通信；T70協(xié)議單元，用于基于T70協(xié)議控制數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層通信；LAPB協(xié)議單元，用于基于LAPB協(xié)議控制數(shù)據(jù)的鏈路層通信。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于無線通信的列控系統(tǒng)車載設(shè)備，包括關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元，包括兩個(gè)關(guān)鍵計(jì)算機(jī)，所述兩個(gè)關(guān)鍵計(jì)算機(jī)用于獨(dú)立地處理所述車載設(shè)備的應(yīng)用層數(shù)據(jù)；無線傳輸單元，包括兩個(gè)無線傳輸模塊，兩個(gè)無線傳輸模塊分別與對應(yīng)的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)連接，用于處理所述車載設(shè)備的無線傳輸數(shù)據(jù)；本發(fā)明所提供的無線通信單元，所述無線通信單元中的兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元分別與所述兩個(gè)無線傳輸模塊連接，用于完成所述車載設(shè)備的無線通信功能。本發(fā)明提供的無線通信單元和基于無線通信的列控系統(tǒng)車載設(shè)備，通過采用“2 乘”架構(gòu)設(shè)計(jì)的無線通信單元，使其與CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的2乘體系相一致，分別為兩套獨(dú)立運(yùn)行的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元和無線傳輸單元提供無線通信功能。上述架構(gòu)設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的
可靠性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的無線通信單元應(yīng)用于列控系統(tǒng)車載設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的無線通信單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例三提供的無線通信單元的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的無線通信單元應(yīng)用于列控系統(tǒng)車載設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例無線通信單元300所適用的列控系統(tǒng)車載設(shè)備包括2乘架構(gòu)的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元100和無線傳輸單元200。關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元100包括兩個(gè)關(guān)鍵計(jì)算機(jī)(VC)llO，兩個(gè) VCllO用于獨(dú)立地處理車載設(shè)備的應(yīng)用層數(shù)據(jù)；無線傳輸單元200包括兩個(gè)無線傳輸模塊 (RTM) 210，兩個(gè)RTM210分別與對應(yīng)的VCllO連接，用于處理車載設(shè)備的無線傳輸數(shù)據(jù)，例如通?？商幚頍o線通信單元的安全層數(shù)據(jù)；兩個(gè)RTM210分別與兩個(gè)VCllO相連。該列控系統(tǒng)車載設(shè)備中還包括無線通信單元300，且無線通信單元300具體包括兩個(gè)相同的用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)(GSM-R)子單元310，兩個(gè)GSM-R子單元310用于與2乘架構(gòu)中無線傳輸單元200的兩個(gè)RTM210分別相連，獨(dú)立提供無線通信功能。GSM-R子單元310用于無線通信的物理層的數(shù)據(jù)的處理，是整個(gè)無線通信單元300的核心部分。本實(shí)施例通過采用“2乘”架構(gòu)設(shè)計(jì)的無線通信單元，使其與CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的2乘體系相一致，分別為兩套獨(dú)立運(yùn)行的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元和無線傳輸單元提供無線通信功能。上述架構(gòu)設(shè)計(jì)使VC的2乘架構(gòu)能夠同時(shí)工作，且同時(shí)基于無線進(jìn)行通信，提高了系統(tǒng)的工作效率和工作可靠性。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，該無線通信單元300優(yōu)選是還包括記錄模塊320，兩個(gè) GSM-R子單元310分別與記錄模塊320連接，記錄模塊320用于對兩個(gè)GSM-R子單元輸入輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。無線通信單元中增設(shè)了記錄模塊，能夠采集記錄無線通信數(shù)據(jù)，作為后續(xù)系統(tǒng)工作是否正常的參考依據(jù)，例如便于進(jìn)行故障分析，進(jìn)一步豐富了無線通信單元的功能。實(shí)施例二圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的無線通信單元的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例可以以上述實(shí)施例為基礎(chǔ)，進(jìn)一步優(yōu)化了無線通信單元300的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，每個(gè)GSM-R子單元 310均包括MT2模塊311和適配模塊312。其中，MT2(移動(dòng)終端類型2，Mobile Terminal Type 2，簡稱MD)模塊311用于執(zhí)行無線通信；適配模塊312與MT2模塊311相連，適配模塊312用于控制MT2模塊311進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸。該適配模塊312的硬件實(shí)現(xiàn)方式有多種，例如典型的是由通用異步收發(fā)器 (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,簡稱 URAT)芯片或具備通信功能的專用芯片來實(shí)現(xiàn)。但是，本發(fā)明實(shí)施例中適配模塊312優(yōu)選是由現(xiàn)場可編程門陣列 (Field-Programmable Gate Array，簡稱FPGA)來實(shí)現(xiàn)的。則本實(shí)施例中，適配模塊312包括接口電路312a、FPGA 312b和CPU 312c。其中，接口電路31 用于與RTM210相連，傳輸無線通信的數(shù)據(jù)；FPGA 312b包括兩個(gè)緩存區(qū)，兩個(gè)緩存區(qū)分別與接口電路31 和MT2 模塊311連接，用于在接口電路31 和MT2模塊311之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的鏈路層緩存和轉(zhuǎn)發(fā)， 記錄模塊320分別與各適配模塊312的FPGA 312b相連，用于從各緩存區(qū)中采集數(shù)據(jù)；CPU 312c與FPGA 312b連接，用于控制FPGA 312b實(shí)現(xiàn)鏈路層的緩存和轉(zhuǎn)發(fā)功能。無線通信單元的適配模塊采用FPGA來實(shí)現(xiàn)具有諸多優(yōu)點(diǎn)已有的URAT等專用芯片，受到自身功能限制，先入先出隊(duì)列(First Input First Output，簡稱FIFO)比較小，軟件操作不方便。本實(shí)施例中采用FPGA硬件實(shí)現(xiàn)適配模塊，設(shè)置雙緩存區(qū)，能夠提高對數(shù)據(jù)處理的便捷性，同時(shí)能支持更大容量的FIFO。FPGA的硬件組成靈活，因而使適配模塊的功能具有靈活的擴(kuò)展性，使該無線通信單元能夠具備無線通信數(shù)據(jù)的擴(kuò)展功能。實(shí)施例三圖3為本發(fā)明實(shí)施例三提供的無線通信單元的局部結(jié)構(gòu)示意圖，具體是示出了無線通信單元的每個(gè)GSM-R的適配模塊中，CPU 312c的協(xié)議實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。每個(gè)CPU 312c具體包括三個(gè)協(xié)議層，即包括X2M協(xié)議單元10、T70協(xié)議單元20和LAPB協(xié)議單元30。其中，Χ224 協(xié)議單元10用于基于X. 224協(xié)議控制數(shù)據(jù)的傳輸層通信；Τ70協(xié)議單元20用于基于Τ. 70 協(xié)議控制數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層通信；LAPB協(xié)議單元30用于基于鏈路訪問過程平衡(Link Access Procedure Balanced，簡稱LAPB)協(xié)議控制數(shù)據(jù)的鏈路層通信。采用上述協(xié)議配置的CPU，各層協(xié)議完全符合通用標(biāo)準(zhǔn)，且協(xié)議棧完全符合 Subset037的標(biāo)準(zhǔn)。各層協(xié)議模塊化，協(xié)議層之間可以獨(dú)立使用，可移植性強(qiáng)。實(shí)施例四本發(fā)明實(shí)施例四提供了一種基于無線通信的列控系統(tǒng)車載設(shè)備，其結(jié)構(gòu)可參見圖 1所示，關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元100包括兩個(gè)VC 110，兩個(gè)VC 110用于獨(dú)立地處理車載設(shè)備的應(yīng)用層數(shù)據(jù)；無線傳輸單元200包括兩個(gè)RTM210，兩個(gè)RTM分別與對應(yīng)的VCllO連接，用于處理車載設(shè)備的無線傳輸數(shù)據(jù)；還包括本發(fā)明任意實(shí)施例所提供的無線通信單元300，無線通信單元300中的兩個(gè)GSM-R子單元310分別與兩個(gè)RTM210連接，用于完成車載設(shè)備的無線通信功能。在本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于無線通信的列控系統(tǒng)車載設(shè)備中，優(yōu)選是每個(gè) VCllO包括兩個(gè)基于表決機(jī)制工作的CPU。本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無線通信的列控系統(tǒng)車載設(shè)備，通過采用2乘架構(gòu)設(shè)計(jì)的無線通信單元，使其與CTCS-3列控系統(tǒng)的2乘架構(gòu)相一致，提高了系統(tǒng)的可靠性。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種無線通信單元，用于列控系統(tǒng)車載設(shè)備，所述車載設(shè)備包括2乘架構(gòu)的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元和無線傳輸單元，其特征在于，所述無線通信單元包括兩個(gè)相同的用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元，所述兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元用于與2乘架構(gòu)中無線傳輸單元的兩個(gè)無線傳輸模塊分別相連，獨(dú)立提供無線通信功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信單元，其特征在于，還包括記錄模塊，所述兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元分別與所述記錄模塊連接， 所述記錄模塊用于對所述兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元輸入輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線通信單元，其特征在于，每個(gè)所述用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元均包括MT2模塊，用于執(zhí)行無線通信；適配模塊，與所述MT2模塊相連，所述適配模塊用于控制所述MT2模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線通信單元，其特征在于，所述適配模塊包括接口電路，用于與所述無線傳輸模塊相連，傳輸無線通信的數(shù)據(jù)；現(xiàn)場可編程門陣列，包括兩個(gè)緩存區(qū)，分別與所述接口電路和MT2模塊連接，用于在所述接口電路和MT2模塊之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的鏈路層緩存和轉(zhuǎn)發(fā)，所述記錄模塊分別與各適配模塊的現(xiàn)場可編程門陣列相連，用于從各緩存區(qū)中采集數(shù)據(jù)；CPU,與所述現(xiàn)場可編程門陣列連接，用于控制所述現(xiàn)場可編輯門陣列實(shí)現(xiàn)鏈路層的緩存和轉(zhuǎn)發(fā)功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線通信單元，其特征在于，所述CPU包括X224協(xié)議單元，用于基于X. 224協(xié)議控制數(shù)據(jù)的傳輸層通信；T70協(xié)議單元，用于基于T. 70協(xié)議控制數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層通信；LAPB協(xié)議單元，用于基于LAPB協(xié)議控制數(shù)據(jù)的鏈路層通信。
6.一種基于無線通信的列控系統(tǒng)車載設(shè)備，其特征在于，包括關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元，包括兩個(gè)關(guān)鍵計(jì)算機(jī)，所述兩個(gè)關(guān)鍵計(jì)算機(jī)用于獨(dú)立地處理所述車載設(shè)備的應(yīng)用層數(shù)據(jù)；無線傳輸單元，包括兩個(gè)無線傳輸模塊，兩個(gè)無線傳輸模塊分別與對應(yīng)的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)連接，用于處理所述車載設(shè)備的無線傳輸數(shù)據(jù)；權(quán)利要求1 5任一所述的無線通信單元，所述無線通信單元中的兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元分別與所述兩個(gè)無線傳輸模塊連接，用于完成所述車載設(shè)備的無線通信功能。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于無線通信的新型CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備。其中的無線通信單元用于列控系統(tǒng)車載設(shè)備，車載設(shè)備包括2乘架構(gòu)的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元、無線傳輸單元和無線通信單元，無線通信單元包括兩個(gè)相同的用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元，所述兩個(gè)用于鐵路的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)子單元用于與2乘架構(gòu)中無線傳輸單元的兩個(gè)無線傳輸模塊分別相連，獨(dú)立提供無線通信功能。本發(fā)明提供的無線通信單元通過采用“2乘”架構(gòu)設(shè)計(jì)使其與CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的2乘體系相一致，分別為兩套獨(dú)立運(yùn)行的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)單元和無線傳輸單元提供無線通信功能。上述架構(gòu)設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)B61L27/00GK102320317SQ201110126528
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者李劍, 李智, 王磊, 王翔, 趙志鵬, 金鑫, 陳代英 申請人:北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司, 鐵道部運(yùn)輸局