JP2009077412A - Information transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両における車上ネットワークに関連し、特に基幹ネットワークによる情報伝送システムに関する。 The present invention relates to an on-vehicle network in a railway vehicle, and more particularly to an information transmission system using a backbone network.
鉄道車両の車上ネットワークは、車両内の省配線化などを目的として開発が進められ、当初は車両機器のモニタリング(状態情報の収集)に用いられていた。現在では、データ伝送速度2〜3Mbpsのネットワークが実用化され、制御情報(車両機器への制御指令など)の伝送も可能になっている。また、車両内におけるマルチメディアサービスのニーズが高まっており、車上ネットワークの利用による大容量のメディア情報の伝送やインターネット接続などが実現されつつある。鉄道車両の車上ネットワークの例としては、車両ごとに2台の伝送局を設け、各車両の伝送局間を第1の伝送路でループ接続すると共に、各車両内に設置した2台の伝送局を第2の伝送路で接続し、車両間の第1の伝送路が複数箇所で断線したときは、車両内の第2の伝送路で迂回路を構成するようにした技術が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、車上ネットワークにマルチメディアサービスのためのメディア情報を同時に伝送するようになると、車両機器制御のための制御情報と混在することになり、メディア情報の伝送によって制御情報のリアルタイム性が損なわれるという問題が発生する。これによって、車両機器の制御に必要な応答性が確保できなくなる。また、車上ネットワークには、障害が発生しても列車が線路上で立ち往生することなく修理工場まで移動できるような高い信頼性が必要であり、換言すれば、ネットワーク機器の故障や伝送路の断線に対する冗長性が必要となる。 However, if media information for multimedia service is transmitted to the on-vehicle network at the same time, it will be mixed with control information for vehicle equipment control, and the real-time property of the control information will be impaired by the transmission of media information. The problem occurs. As a result, the responsiveness required for controlling the vehicle equipment cannot be secured. In addition, the on-board network must have high reliability so that even if a failure occurs, the train can move to the repair shop without getting stuck on the track. Redundancy against disconnection is required.
そこで、本発明は、前記問題に鑑み、鉄道車両の車上ネットワークにおいて、メディア情報を同時に伝送しても制御情報のリアルタイム性を確保すると共に、ネットワークの障害に対する高い信頼性を確保する手段を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides means for securing real-time control information and ensuring high reliability against network failures even when media information is transmitted simultaneously in an on-vehicle network of a rail vehicle. The task is to do.
前記課題を解決する本発明は、鉄道車両において、各車両間を接続する車上ネットワークと、各車両に設置され、前記車上ネットワークおよび車両内の機器を接続する伝送制御装置とから構成される情報伝送システムであって、主として以下に示すような特徴を持つ。まず、情報伝送システムは、車上ネットワークに接続される車両機器を制御するための制御情報を、メタル媒体の伝送線を通じて100Mbps以上のデータ伝送速度で伝送する伝送制御装置を備える。これによって、鉄道車両における車両機器の運転性や応答性を確保する。 The present invention that solves the above-mentioned problems is constituted by an on-vehicle network that connects each vehicle in a railway vehicle, and a transmission control device that is installed in each vehicle and connects the on-vehicle network and devices in the vehicle. An information transmission system mainly having the following characteristics. First, an information transmission system includes a transmission control device that transmits control information for controlling vehicle equipment connected to an on-vehicle network at a data transmission rate of 100 Mbps or more through a transmission line of a metal medium. This ensures the drivability and responsiveness of the vehicle equipment in the railway vehicle.
そして、伝送制御装置は、車両機器と制御情報(制御系データ)の送受信を行う制御情報伝送部と、情報機器とメディア情報(情報系データ)の送受信を行うメディア情報伝送部と、車上ネットワーク、制御情報伝送部およびメディア情報伝送部に接続され、車上ネットワークおよび制御情報伝送部の間で制御情報の中継を行い、車上ネットワークおよびメディア情報伝送部の間でメディア情報の中継を行うスイッチングハブとを備える。スイッチングハブは、制御情報伝送部から受信した制御情報およびメディア情報伝送部から受信したメディア情報を車上ネットワークに送信するとき、各情報に設定された優先度を示すデータを参照して、その優先度の高い順に各情報を送信する。このとき、制御情報に設定する優先度を、メディア情報に設定する優先度より高くすることによって、スイッチングハブは、制御情報を優先的に送信する。これによって、制御情報およびメディア情報が混在しても、制御情報のリアルタイム性は損なわれない。 The transmission control device includes a control information transmission unit that transmits / receives control information (control system data) to / from a vehicle device, a media information transmission unit that transmits / receives media information (information system data) to / from the information device, and an on-vehicle network. Switching that is connected to the control information transmission unit and the media information transmission unit, relays control information between the on-board network and the control information transmission unit, and relays media information between the on-board network and the media information transmission unit A hub. When the switching hub transmits the control information received from the control information transmission unit and the media information received from the media information transmission unit to the on-vehicle network, the switching hub refers to the data indicating the priority set in each information, and the priority Each information is transmitted in descending order. At this time, the switching hub preferentially transmits the control information by setting the priority set in the control information higher than the priority set in the media information. As a result, even if the control information and the media information are mixed, the real-time property of the control information is not impaired.
次いで、冗長な構成として、各車両間を2つの車上ネットワークで接続し、各車両内において、各車上ネットワークにスイッチングハブを接続し、その2つのスイッチングハブ間に2つの制御情報伝送部を接続する。制御情報伝送部は、車両機器から制御情報を受信したとき、その受信した制御情報を2つのスイッチングハブに送信する。そして、その制御情報を受信する制御情報伝送部は、いずれか一方のスイッチングハブから制御情報を受信したとき、その制御情報を受信していない方のスイッチングハブに送信する。これによって、車上ネットワークの一部に障害が発生しても、経路を切り換えることで情報伝送を継続する。更に、制御情報伝送部は、制御情報を送信するとき、所定の周期で送信する。そして、その制御情報を受信する制御情報伝送部は、その周期の所定の倍数に相当する時間内に制御情報を受信しないとき、当該車上ネットワークに障害が発生したと判断する。これによって、障害発生時の経路切り換えを短時間に行うことになる。 Next, as a redundant configuration, each vehicle is connected by two on-vehicle networks, a switching hub is connected to each on-vehicle network in each vehicle, and two control information transmission units are connected between the two switching hubs. Connecting. When receiving the control information from the vehicle device, the control information transmission unit transmits the received control information to the two switching hubs. Then, when receiving the control information from one of the switching hubs, the control information transmission unit that receives the control information transmits the control information to the switching hub that has not received the control information. As a result, even if a failure occurs in a part of the on-vehicle network, information transmission is continued by switching the route. Furthermore, the control information transmission unit transmits the control information at a predetermined cycle. The control information transmission unit that receives the control information determines that a failure has occurred in the on-vehicle network when the control information is not received within a time corresponding to a predetermined multiple of the cycle. As a result, path switching when a failure occurs is performed in a short time.
本発明によれば、鉄道車両の車上ネットワークにおいて、制御情報およびメディア情報を同時に伝送しても、制御情報のリアルタイム性を確保することができる。また、ネットワークの障害に対する高い信頼性を確保することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if control information and media information are transmitted simultaneously in the on-vehicle network of a rail vehicle, the real-time property of control information can be ensured. Also, high reliability against network failures can be ensured.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、「本発明の実施の形態」という)について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment of the present invention”) will be described in detail with reference to the drawings.
≪情報伝送システムのネットワーク構成と概要≫
図1を参照して、本発明の実施の形態に係る鉄道車両内における情報伝送システムのネットワークの構成について説明する。各車両(1号車10a、2号車10b、3号車10c、・・・)には、NCP(Network Control Processor、伝送制御装置)が1系および2系の2台ずつ設置される。そして、各NCP1(1系NCP11、2系NCP21)は、各車両に渡って2系統設けられた車上ネットワークである基幹伝送路N(1系基幹伝送路1N、2系基幹伝送路2N)に接続される。
なお、本実施の形態の説明において、1系または2系の構成要素を示すときは、例えば、「1系NCP11」や「2系NCP21」のように記載し、1系や2系を問わず一般的に構成要素を説明するときは、例えば、「NCP1」のように記載する。
≪Network configuration and overview of information transmission system≫
With reference to FIG. 1, the configuration of a network of an information transmission system in a railway vehicle according to an embodiment of the present invention will be described. In each vehicle (No. 1
In the description of the present embodiment, when a 1-system or 2-system component is indicated, it is described as “1-system NCP11” or “2-system NCP21”, for example, regardless of the 1-system or 2-system. When a component is generally described, for example, “NCP1” is described.
基幹伝送路Nは、メタルや光ファイバを通信媒体とする伝送路である。NCP1は、この基幹伝送路Nを通じて、100Mbps以上のデータ伝送速度でデータを伝送する。車両機器31(図2参照)を制御するための制御情報を伝送することによって、車両機器31の運転性や応答性を確保することができる。また、NCP1は、両系統の基幹伝送路Nを監視し、必要に応じてデータを迂回処理する。NCP1が単体で(他のNCP1とのやりとりをせずに)障害検知および迂回処理を行うため、高速な経路切り換えが可能となる。なお、NCP1には、機器制御装置5が接続され、更に支線ネットワークを介して車両機器31が接続される(図2参照)。ここで、車両機器31は、例えば、車両のドア、ブレーキ、インバータなどである。
The backbone transmission line N is a transmission line that uses a metal or an optical fiber as a communication medium. The NCP 1 transmits data at a data transmission rate of 100 Mbps or more through the trunk transmission line N. By transmitting the control information for controlling the vehicle device 31 (see FIG. 2), the drivability and responsiveness of the
≪NCP(伝送制御装置)とその周辺の構成≫
図2を参照して、本発明の実施の形態に係る1台の車両におけるNCPとその周辺の構成について説明する。
まず、NCP1の構成およびその周辺について説明する。NCP1は、スイッチングハブ2、制御情報伝送部3およびメディア情報伝送部4から構成される。
≪NCP (Transmission Control Equipment) and its surroundings≫
With reference to FIG. 2, the configuration of NCP and its periphery in one vehicle according to the embodiment of the present invention will be described.
First, the configuration of NCP1 and its periphery will be described. The NCP 1 includes a
スイッチングハブ2は、汎用のスイッチングハブそのものであり、伝送方式はストア&フォワード方式とする。この方式では、各ポートから受信したフレームをバッファリング(ストア)し、その後適切なポートに出力(フォワード)する。このとき、異なるポートのフレームは並列に処理することが可能である。このため、受信した信号をそのまま出力するリピータ方式と異なり、フレームの衝突は発生しない。また、スイッチングハブ2は、IEEE802.1Q/pで規定される優先通信に対応したものを用いる。この規格では、優先度が記載された拡張MAC(Media Access Control)ヘッダが定義されている。スイッチングハブ2は、優先度ごとの出力バッファ(キュー)を持ち、優先度の高いものから先に出力する。この機能を用い、制御系のフレームを情報系のフレームより高い優先度とすることによって制御情報とメディア情報の同時伝送を実現する。なお、スイッチングハブ2は、専用のLSI(Large Scale Integrated Circuit)であり、ハードウエアによって動作する。
図2に示すように、基幹伝送路Nの伝送データは、各車両を通過するごとにNCP1のスイッチングハブ2を経由する。スイッチングハブ2は、受信したフレームをストア&フォワードで再生中継する。スイッチングハブ2間の伝送距離は、1車両分の約20mとなる。この値は、Ethernet(登録商標)の100Base−TXの規格である100mより十分短い。このため、長距離伝送による信号の劣化は問題とならない。また、Ethernet(登録商標)の規格では、リピータハブと異なり、スイッチングハブ2は、接続台数に制限がない。したがって、列車の編成全体にわたる長距離伝送が可能である。
The
As shown in FIG. 2, the transmission data of the trunk transmission line N passes through the
制御情報伝送部3には、機器制御装置5との送受信機能および基幹伝送路Nの障害時の迂回制御機能を持たせる。これらの機能は、CPU(Central Processing Unit)のプログラム処理によって実現する。迂回を実現するために設置された2系統の基幹伝送路N(1系基幹伝送路1N、2系基幹伝送路2N)と、二重化された機器制御装置5(1系機器制御装置15、2系機器制御装置25)との両方に接続するために4つのEthernet(登録商標)ポートを設ける。
メディア情報伝送部4は、情報機器6との送受信を処理する。また、情報機器6からの妨害や誤った情報伝送のために制御情報の伝送が妨げられることがないように、メディア情報伝送部4にはファイアウォール機能を持たせる。これもCPUのプログラム処理によって実現することとし、基幹伝送路N(スイッチングハブ2)と情報機器6とに接続する2つのEthernet(登録商標)ポートを設ける。具体的なファイアウォール機能としては、情報機器6からの情報をスイッチングハブ2に出力するときに、その情報をチェックして、メディア情報ではない情報、例えば制御情報と同様のものは破棄してスイッチングハブ2に出力しないようにする。情報の種類の判定には、情報の一部に書き込まれた識別子(Ethernet(登録商標)を用いた場合には、アドレスとポート番号など)を用いる。ここで、情報機器6は、例えば、車内の乗客や乗務員向けの案内表示機器や音声送受信機器などである。
The control
The media
なお、制御情報伝送部3およびメディア情報伝送部4は、ネットワーク経由でそれ自体のプログラムの書き換え(リモートローディング)を行うことを可能とし、保守作業を容易にする。このとき、情報機器6により間違ったプログラムが書き込まれないようにする。すなわち、メディア情報伝送部4は、2つのネットワークインターフェース(Ethernet(登録商標)ポート)を持つが、プログラムの受信は基幹伝送路N(スイッチングハブ2)からのみ受け付け、情報機器6からプログラムを受信しても破棄する。また、リモートローディングのデータは、制御情報(制御系データ)として扱い、前記ファイアウォール機能によって情報機器6から基幹伝送路N(スイッチングハブ2)には伝送できないようにする。
Note that the control
NCP1には、機器制御装置5をEthernet(登録商標)で接続し、機器制御装置5から支線ネットワークを介して1つまたは複数の車両機器31を接続する。支線ネットワークには、リアルタイム性に優れたCAN(Control Area Network)、大容量のEthernet(登録商標)、RS−485などを用いる。機器制御装置5は、各車両機器31からのデータをまとめて基幹伝送路Nに送信し、基幹伝送路Nから受信したデータを分割して必要な車両機器31に送信する。これにより基幹伝送路Nに流れるフレーム数が制限され、ネットワーク負荷とNCP処理負荷を軽減できる。ここで、機器制御装置5を介さず、制御情報伝送部3および車両機器31を直接接続するような構成としてもよい。
なお、鉄道車両内における機器の設置スペースは限られており、空いたスペースに柔軟に機器を配置できるようにする。このために、NCP1のメディア情報伝送部4、スイッチングハブ2および制御情報伝送部3、ならびに機器制御装置5は、シリアルバス(ネットワーク)によって接続される。従来のパラレルバスによる接続の場合、多数の信号線により情報を送受信するため、各機器を離して設置することが不可能であったが、シリアルバスでは少ない信号線で機器間の情報伝送が可能であり、各機器を離れた場所に設置することが可能となる。この場合、従来と同じように一箇所に集中設置することも可能である。
The
In addition, the installation space of the apparatus in a rail vehicle is limited, and it enables it to arrange | position an apparatus flexibly in the vacant space. For this purpose, the media
次に、1台の車両における2系統の接続構成について説明する。1系NCP11は、1系スイッチングハブ12を介して1系基幹伝送路1Nに接続される。また、1系制御情報伝送部13を介して、1系機器制御装置15、2系機器制御装置25および2系スイッチングハブ22に接続される。更に、1系メディア情報伝送部14を介して1系情報機器16に接続される。一方、2系NCP21は、2系スイッチングハブ22を介して2系基幹伝送路2Nに接続される。また、2系制御情報伝送部23を介して、1系機器制御装置15、2系機器制御装置25および1系スイッチングハブ12に接続される。更に、2系メディア情報伝送部24を介して2系情報機器26に接続される。なお、1系制御情報伝送部13が2系スイッチングハブ22に接続され、2系制御情報伝送部23が1系スイッチングハブ12に接続されることによって、基幹伝送路Nの障害時の迂回制御を行うことができる。
1系機器制御装置15および2系機器制御装置25は、車両機器31に接続される。これによれば、車両機器31は、2系統の機器制御装置5から制御が可能であり、一方の機器制御装置5が故障しても制御を行うことができる。
Next, a connection configuration of two systems in one vehicle will be described. The 1-
The 1-system
≪制御情報のリアルタイム性を確保する実施の形態≫
基幹伝送路Nは、スイッチングハブ2が多数個直列に接続された構成となっている。このため、フレームがスイッチングハブ2を通過する際の遅速が、基幹伝送路Nの遅延時間となる。スイッチングハブ2は、ストア&フォワード方式で動作するため、フレームが通過する際にフレーム長分の遅延が発生する。また、他のフレームを同じポートから既に送信中の場合には、送信完了まで待たされるため、この分の遅延も生じる。
遅延時間はフレーム長に依存するため、まず、伝送データの種類についてまとめる。図3に、情報伝送システムにおける制御情報の種類とデータ量を示す。正確なデータ量は機器構成によっても変わるが、図3の値は、車両制御や保守情報収集のために必要な標準的な情報量である。これらはすべてUDP/IP(User Datagram Protocol / Internet Protocol)で伝送するものとし、データ量には、MACヘッダ(CRCデータを含めて22バイト)、IPヘッダ(20バイト)およびUDPヘッダ(8バイト)の合計50バイトも含まれている。この中でリアルタイム性が強く要求されるのは、10ms周期データおよび音声データである。10ms周期データでは、車両機器31であるインバータやブレーキへの制御指令などの列車の安全性に係る制御情報が伝送される。また、音声データは、事故などが発生した場合であっても乗客と乗務員との間のコミュニケーションを可能とするために、リアルタイム性が要求される。
<< Embodiment for ensuring real-time control information >>
The backbone transmission line N has a configuration in which a large number of
Since the delay time depends on the frame length, first, the types of transmission data are summarized. FIG. 3 shows types of control information and data amounts in the information transmission system. Although the exact amount of data varies depending on the device configuration, the values in FIG. 3 are standard information amounts necessary for vehicle control and maintenance information collection. These are all transmitted by UDP / IP (User Datagram Protocol / Internet Protocol), and the amount of data includes MAC header (22 bytes including CRC data), IP header (20 bytes) and UDP header (8 bytes). A total of 50 bytes is also included. Of these, real-time performance is strongly required for 10 ms period data and voice data. In the 10 ms period data, control information related to the safety of the train, such as a control command to the inverter or brake that is the
図4を参照して、NCPにおける遅延の発生について説明する。メディア情報(情報系データ)と制御情報(制御系データ)を混在して伝送した場合、優先処理により制御情報は送信待ちのメディア情報より先に送信される。しかし、既に送信中のメディア情報(最大1518バイト)と先に送信バッファに格納された制御情報は追い越すことができない。これらが同時に起こった場合に、伝送遅延が最大となる。図4に示すように、情報機器6からフレームAを受信し、送信を開始した時点で、機器制御装置5からフレームB、続いて隣接車両からフレームCを受信したとする。このとき、フレームCを送信するのは、フレームA及びフレームBを送信した後であり、またフレームCの送信時間(フレーム長分の時間)も遅延の要因となる。例えば、フレームBを保守データ(1522バイト)、フレームCを音声データ(314バイト)とすると、データ伝送速度は100Mbpsであるから、遅延時間は、次のようになる。
The occurrence of a delay in NCP will be described with reference to FIG. When media information (information system data) and control information (control system data) are mixed and transmitted, the control information is transmitted prior to the media information waiting for transmission by priority processing. However, the media information already transmitted (maximum 1518 bytes) and the control information previously stored in the transmission buffer cannot be overtaken. When these occur simultaneously, the transmission delay is maximized. As shown in FIG. 4, it is assumed that frame B is received from the
メディア情報送信時間+保守データ送信時間+音声データ送信時間
=(1518+1522+314)バイト×8ビット/100Mbps
= 268.32μS/端末局
Media information transmission time + maintenance data transmission time + audio data transmission time = (1518 + 1522 + 314) bytes x 8 bits / 100 Mbps
= 268.32 μS / terminal station
この値は、機器制御の応答性から許容される遅延時間の最大値である1[ms/端末局]より十分に小さく、車上ネットワークに必要なリアルタイム性を確保することができる。 This value is sufficiently smaller than 1 [ms / terminal station], which is the maximum value of delay time allowed from the responsiveness of device control, and the real-time property required for the on-board network can be ensured.
以上説明した遅延に対する対応として、スイッチングハブによる優先処理について説明する。優先処理のプロトコルには、IEEE802.1Q/pを用いる。この規格に準拠して、情報伝送には優先度を定義する4バイトのタグが追加された拡張フレームを用いる。図5に、そのフレームの構成を示す。タグは、MACヘッダ内部に定義される。規格上は、優先度は8段階定義可能であるが、情報伝送システムでは「制御系」と「情報系」の2段階の優先度を定義するものとする。これによると、NCP1の制御情報伝送部3は、機器制御装置5から受信した制御情報におけるMACヘッダのタグに「制御系」を設定することで、制御情報を伝送する優先度を上げる。また、NCP1のメディア情報伝送部4は、情報機器6から受信したメディア情報におけるMACヘッダのタグに「情報系」を設定することで、メディア情報を伝送する優先度を下げる。なお、制御情報伝送部3およびメディア情報伝送部4は、一律に優先度の設定を行うのではなく、受信した情報の種別に応じた設定を行ってもよい。例えば、制御情報伝送部3は、図3に示した10ms周期データや音声データに対しては最も高い優先度を設定するようにしてもよい。また、図5の「データ」は、IPヘッダおよびUDPヘッダを含むものとする。
As a response to the delay described above, priority processing by the switching hub will be described. IEEE 802.1Q / p is used as the priority processing protocol. In accordance with this standard, an extended frame to which a 4-byte tag defining priority is added is used for information transmission. FIG. 5 shows the structure of the frame. The tag is defined inside the MAC header. According to the standard, eight levels of priority can be defined. However, in the information transmission system, two levels of priority of “control system” and “information system” are defined. According to this, the control
図6に、スイッチングハブの優先処理における機能ブロックの構成を示す。スイッチングハブ2は、出力スケジューラ63、優先キュー64、非優先キュー65、受信ポート66および送信ポート67などから構成される。受信ポート66に入力されたデータ(フレーム)は、タグが示す優先度によって、優先キュー64または非優先キュー65に格納される。出力スケジューラ63は、優先キュー64または非優先キュー65からデータを入力して、送信ポート67に出力する。図6は、複数の受信ポート66から同一の送信ポート67に出力すべきデータを受け取った場合の処理を示す。各受信ポート66では、それぞれ独立に(並列動作しながら)データを受信する。そして、MACヘッダのタグに応じて優先度ごとの出力キューである優先キュー64または非優先キュー65にデータを格納する。このときの優先キュー64および非優先キュー65は、送信ポート67ごとに用意される。ここで、重要データ61は優先キュー64に格納され、データ62は非優先キュー65に格納される。出力スケジューラ63は、優先キュー64のデータを優先的に送信し、優先キュー64にデータがなくなってから、非優先キュー65のデータを送信する。したがって、図6に示すように、重要データ61、データ62の順に送信される。
以上のようなスイッチングハブの優先処理によって、制御情報のリアルタイム性を損なうことなく、メディア情報との同時伝送を実現することができる。
FIG. 6 shows a functional block configuration in the priority processing of the switching hub. The
With the priority processing of the switching hub as described above, simultaneous transmission with media information can be realized without impairing real-time control information.
≪情報伝送における遅延時間とその対応に関する説明≫
以上説明した制御情報のリアルタイム性を確保する実施の形態とは別の観点から、情報伝送における遅延時間とその対応について説明する。
基幹伝送路Nに対するバスアクセス方式としてスイッチング方式を用いた場合、スイッチングハブ2においてフレームを全て受信してから転送するため、ストア&フォワード方式となる。この場合、衝突の問題やスイッチングハブ2の台数の制約はなくなる。しかし、フレームを一旦受信してから中継するため、フレーム長分の遅延が発生する。10MbpsのEthernet(登録商標)の最小フレームサイズは64バイト、その最大フレームサイズは1518バイトであり、フレームの受信に要する時間はそれぞれ0.05ms、1.2msである。この遅延は、スイッチングハブ2を経由する(車両を通過する)ごとに発生する。また、複数のノードが同時にデータを送信した場合には、優先度が同じであるとき先着順に処理されるため、後着のデータは先着のデータが送出されるまでの時間の遅延が発生する。
≪Explanation about delay time and correspondence in information transmission≫
From the viewpoint different from the embodiment for ensuring the real-time property of the control information described above, the delay time in information transmission and its correspondence will be described.
When the switching method is used as the bus access method for the trunk transmission line N, the switching
この遅延時間は、基幹伝送路Nのデータ伝送速度を上げることで低減できる。データ伝送速度を100Mbpsとすれば、Ethernet(登録商標)の最小フレームと最大フレームの受信時間はそれぞれ0.005ms、0.12msとなる。次に詳細な遅延時間を計算するが、データ伝送速度を100Mbpsとすれば、リピータ方式より遅延が小さくなるため、車上ネットワークとして適用することができる。
また、ストア&フォワード方式の長所として、スイッチングハブ2がフレームの整合性(図5のCRC(Cyclic Redundancy Check)データによる)をチェックするため、エラーフレームが基幹伝送路Nを不用意に流れることを防止できる。
This delay time can be reduced by increasing the data transmission speed of the trunk transmission line N. If the data transmission rate is 100 Mbps, the reception time of the minimum frame and the maximum frame of Ethernet (registered trademark) is 0.005 ms and 0.12 ms, respectively. Next, a detailed delay time is calculated. If the data transmission rate is 100 Mbps, the delay becomes smaller than that of the repeater system, and therefore, it can be applied as an on-vehicle network.
Further, as an advantage of the store-and-forward method, since the
ここで、以下のような仮定の下で先頭のノード(例えば、機器制御装置5)が送信した制御情報を末尾のノードが受信するまでの遅延時間を計算する。
(a)ノード数は10とする(8両編成で、両端の各車両に2ノードある)。
(b)データ長(ヘッダを含む)は、制御情報が114バイト(0.01ms)、保守データ(車両機器31からの障害情報など)が1522バイト(0.12ms)とする。
(c)各ノードにおいて、制御情報の直前に、同一優先度の保守データを送信するものとする。
仮定(c)は、実際の保守データの発生頻度を考えると必ずしも現実的ではないが、伝送量の最大ケースとして考慮する。また、メディア情報については優先度が低いため考慮しないものとする(正確にはわずかな遅延が発生するが、優先処理を行うため大きな影響はない)。
Here, the delay time until the last node receives the control information transmitted by the first node (for example, the device control device 5) under the following assumptions is calculated.
(A) The number of nodes is 10 (8 cars, 2 cars on each vehicle at both ends).
(B) As for the data length (including the header), the control information is 114 bytes (0.01 ms), and the maintenance data (failure information from the vehicle equipment 31) is 1522 bytes (0.12 ms).
(C) In each node, maintenance data with the same priority is transmitted immediately before the control information.
Assumption (c) is not always realistic considering the frequency of actual maintenance data generation, but is considered as the maximum case of the transmission amount. In addition, media information is not considered because it has a low priority (accurately, a slight delay occurs, but since priority processing is performed, there is no significant influence).
スイッチングハブ2による中継遅延は、ノードごとに発生するため、0.01(ms)×10(ノード)=0.1msとなる。
制御情報の直前に送信される保守データによる遅延は、伝送経路の中間に位置するノードごとに発生するため、0.12(ms)×8(ノード)=0.96msとなる。
したがって、遅延の最小値は0.1ms、最大値は1.06msとなる。これは、NCP1のスイッチングハブ2において発生する遅延時間である。実際には、これに送信側と受信側のそれぞれにおけるNCP1の制御情報伝送部3および機器制御装置5の処理遅延が加算される。制御情報伝送部3では、フレームを受信してCPUによるプログラム処理を行う。このときの遅延は数百μs程度となるが、ここでは大きめに1msと仮定する。また、機器制御装置5は10msの周期処理を行っており、最大この周期分の遅延が発生する。以上から、送信側の機器制御装置5から受信側の機器制御装置5までの伝送遅延は、1.06+(1+10)×2=23.06ms(最大値)となる。
Since the relay delay by the switching
Since the delay due to the maintenance data transmitted immediately before the control information occurs for each node located in the middle of the transmission path, 0.12 (ms) × 8 (node) = 0.96 ms.
Therefore, the minimum value of the delay is 0.1 ms and the maximum value is 1.06 ms. This is a delay time generated in the
≪基幹伝送路の高信頼性を確保する実施の形態≫
各NCP1は、2系統の基幹伝送路Nに接続され、障害時には自律的に迂回制御することにより高信頼性を確保する。図7を参照して、その迂回制御について説明する(適宜図2参照)。図7には、基幹伝送路Nの2箇所に断線が発生した場合の1号車10aからのデータの伝送経路を示す。図中の×印が断線箇所である。データの送信元である1号車10aの1系NCP11は、2系統の基幹伝送路N、すなわち、1系基幹伝送路1Nおよび2系基幹伝送路2Nに同じデータを常時送信する。各NCP1の制御情報伝送部3は、これらを2系統の基幹伝送路Nから受信し、自局と同じ系統の基幹伝送路Nから受信したデータを機器制御装置5に伝送し、もう一方のデータは通常破棄する。基幹伝送路Nに障害が発生して、一方の基幹伝送路Nで伝送が途切れた場合には、他方の基幹伝送路Nで受信したデータを機器制御装置5に伝送すると共に、そのデータを伝送が途切れた方の基幹伝送路Nヘ中継(送信)する。図7の場合、2号車10bの2系NCP21は、2系基幹伝送路2Nから伝送が途絶えたことを検知して、1系基幹伝送路1Nで受信した1号車10aのデータを2系基幹伝送路2Nに中継する。同様に、3号車10cの1系NCP11は、2系基幹伝送路2Nから1系基幹伝送路1Nに1号車10aのデータを中継する。
≪Embodiment to ensure high reliability of backbone transmission line≫
Each
基幹伝送路Nの障害の検知手段としては、(1)ネットワークの物理層の状態(リンク状態など)の検知、(2)障害検知用データの送受信による検知、(3)伝送データの受信の有無による検知が考えられる。(1)の方式では、リンクは確立しているがデータの送受信が不可能となるような障害は検知できない。また、(2)の方式では、高速に検知するためには制御データの周期である10msより早い周期で障害検知用データを送る必要があるが、処理性能を考慮すると現実的でない。そこで、障害の検知は、(3)の伝送データの受信状態により検知する方式とする。制御情報は、図3に示したように数種類あるが、このうちの10ms周期データを用いて受信状態をチェックする。伝送周期の数倍の時間当該データを受信しない場合に、基幹伝送路Nに障害が発生したと判断することとする。これにより障害発生から、迂回による伝送継続までの時間を数十msの短時間とすることができる。 As a means for detecting a failure in the trunk transmission line N, (1) detection of a physical layer state (link state, etc.) of the network, (2) detection by transmission / reception of failure detection data, and (3) presence / absence of transmission data reception Detection by is considered. In the method (1), it is impossible to detect a failure that makes it impossible to transmit and receive data although a link is established. In the method (2), in order to detect at high speed, it is necessary to send the failure detection data at a cycle faster than the control data cycle of 10 ms, but this is not realistic in view of processing performance. Therefore, the detection of the failure is based on the method (3) based on the reception state of the transmission data. As shown in FIG. 3, there are several types of control information, and the reception state is checked using 10 ms period data. When the data is not received for a time several times the transmission cycle, it is determined that a failure has occurred in the trunk transmission line N. As a result, the time from the occurrence of a failure to the continuation of transmission by detour can be shortened to a few tens of ms.
以上の方法では、複数のNCP1がほぼ同時に障害を検知することになる。このとき、いずれのNCP1が迂回制御をしても残りのNCP1にはデータを伝送可能である。図7の例では、2号車10bと3号車10cとの間の断線に対して3号車10cの1系NCP11が迂回制御しているが、4号車10dの1系NCP11が迂回してもデータの伝送が可能である。また、各車両には1系NCP11および2系NCP21があり、どちらが迂回してもよい。どちらのNCP1が迂回制御をするかは、処理を簡略化するために次のようなルールで決定する。(1)障害箇所に最も近い車両で行う。(2)迂回障害などで迂回不可の場合には、次に近い車両が迂回する。(3)1系NCP11は、1系基幹伝送路1Nから受信が途絶えた場合に2系基幹伝送路2Nからのデータを1系基幹伝送路1Nに中継する。2系NCP21は、2系基幹伝送路2Nからの受信が途絶えた場合に1系基幹伝送路1Nからのデータを2系基幹伝送路2Nに中継する。
In the above method, a plurality of
これは、次のようにして実現する。各NCP1は、伝送が途絶えた際に、送信元と自車両との間の距離に応じた時間待つ(隣接車両は待ち時間0とする)。待ち時間の間に他のNCP1が迂回を開始したことによりデータを受信したら、迂回準備は停止する。データを受信しない状態で待ち時間が経過したら、それ以降に他系統から受信したデータを中継する。これにより、障害が起こると、障害箇所の隣接車両が直ちに迂回を開始することになる。隣接車両が何らかの障害により迂回できない場合には、次に近い車両が迂回制御する。これらは自律的に動作し、NCP1間の経路情報などの伝送は不要である。
これによって、基幹伝送路Nに障害が発生しても、数十msで隣接したNCP1が自律的に迂回制御することが可能であり、車上ネットワークに要求される信頼性を確保できる。
This is realized as follows. When transmission is interrupted, each
As a result, even if a failure occurs in the trunk transmission line N, the
以上本発明の実施の形態について説明したが、図2に示す各構成要素で実行されるプログラムをコンピュータによる読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、本発明の実施の形態に係る情報伝送システムが実現されるものとする。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the program executed by each component shown in FIG. 2 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read by a computer system. By executing, the information transmission system according to the embodiment of the present invention is realized.
以上本発明について好適な実施の形態について一例を示したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。 An example of the preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
1 NCP(伝送制御装置)
2 スイッチングハブ
3 制御情報伝送部
4 メディア情報伝送部
5 機器制御装置
6 情報機器
N 基幹伝送路(車上ネットワーク)
11 1系NCP(伝送制御装置)
12 1系スイッチングハブ
13 1系制御情報伝送部
14 1系メディア情報伝送部
15 1系機器制御装置
16 1系情報機器
1N 1系基幹伝送路(車上ネットワーク)
21 2系NCP(伝送制御装置)
22 2系スイッチングハブ
23 2系制御情報伝送部
24 2系メディア情報伝送部
25 2系機器制御装置
26 2系情報機器
2N 2系基幹伝送路(車上ネットワーク)
31 車両機器
1 NCP (Transmission Control Device)
2 switching
11 1 NCP (Transmission Control Equipment)
12 1-
21 2-system NCP (Transmission Control Device)
22 2
31 Vehicle equipment
Claims (1)
前記2つの伝送制御装置は、それぞれにおいて、少なくとも、
車両機器またはその車両機器を制御する機器制御装置に接続され、その車両機器と制御情報の送受信を行う制御情報伝送部と、
前記車上ネットワーク、自装置の制御情報伝送部および他装置の制御情報伝送部に接続され、前記車上ネットワークおよび前記自装置の制御情報伝送部の間、ならびに、前記車上ネットワークおよび前記他装置の制御情報伝送部の間で前記制御情報の中継を行うスイッチングハブと、
を備え、
前記制御情報伝送部は、
前記車両機器から制御情報を受信したとき、その受信した制御情報を自装置のスイッチングハブおよび他装置のスイッチングハブに送信し、
自装置のスイッチングハブおよび他装置のスイッチングハブから制御情報を受信したとき、前記自装置のスイッチングハブから受信した制御情報を前記車両機器に送信し、
自装置のスイッチングハブまたは他装置のスイッチングハブから制御情報を受信したとき、その制御情報を受信していない方のスイッチングハブに送信する
ことを特徴とする情報伝送システム。 A railway vehicle is an information transmission system comprising two on-vehicle networks that connect between vehicles and two transmission control devices that are installed on each vehicle and connect the on-vehicle network and devices in the vehicle. And
Each of the two transmission control devices includes at least:
A control information transmission unit that is connected to a vehicle device or a device control device that controls the vehicle device, and transmits and receives control information to and from the vehicle device;
Connected to the on-vehicle network, the control information transmission unit of the own device and the control information transmission unit of the other device, between the on-vehicle network and the control information transmission unit of the own device, and between the on-vehicle network and the other device A switching hub that relays the control information between the control information transmission units of
With
The control information transmission unit is
When the control information is received from the vehicle equipment, the received control information is transmitted to the switching hub of the own device and the switching hub of the other device,
When control information is received from the switching hub of the own device and the switching hub of the other device, the control information received from the switching hub of the own device is transmitted to the vehicle device,
When control information is received from the switching hub of the own device or the switching hub of another device, the control information is transmitted to the switching hub that has not received the control information.
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