一種鐵路貨運列車車載無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法
【專利說明】一種鐵路貨運列車車載無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于電子通信技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及鐵路貨運列車車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、管理以及應(yīng)用，是一種實現(xiàn)鐵路貨運列車智能化的基礎(chǔ)設(shè)施。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，信息技術(shù)已在鐵路機車和客車上得到了較廣泛的應(yīng)用，但因部分技術(shù)和貨運車輛無電源限制，無法安裝車載監(jiān)測設(shè)備，對于貨運車輛的安全監(jiān)測和其他信息監(jiān)測分析主要依賴于地面監(jiān)測和地面系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，解決了貨運車輛車載安全監(jiān)測的技術(shù)限制。而車載網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)車載安全監(jiān)控的基礎(chǔ)，對于鐵路客車而言，采用有線連接實現(xiàn)列車各節(jié)點的連接建立車載網(wǎng)路。由于貨運車輛需要頻繁編組，采用有線連接缺乏實際的可行性，需要采用無線技術(shù)建立車載網(wǎng)絡(luò)。列車網(wǎng)絡(luò)建立后，一方面可以實時監(jiān)測貨運車輛運行安全狀態(tài)，并將這些數(shù)據(jù)及時地傳輸?shù)狡湫畔⑾到y(tǒng)；另一方面，可以利用采集的綜合信息、定位系統(tǒng)等提供增值服務(wù)，提高服務(wù)效率和經(jīng)濟效益。
[0004]而構(gòu)建鐵路貨運列車車載網(wǎng)絡(luò)當前還存在著以下突出的問題:1、列車編組經(jīng)常發(fā)生調(diào)整，有線連接方式不適用于貨運列車車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建；2、機車與列車車輛之間缺少網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)施，組網(wǎng)與服務(wù)能力受限制多；3、貨運列車車輛一般不具備單獨的供電設(shè)施，需要自供電能供給數(shù)據(jù)采集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備；4、貨運列車的運行環(huán)境復(fù)雜，為保證可靠性要求車載信息化裝置進行多方面的特殊設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供了一種鐵路貨運列車車載無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法。
[0006]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種鐵路貨運列車車載無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，機車和車輛上部署有控制裝置和信息收集裝置，所述控制裝置作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成無線網(wǎng)絡(luò)；所述控制裝置控制網(wǎng)絡(luò)功能與服務(wù)的開啟/關(guān)閉，信息收集裝置采集并發(fā)送數(shù)據(jù)；機車和車輛的控制裝置之間、各車輛控制裝置之間、控制裝置與信息收集裝置之間通信與供電均采用無線纜連接；所述控制裝置間、控制裝置與信息收集裝置間的通信具有可信機制，構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)具有安全可靠性保證機制。
[0007]所述機車/車輛控制裝置具有以下功能:(1)進行初始化操作；(2)根據(jù)列車運行狀態(tài)控制運行模式的轉(zhuǎn)換；(3)根據(jù)車輛運行狀態(tài)控制車輛上各類信息收集裝置的采樣對象、采樣類別和采樣頻率；(4)通過衛(wèi)星授時進行時間同步；(5)通過衛(wèi)星進行定位確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的位置；(6)進行硬件檢測；(7)接收遠程命令和參數(shù)配置。
[0008]所述控制裝置之間以及控制裝置與信息收集裝置之間均具有冗余的信道和路由尋址能力，從而實現(xiàn)動態(tài)組網(wǎng)；所述機車/車輛上的控制裝置具有接收數(shù)據(jù)信號并進行分析和處理的能力。
[0009]所述車載無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)算法以機車上的控制裝置作為車載網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點并為車輛上節(jié)點提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，各節(jié)點的控制裝置根據(jù)測距、列車運動的傳感信息和身份認證信息控制新節(jié)點動態(tài)加入/退出車載網(wǎng)絡(luò)。
[0010]在列車運行一定時間后，控制裝置對前后相鄰節(jié)點進行確認，一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后就不再接受新的組網(wǎng)請求，以減少網(wǎng)絡(luò)抖動和電力消耗。
[0011]所述控制裝置具備車輛號解析和動態(tài)IP地址分配的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，實現(xiàn)按車輛號尋址，并可以通過DHCP中繼服務(wù)，為網(wǎng)絡(luò)中的新節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址。
[0012]所述機車/車輛控制裝置的ID與機車號/車輛號進行綁定，控制裝置間的通信通過PKI證書的身份認證，并能夠根據(jù)機車號/車輛號識別其接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0013]所述機車/車輛控制裝置可以通過控制通信功率，保證并限定控制裝置與信息收集裝置的通信信號范圍，以減少電力消耗、避免可能發(fā)生的電磁干擾和接收錯誤控制信號。
[0014]所述機車/車輛控制裝置配有多種通信模塊，包括移動通信接入模塊和衛(wèi)星通信模塊，并支持車載局域網(wǎng)節(jié)點間通信以及和遠程地面站間的通信。
[0015]所述機車/車輛控制裝置配置有與信息收集裝置通信的冗余芯片，可通過冗余通道與本車輛上的各類信息收集裝置互聯(lián)。
[0016]所述機車/車輛控制裝置具有大容量存儲和數(shù)據(jù)管理功能，對信息收集裝置采集數(shù)據(jù)進行分析處理、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0017]所述車輛控制裝置配置有無線纜供電模塊，可為本節(jié)點車輛載各類信息收集裝置提供冗余的供電。
[0018]所述機車/車輛控制裝置支持陣列信息收集裝置的應(yīng)用，并依據(jù)陣列之中各個信息收集裝置采集信息的值差判別取值，出現(xiàn)不同值時報警。
[0019]所述信息收集裝置包括傳感器芯片、處理器芯片、無線通信芯片，其處理器芯片與控制裝置進行PKI證書的認證，并接收傳感器芯片采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)無線通信芯片發(fā)送。
[0020]所述信息收集裝置配有無線纜受電模塊，包括光伏電池板，光伏電池板固定在信息收集裝置的外保護殼上，通過光電轉(zhuǎn)換為信息收集裝置進行無線纜充電；所述光伏電池板經(jīng)大容量電容分別對傳感器芯片、處理器芯片和無線通信芯片供電。
[0021]所述信息收集裝置配置的光伏電池板表面應(yīng)涂覆有納米防污涂料層。
[0022]另外，本發(fā)明針對車載信息收集裝置的安裝結(jié)構(gòu)作了改進:一種鐵路貨運列車車載信息收集裝置，該信息收集裝置包括傳感器芯片、安裝基座、無線受電模塊、光伏電池板和大容量電容，所述傳感器芯片安裝與安裝基座上；所述光伏電池板連接大容量電容并固定在安裝基座上，其表面涂覆有納米防污涂料層；所述安裝基座通過電路連接大容量電容和信息收集裝置；所述無線受電模塊連接大容量電容，由控制裝置供電模塊對其進行無線纜供電。
[0023]作為優(yōu)選，所述信息收集裝置包括傳感器芯片、處理器芯片、無線通信芯片，所述處理器芯片接收傳感器芯片采集的數(shù)據(jù)，并進行處理后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過無線通信芯片進行發(fā)送；所述傳感器芯片、處理器芯片和無線通信芯片連接與大容量電容，由大容量電容供電。
[0024]另外，本發(fā)明中車輛上的控制裝置配置有多種通信模塊，例如移動通信接入模塊和衛(wèi)星通信模塊，機車(列車車頭)上的控制裝置(網(wǎng)絡(luò)控制器)采用多種頻道與移動通訊服務(wù)商或衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)傳送，但是車輛上的控制裝置僅能采用單一頻道并以定向方式與機車控制裝置進行數(shù)據(jù)傳送，車輛上的控制裝置之間同樣僅采用單一頻道進行數(shù)據(jù)傳送，但兩種情形的頻道又互相不同。通過這樣的設(shè)計可以防止在列車進站/出站時由于車輛過于密集造成不同列車之間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點成為網(wǎng)狀路由器，使得非本列車數(shù)據(jù)在列車件多重跳躍分送，造成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量激增和頻道切換的延遲。同時通過這樣單線傳輸，提供了安全可靠性保證機制。
[0025]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明構(gòu)建了貨運列車車載無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，使得列車與車輛之間形成網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，在貨運列車復(fù)雜的運行環(huán)境下實現(xiàn)了貨運列車運行的智能信息化；同時本發(fā)明中的控制裝置具有接收車輛上各類信息收集裝置傳感數(shù)據(jù)的能力，并可以對各類信息收集裝置進行配置；車輛控制裝置還具有多種方式的無線通信能力，機車和車輛控制裝置之間可以組成無線自組織網(wǎng)絡(luò)，具有無線電力中繼能力，并完成地址分配和車輛號解析從而實現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)尋址即相應(yīng)的服務(wù)；車輛控制裝置同時具有自供電，在產(chǎn)生自身運行所必須的電力能源后，還可以對各類車載信息收集裝置無線供電；控制裝置具有可管理能力，可進行設(shè)備的遠程管理；該裝置的可靠性、冗余性以及自清潔機制，使之適應(yīng)自然環(huán)境。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明所述列車車載無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架示意圖；
圖2為本發(fā)明所述列車車載無線網(wǎng)絡(luò)的控制裝置互聯(lián)示意圖；
圖3為本發(fā)明所述列車車載無線網(wǎng)絡(luò)中根節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明所述列車車載無線網(wǎng)絡(luò)中新節(jié)點加入車載無線網(wǎng)絡(luò)后的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表；
圖5為本發(fā)明所述列車車載無線網(wǎng)絡(luò)中新節(jié)點加入無線車載網(wǎng)絡(luò)的流程示意圖；
圖6為本發(fā)明所述列車車載無線網(wǎng)絡(luò)中機車上的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明所述列車車載無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表信息；
圖8為本發(fā)明所述列車車載無線網(wǎng)絡(luò)中機車上的控制裝置的遠程控制接口示意圖；
圖9為本發(fā)明所述機車上的控制裝置的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10本發(fā)明所述車輛上的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11為本發(fā)明所述信息收集裝置采集的數(shù)據(jù)格式示意圖；
圖12本發(fā)明所述陣列信息收集裝置采集算法的流程示意圖；
圖13為本發(fā)明所述