JP6353377B2 - 鉄道車両のネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両のネットワークシステムに関する。

鉄道列車においては、通常、列車を構成する各車両に搭載された機器の状況を、先頭車両に配置したモニタ装置で監視するようになっており、各車両の機器の情報を収集するために、ネットワークが構築されている（例えば、特許文献１，２参照）。

鉄道列車は、その編成を変更する際に、車両を併合・分割するため、一般的には、車両ごとにネットワークを構成するとともに、編成全体のネットワークを構成している。以降、車両ごとのネットワークを「車両内ネットワーク」、編成全体のネットワークを「全車両間ネットワーク」と呼ぶ。

そして、編成変更時（車両の併合・分割時）には、車両内ネットワーク同士を接続・切断するため、車両内ネットワークをローカルネットワーク、全車両間ネットワークをグローバルネットワークとし、ルータにより接続する形態が一般的である。

通常、車両に搭載されている複数の機器は、動作ログ等の機器情報の収集等のために、車両内ネットワークに接続される。そして、運転席がある先頭車両のモニタ装置では、編成内の全車両における機器情報を確認することができ、機器の動作異常などがあった場合には運転手へ報知するようにしている。このような機器情報には、例えば、ドア、照明機器、空調機器等の動作状況あるいはその異常を示す情報などがある。

ここで、全車両の機器情報の収集等のために、モニタ装置と他の車両の多数の機器の各々と通信する場合には、全車両間ネットワークのトラフィックが増大し、スループットが低下するという問題がある。これは、編成の車両数が多くなるほど顕著になる。

また、上記のように、先頭車両のモニタ装置が他の車両の多数の機器の各々と通信する場合には、車両内ネットワークと全車両間ネットワークとを接続する各ルータは、各々の機器についてのアドレス変換方法を記録したテーブル（ＮＡＴテーブル）に基づいて、アドレス変換することになる。しかし、機器の増減等によってアドレスの追加及び変更などが生じた場合には、ＮＡＴテーブルを適宜更新しなければならず、ＮＡＴテーブルを管理する手間が生じるという問題がある。また、すべての機器が他の車両からアクセス可能という状況は、セキュリティ上好ましくない。

これらの問題を回避するために、通常、各車両に、車両内ネットワークに接続された情報収集用のモニタ装置を置き、各車両の機器情報はそのモニタ装置で収集処理し、全車両間ネットワークをモニタ装置間の通信のみに使用するようにしていることが多い。例えば、先頭車両以外の車両の機器に異常があればその異常情報を、当該車両のモニタ装置から全車両間ネットワークを用いて先頭車両のモニタ装置へ送信するようにしている。この場合、ＮＡＴテーブルには、モニタ装置に関するアドレス変換方法しか記録されていないので、ＮＡＴテーブルの管理の手間やセキュリティの低下を抑えることができる。

米国特許第８，０３７，２０４号明細書 特許第５５９５７６８号公報

ところで、車両に搭載されている複数の機器は、各機器に備えられている制御装置により制御されるが、制御ロジックやパラメータの変更のためには、制御装置のソフトウェア（機器の動作プログラムやパラメータ）を更新する必要がある。また、各機器の制御装置に蓄積（記憶）されている機器の動作ログ等のログ情報を取得することが必要な場合がある。このようなソフトウェアの更新や動作ログを取得するためには、作業員等により例えば携帯型の外部端末（保守端末）を保守対象機器に接続する必要がある。そのため、作業員は、編成車両のうち、保守対象機器が存在する場所に移動したり、当該機器が床下にある場合には、床下から作業を行う必要があったため、保守作業に大きな労力を必要としていた。

特に、全車両間ネットワークをモニタ装置間の通信のみに使用するようにしている場合、ＮＡＴテーブルにはモニタ装置に関するアドレス変換方法しか記録されていないので、保守端末と保守対象機器とを互いに通信可能にするために、保守端末を保守対象機器が接続されている車両内ネットワークに直接接続して行うようにしている。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、保守作業を効率的に行うことができる鉄道車両のネットワークシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態に係る鉄道車両のネットワークシステムは、複数の車両が連結された車両編成の各車両に搭載され、プライベートアドレスが付与される少なくとも第１及び第２の機器が接続された車両内ネットワークと、前記車両編成の全体において、異なる前記車両に搭載された前記機器同士の間で情報の送受信を行うための全車両間ネットワークと、各々の前記車両に、前記車両内ネットワークと前記全車両間ネットワークとの間に接続されて設けられ、異なる前記車両に搭載された前記機器同士の間で情報の送受信を行う際に、前記第１の機器の前記プライベートアドレスと前記全車両間ネットワークのＩＰアドレスとを相互に変換するアドレス変換を行うネットワークアドレス変換部を有するルータと、前記車両編成を構成する各前記車両に搭載された前記第１及び第２の機器の中から外部端末によって選択される保守対象機器と、前記保守対象機器が存在する前記車両内ネットワークに有線接続されていない前記外部端末との間で、情報の送受信を行うための伝送路であって、前記保守対象機器が搭載された前記車両の前記ネットワークアドレス変換部を介さない伝送路を形成する保守用伝送路形成手段と、を備えている。

この構成によれば、保守用伝送路形成手段によって、外部端末と、外部端末が有線接続されていない車両内ネットワークに存在する第１及び第２の機器の中から選択される保守対象機器との間で情報の送受信を行うための伝送路であって、保守対象機器が搭載された車両のネットワークアドレス変換部を介さない伝送路を形成することができる。よって、外部端末と、全車両間ネットワークに接続できない第２の機器との間にも伝送路を形成することができる。これにより、保守作業員は、保守作業時に、外部端末を保守対象機器に直接接続する必要もなく、例えば、ある車両（例えば先頭車両）に外部端末を持ち込んでその車両に滞在したまま、他の車両へ移動しなくても、他の車両の車両内ネットワークに接続された第１、第２の機器を保守対象として保守作業を実施することができるので、保守作業を効率的に行うことができる。また、例えば、通常の列車運行時における全車両間ネットワークを用いた通信を第１の機器間のみの通信とすることにより、全車両間ネットワークのトラフィックの増大を抑えるとともに、ルータのＮＡＴテーブルの管理の手間やセキュリティの低下を抑えることができる。

また、前記保守用伝送路形成手段は、各々の前記車両内ネットワークに接続された無線ＬＡＮアクセスポイントと、前記外部端末に接続または内蔵された無線ＬＡＮアダプタとを有し、前記無線ＬＡＮアダプタ及び前記無線ＬＡＮアクセスポイントを介して、前記外部端末と、前記保守対象機器が存在する前記車両内ネットワークとをつなぐ前記伝送路を形成するようにしてもよい。

この構成によれば、外部端末が、無線ＬＡＮアダプタ及び無線ＬＡＮアクセスポイントを介して、保守対象機器が存在する車両内ネットワークに接続することができるため、外部端末は、各車両内ネットワークに接続された全ての第１及び第２の機器を保守対象機器とすることができる。また、外部端末を車両内に持ち込まなくても車両外から保守作業を行うこともできる。

また、前記保守用伝送路形成手段は、前記外部端末に内蔵され、いずれか１つの前記車両内ネットワークと接続されるＶＰＮクライアントと、各々の前記車両に、前記車両内ネットワークと前記全車両間ネットワークとの間に接続されて設けられるＶＰＮサーバとを有し、前記ＶＰＮクライアント及び前記ＶＰＮサーバを介して、前記外部端末と、前記保守対象機器が存在する前記車両内ネットワークとをつなぐ前記伝送路を形成するようにしてもよい。

この構成によれば、外部端末が、これに内蔵されたＶＰＮクライアント及び保守対象機器が搭載された車両のＶＰＮサーバを介して、保守対象機器が存在する車両内ネットワークに接続することができるため、外部端末は、各車両内ネットワークに接続された全ての第１及び第２の機器を保守対象機器とすることができる。

また、前記外部端末は、前記保守用伝送路形成手段により形成された前記伝送路を介して、前記保守対象機器のソフトウェアを更新するようにしてもよい。

また、前記外部端末は、前記保守用伝送路形成手段により形成された前記伝送路を介して、前記保守対象機器の動作ログを受信するようにしてもよい。

また、各々の前記車両の前記第１の機器は、前記車両内ネットワークを介して前記第２の機器の状態を監視するモニタ装置であり、前記全車両間ネットワークを介して、各前記車両の各前記モニタ装置間で、各前記第２の機器の状態に関する情報を送受信するようにしてもよい。

本発明は、以上に説明した構成を有し、保守作業を効率的に行うことができる鉄道車両のネットワークシステムを提供することができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態の一例の鉄道車両のネットワークシステムを搭載した列車を模式的に示した図である。 図２は、ＮＡＴ処理を説明するための図である。 図３は、ＮＡＴ処理の一例を示す模式図である。 図４は、第２実施形態の一例の鉄道車両のネットワークシステムを搭載した列車を模式的に示した図である。 図５は、第２実施形態においてＰＰＴＰサーバを内蔵したルータによる処理を説明するための模式図である。 図６は、第２実施形態においてルータが全車両間ネットワークを通じてパケットを受信したときの処理を示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態において接続制御処理を行う場合のパケットを示す図である。 図８は、第２実施形態におけるトンネル処理を説明するための図である。 図９は、第２実施形態においてトンネル及びセッションの確立手順の概要を示すフローチャートである。 図１０は、第２実施形態において１号車の保守端末から３号車の機器へパケットを送出する際のパケットの流れを説明するための図である。 図１１は、第２実施形態において３号車の機器から１号車の保守端末へパケットを送出する際のパケットの流れを説明するための図である。

以下、好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

以下の第１、第２実施形態では、外部端末によって選択される保守対象機器と、保守対象機器が存在する車両内ネットワークに有線接続されていない外部端末との間で、情報の送受信を行うための伝送路であって、保守対象機器が搭載された車両のネットワークアドレス変換部を介さない伝送路を形成する保守用伝送路形成手段を有する鉄道車両のネットワークシステムの一例である。第１実施形態では、外部端末がいずれの車両内ネットワークにも有線接続されずに上記伝送路を形成することができる構成である。一方、第２実施形態では、外部端末がいずれか１つの車両内ネットワークに有線接続されて、上記伝送路を形成することができる構成であり、さらに、外部端末が有線接続された車両内ネットワークに存在する機器を保守対象機器とする場合に、保守用伝送路形成手段が、外部端末と、外部端末が有線接続された車両内ネットワークに存在する保守対象機器との間で、情報の送受信を行うための伝送路であって、保守対象機器が搭載された車両のネットワークアドレス変換部を介さない伝送路をも形成できるように構成されている。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の一例の鉄道車両のネットワークシステムを搭載した列車を模式的に示した図である。

図１に示す車両編成（列車）４は、複数の車両１〜３が連結されて構成されている。ここで、車両１〜３は、進行方向を紙面左側とし、１号車（先頭車両）、２号車（中間車両）、３号車（後尾車両）であるが、編成に含まれる車両数はこれに限られるものではない。

各車両１〜３において、第１の機器であるモニタ装置Ｍ（Ｍ１〜Ｍ３）と、第２の機器である機器Ａ（Ａ１〜Ａ３）と、無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ（ＡＰ１〜ＡＰ３）とが接続された車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３が構成されている。ここで、第２の機器としては、機器Ａのみしか図示していないが、複数の機器（機器Ａ，機器Ｂ，機器Ｃ，・・・）が車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３に接続されている。なお、機器Ａ，機器Ｂ，機器Ｃ等は、それぞれ、各車両において搭載される同種の機器（例えば、ドア開閉機器、空調機器、照明機器、車両制御装置など）であり、各機器に備えられている制御装置が車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３に接続されている。ここで、車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３の規格としては例えばイーサネット（登録商標）を用いることができる。

また、車両編成４の全体において、モニタ装置Ｍ１〜Ｍ３間で情報の伝送を行うための全車両間ネットワークＮＡが構成されている。そして、各々の車両１〜３には、車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３と全車両間ネットワークＮＡとの間を接続するルータＲ１〜Ｒ３が設けられている。ここでは、各ルータＲ１〜Ｒ３には、各車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３に接続されたモニタ装置Ｍ１〜Ｍ３のみに関するＮＡＴテーブルが記録されており、全車両間ネットワークＮＡを用いた通信は、モニタ装置Ｍ１〜Ｍ３間でのみ行われる。

そして、列車運行時においては、各車両１〜３のモニタ装置Ｍ１〜Ｍ３には、各車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３を介して各車両に搭載された各機器（前述の機器Ａ，機器Ｂ等）の状態が送信される。例えば、モニタ装置Ｍ１〜Ｍ３は、機器から取得した機器情報から、機器の異常動作等を示す異常情報（これも機器情報の１つ）や正常動作情報等の監視対象の動作情報を抽出する。

そして、先頭車両以外の車両のモニタ装置Ｍ２，Ｍ３は、監視対象機器の動作情報を、全車両間ネットワークＮＡを介して先頭車両のモニタ装置Ｍ１へ送信する。先頭車両のモニタ装置Ｍ１には、表示装置（図示せず）が接続されており、機器の動作情報を視覚的に表示する。例えば、列車運行時に、ドアの開閉や照明機器の点灯に異常が生じた場合には、モニタ装置Ｍ２，Ｍ３から送信された異常情報等を先頭車両のモニタ装置Ｍ１の表示装置に表示するとともに警報音を鳴動させて、機器の異常を運転士に報知する。

このように列車運行時には、全車両間ネットワークＮＡを通じてモニタ装置Ｍ１〜Ｍ３間で通信が行われ、先頭車両のモニタ装置Ｍ１にて全車両の機器情報が集約されて表示装置に異常情報等の機器情報が表示される。

なお、各車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３内のプライベートＩＰアドレスは、同種の機器及び装置に対して同一アドレスが割り当てられている。例えば、モニタ装置Ｍ１〜Ｍ３には「10.0.0.11」、機器Ａ１〜Ａ３には「10.0.0.12」のアドレスが割り当てられている。

ここで、モニタ装置（Ｍ１〜Ｍ３）間で全車両間ネットワークＮＡを通して通信を行うときのルータ（Ｒ１〜Ｒ３）のネットワークアドレス変換処理（ＮＡＴ処理）について説明しておく。図２は、ＮＡＴ処理を説明するための図であり、図３は、ＮＡＴ処理の一例を示す模式図である。

図２に示すように、ルータによるＮＡＴ処理Ｓｎは、ＮＡＴテーブルＴｎに基づいて行われる。図２において、例えば、ルータが全車両間ネットワークＮＡからパケットＰ１を受取ったときのＮＡＴ処理Ｓｎは、パケットＰ１のＩＰヘッダに含まれる宛先アドレス（グローバルＩＰアドレス）を、ＮＡＴテーブルＴｎに基づいてプライベートＩＰアドレスに変換し、この変換したパケットＰ２を、車両内ネットワークへ送出する。一方、パケットＰ１が車両内ネットワークから受取ったパケットである場合には、ＩＰヘッダに含まれる送信元アドレス（プライベートＩＰアドレス）をＮＡＴテーブルＴｎに基づいてグローバルＩＰアドレスに変換し、この変換したパケットＰ２を、全車両間ネットワークＮＡへ送出する。なお、本例の場合には、ＮＡＴテーブルＴｎには、モニタ装置に関するアドレス変換方法しか記録されていない。

図３では、一例として、２号車の車両内ネットワークＮ２に接続されたモニタ装置Ｍ２から、先頭車両（１号車）の車両内ネットワークＮ１に接続されたモニタ装置Ｍ１へ情報を送信する場合のＮＡＴ処理を示している。

図３において、アドレス情報ａｄ１は、２号車のモニタ装置Ｍ２が車両内ネットワークＮ２へ送出するパケットのＩＰヘッダに含まれる宛先及び送信元アドレスを示す。アドレス情報ａｄ２は、ルータＲ２がモニタ装置Ｍ２から受取ったパケットをＮＡＴ処理して全車両間ネットワークＮＡへ送出するパケットのＩＰヘッダに含まれる宛先及び送信元アドレスを示す。また、アドレス情報ａｄ３は、ルータＲ１が全車両間ネットワークＮＡから受取ったパケットをＮＡＴ処理して１号車の車両内ネットワークＮ１へ送出するパケットのＩＰヘッダに含まれる宛先及び送信元アドレスを示す。これらのアドレス情報ａｄ１〜ａｄ３では、「ＴＯ：」に続いて宛先アドレス、「ＦＲＯＭ：」に続いて送信元アドレスが示されている。

アドレス情報ａｄ１とアドレス情報ａｄ２とを比較すればわかるように、ルータＲ２のＮＡＴ処理によって送信元アドレスが変換されて書き換えられている。また、アドレス情報ａｄ２とアドレス情報ａｄ３とを比較すればわかるように、ルータＲ１のＮＡＴ処理によって宛先アドレスが変換されて書き換えられている。

以上のようにして、通常の列車運行時には、モニタ装置Ｍ１〜Ｍ３間での通信が行われる。

次に、保守端末（外部端末）５を用いて保守作業を行う場合について説明する。保守作業には、前述したように、車両に搭載された機器の制御装置のソフトウェアの更新や、機器の制御装置からの動作ログ等のログ情報の取得などがある。

保守端末５は、ノートパソコンのような持ち運び可能な携帯型のパソコンであり、ディスプレイからなる表示部、キーボード等からなる入力部、及び、ＣＰＵ及びメモリ等からなる制御部を備えている。そして、保守作業を行うためのプログラム（保守ソフト）及び必要な情報等は制御部のメモリに予め記憶されている。制御部は、入力部から入力指令が入力され、表示部の制御を行う。

保守作業員は、保守端末５の入力部を操作することにより、制御部に入力指令を与えて保守作業を行うことができる。また、保守作業員が入力部の操作を行うために必要な情報等は、制御部の制御によって表示部の画面に表示される。よって、保守作業員は、表示部の画面を見ながら入力部を操作して保守作業を行うことができる。

本実施形態では、各車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３に無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３が接続されている。そして、保守端末５に無線ＬＡＮアダプタＡＤが接続されている。なお、無線ＬＡＮアダプタＡＤは、保守端末５に内蔵されていてもよい。

無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３は、各々異なるＳＳＩＤ（識別名）が設定されており、それをビーコンとして送信している。

本実施形態では、保守用伝送路形成手段は、無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３と、無線ＬＡＮアダプタＡＤとを有し、無線ＬＡＮアダプタＡＤ及び無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３を介して、保守端末５と、保守対象機器が存在する車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３とをつなぐ伝送路を形成するようになっている。これにより、保守端末５と保守対象機器との間で、保守対象機器が搭載されたルータＲ１〜Ｒ３のＮＡＴ機能を用いずに、保守情報の送受信を行うための伝送路を形成することができる。

図１では、保守端末５を１号車の車両１内に持ち込んで、３号車の車両３に搭載された機器（モニタ装置Ｍ３及び機器Ａ３等）を保守対象機器とする場合を示し、保守端末５に無線ＬＡＮアダプタＡＤを接続し、無線ＬＡＮのインフラストラクチャ・モードのように、無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ３を介して、保守端末５を３号車の車両内ネットワークＮ３に直接接続するようにしている。この接続された状態を、図１において、白抜きの太線１０１で模式的に示しており、太線１０１は実在するものではない。

保守作業員が保守端末５の入力部を操作して、保守対象機器が搭載されている車両（３号車）を選択すると、保守端末５は、３号車の無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ３と共通のＳＳＩＤを設定する。これにより、保守端末５が３号車の車両内ネットワークＮ３に接続された状態になる。なお、保守端末５には、予め、各車両１〜３の無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３のＳＳＩＤが記憶されている。

次に、保守作業員が保守端末５の入力部を操作して、３号車の車両３に搭載された機器の中から保守対象機器を選択することにより、保守対象機器との通信ができるように構成されている。この通信において、保守対象機器のプライベートＩＰアドレスが必要になるが、ここでは、各車両に搭載された同種の機器は、同じアドレスが割り当てられ、予め保守端末５に記憶されている。

この場合、保守端末５は、３号車の車両内ネットワークＮ３に論理的に直接接続されているため、３号車の車両内ネットワークＮ３に接続された全ての機器と通信が可能になる。

そして、保守作業として、保守対象機器（例えば機器Ａ３）の制御装置のソフトウェア（保守対象機器の動作プログラムやパラメータ）を更新する際には、その更新するための情報が保守情報として、保守端末５から保守対象機器へ送信される。また、保守作業として、保守対象機器（例えば機器Ａ３）の制御装置から動作ログ等のログ情報を取得する際には、保守対象機器の動作状態に関してメモリ等に記憶されたログ情報が保守情報として、保守対象機器から保守端末５へ送信される。

なお、同様にして、保守端末５は、他の車両内ネットワークＮ１，Ｎ２に接続された全ての機器との通信も可能になり、選択された保守対象機器との間で保守情報の送受信ができる。

よって、本実施形態では、保守作業員は、保守作業時に、保守端末５を保守対象機器に直接接続する必要もなく、例えば、ある車両（例えば先頭車両）に保守端末５を持ち込んでその車両に滞在したまま、他の車両へ移動しなくても、全ての車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３に接続された機器（モニタ装置を含む）を保守対象として保守作業を実施することができるので、保守作業を効率的に行うことができる。また、通常の列車運行時における全車両間ネットワークＮＡを用いた通信をモニタ装置間のみの通信とすることにより、全車両間ネットワークＮＡのトラフィックの増大を抑えるとともに、ルータＲ１〜Ｒ３のＮＡＴテーブルの管理の手間やセキュリティの低下を抑えることができる。

なお、保守端末５が持ち込まれた車両内の機器を保守対象機器として通信する際には、保守端末５を、それが存在する車両の車両内ネットワーク（図１の例では、先頭車両１の車両内ネットワークＮ１）に、有線接続するようにしてもよい。

また、本実施形態では、保守端末５を車両内に持ち込まなくても車両外から保守作業を行うこともできる。

また、本実施形態では、各車両内ネットワークに接続された機器のプライベートＩＰアドレスは、同種の機器に対して同一アドレスが割り当てられ、保守端末５がそれを記憶しているものとしたが、これに限られない。例えば、ＤＮＳやＮｅｔＢＩＯＳ ｏｖｅｒ ＴＣＰ／ＩＰなどの名前解決手段を用いて、機器の名前からＩＰアドレスを特定できるように構成してもよい。また、ＩＰアドレスを、ＤＨＣＰのように動的に割り当てる方法を採用してもよい。この場合、保守端末５のＩＰアドレスと重複しないようにする必要があるが、そのためには、保守端末５のＩＰアドレスを固定として動的割当て対象から外すようにしてもよいし、保守端末５のＩＰアドレスも動的割り当て機能を用いて割り付けるようにしてもよい。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の一例の鉄道車両のネットワークシステムを搭載した列車を模式的に示した図であり、図１と同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、第１実施形態の場合と同様、各車両１〜３において、車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３が構成されるとともに、車両編成４の全体において、モニタ装置Ｍ１〜Ｍ３間で情報の伝送を行うための全車両間ネットワークＮＡが構成されている。そして、各々の車両１〜３には、車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３と全車両間ネットワークＮＡとの間を接続するルータＲ１〜Ｒ３が設けられ、各ルータＲ１〜Ｒ３には、各車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３に接続されたモニタ装置Ｍ１〜Ｍ３のみに関するＮＡＴテーブルが記録されており、全車両間ネットワークＮＡを用いた通信は、モニタ装置Ｍ１〜Ｍ３間でのみ行われる。

そして、本実施形態では、第１実施形態のような無線ＬＡＮアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３を設けずに、各ルータＲ１〜Ｒ３に、ＶＰＮ（仮想プライベートネットワーク）サーバとしてＰＰＴＰ(Point to Point Tunneling Protocol)サーバＶＳ１〜ＶＳ３を設けている。また、第１実施形態のような無線ＬＡＮアダプタＡＤを保守端末５に接続せずに、保守端末５にＶＰＮクライアントとしてＰＰＴＰクライアントＶＣを設けている。各ＰＰＴＰサーバＶＳ１〜ＶＳ３は、ルータＲ１〜Ｒ３のハードウェア上で動作するソフトウェアとしても実装できるため、追加のハードウェアを不要とすることも可能である。また、ＰＰＴＰクライアントＶＣは、保守端末５のハードウェア上で動作するソフトウェアとして実装される。

本実施形態では、保守用伝送路形成手段は、ＶＰＮクライアントの一例であるＰＰＴＰクライアントＶＣと、ＶＰＮサーバの一例であるＰＰＴＰサーバＶＳ１〜ＶＳ３とを有し、ＰＰＴＰクライアントＶＣ及びＰＰＴＰサーバＶＳ１〜ＶＳ３を介して、保守端末５と、保守対象機器が存在する車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３とをつなぐ伝送路を形成するようになっている。これにより、保守端末５と保守対象機器との間で、保守対象機器が搭載されたルータＲ１〜Ｒ３のＮＡＴ機能を用いずに、保守情報の送受信を行うための伝送路を形成することができる。なお、本実施形態では、ＶＰＮを構築するために、ＰＰＴＰを用いた例を説明するが、ＶＰＮを構築可能である他の類する方法を使用することも可能である。

本実施形態では、列車運行時には、第１実施形態の場合と同様、全車両間ネットワークＮＡを通じてモニタ装置Ｍ１〜Ｍ３間で通信が行われ、先頭車両のモニタ装置Ｍ１にて全車両の機器情報が集約されて、モニタ装置Ｍ１に接続された表示装置（図示せず）に監視対象機器の動作情報等が表示される。

次に、保守端末５を用いて保守作業を行う場合について説明する。この場合、保守作業員は、保守端末５を１号車の車両１内に持ち込んで、１号車の車両内ネットワークＮ１に有線接続する。

図４では、一例として保守端末５を１号車の車両１内に持ち込んで、１号車の車両内ネットワークＮ１に有線接続し、３号車の車両３に搭載された機器（モニタ装置Ｍ３及び機器Ａ３等）を保守対象機器とする場合を示している。なお、保守端末５と車両内ネットワークとを有線接続できる構成であれば、必ずしも保守端末５を車両内に持ち込む必要はない。

保守作業員は、保守端末５の入力部を操作して、保守対象機器を１つ選択する。ここで、例えば、保守対象機器として、３号車（車両３）の機器Ａ３を選択すると、ＰＰＴＰクライアントＶＣを内蔵した保守端末５は、３号車のＰＰＴＰサーバＶＳ３を内蔵したルータＲ３との間で、後述のトンネル及びセッションを確立した後、機器Ａ３との間での通信が可能になり、保守情報の送受信を行うことができる。このとき、保守端末５のＰＰＴＰクライアントＶＣと３号車のＰＰＴＰサーバＶＳ３との間で通信が行われる。この状態を、図４において、白抜きの太線１０２で模式的に示しており、太線１０２は実在するものではない。

本実施形態においては、第１実施形態のように別の通信路を設けるのではなく、通常の列車運行時のモニタ装置間の通信(モニタ通信)と、保守作業時の通信とが同じ通信路(全車両間ネットワークＮＡ)を共用して行われる。そのため、ルータはパケットを適切に処理しわける必要がある。

図５は、ＰＰＴＰサーバを内蔵したルータによる処理を説明するための模式図であり、図６は、上記ルータが全車両間ネットワークＮＡを通じてパケットを受信したときの処理を示すフローチャートである。

ＰＰＴＰの通信は大別して、
（ａ）ＴＣＰ／ＩＰを用いてトンネル及びセッションを確立するための通信
（ｂ）ＰＰＴＰトンネリングプロトコルを用いた通信
がある。ＰＰＴＰクライアントＶＣ(保守端末５)は、（ａ）を用いてルータで稼働しているＰＰＴＰサーバとの間で、トンネル及びセッションを確立した後、（ｂ）を用いて保守対象とする車両内ネットワーク内の機器へアクセスする。

図６に示すように、ルータは、ステップＳ１〜Ｓ３の処理によって、受信パケットのプロトコル番号が４７の場合にはトンネル処理Ｓｔを行い、宛先ポート番号が１７２３の場合には接続制御処理Ｓｃを行い、これら以外の場合はモニタ装置間の通信(モニタ通信)でありＮＡＴ処理Ｓｎを行う。これを模式的に示したのが図５である。なお、図５では、一例として、１号車のモニタ装置Ｍ１及び保守端末５と、３号車のＰＰＴＰサーバを内蔵したルータＲ３との間の通信を示している。

図７は、接続制御処理Ｓｃを行う場合のパケットを示す図である。このパケットＰ３のＴＣＰヘッダに含まれる宛先ポート番号が１７２３になっている。

図８は、トンネル処理Ｓｔを説明するための図である。ルータは、全車両間ネットワークＮＡから受取ったパケットが図８に示すパケットＰ４であり、先頭のＩＰヘッダに含まれるプロトコル番号が４７であればトンネリングパケットであり、このトンネリングパケットＰ４からペイロードを抽出する。トンネリングパケットＰ４からペイロードを抽出する処理がトンネル処理Ｓｔであり、抽出されたペイロードがオリジナルのパケットＰ５である。

上記の接続制御処理Ｓｃ及びトンネル処理Ｓｔは、ルータ（Ｒ１〜Ｒ３）に内蔵されたＰＰＴＰサーバ（ＶＳ１〜ＶＳ３）によって行われる。

図９は、上記（ａ）によるトンネル及びセッションの確立手順の概要を示すフローチャートであり、このうちのルータの処理（ステップＳ２１〜Ｓ２７）が接続制御処理Ｓｃである。以下の説明中のルータ及びＰＰＴＰサーバは、保守対象機器が接続された車両内ネットワークに接続されているルータ（Ｒ１〜Ｒ３）及びそれに内蔵されているＰＰＴＰサーバ（ＶＳ１〜ＶＳ３）である。

保守端末５のＰＰＴＰクライアントＶＣは、宛先ポート番号を１７２３(ＰＰＴＰの場合１７２３)として接続対象のルータの待ち受けポートに対して、ＴＣＰで接続要求を送信する（ステップＳ１１）。ルータは接続要求を受信し（ステップＳ２１）、宛先ポート番号で接続要求と判断し、パケットをＰＰＴＰサーバの処理ルーチンで処理し、ＰＰＴＰクライアントＶＣに接続応答(成功／失敗)を返す（ステップＳ２２）。ＰＰＴＰクライアントＶＣは接続応答を受信し（ステップＳ１２）、成功であれば引き続きセッション開始要求を送信する（ステップＳ１３）。セッション開始要求には識別のため「呼出ＩＤ」を含む。ＰＰＴＰサーバはセッション開始要求を受けて、その受付処理を行ってセッション開始応答(成功／失敗)を返す（ステップＳ２３〜Ｓ２５）。セッション開始応答には識別のため「呼出ＩＤ」「応答ＩＤ」を含む。ＰＰＴＰクライアントＶＣはセッション開始応答を受信し、成功であればセッション接続完了を送信する（ステップＳ１４〜Ｓ１５）。セッション接続完了には識別のため「応答ＩＤ」を含む。ＰＰＴＰサーバはセッション接続完了を受けて、本セッションで使用可能なセッション情報(通信オプション)を返す（ステップＳ２６〜Ｓ２７）。セッション情報には識別のため「呼出ＩＤ」を含む。なお、セッションは必要に応じて複数確立することができる。

ＰＰＴＰクライアントＶＣはセッション情報を受信し（ステップＳ１６）、セッション確立後は、前述した（ｂ）のトンネリングプロトコル(ＰＰＴＰの場合、プロトコル番号４７)を使用して通信する。なお、必要に応じてＣＨＡＰなどの認証処理や、ＲＣ４などの暗号化手順を併用することができる。

次に、トンネル及びセッションが確立した後のパケットの流れについて説明する。ここでは、一例として、保守端末５と３号車（車両３）の機器Ａ３との間で通信されるパケットについて説明する。

図１０は、１号車の車両内ネットワークＮ１に接続された保守端末５から３号車の機器Ａ３へパケットを送出する際のパケットの流れを説明するための図である。この場合、図１０中網掛けで示した１号車のＰＰＴＰサーバＶＳ１と、３号車のＰＰＴＰサーバＶＳ３を除く本来のルータＲ３とは、本パケットの伝送に関与しない。図１０において、パケットのヘッダに含まれるアドレス情報ａｄ１１〜ａｄ１３では、「ＴＯ：」に続いて宛先アドレス、「ＦＲＯＭ：」に続いて送信元アドレスが示されている。

保守端末５は、保守作業を行うためのプログラムである保守ソフト５Ａの他に、前述のようにＰＰＴＰクライアントＶＣをソフトウェアとして実装している。

まず、保守端末５で動作している保守ソフト５Ａは、機器Ａ３(10.0.0.12)宛のパケットを生成してＰＰＴＰクライアントＶＣに送付する。ＰＰＴＰクライアントＶＣは、既知のトンネル・セッション情報から新たに３号車宛のヘッダ（アドレス情報ａｄ１２を含むヘッダ）を付加してトンネリングパケットを生成し、１号車のルータＲ１へ送信する。

１号車のルータＲ１は、受信した３号車宛のトンネリングパケットをＮＡＴ機能で処理し、送信元アドレスを保守端末５のグローバルＩＰアドレスに書き換えて、全車両間ネットワークＮＡへ送出する。このとき書き換えるのはトンネリングパケットとして付加されたヘッダのみで、保守ソフト５Ａが生成したオリジナルのパケットに対して書き換えは行わない。よって、アドレス情報ａｄ１２のみがアドレス情報ａｄ１３に書き換えられる。

トンネリングパケットは全車両間ネットワークＮＡを経由し、３号車のハードウェアとしてのルータＲ３へ送られ、トンネリングパケットのヘッダのプロトコル番号が特定の番号（４７）であることから、ＰＰＴＰサーバＶＳ３に送られる。３号車のＰＰＴＰサーバＶＳ３は、トンネリングパケットのヘッダを削除し、保守ソフト５Ａが生成したオリジナルパケットを取り出し（前述のトンネル処理Ｓｔ）、３号車の車両内ネットワークＮ３にある機器Ａ３へ送出する。

ここで、３号車のＰＰＴＰサーバＶＳ３は、３号車の車両内ネットワークＮ３の機器群から保守端末５へのパケットを適切に処理できるように、保守端末５と同じプライベートＩＰアドレスを使用する。すなわち、本例のように、ＰＰＴＰサーバＶＳ３とルータＲ３が同じネットワーク機器で動作し、その機器が車両内ネットワークＮ３と１回線で接続されている場合、その回線は複数のＩＰアドレスを共用する（図１０の場合、その回線はルータＲ３の10.0.0.1とＰＰＴＰサーバＶＳ３の10.0.0.10の２つのＩＰアドレスを持つ。）。

次に、図１１は、３号車の機器Ａ３から１号車の車両内ネットワークＮ１に接続された保守端末５へパケットを送出する際のパケットの流れを説明するための図である。この場合も、図１１中網掛けで示した１号車のＰＰＴＰサーバＶＳ１と、３号車のＰＰＴＰサーバＶＳ３を除く本来のルータＲ３とは、本パケットの伝送に関与しない。図１１において、パケットのヘッダに含まれるアドレス情報ａｄ２１〜ａｄ２３では、「ＴＯ：」に続いて宛先アドレス、「ＦＲＯＭ：」に続いて送信元アドレスが示されている。

まず、３号車の機器Ａ３が保守端末５（保守ソフト５Ａ）宛のパケットを生成し、車両内ネットワーク３Ｎへ送出すると、保守端末５と同じプライベートＩＰアドレスを持つＰＰＴＰサーバＶＳ３に配信される。

ＰＰＴＰサーバＶＳ３は、既知のトンネル・セッション情報から新たに１号車宛のヘッダ（アドレス情報ａｄ２２を含むヘッダ）を付加してトンネリングパケットを生成し、１号車のルータＲ１へ送付する。

１号車のルータＲ１は、受信したトンネリングパケットをＮＡＴ機能で処理し、宛先アドレスを保守端末５のプライベートＩＰアドレスに書き換えて、１号車の車両内ネットワークＮ１へ送出する。このとき書き換えるのはトンネリングパケットとして付与されたヘッダのみで、機器Ａ３が生成したオリジナルのパケットに対して書き換えは行わない。よって、アドレス情報ａｄ２２のみがアドレス情報ａｄ２３に書き換えられる。

トンネリングパケットは１号車の車両内ネットワークＮ１を経由し保守端末５へ送られ、ＰＰＴＰクライアントＶＣがトンネリングパケットのヘッダを削除し、機器Ａ３が生成したオリジナルパケットを取り出し、保守ソフト５Ａへ伝送する。

以上より、保守端末５（保守ソフト５Ａ）と機器Ａ３とは、あたかも同じ車両内ネットワーク(ローカルネットワーク)に属しているように通信することが可能になる。同様にして、保守端末５は、３号車の車両内ネットワークＮ３に接続された全ての機器と通信が可能になる。

そして、保守作業として、保守対象機器（例えば機器Ａ３）の制御装置のソフトウェア（保守対象機器の動作プログラムやパラメータ）を更新する際には、その更新するための情報が保守情報として、保守端末５から保守対象機器へ送信される。また、保守作業として、保守対象機器（例えば機器Ａ３）の制御装置から動作ログ等のログ情報を取得する際には、保守対象機器の動作状態に関してメモリ等に記憶されたログ情報が保守情報として、保守対象機器から保守端末５へ送信される。

また、同様にして、保守端末５は、他の車両内ネットワークＮ１，Ｎ２に接続された全ての機器との通信も可能になり、選択された保守対象機器との間で保守情報の送受信ができる。

なお、ＰＰＴＰサーバＶＳ１〜ＶＳ３は、必ずしもルータＲ１〜Ｒ３に内蔵して動作させる必要はなく、別の独立した機器で動作させるように構成してもよい。

本実施形態においても、第１実施形態の場合と同様、保守作業員は、保守作業時に、保守端末５を保守対象機器に直接接続する必要もなく、ある車両（例えば先頭車両）に保守端末５を持ち込んでその車両に滞在したまま、他の車両へ移動しなくても、全ての車両内ネットワークＮ１〜Ｎ３に接続された機器（モニタ装置を含む）を保守対象として保守作業を実施することができるので、保守作業を効率的に行うことができる。また、通常の列車運行時における全車両間ネットワークＮＡを用いた通信をモニタ装置間のみの通信とすることにより、全車両間ネットワークＮＡのトラフィックの増大を抑えるとともに、ルータＲ１〜Ｒ３のＮＡＴテーブルの管理の手間やセキュリティの低下を抑えることができる。

また、保守端末５が持ち込まれた車両内の機器を保守対象機器として通信する際には、保守端末５を、それが存在する車両の車両内ネットワーク（図４の例では、先頭車両１の車両内ネットワークＮ１）に有線接続して、ＰＰＴＰを用いずに、保守端末５をその車両内ネットワークを構成する１つの機器とするようにしてもよい。

なお、第１、第２実施形態では、通常の列車運行時における全車両間ネットワークＮＡを用いた通信をモニタ装置間のみの通信としたが、これに限られるものではない。例えば、全車両間ネットワークＮＡを用いた通信を、少数の特定装置（モニタ装置、機器）間の通信に限定することで、全車両間ネットワークＮＡのトラフィックの増大をある程度抑えるとともに、ルータＲ１〜Ｒ３のＮＡＴテーブルの管理の手間やセキュリティの低下をある程度抑えることができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、全車両間ネットワークのトラフィックの増大を抑えるとともに、ＮＡＴテーブルの管理の手間やセキュリティの低下を抑え、かつ保守作業を効率的に行うことができる鉄道車両のネットワークシステム等として有用である。

１〜３ 車両
４ 車両編成
５ 保守端末(外部端末)
Ｍ１〜Ｍ３ モニタ装置（第１の機器）
Ａ１〜Ａ３ 機器（第２の機器）
Ｎ１〜Ｎ３ 車両内ネットワーク
ＮＡ 全車両間ネットワーク
Ｒ１〜Ｒ３ ルータ
ＡＰ１〜ＡＰ３ 無線ＬＡＮアクセスポイント
ＡＤ 無線ＬＡＮアダプタ
ＶＣ ＰＰＴＰクライアント（ＶＰＮクライアント）
ＶＳ１〜ＶＳ３ ＰＰＴＰサーバ（ＶＰＮサーバ）

Claims (6)

1. 複数の車両が連結された車両編成の各車両に搭載され、プライベートアドレスが付与される少なくとも第１及び第２の機器が接続された車両内ネットワークと、
   前記車両編成の全体において、異なる前記車両に搭載された前記機器同士の間で情報の送受信を行うための全車両間ネットワークと、
   各々の前記車両に、前記車両内ネットワークと前記全車両間ネットワークとの間に接続されて設けられ、異なる前記車両に搭載された前記機器同士の間で情報の送受信を行う際に、前記第１の機器の前記プライベートアドレスと前記全車両間ネットワークのＩＰアドレスとを相互に変換するアドレス変換を行うネットワークアドレス変換部を有するルータと、
   前記車両編成を構成する各前記車両に搭載された前記第１及び第２の機器の中から外部端末によって選択される保守対象機器と、前記保守対象機器が存在する前記車両内ネットワークに有線接続されていない前記外部端末との間で、情報の送受信を行うための伝送路であって、前記保守対象機器が搭載された前記車両の前記ネットワークアドレス変換部を介さない伝送路を形成する保守用伝送路形成手段と、
   を備えた鉄道車両のネットワークシステム。
2. 前記保守用伝送路形成手段は、
   各々の前記車両内ネットワークに接続された無線ＬＡＮアクセスポイントと、
   前記外部端末に接続または内蔵された無線ＬＡＮアダプタとを有し、
   前記無線ＬＡＮアダプタ及び前記無線ＬＡＮアクセスポイントを介して、前記外部端末と、前記保守対象機器が存在する前記車両内ネットワークとをつなぐ前記伝送路を形成する、
   請求項１に記載の鉄道車両のネットワークシステム。
3. 前記保守用伝送路形成手段は、
   前記外部端末に内蔵され、いずれか１つの前記車両内ネットワークと接続されるＶＰＮクライアントと、
   各々の前記車両に、前記車両内ネットワークと前記全車両間ネットワークとの間に接続されて設けられるＶＰＮサーバとを有し、
   前記ＶＰＮクライアント及び前記ＶＰＮサーバを介して、前記外部端末と、前記保守対象機器が存在する前記車両内ネットワークとをつなぐ前記伝送路を形成する、
   請求項１に記載の鉄道車両のネットワークシステム。
4. 前記外部端末は、前記保守用伝送路形成手段により形成された前記伝送路を介して、前記保守対象機器のソフトウェアを更新する、
   請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道車両のネットワークシステム。
5. 前記外部端末は、前記保守用伝送路形成手段により形成された前記伝送路を介して、前記保守対象機器の動作ログを受信する、
   請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道車両のネットワークシステム。
6. 各々の前記車両の前記第１の機器は、前記車両内ネットワークを介して前記第２の機器の状態を監視するモニタ装置であり、
   前記全車両間ネットワークを介して、各前記車両の各前記モニタ装置間で、各前記第２の機器の状態に関する情報を送受信する、
   請求項１〜５のいずれかに記載の鉄道車両のネットワークシステム。
   

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