CN101791989A - 一种自律分散轨道交通信息网络架构*** - Google Patents

Abstract

一种自律分散轨道交通信息网络架构***，包含中央控制***、若干分区控制***、若干车载控制***，还包含若干区域运行控制***。各区域运行控制***根据不同的区域位置承担不同区域控制的任务，其设置在不同的区域位置，该区域可以是相邻的两座车站间的区域或是几座车站间的区域，区域运行控制***具体控制的区域可根据列车实际运行情况进行调节。各区域运行控制***通过广域传输网分别与中央控制***和各分区控制***连接并进行通信。本发明的优点是：具有高安全性和高可靠性，当中央控制***发生故障时，不会导致整个控制***的瘫痪，其余的***仍可运行，降低轨道交通网络化运营条件下的建造和维护成本，增加了经济效益。

Description

一种自律分散轨道交通信息网络架构***

技术领域

本发明涉及一种自律分散轨道交通信息网络架构***。

背景技术

随着轨道交通的高速发展，以及轨道交通网络化运营的形成，对***的安全性、可维护性等要求越来越高。目前轨道交通运行控制***中采用单一的中央控制***，中央控制***的计算机处理运行控制***的所有信息，并控制现场设备。

如图1所示，图1是现有技术的轨道交通运行控制***的结构框图。轨道交通线路的运行控制***由中央控制***1、分区控制***3和车载控制***4组成，通过计算机控制、计算机网络、通信及信息处理技术与轨道交通***的车辆、牵引、线路及道岔等设备或***相连，完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及调度管理等任务。整个轨道交通运行控制***的各子***的相关设备通过一个通信平台进行连接，实现通信交换。轨道交通运行控制***的通信平台由三个通信网络***构成：运行控制核心网、分区保护通信网和车地无线电通信网。这三个通信网保证了运行控制***安全通信，使列车安全运行。

如图2所示，图2是现有技术的轨道交通运行控制***的物理图。分区控制***3有规律、有间隔地对称分布在各个车站间或者车展上，将车站分成若干区域进行控制。图2中，车站1和车站2间，车站2与车站3间，车站3与后面车站间均设置有四个分区控制***3，对两个方向的列车分别控制。

现有技术中，轨道交通运行控制***没有任何子***，因此，它具有以下不足：首先，现有技术的轨道交通运行控制***没有自律可控性，即对于任何控制***的非工作状态，其他的控制***对其责任范围不能进行控制，造成交通瘫痪；其次，现有技术的轨道交通运行控制***没有自律可协调性，即对于任何控制***的非工作状态，其自身不能根据不同的目的进行协调。而自律分散***追求的是即使一部分子***的功能失效，其余的子***能够协调控制，整体***不终止运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种自律分散轨道交通信息网络架构***，在保证运行控制***安全通信的基础上，在保证***的扩展性和维护性的同时，增强***的可靠性，减少建设成本，使***更符合网络化运营条件下的技术要求。

为了实现上述目的，本发明提供一种自律分散轨道交通信息网络架构***，包含中央控制***，通过广域传输网连接的若干分区控制***，通过无线传输网与每个分区控制***通信的若干车载控制***，其特点是，还包含若干区域运行控制***；

上述的各区域运行控制***设置在不同的区域位置，并相应承担该区域的控制任务；

所述的各区域运行控制***通过广域传输网分别与中央控制***和各分区控制***连接并进行通信。

上述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其中，所述的区域运行控制***设置的区域位置包含若干相邻车站间的区域。

上述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其中，各区域运行控制***通过无线传输网直接与车载控制***交换信息。

上述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其中，区域运行控制***包含数据库和数据处理模块，中央控制***对应该若干区域运行控制***的数据处理模块，构成所述信息网络架构的若干节点。

上述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其中，中央控制***和各区域运行控制***的数据库及它们之间的广域传输网构成了该信息网络架构的数据域。

上述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其中，每个节点从数据域的数据库中提取信息并通过各节点内部的数据处理模块进行内部处理，同时向数据域发送处理后的结果及其他内部信息，发送出的信息在数据域中循环。

上述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其中，在数据域中，传输的数据信息都包含一个标志其属性的内容代码，各个节点通过识别该内容代码来决定是否接收此信息。

本发明与现有技术相比，其优点在于：基于自律分散的运行控制***在监控规模不断扩大和控制对象变化的条件下，更注重子***间的交互关系，保证***的实时性；本发明提供的自律分散轨道交通信息网络架构***更注重***的扩展性，当在控制***中增加新的***设备时，不必停止整个***的运行，节省一定的人力和物力；本发明提供的自律分散轨道交通信息网络架构***还具有高安全性和高可靠性，当中央控制***发生故障时，不会导致整个控制***的瘫痪，其余的***仍可维持运行，降低轨道交通网络化运营条件下的建造和维护成本，增加了经济效益。

附图说明

图1是现有技术的轨道交通运行控制***的结构框图；

图2是现有技术的轨道交通运行控制***的物理图；

图3是本发明的网络架构示意图；

图4是本发明的物理图；

图5是本发明的中央控制***与区域运行控制***的节点关系的示意图；

图6是本发明实现在线维护性的示意图；

图7是本发明的中央控制***实现漂移的示意图；

图8是本发明的区域运行控制***实现漂移的示意图。

具体实施方式

以下结合图3～图8，详细说明本发明优选的实施例。

如图3所示，图3是本发明的网络架构示意图。一种自律分散轨道交通信息网络架构***，包含中央控制***1、若干区域运行控制***2、若干分区控制***3和若干车载控制***4。

中央控制***1主要完成调度信息的集中，负责全线列车的自动运行和人工调度管理与监控，同时也是与其他子***间信息交换处理的中心。

若干区域运行控制***2是中央控制***1的下一层***，其可对一定区域进行控制，该区域可以是相邻的两座车站间的区域或是几座车站间的区域。区域运行控制***2具体控制的区域可根据列车实际运行情况进行调节。区域运行控制***2的主要功能是区域列车运行调度管理，区域列车自动运行、人机交互和故障诊断维护等。但是本区域内的运行时刻表调整必须向中央控制***1提出申请，经批准后才能实施调整。

若干分区控制***3根据供电分区的情况，设置于列车***的线路旁。分区控制***3负责处理来自中央控制***1和相邻分区控制***3的轨道和列车管理信息，与车载控制***4互相连通与监督，它是***确保安全与正常运行的核心。

若干车载控制***4主要负责获取列车状态及对列车进行控制，它与车辆悬浮、制动和导向等车辆控制装置互相通信，并与分区控制***3配合，共同控制列车速度并对列车进行防护。

如图4所示，图4是本发明的物理图。图中，两个方向的相邻两车站间的区域都被一个区域运行控制***2控制，每个区域运行控制***又控制两个分区控制***3，而所有区域运行控制***作为子***都被中央控制***控制。

中央控制***1与各区域运行控制***2之间设立一个广域传输网进行通信，各区域运行控制***2和分区控制***3之间也设立相应的广域传输网进行连接。分区控制***3和车载控制***4之间设立一个无线传输网进行通信，区域运行控制***2和车载控制***4也可以利用该无线传输网交换信息。在分区控制***3内部和车载控制***4内部必须设立安全信息传输网以处理安全相关和安全苛求信息。和原***相比，基于自律分散运行控制***的控制功能更为分散，保证***的可协调和可控性，增强应对变化的能力。

如图5所示，图5是本发明的中央控制***与区域运行控制***的节点关系的示意图。中央控制***1和区域运行控制***2构成了通信***的节点5，中央控制***1和区域运行控制***2的数据库以及它们之间的广域传输网构成了数据域6。节点5是构成自律分散***的最基本的自律单元，各区域运行控制***具有均质的结构，实现其自律管理的功能。然而每个区域运行控制***2根据不同的区域位置承担不同区域控制的任务。数据域延伸至节点内部的一部分构成节点数据域，其中流动的是该节点的***或应用程序所需要的数据。每个节点都是独立地从数据域中提取信息并进行内部处理，同时又主动地以广播方式向数据域发送处理结果以及其他内部信息。发出的信息在数据域中循环。节点5与节点5之间没有直接的耦合关系，它们只对数据域6中的信息内容感兴趣而不需要知道此信息来自何处，这就有效降低了***的整体复杂性。在数据域6流动的消息中都包含一个内容代码CC来标志其属性，各个节点5通过识别内容代码来决定自己是否需要此信息。这种基于内容代码的通信方式保证了每个子***的自律信息发送和自律信息接收。

各子***间通过选择接受的方式，一个子***不需要请求其他子***发送数据，或命令其他子***接收数据，实现子***间的相互平等。各子***仅根据各自所需的内容代码判断信息的收发关系，通过数据域奠定了以数据为中介、能够自律协调的基础，用数据域的内容代码通信方式实现了自律可协调性。

根据上述的通信机制，本发明提供的自律分散轨道交通信息网络架构***可以实现运行控制***的可靠性和控制***的漂移等特性，其中***可靠性包括在线扩展性、中央容错性和在线维护性。

1.***可靠性的实现

1)在线扩展性：

运行控制***子***的扩展，就是将区域运行控制***作为子***接入作为数据域的广域传输网。在新增的区域运行控制***介入广域传输网之前，该区域运行控制***内功能模块和数据库各自对应节点的数据域。在该区域运行控制***接入广域传输网后，立刻从广域传输网中提取具有所需内容代码的数据开始运行。新增的区域运行控制***在接入广域传输网后，并不要求变更其他子***(区域运行控制***)，所以没有必要中断其他子***(区域运行控制***)。各子***(区域运行控制***)是各自拥有节点数据域的自律单元，单独的时候也能进行处理。这是因为发自子***内部功能模块的数据通过节点数据域传送到其他功能模块，其他功能模块能够开始处理。运行中的子***接入数据域，通过数据与能够立刻与其他正在运行的子***交换信息，即使多个正在运行的子***通过数据域相接，也完全没有必要停止各自的运行。

增加一个区域运行控制***的时候，为了实现与新增加的区域运行控制***的通信，原有的区域运行控制***之间必须阶段性地构筑节点间的传输路径。在自律分散环形网络中，追加一对节点时，被追加部分的环形链接被分离，在其中追加新的节点对。在新的节点对完成连接之前，利用分离的环状线路两端的环间连接，迂回被分离的链接，形成通信环路。新节点的连接完成之后，解除这些迂回线，包含新加入节点对在内的通信得以开始。用此方法进行***扩展的过程中，由于扩展后的任意一部分各节点能正常发挥功能，广域传输网的传送能无障碍地继续执行。此方法在***缩减规模时也同样适用。

2)中央容错性功能：

在本发明提供的自律分散的运行控制***信息网络架构中，各节点(区域运行控制***)自律进行故障检测，并组织故障的波及。在自律分散环形网络中，从节点发送的数据经过通信环路一周后返回发送的节点，完成这一传输过程。如果在一定次数的重发之后，仍没有信息返回，就可以判断发生了故障。采用区域运行控制***和该区段内分区控制***小环检查的方法检测故障点，该节点把区域运行控制***和该区段内分区控制***小环检查的信号发送到通信环路上，这个信号中有表示小环检查的内容代码，接到这个信号的相邻节点并不向环内链接转发，而是发送到环间链接，其他的接收节点采用同样的方法把信号传送到环路上。

小环检查信号经由区域运行控制***和该区段内分区控制***构成的小环，绕环一周后，回到发送节点。开始检查的节点收到检查信号的话，可以判断区域运行控制***与分区控制***的运行控制***核心网没有故障。如果检查信号没有返回，判定该节点与相邻节点间的环路存在故障，此后会停止向环内方向发送数据，改为向环间链接方向发送。这个环间链接可以作为迂回通路加以利用。接收到小环检查信号的各节点会进一步各自开始小环检查。各节点如此依次独自进行故障点检测，一旦发现故障点就形成迂回通路。采用此方法可以阻止故障的波及，实现通信的延续。

3)在线维护性：

如图6所示，图6是本发明实现在线维护性的示意图。本发明提供的区域运行控制***具有自律功能，能实现在检测出故障点或链接的修复后，得到修复节点51，解除迂回通路。检测故障并构成迂回通路的修复节点51在向迂回路径方向发送信息的同时，能定时在小环检查信号返回，表明相邻节点的故障已经修复，因而撤销迂回通路。

大环检查是检查信号能不能在中央控制***和各区域运行控制***的环路上绕行一周。接收到大环检查信号的节点，即使已经形成了迂回通路，也只能向环内发送。如果大环检查信号绕行一周并回到发送节点上，就表明环路上的故障已经修复，这个节点就能撤销迂回通路，至此故障恢复处理完成。这样由于采用了大、小环检查，双重环路上只有一个环路发生了故障的时候，迂回通路能降低到最低限度，也就是说，故障环路上发送的数据通过迂回线转发。另一方面，没有故障的环路发送的数据绕行一周，并不通过迂回通路发送。

2.控制***的漂移的实现

在轨道交通运行控制***的中央控制***或区域运行控制***发生故障时，将列车停止运行。此时，通过中央控制***的漂移或区域运行控制***的漂移，作为在故障修复前列车运行的临时控制措施。当中央控制***或区域运行控制***的故障修复以后，***再切换到原来的控制结构，恢复到故障发生前的状态。同时在中央控制***或区域运行控制***的相关设备维护期间，也可以采用中央控制***或区域运行控制***漂移的措施，维持列车的正常运行。

1)实施方案：

在一个区域运行控制***内设置一套与中央控制***相同的设备，中央控制***与区域运行控制***2A的设备采用双机热备制式，中央控制***与区域运行控制***各自有一套独立的主机、驱动及采集***，双套***对整个大***的信息处理互不干扰，并且根据相应的规则进行切换。中央控制***的设备和区域运行控制***的设备通过采集***及网络连接设备进行联络，以确定对方的工作状态。当只有一套设备工作时，该设备会处于主机工作状态。区域运行控制***与本区段和相邻区段内的分区控制计算机和分区安全计算机有相应的接口，以保证区域运行控制***在应急状态下扩大其控制区域：在正常情况下一个区域运行控制***控制一个区段内列车的运行，当发生突发事件的情况下，其就有能力控制两个区段内列车的运行。区域运行控制***和中央控制***之间设置了高速的广域传输网，使发生突发事件以后，可以完成中央控制***与区域运行控制***、区域运行控制***与区域运行控制***之间短时间内大量信息的传输。

2)工作原理：

在突发情况下，当中央控制***发生故障，由于在一个区域运行控制***中设置了备用设备，实现该区域运行控制***对中央控制***的双机热备，所以可以实现中央控制***向区域运行控制***的漂移。当中央控制***发生故障，相邻的区域运行控制***进行节点延伸，与故障区段内的分区控制***进行通信，对该区段内的列车进行进路控制和运行调度。

在运行控制***的运行过程中，假如中央控制***发生网络故障，就自动切换到一个区域运行控制***，替换中央控制***工作，同时网络上的其他节点向该区域运行控制***传输当前的配置信息，建立起以新的控制***为核心的***。当原中央控制***的网络故障被排除后，它可以作为一个普通节点进入***中，但若要切换回中央控制***的地位，则必须向现控制***申请，经过确认后才能重新成为中央控制***。

3)工作过程：

A)中央控制***漂移的实现，如图7所示，图7是本发明的中央控制***实现漂移的示意图，其过程如下：

a.当中央控制***发生故障，中央控制***向区域运行控制***2A(区域运行控制***2A装配了中央控制***的热备设备)发送故障信息，并请求区域运行控制***2A升级为中央控制***，这条故障信息同时向其余的区域运行控制***进行广播；

b.当区域运行控制***2A接收到中央控制***的故障信息与升级为中央控制***的命令后，启动热备设备，向中央控制***发送确认信息，并向其余区域运行控制***发送中央控制***漂移的命令；

c.中央控制***接收到有区域运行控制***2A发送的确认消息后，向区域运行控制***2A发送整条线路列车目前运行状态参数，列车调度和其他相关数据；

d.其余的区域运行控制***只有在接收到由中央控制***发出的故障信息和区域运行控制***2A发出的中央控制***漂移命令后，才确认中央控制***漂移，向区域运行控制***2A发送区域内车辆的运行信息，改变运行控制***的网络结构，以建立起以区域运行控制***2A为中央控制***的控制体系；

e.当中央控制***的故障修复后，需要恢复中央控制***功能，向区域运行控制***2A发送申请信息，并向其余区域运行控制***发送中央控制中心的恢复的通知信息；

f.区域运行控制***2A收到申请信息后，向中央控制***发送确认信息，并向中央控制***发送全线列车运行状态的信息。区域运行控制***2A向其余区域运行控制***发送中央控制***恢复的命令；

g.其余的区域运行控制***只有在接收到中央控制***和区域运行控制***A发出的中央控制***恢复命令以后，才恢复与中央控制***的连接，***恢复到以中央控制***为核心的网络结构。

B)区域运行控制***漂移的实现，如图8所示，图8是本发明的区域运行控制***实现漂移的示意图，其过程如下：

a.当区域运行控制***2C发生故障，区域运行控制***2C向中央控制***发送故障信息；

b.中央控制***在接收到区域运行控制***2C发送的故障信息后向与区域运行控制***2C相邻的区域运行控制***2B和区域运行控制***2D发送区域运行控制***2C故障的信息，并请求区域运行控制***2B和区域运行控制***2D控制2C区段内列车的运行；

c.区域运行控制***2B和区域运行控制***2D在接收到中央控制***发送的命令后，向中央控制***发送确认信息；

d.中央控制***在接收到区域运行控制***2B和区域运行控制***2D发出的确认信息后向区域运行控制***2C发送区域运行控制***漂移的信息，此时中央控制***向区域运行控制***2B和区域运行控制***2D发送区段2C内列车调度等相关信息；

e.区域运行控制***2C在接收到中央控制***发送的确认信息后，向区域运行控制***2B和区域运行控制***2D发送区段2C内列车运行状态的信息，区域运行控制***2B和区域运行控制***2D与区段2C内的分区控制***进行连接，此时***网络结构改变为由区域运行控制***2B和区域运行控制***2D覆盖区域运行控制***2C控制的区段；

f.当区域运行控制***2C的故障修复以后，向中央控制***发送区域运行控制***2C恢复的申请消息；

g.中央控制***在接收到区域运行控制***2C发送的申请信息之后，向区域运行控制***2B和区域运行控制***2D发送区域运行控制***2C恢复的命令；

h.区域运行控制***2B和区域运行控制***2D在接收到由中央控制***发送的区域运行控制***2C恢复的命令之后，向中央控制***发送确认信息，区域运行控制***2B和区域运行控制***2D向区域运行控制***2C发送区域2C内列车运行等相关信息；

i.区域运行控制***2C恢复与区段2C内分区控制中心的连接，***恢复到原来的网络结构。

本发明针对长距离，多区域，网络化运行模式的轨道交通运行控制***，提出了一种基于自律分散技术的运行控制***网络架构，在保证运行控制***安全通信的基础上，在保证***的扩展性和维护性的同时，特别增强了***的可靠性。

由于采用了上述方案，本发明增强了运行控制***的可扩展性和维护性，减少了***扩展的复杂性，保证了发生突发事件以后，列车仍可以正常运行。与原有的***相比，基于自律分散的运行控制***更注重***的扩展性，当在控制***中增加新的***设备时，不必停止整个***的运行，节省一定的人力和物力。基于自律分散的运行控制***还具有高安全性和高可靠性，当中央控制***发生故障时，不会导致整个控制***的瘫痪，其余的***仍可维持运行。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种自律分散轨道交通信息网络架构***，包含中央控制***(1)，通过广域传输网连接的若干分区控制***(3)，通过无线传输网与每个分区控制***(3)通信的若干车载控制***(4)，其特征在于，还包含若干区域运行控制***(2)；

所述的各区域运行控制***(2)设置在不同的区域位置，并相应承担该区域的控制任务；

所述的各区域运行控制***(2)通过广域传输网分别与中央控制***(1)和各分区控制***(3)连接并进行通信。

2.如权利要求1所述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其特征在于，所述的区域运行控制***(2)设置的区域位置包含若干相邻车站间的区域。

3.如权利要求1所述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其特征在于，所述的各区域运行控制***(2)通过无线传输网直接与车载控制***(4)交换信息。

4.如权利要求1所述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其特征在于，所述的区域运行控制***(2)包含数据库和数据处理模块，中央控制***(1)对应该若干区域运行控制***(2)的数据处理模块，构成所述信息网络架构的若干节点(5)。

5.如权利要求4所述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其特征在于，所述的中央控制***(1)和各区域运行控制***(2)的数据库及它们之间的广域传输网构成了该信息网络架构的数据域(6)。

6.如权利要求5所述的自律分散轨道交通信息网络架构，其特征在于，所述的每个节点(5)从数据域(6)的数据库中提取信息并通过各节点(5)内部的数据处理模块进行内部处理，同时向数据域(6)发送处理后的结果及其他内部信息，发送出的信息在数据域(6)中循环。

7.如权利要求6所述的自律分散轨道交通信息网络架构***，其特征在于，所述的在数据域(6)中，传输的数据信息都包含一个标志其属性的内容代码，各个节点(5)通过识别该内容代码来决定是否接收此信息。

Images