DE3743755C2 - Verfahren und Einrichtung zur sicheren Übertragung von Blockinformation zwischen Spurplanstellwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur signaltechnisch sicheren Übertragung von Blockinformation zwischen Spurplanstellwerken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verfahren werden seit langer Zeit z. B. in Einrichtungen der Deutschen Bundesbahn verwendet. Im sendenden Stellwerk werden Signalzuständen einzelner Spuradern, welche die Blockinformation bilden, bestimmte Frequenzen, zumeist im Tonfrequenzbereich gelegen, zugeordnet. Diese Frequenzen werden z. B. über ein gemeinsames Adernpaar zum empfangenden Stellwerk übertragen. Dort werden die diesen Frequenzen zugeordneten Signalzustände wiedergewonnen und in die entsprechenden, dort vorhandenen Spurleitungen eingespeist.

Um signaltechnisch sicher übertragen zu können, ist es hier erforderlich, jedem Signalzustand mindestens zwei Frequenzen zuzuordnen und diese antivalent zu übertragen. In besonderen Fällen, z. B. bei Übertragung einer Gleisfreimeldung, werden sogar insgesamt drei verschiedene Frequenzen benötigt, von denen zwei dem Gleisfreizustand und eine, zwischen den beiden, dem Freizustand zugeordneten Frequenzen liegende Frequenz, dem Besetztzustand zugeordnet ist.

Zur Übertragung der Signalzustände einer Anzahl n von Spuradern sind bei einem solchen Verfahren also mindestens 2 n Frequenzen und damit 2 n Sender und 2 n Empfänger für jede Übertragungsrichtung notwendig.

Da die Zahl der Frequenzen in dem für die Übertragung über Streckenkabel geeigneten Frequenzbereich begrenzt ist, und deshalb der Wunsch bestand, mehr Frequenzen zur Verfügung zu haben, wurden auch Trägerfrequenz-Übertragungseinrichtungen entwickelt. So ist in "Signal und Draht" 74 (1982) Heft 12, Seite 237 bis Seite 251 der Zentralblock ZbS 600 der Fa. Siemens AG beschrieben. Hier ist in Abschnitt 6.10, in Verbindung mit Bild 21 dargestellt, wie die Übertragung zwischen aneinandergrenzenden Zentralblockbereichen mittels einer parallel zur Übertragung von Einzelfrequenzen arbeitenden Trägerfrequenz-Übertragungseinrichtung erfolgt.

Sowohl die Vielzahl der zur Einzelfrequenzübertragung notwendigen Sender und Empfänger als auch Trägerfrequenz-Übertragungseinrichtungen mit ihrer nicht geringeren Zahl von Modulatoren und Demodulatoren stellen einen beträchtlichen Aufwand dar.

In der DE 25 56 354 A1, der DE 30 26 016 C2 und der DE-AS 20 01 669 sind jeweils Datenübertragungseinrichtungen oder Teile solcher Einrichtungen beschrieben, die zu übertragende Daten vor der Übertragung nach einem Mehrfrequenzcode codieren bzw. nach einem Mehrfrequenzcode codiert empfangene Daten decodieren. In der zuerst genannten dieser Schriften wird ein sogenannter m- aus n-Code ohne eine Vorgruppierung der zur Verfügung stehenden n Frequenzen benutzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand an Sendern und Empfängern bzw. Modulatoren und Demodulatoren zu reduzieren, ohne einen Verlust an Sicherheit und Zuverlässigkeit in Kauf zu nehmen.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art, das diese Aufgabe löst, ist im Patentanspruch 1 beschrieben.

Bei diesem Verfahren wird berücksichtigt, daß nicht alle Signalzustände aller Blockinformation tragenden Spuradern für sich allein von Bedeutung sind. Viele Signalzustände treten nur in Verbindung mit anderen Signalzuständen auf oder haben nur eine Bedeutung, wenn gleichzeitig bestimmte Signalzustände an anderen Spurleitungen auftreten. Die Übertragung sämtlicher Signalzustände ist demnach unnötig und unterbleibt bei dem Verfahren nach der Erfindung. Es werden nur noch solche Signalzustände übertragen, denen einzeln eine Bedeutung zukommt und daneben diejenigen Signalzustandskombinationen, die eine Bedeutung haben. Damit müssen nur noch den genannten wenigen Einzelsignalzuständen und Signalzustandskombinationen Übertragungsfrequenzen zugeordnet werden und die Zahl der zur Übertragung notwendigen Frequenzen reduziert sich erheblich. Eine weitere Reduzierung der Frequenzen ergibt sich durch die Anwendung eines m-aus-n-Codes, der dieselbe oder eine höhere Hamming-Distanz besitzt wie die antivalente Übertragung nach dem stand der Technik.

Im Patentanspruch 2 ist eine in Relaistechnik aufgebaute Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Diese Einrichtung eignet sich besonders für die Blockinformationsübermittlung zwischen Relaisstellwerken.

Der Erhöhung der Störsicherheit und der Einsparung von Bauelementen dienen in den Unteransprüchen 3, 4 und 5 angegebene Weiterbildungen der im Patentanspruch 2 beschriebenen Einrichtung.

So ermöglicht die n-fache Ausführung der sendeseitigen Kontaktpyramide gemäß Anspruch 3 eine Ansteuerung der Sender gemäß dem gewählten Code ohne Verwendung besonderer Und-Glieder, die, mit Entkopplungsdioden ausgeführt, die Störungsanfälligkeit erhöhen, in Relaistechnik ausgeführt, zusätzliche Relais erfordern. Die im Anspruch 4 enthaltene Weiterbildung der Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht eine erhebliche Einsparung an Relaiskontakten auf der Empfangsseite, so daß die Verwendung von Wiederholerrelais zu den Empfangsrelais unterbleiben kann.

Die im Anspruch 5 vorgesehene Codeprüfung erhöht ohne größeren zusätzlichen Aufwand die Sicherheit der Übertragung.

Weitere, in den Ansprüchen 6 und 7 angegebene Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen die Erhöhung der Sicherheit gegen Informationsverfälschungen bei der Übertragung.

Die Ansprüche 8 und 9, schließlich, betreffen eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in der anstelle von Relaisschaltungen Mehrrechnersysteme zur Codierung und Decodierung verwendet werden. Diese Einrichtung eignet sich vor allem zur Übermittlung von Blockinformation zwischen Stellwerken, die in elektronischer Technik ausgeführt sind. Sie hat außerdem den Vorteil, daß die verwendeten Rechnersysteme gleichzeitig für die Hin-Übertragung und die Rück-Übertragung verwendet und somit doppelt genutzt werden können.

Anhand von 4 Figuren sollen nun das Verfahren nach der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch den einzelnen Verfahrensschritten zugeordnete Funktionsbaugruppen einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 zeigt die sendeseitige Schaltung der Einrichtung,

Fig. 3 zeigt die empfangsseitige Schaltung der Einrichtung,

Fig. 4 zeigt eine Einrichtung mit Mehrrechnersystemen zur Codierung und Decodierung.

In Fig. 1 sind oben Spurleitungen SLS eines sendeseitigen Stellwerks und unten Spurleitungen SLE eines empfangsseitigen Stellwerks dargestellt. Signalzustände der sendeseitigen Spurleitungen sollen auf die entsprechenden empfangsseitigen Spurleitungen signaltechnisch sicher übertragen werden. Hierzu werden in einer Auswahlschaltung AS zunächst diejenigen Signalzustände und diejenigen Kombinationen von Signalzuständen bestimmt, die im Betrieb vorkommen und von Bedeutung sind. Nur diese Signalzustände bzw. Signalzustandskombinationen werden einer Codierschaltung CS zugeführt, in der sie einen charakteristischen Übertragungscode zugeordnet bekommen. Dieser Übertragungscode besteht z. B. aus einer Anzahl in von n fest vorgegebenen Frequenzen. Zur Übertragung werden in einer Senderbaugruppe S mit n Festfrequenzsendern genau die Sender von der Codierschaltung angesteuert, deren Frequenz einer der den Übertragungscode bildenden m Frequenzen entspricht.

Im empfangsseitigen Stellwerk befinden sich in einer Empfangsbaugruppe E n auf die Sendefrequenzen der Festfrequenzsender abgestimmte Empfänger. Von denen sprechen diejenigen, deren Frequenz einer Frequenz des Übertragungscode entspricht, an. Ihre Ausgangssignale werden einer Decodierschaltung DS und einer Codeprüfschaltung CP zugeführt. In der Decodierschaltung wird aus dem Übertragungscode der übertragene Signalzustand oder die übertragene Signalzustandskombination ermittelt und, wenn die Codeprüfschaltung festgestellt hat, daß der Übertragungscode ein zulässiges Codemuster aufweist, über eine Und-Verknüpfung UG einer Zuordnungsschaltung ZS zugeführt. Letztere speist eine dem übertragenen Signalzustand zugeordnete oder mehrere, einer übertragenen Signalzustandskombination zugeordnete, empfangsseitige Spurleitungen SLE.

In Fig. 2 sind Spurleitungen SLS des sendeseitigen Stellwerks mit Spurrelais SR1 bis SR6 abgeschlossen. Kontakte der Spurrelais bilden 3 identische Auswahlschaltungen AS1 . . . AS3. In der dargestellten einfachen Auswahlschaltung schaltet z. B. ein Wechsler w2 des Spurrelais SR2 den Signalzustand der das Spurrelais SR2 speisenden Spurleitung zur Übertragung durch, ohne den Zustand anderer Spurleitungen zu berücksichtigen. Die vom Wechsler w4 zur Übertragung anschaltbaren Zustände sind jedoch nur möglich, wenn auch das Spurrelais SR3 angesprochen hat. Es gibt weitere, hier nicht dargestellte Signalzustandskombinationen, an denen mehr als zwei Spurrelais beteiligt sind.

Die Codierung der Signalzustände und Signalzustandskombinationen erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach einem 3- aus 6-Code. Dieser Code erfordert für jede Übertragungsrichtung 6 Sender S1-S6 und 6 Empfänger E1-E6 (in Fig. 3) und kann maximal 20 Signalzustände signaltechnisch sicher übertragen. Da jeweils 3 Sender zur Übertragung eines Codezeichens angesteuert werden, ergibt es sich, daß die einzelnen Sender jeweils von mehreren Kontakten der Auswahlschaltung ansteuerbar sein müssen.

Um hier unerwünschte Verkopplungen zu vermeiden, ohne über Dioden - letztere haben kein definiertes Ausfallverhalten - ansteuern zu müssen, ist die Auswahlschaltung verdreifacht, so daß jeder anzusteuernde Sender von einer anderen Auswahlschaltung her angesteuert wird.

Die Senderausgänge sind zusammengeschaltet und auf eine Übertragungsleitung ÜL geführt. Diese kann z. B. aus einem einzigen Adernpaar eines Streckenkabels bestehen.

In Fig. 3 ist die Empfangsseite der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Das auf der Übertragungsleitung ÜL anstehende Frequenzgemisch wird parallel 6 auf die Sendefrequenzen der Festfrequenzsender abgestimmten Empfängern E1-E6 zugeführt. Die Empfängerausgänge steuern Empfangsrelais A, B, C, D, G und H an, von denen Kontakte zur Codeprüfung und zur Decodierung verwendet werden. In der Codeprüfeinrichtung CP sind Kontakte a1, b1 . . . h1 aller 6 Empfangsrelais so zusammengeschaltet, daß nur dann ein Prüfrelais P erregt wird, wenn genau 3 Empfangsrelais angesprochen haben. Das Prüfrelais P besitzt einen Schließer im Speisestromkreis der Decodierschaltung DS, so daß diese nur arbeitet, wenn ein zu decodierendes Zeichen ein 3-aus-6-Code-Zeichen ist.

Die zur Decodierung verwendeten Kontakte a2 . . . h6 der Empfangsrelais sind zu zwei Kontaktpyramiden, die jeweils drei Empfangsrelais zugeordnet sind, zusammengeschaltet. Die Kontaktpyramiden enthalten nur noch je drei Ebenen, deren unterste jeweils 4 Wechsler a2 . . . a5, h3 . . . h6 aufweist. Die zur eindeutigen Zuordnung eines Signalisierungszustandes zum empfangenen Code noch erforderliche Und-Verknüpfung wird in einer Zuordnungsschaltung ZS mittels in Reihe geschalteter Kontakte r1, r10; r2, r11 von in den Ausgangsleitungen der beiden Kontaktpyramiden angeordneten Zuordnungsrelais R1 . . . R16 durchgeführt. Eine einzige Kontaktpyramide mit 6 Ebenen wurde zwar eine besondere Zuordnungsschaltung überflüssig machen, sie enthielte aber in ihrer untersten Ebene 32 von einem einzigen Empfangsrelais zu betätigende Wechslerkontakte. Diese müßten, da es Relais mit einer so großen Zahl von Kontakten nicht gibt, durch Anschaltung von Wiederholerrelais zur Verfügung gestellt werden.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte, in Relaistechnik ausgeführte Einrichtung ermöglicht die Übermittlung von Blockinformation nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Übertragungsrichtung. Zur Übertragung in Gegenrichtung ist eine zweite derartige Einrichtung erforderlich.

Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, bei der die Auswahl der zu übertragenden Signalzustände und deren Codierung und Decodierung mittels sicherer Mehrrechnersysteme erfolgt. Ein Zweirechnersystem, z. B. ein sicheres Mikrorechnersystem R1 eines ersten Stellwerks ST1 fragt die Signalzustände aller Blockinformation tragenden Spurleitungen SLS1 des ersten Stellwerks ab, ermittelt anhand einer gespeicherten Liste zu übertragende Signalzustände und Signalzustandskombinationen, sucht zu jedem dieser Signalzustände bzw. zu jeder dieser Signalzustandskombinationen den in einer Code-Tabelle gespeicherten charakteristischen Übertragscode und steuert von 6 Festfrequenzsendern S1-S6 die dem Übertragungscode entsprechenden drei Sender an. Diese geben ihre Frequenzen z. B. auf zwei Adern eines Streckenkabels aus.

In einem zweiten Stellwerk ST2, dessen Empfänger mit den betreffenden Adern des Streckenkabels verbunden sind, sprechen drei von auf die Frequenzen der im Stellwerk ST1 angesteuerten Sender abgestimmten Empfängern E1 . . . E6 an. Die Ausgangssignale der Empfänger werden von einem zweiten Zweirechnersystem R2 ausgewertet. Es wird dabei zunächst eine Code-Prüfung ausgeführt. Entspricht der Zustand der Empfängerausgänge z. B. einem 3-aus-6-Code, so wird er decodiert, d. h. es wird in einer gespeicherten Liste der zum betreffenden Code-Zeichen gehörende Sollsignalzustand der im zweiten Stellwerk befindlichen Spurleitungen SLE1 aufgesucht und anschließend durch entsprechende Signaleinspeisung in die betreffenden Spurleitungen hergestellt.

Die beiden Zweirechnersysteme werden jedoch hier doppelt genutzt, indem das die Empfänger-Ausgangssignale auswertende zweite Zweirechnersystem im zweiten Stellwerk ST2 für die entgegengesetzte Übertragungsrichtung Signalzustände von Spurleitungen SLS2 abfragt, zu übertragende Signalzustände ermittelt, codiert und, gemäß dem zu übertragenden Code, 3 von 6 Sendern S7-S12 ansteuert und indem das erste Zweirechnersystem im ersten Stellwerk Ausgangssignale von Empfängern E7-E12 auswertet, decodiert und den einem Code-Zeichen zugeordneten Signalisierungszustand auf Spurleitungen SLE2 des ersten Stellwerks herstellt.

Um die Sicherheit der Übertragung hinsichtlich Störungen und Verfälschungen der Information auf der Übertragungsstrecke zu erhöhen, kann in bekannter Weise vor Übertragung jedes neuen Code-Zeichens eine kurzzeitige Abschaltung aller Sender und gleichzeitige Prüfung der Empfängerausgänge auf Grundstellung (Null-Signal) vorgesehen werden. Ein fehlerhafter Sender oder Empfänger wird so erkannt. Um Code-Verfälschungen durch Frequenzabweichungen der Sender feststellbar zu machen, ist es zweckmäßig, die zur Verfügung stehenden Frequenzen wechselweise der Hin-Übertragungsrichtung und der Rück-Übertragungsrichtung zuzuordnen. Ein Abdriften der Frequenz eines für die Hin-Übertragungsrichtung benutzten Senders stört so zunächst die Übertragung in Rückrichtung und wird so erkannt bevor es eine gefährliche Code-Verfälschung bei der Hin-Übertragung verursacht.

Claims (9)

1. Verfahren zur signaltechnisch sicheren Übertragung von Blockinformation zwischen Spurplanstellwerken über mehrfach genutzte Adern eines Streckenkabels wobei zu übertragende Signalzustände einzelner Spuradern (SLS) sendeseitig mit Hilfe vorgegebener Frequenzen codiert (CS), empfangsseitig decodiert (DS) und in dort vorhandene Spuradern (SLE) eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet,

• - daß aus der Gesamtheit der Signalzustände aller Blockinformation tragenden Spuradern (SLS) diejenigen Signalzustände und diejenigen Kombinationen mehrerer, auf verschiedenen Spuradern anstehender Signalzustände, die im Betrieb von Bedeutung sind, ermittelt werden,
• - daß diese Signalzustände und Signalzustandskombinationen jeweils mehrere, gemäß einem m-aus n-Code aus einer Gesamtheit von n festgelegten Frequenzen ausgewählte Frequenzen als charakteristischer Übertragungscode zugeordnet werden und
• - daß zur Übertragung eines der ermittelten Signalzustände oder einer der ermittelten Signalzustandskoinbinationen die Frequenzen des jeweils zugeordneten charakteristischen Übertragungscode gleichzeitig übertragen werden.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mehreren auf vorgegebene Frequenzen abgestimmten Sendern (S1 . . . S6) und Empfängern (E1 . . . E6) sowie einer sendeseitigen Codiereinrichtung (CS) und einer empfangsseitigen Decodiereinrichtung (DS), dadurch gekennzeichnet,

• - daß im sendenden Stellwerk zur Ermittlung bestimmter zu übertragender, auf Spuradern anstehender Signalzustände denen einzeln eine Bedeutung zukommt und Signalzustandskombinationen, die eine Bedeutung haben, eine aus Kontakten (w1 . . . w6) von aus den Spuradern (SLS) gespeisten Relais (SR1 . . . SR6) gebildete, sendeseitige Kontaktpyramide vorhanden ist,
• - daß die Ausgänge der Kontaktpyramide jeweils eine dem verwendeten m-aus-n-Code entsprechende Anzahl in Sender, deren Frequenzen einen charakteristischen Übertragungscode bilden, gleichzeitig ansteuern,
• - daß Ausgänge der Empfänger (E1 . . . E6) auf Empfangsrelais (A, B, C, D, G, H) geführt sind, deren Kontakte (a2 . . . h6) eine empfängerseitige Kontaktpyramide mit n-Ebenen bilden und
• - daß die Ausgänge dieser Kontaktpyramide Spurleitungen (SLE) des empfangenden Stellwerks speisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitige Kontaktpyramide (in AS1 . . . A3) entsprechend dem benutzten m-aus-n-Code m-fach ausgebildet ist und daß bei Auftreten eines zu übertragenden Signalzustandes oder einer zu übertragenden Signalzustandskombination aktivierte, einander entsprechende Ausgänge (1, 2, 3) der in Kontaktpyramiden jeweils einzeln zugeordnete Sender (S1, S3, S4) ansteuern, deren Frequenzen den charakteristischen Übertragungscode für den zu übertragenden Signalzustand oder die zu übertragende Signalzustandskoinbination bilden.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer einzigen empfängerseitigen Kontaktpyramide mit n Ebenen zwei Kontaktpyramiden (in DS) mit insgesamt n Ebenen vorgesehen sind, daß die Ausgänge der beiden Kontaktpyramiden die Wicklungen von Zuordnungsrelais (R1 . . . R16) speisen und daß die Speisung der Spurleitungen (SLE) des empfangenden Stellwerks über in Reihe geschaltete Arbeitskontakte (r1, r10; r2, r11) der gemäß dem Übertragungscode aktivierten Zuordnungsrelais (R1, R10; R2, R11) erfolgt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kontakte (a1 . . . h2) der Empfangsrelais (A, B, C, D, G, H) zu einem Codeprüfungsnetzwert (CP) zusammengeschaltet sind, das nur dann ein Prüfsignal durchschaltet, wenn ein empfangenes Signal ein m-aus-n-Codezeichen darstellt und daß das Prüfsignal die Stromzuführung zu der oder zu den empfangsseitigen Kontaktpyramiden (in DS) steuert.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n festgelegten Frequenzen so ausgewählt werden, daß benachbarte Frequenzwerte jeweils unterschiedlichen Übertragungsrichtungen zugeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Codierung von Informationen, die gegen Störungen durch farbiges Rauschen besonders gesichert werden müssen, solche charakteristischen Übertragungscodes ausgeschlossen werden, bei denen die in ausgewählten Frequenzen innerhalb der Gesamtheit der für die betreffende Übertragungsrichtung zur Verfügung stehenden n Frequenzen einander benachbart sind.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 6 oder 7 mit mehreren auf vorgegebene Frequenzen abgestimmten Sendern (S1 . . . S12) und Empfängern (E1 . . . E12) sowie einer sendeseitigen Codiereinrichtung (CS) und einer empfangsseitigen Decodiereinrichtung (DS), dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Codiereinrichtung sendeseitig ein erstes sicheres Mehrrechnersystem (R1) vorgesehen ist, welches die Signalzustände von Blockinformation führenden Spuradern (SLS1) abtastet, zu übertragende Signalzustände denen einzeln eine Bedeutung zukommt und Signalzustandskombinationen, die eine Bedeutung haben, ermittelt, gemäß einer gespeicherten Code-Tabelle codiert und die Sender (S1 . . . S6) entsprechend dem ermittelten Code ansteuert und
• - daß als empfangsseitige Decodiereinrichtung ein zweites sicheres Mehrrechnersystem (R2) vorgesehen ist, welches die Ausgänge der Empfänger (E1 . . . E6) abtastet und empfangene Code-Zeichen mit Hilfe einer der sendeseitig gespeicherten Code-Tabelle entsprechenden Tabelle decodiert und die so wiedergewonnenen Signale in empfangsseitige Spurleitungen (SLE1) einspeist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das sendeseitig vorgesehene erste Mehrrechnersystem (R1) gleichzeitig für die entgegengesetzte Übertragungsrichtung als empfangsseitiges Mehrrechnersystem, und das empfangsseitige Mehrrechnersystem (R2) gleichzeitig für die entgegengesetzte Übertragungsrichtung als sendeseitiges Mehrrechnersystem arbeitet.