CN117022404A - 一种基于5g和时间敏感以太网为核心的cbtc列控*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，包括：中心安全处理服务器，用于向轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器发送控制命令；所述轨旁定位模块，用于接收所述中心安全处理服务器通过有线TSN网络发送的命令，返回车辆的定位信息；所述车载边缘安全处理器，用于接收所述中心安全处理服务器通过5G TSN网络发送的实时速度控制命令，通过车辆接口控制列车，并返回车辆速度和车辆状态；所述轨旁边缘安全处理器，用于接收所述中心安全处理服务器通过5G TSN网络或有线TSN网络发送的监控控制命令，控制道旁监控对象，并返回道旁监控对象状态；本发明减少了网络线缆及设备数量，更利于精简***架构。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***。
背景技术
现有CBTC(基于通信的列车自动控制***)以通用以太网及WLAN(无线局域网)、LTE(长期演进)技术为核心构建***，主要依赖于安全通信协议实现功能安全计算，实时性不强，一些数据实时性要求高的功能接口需要在本地控制器内部解决，例如，两个热备冗余控制器之间同步数据需要采用网络直连，或采用工业总线来确保时延可控；现场采集的数据必须本地完成处理并作出安全控制响应，安全功能不可分离。限制了***进一步精简、性能及可维护性等方面的提升，更多的安全计算在云平台中实现，必然需要对既有CBTC***进行功能的重新分配，一部分原有在本地处理的功能转移到中心云平台中，通过网络进行云边数据交换，这就要求网络的实时性和安全性满足新的***架构需求。
时间敏感网络在列车网络上已逐步开展应用，时间敏感网络应用于列车车载设备间的实时通信，属于在CBTC***中的车载局部运用，同时也没有结合5G无线技术，不影响CBTC***的整体架构，未能充分发挥时间敏感网络的优势。
因此，提供一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，减少了网络线缆及设备数量，更利于精简***架构。
实现上述目的的技术方案是：
一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，包括：
中心安全处理服务器，用于向轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器发送控制命令；
所述轨旁定位模块，用于接收所述中心安全处理服务器通过有线TSN(时间敏感以太网)网络发送的命令，返回车辆的定位信息；
所述车载边缘安全处理器，用于接收所述中心安全处理服务器通过5G TSN网络发送的实时速度控制命令，通过车辆接口控制列车，并返回车辆速度和车辆状态；
所述轨旁边缘安全处理器，用于接收所述中心安全处理服务器通过5G TSN网络或有线TSN网络发送的监控控制命令，控制道旁监控对象，并返回道旁监控对象状态。
优选的，所述中心安全处理服务器与所述轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器之间都采用I EEE802.1AS协议与主时钟进行时钟同步，在所述中心安全处理服务器与所述轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器之间通信报文中增加信息时间戳，信息时间标记为信息采集时的时钟。
优选的，所述中心安全处理服务器与外部***接口采用有线TSN网络。
优选的，所述轨旁定位模块采用道旁主动定位测速技术。
优选的，所述车载边缘安全处理器与车载传感器接口以及车辆接口，所述车载边缘安全处理器预存车辆相关配置数据，所述车辆相关配置数据包括车辆接口点位、车辆接口协议、车辆长度编组、车辆牵引制动参数、车辆ID和车载传感器数据。
优选的，所述轨旁边缘安全处理器与所述道旁监控对象进行接口，所述道旁监控对象包括道岔、信号机和操作按钮。
优选的，站台屏蔽门可与所述轨旁边缘安全处理器进行接口，也可通过有线TSN网络与所述中心安全处理服务器进行接口。
优选的，所述轨旁边缘安全处理器采用小型化技术，与所述道旁监控对象集成安装，所述轨旁边缘安全处理供电与所述道旁监控对象共享，车站电源屏利用电源线向车站电力载波通信适配器进行电力载波通信，电力载波通信作为5G TSN网络的备份，在5G TSN网络通信中断时，提供道旁监控对象控制能力。
优选的，所述车站电源屏利用电源线向所述车站电力载波通信适配器进行电力载波通信，电力载波通信作为有线TSN网络的备份，在有线TSN网络通信中断时，向所述中心安全处理服务器提供通信能力。
优选的，所述轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器向所述中心安全处理服务器反馈的数据按数据安全等级进行分类，分为安全关键信息和非安全关键信息，按照I EEE802.1Qbv协议，TSN有线网络将安全关键信息加入最高优先级传输队列中，在固定时隙中进行传输，非安全关键信息则采用尽最大努力Best effort(尽力服务)方式进行传输。
本发明的有益效果是：
1)采用有线TSN网络技术，各设备间通信延时可计算，且利用5G TSN网络技术，延时短可靠性高，周期抖动很小；
2)采用I EEE802.1AS全局时钟同步技术，所有数据都在产生时进行时间标示，在故障发生时，可以进行跨专业的数据对齐，实现故障精确定位；
3)轨旁定位模块采用道旁主动定位测速技术，列车的位置和速度由轨旁定位模块主动探测；简化了车载设备和传感器，车载也不再需要线路地图，也减少车地通信数据量，有利于5G TSN网络优势的发挥；
4)轻量化的车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器，有利于实现列车的互联互通运行，由于车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器只需要向中心安全处理服务器提供车辆相关参数，并接受中心安全处理服务器的控制指令，接口数据协议非常简单；
5)道旁边缘安全处理器与道旁监控对象集成安装，且通过电力载波调制作为无线网络的备份；旁电缆数量减少，且大大减少了车站设备房的空间需求；
6)轻量化的车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器更加有利于既有线路的改造；设备安装、配线工程量都最小化。
附图说明
图1是本发明一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***的模块图；
图2是本发明一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***的网络连接图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，包括：
中心安全处理服务器1，用于向轨旁定位模块2、车载边缘安全处理器3和轨旁边缘安全处理器4发送控制命令；中心安全处理服务器1与轨旁定位模块2、车载边缘安全处理器3和轨旁边缘安全处理器4之间都采用I EEE802.1AS协议与主时钟进行时钟同步，在中心安全处理服务器1与轨旁定位模块2、车载边缘安全处理器3和轨旁边缘安全处理器4之间通信报文中增加信息时间戳，信息时间标记为信息采集时的时钟；同时，中心安全处理服务器1与外部***5接口采用有线TSN网络。采用I EEE802.1AS全局时钟同步技术，所有数据都在产生时进行时间标示，在故障发生时，可以进行跨专业的数据对齐，实现故障精确定位。
轨旁定位模块2，用于接收中心安全处理服务器1通过有线TSN网络发送的命令，返回车辆的定位信息；轨旁定位模块2采用道旁主动定位测速技术；中心安全处理服务器1主动发起对象列车的通信握手，从轨旁定位模块2获取车辆参数后在中心处理器中建立该列车的控制模型，中心安全处理服务器1，依据列车的控制模型对列车进行运行控制，通过5GTSN网络给车载边缘安全处理器3发送实时速度控制命令，车载边缘安全处理器3通过车辆接口控制列车。
车载边缘安全处理器3，用于接收中心安全处理服务器1通过5G TSN网络发送的实时速度控制命令，通过车辆接口控制列车，并返回车辆速度和车辆状态；车载边缘安全处理器3与车载传感器接口以及车辆接口，车载边缘安全处理器3预存车辆相关配置数据，车辆相关配置数据包括车辆接口点位、车辆接口协议、车辆长度编组、车辆牵引制动参数、车辆ID和车载传感器数据。
轨旁边缘安全处理器4，用于接收中心安全处理服务器1通过5G TSN网络或有线TSN网络发送的监控控制命令，控制道旁监控对象，并返回道旁监控对象状态；轨旁边缘安全处理器4与道旁监控对象进行接口，道旁监控对象包括道岔、信号机和操作按钮。
轨旁边缘安全处理器4采用小型化技术，与道旁监控对象集成安装，轨旁边缘安全处理供电与道旁监控对象共享，车站电源屏6利用电源线向车站电力载波通信适配器7进行电力载波通信，电力载波通信作为5G TSN网络的备份，在5G TSN网络通信中断时，提供道旁监控对象控制能力。
实施例中，站台屏蔽门可与轨旁边缘安全处理器4进行接口，也可通过有线TSN网络与中心安全处理服务器1进行接口。
实施例中，车站电源屏6利用电源线向车站电力载波通信适配器7进行电力载波通信，电力载波通信作为有线TSN网络的备份，在有线TSN网络通信中断时，向中心安全处理服务器1提供通信能力。
实施例中，轨旁定位模块2、车载边缘安全处理器3和轨旁边缘安全处理器4向中心安全处理服务器1反馈的数据按数据安全等级进行分类，分为安全关键信息和非安全关键信息，按照I EEE802.1Qbv协议，TSN有线网络将安全关键信息加入最高优先级传输队列中，在固定时隙中进行传输，非安全关键信息则采用尽最大努力Best effort方式进行传输。
实施例中，CBTC列控***采用通用安全协议，例如铁路RSSP-1协议或I EC 61375的SDT协议等，进一步确保***安全。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，包括：
中心安全处理服务器，用于向轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器发送控制命令；
所述轨旁定位模块，用于接收所述中心安全处理服务器通过有线TSN网络发送的命令，返回车辆的定位信息；
所述车载边缘安全处理器，用于接收所述中心安全处理服务器通过5G TSN网络发送的实时速度控制命令，通过车辆接口控制列车，并返回车辆速度和车辆状态；
所述轨旁边缘安全处理器，用于接收所述中心安全处理服务器通过5G TSN网络或有线TSN网络发送的监控控制命令，控制道旁监控对象，并返回道旁监控对象状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，所述中心安全处理服务器与所述轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器之间都采用IEEE802.1AS协议与主时钟进行时钟同步，在所述中心安全处理服务器与所述轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器之间通信报文中增加信息时间戳，信息时间标记为信息采集时的时钟。
3.根据权利要求1所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，所述中心安全处理服务器与外部***接口采用有线TSN网络。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，所述轨旁定位模块采用道旁主动定位测速技术。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，所述车载边缘安全处理器与车载传感器接口以及车辆接口，所述车载边缘安全处理器预存车辆相关配置数据，所述车辆相关配置数据包括车辆接口点位、车辆接口协议、车辆长度编组、车辆牵引制动参数、车辆ID和车载传感器数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，所述轨旁边缘安全处理器与所述道旁监控对象进行接口，所述道旁监控对象包括道岔、信号机和操作按钮。
7.根据权利要求6所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，站台屏蔽门可与所述轨旁边缘安全处理器进行接口，也可通过有线TSN网络与所述中心安全处理服务器进行接口。
8.根据权利要求7所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，所述轨旁边缘安全处理器采用小型化技术，与所述道旁监控对象集成安装，所述轨旁边缘安全处理供电与所述道旁监控对象共享，车站电源屏利用电源线向车站电力载波通信适配器进行电力载波通信，电力载波通信作为5G TSN网络的备份，在5G TSN网络通信中断时，提供道旁监控对象控制能力。
9.根据权利要求8所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，所述车站电源屏利用电源线向所述车站电力载波通信适配器进行电力载波通信，电力载波通信作为有线TSN网络的备份，在有线TSN网络通信中断时，向所述中心安全处理服务器提供通信能力。
10.根据权利要求1所述的一种基于5G和时间敏感以太网为核心的CBTC列控***，其特征在于，所述轨旁定位模块、车载边缘安全处理器和轨旁边缘安全处理器向所述中心安全处理服务器反馈的数据按数据安全等级进行分类，分为安全关键信息和非安全关键信息，按照IEEE802.1Qbv协议，TSN有线网络将安全关键信息加入最高优先级传输队列中，在固定时隙中进行传输，非安全关键信息则采用尽最大努力Best effort方式进行传输。
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