軌道車輛用車載以太網(wǎng)交換機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種交換機(jī)裝置，具體的說，涉及一種可用于列車控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的軌道車輛用車載以太網(wǎng)交換機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著列車不斷朝著安全、可靠和智能化的方向發(fā)展，現(xiàn)有的軌道車輛控制網(wǎng)絡(luò)的帶寬小，無法滿足列車控制與信息服務(wù)傳輸?shù)拇髱捫枨?。且傳統(tǒng)的動(dòng)車組控制網(wǎng)絡(luò)主要采用WTB總線和MVB總線，其帶寬分別只有IMbps和1.5Mbps，主要傳輸列車控制(如牽引控制、制動(dòng)控制、輔助控制、車門控制等)數(shù)據(jù)，而對(duì)于列車狀態(tài)數(shù)據(jù)、列車診斷數(shù)據(jù)、列車維護(hù)等數(shù)據(jù)由于帶寬限制無法及時(shí)傳輸，極大的影響了列車信息傳輸?shù)目删S護(hù)性和可用性。且隨著列車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，例如列車信息服務(wù)的多樣化，使得列車網(wǎng)絡(luò)上需要傳輸?shù)男畔⒃絹碓蕉啵瑐鹘y(tǒng)的列車WTB/MVB網(wǎng)絡(luò)的帶寬已不能支持如此大容量數(shù)據(jù)的傳輸要求。
[0003]近年來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)越來越成熟，與傳統(tǒng)的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相比，工業(yè)以太網(wǎng)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率(不低于100兆/秒)和帶寬，使大量信息傳輸、智能診斷、故障精確定位、專家診斷系統(tǒng)等功能成為可能，且組網(wǎng)靈活方便，是列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。而交換機(jī)作為工業(yè)以太網(wǎng)的核心設(shè)備，自然成為軌道車輛列車控制與信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的重要組成設(shè)備。
[0004]列車控制與信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的功能要求交換機(jī)具有實(shí)時(shí)控制和支持列車重聯(lián)功能。這兩種特性是普通軌道車輛用交換機(jī)所不具備的特性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種適用于高速列車、機(jī)車和城市軌道車輛用車載以太網(wǎng)交換機(jī)和信號(hào)收發(fā)及列車重聯(lián)方法，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、支持列車重聯(lián)功能、車輛網(wǎng)和列車網(wǎng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用靈活擴(kuò)展和配置，傳輸速率快且可靠性高，大大簡化列車動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置和維護(hù)操作。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:軌道車輛用車載以太網(wǎng)交換機(jī)，應(yīng)用于高速列車、機(jī)車和城市軌道車輛，其特征在于:該以太網(wǎng)交換機(jī)包括電源模塊、CPU模塊、交換模塊、以太網(wǎng)收發(fā)器模塊、前背板模塊和后背板模塊；
[0007]所述CPU模塊與所述交換模塊、所述前背板模塊和所述后背板模塊連接，
[0008]所述CPU模塊通過PCIE接口與所述交換模塊進(jìn)行雙向通訊，
[0009]所述CPU模塊通過USB接口或以太網(wǎng)接口進(jìn)行程序升級(jí)，
[0010]所述CPU模塊通過RTC時(shí)鐘電路提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)；
[0011]所述交換模塊與所述后背板模塊、所述前背板模塊和所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊連接，
[0012]所述交換模塊通過24路介質(zhì)無關(guān)接口與所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊進(jìn)行雙向通訊，
[0013]所述交換模塊通過端口狀態(tài)接口控制所述前背板模塊的LED燈的閃爍狀態(tài)；
[0014]所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊與所述后背板模塊和所述前背板模塊連接，
[0015]所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊通過8路介質(zhì)無關(guān)接口與所述交換模塊進(jìn)行雙向通訊，
[0016]所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊通過8路以太網(wǎng)接口與所述前背板模塊連接；
[0017]所述電源模塊與后背板模塊連接，為所述CPU模塊、所述交換模塊和所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊供電；
[0018]所述前背板模塊與所述CPU模塊和所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊連接；且設(shè)有電源接口、USB端口、串口端口、調(diào)試用以太網(wǎng)端口、多路以太網(wǎng)端口和用于顯示多路以太網(wǎng)端口狀態(tài)的LED燈。
[0019]該以太網(wǎng)交換機(jī)支持冗余供電，所述電源模塊包含2路獨(dú)立的電磁兼容保護(hù)電路和前端電源模塊，具有2路冗余輸入，當(dāng)一路供電電路故障時(shí)，可由另一供電電路進(jìn)行供電。
[0020]為確保該以太網(wǎng)交換機(jī)的精確控制，所述CPU模塊包含高速微處理器芯片，對(duì)外提供USB接口、串口接口、以太網(wǎng)接口、RTC時(shí)鐘電路和PCIE接口 ；所述高速微處理器芯片通過PCIE接口與所述交換模塊進(jìn)行雙向通訊。
[0021]為保證該以太網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俾?，所述交換模塊包含高密度端口交換芯片，對(duì)外提供PCIE接口、24路介質(zhì)無關(guān)接口和端口狀態(tài)接口 ；所述高密度端口交換芯片通過PCIE接口與所述高速微處理器芯片進(jìn)行雙向通訊。
[0022]進(jìn)一步，為提高該以太網(wǎng)交換機(jī)的通用性，該以太網(wǎng)交換機(jī)至少包含I個(gè)以太網(wǎng)收發(fā)器模塊，每個(gè)以太網(wǎng)收發(fā)器模塊內(nèi)均設(shè)有以太網(wǎng)收發(fā)器，所述以太網(wǎng)收發(fā)器對(duì)外提供至少8路介質(zhì)無關(guān)接口和至少8路以太網(wǎng)接口 ；所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊的以太網(wǎng)收發(fā)器與8路以太網(wǎng)接口之間設(shè)有網(wǎng)絡(luò)變壓器。
[0023]根據(jù)實(shí)際需求，該以太網(wǎng)交換機(jī)可對(duì)外提供16路介質(zhì)無關(guān)接口和16路以太網(wǎng)接口，該以太網(wǎng)交換機(jī)包含2個(gè)以太網(wǎng)收發(fā)器模塊，每個(gè)以太網(wǎng)收發(fā)器模塊內(nèi)均設(shè)有以太網(wǎng)收發(fā)器，2個(gè)以太網(wǎng)收發(fā)器對(duì)外提供共2個(gè)8路介質(zhì)無關(guān)接口和2個(gè)8路以太網(wǎng)接口，即提供16路介質(zhì)無關(guān)接口和16路以太網(wǎng)接口 ；所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊的每個(gè)以太網(wǎng)收發(fā)器與每個(gè)8路以太網(wǎng)接口之間均設(shè)有網(wǎng)絡(luò)變壓器。
[0024]更進(jìn)一步，可對(duì)外提供24路介質(zhì)無關(guān)接口和24路以太網(wǎng)接口，該以太網(wǎng)交換機(jī)還設(shè)有旁路模塊，與所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊的結(jié)構(gòu)和功能大體相同，所述旁路模塊包含以旁路模塊太網(wǎng)收發(fā)器，對(duì)外提供8路介質(zhì)無關(guān)接口、4路旁路接口和4路以太網(wǎng)接口 ；所述旁路模塊與所述交換模塊、所述后背板模塊和所述前背板模塊連接，所述旁路模塊通過8路介質(zhì)無關(guān)接口與所述交換模塊進(jìn)行雙向通訊，所述旁路模塊通過4路以太網(wǎng)接口和4路旁路接口與所述前背板模塊連接，所述前背板模塊設(shè)有4路旁路端口 ；所述旁路模塊以太網(wǎng)收發(fā)器與4路以太網(wǎng)接口之間設(shè)有網(wǎng)絡(luò)變壓器；所述旁路模塊以太網(wǎng)收發(fā)器與4路旁路接口之間設(shè)有網(wǎng)絡(luò)變壓器和繼電器。
[0025]為增加該以太網(wǎng)交換機(jī)的通用性和可擴(kuò)展性，所述前背板模塊上還設(shè)有電源接口、CPU模塊接口、交換模塊接口、以太網(wǎng)收發(fā)器模塊接口和旁路模塊接口。
[0026]所述前背板模塊通過電源接口與所述電源模塊相連，為電源模塊提供電能；
[0027]所述前背板模塊通過CPU模塊接口與所述CPU模塊相連，且提供USB端口、串口端口和調(diào)試用以太網(wǎng)端口；
[0028]所述前背板模塊通過交換模塊接口與所述交換模塊相連，用于控制所述LED燈的閃爍狀態(tài)；
[0029]所述前背板模塊通過以太網(wǎng)收發(fā)器模塊接口和旁路模塊接口與所述以太網(wǎng)收發(fā)器模塊和所述旁路模塊相連，且提供24路以太網(wǎng)端口和4路旁路端口。
[0030]本實(shí)用新型還公開一種軌道車輛用車載以太網(wǎng)交換機(jī)信號(hào)收發(fā)方法，包括以下方法步驟:
[0031]I) CPU模塊配置交換模塊，實(shí)時(shí)協(xié)議數(shù)據(jù)包格式；
[0032]2)多路以太網(wǎng)端口接收實(shí)時(shí)協(xié)議數(shù)據(jù)包，并依次經(jīng)以太網(wǎng)收發(fā)器模塊和交換模塊將接收到的實(shí)時(shí)協(xié)議數(shù)據(jù)包傳遞給CPU模塊；
[0033]3) CPU模塊實(shí)時(shí)協(xié)議數(shù)據(jù)幀，并將處理后的實(shí)時(shí)協(xié)議數(shù)據(jù)包依次經(jīng)交換模塊和以太網(wǎng)收發(fā)器模塊發(fā)送至多路以太網(wǎng)端口輸出。
[0034]軌道車輛用車載以太網(wǎng)交換機(jī)信號(hào)收發(fā)及列車重聯(lián)方法，包括列車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方法，即CPU模塊控制數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性和偶發(fā)性傳輸，并提供透明時(shí)鐘；步驟2)中多路以太網(wǎng)端口接收的實(shí)時(shí)協(xié)議數(shù)據(jù)包包括牽引系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的周期性數(shù)據(jù)和偶發(fā)性數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸過程中CPU模塊在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并通過多路以太網(wǎng)端口發(fā)出應(yīng)用提示。
[0035]軌道車輛用車載以太網(wǎng)交換機(jī)信號(hào)收發(fā)及列車重聯(lián)方法包括列車重聯(lián)方法，即步驟2)中多路以太網(wǎng)端口接收的實(shí)時(shí)協(xié)議數(shù)據(jù)包為鄰居列車節(jié)點(diǎn)報(bào)文，CPU模塊通過鄰居列車節(jié)點(diǎn)報(bào)文獲取相鄰交換機(jī)的節(jié)點(diǎn)信息；且將接收到鄰居列車節(jié)點(diǎn)報(bào)文發(fā)送給全列車輛的交換機(jī)，并根據(jù)接收到的鄰居列車節(jié)點(diǎn)報(bào)文獲取全列車輛的拓?fù)湫畔?；根?jù)獲取的拓?fù)湫畔⒃O(shè)置以太網(wǎng)交換機(jī)各模塊參數(shù)，并將獲取的全列車輛拓?fù)湫畔l(fā)送至列車顯示節(jié)點(diǎn)經(jīng)用戶確認(rèn)后，通過多路以太網(wǎng)端口發(fā)送至所有車載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全列車輛的列車重聯(lián)。
[0036]軌道車輛用車載以太網(wǎng)