用于列车通信系统的机载消息转发器的制作方法

专利名称：用于列车通信系统的机载消息转发器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及列车通信系统，尤其涉及供动力分布式列车使用的列车通信系统的机载消息转发器，所述动力分布式列车包括引导机车和一个或多个远程机车。
背景技术：
动力分布式列车(distributed power railroad train)的操作从弓l导机车(locomotive)(或引导单元)和一个或多个远程机车(或远程单元)提供动力和制动，而远程机车(或远程单元)在列车中与引导单元以定距离隔开。在一种配置中，动力分布式列车包括机车部的引导机车、列车尾部(EOT)位置的远程机车和布置在机车部与尾部之间的列车中部的一个或多个中间列车机车。分布式列车的操作可以更适于长列车编组(consist)，以改进列车的操纵和性能，并且尤其更适于翻越山区的列车。 在动力分布式列车中，每个引导机车和远程机车提供列车的动力和制动。发动和制动的命令消息由引导机车中的操作员发出，并通过射频通信系统(例如，纽约斯卡奈塔
第美的通用电气公司提供的现有技术的LOCOTROL⑧动力分布式通信系统)被提供给远
程机车，而射频通信系统包括射频链路(信道)和引导单元与远程单元的接收与发射设备。接收的远程机车响应这些命令，给列车施加牵引力或制动力，并向引导单元通知命令的接收和执行。引导单元还向远程单元发送其他消息，包括状态请求消息。远程单元通过向引导单元发送回状态应答消息进行响应。 在具有两个或更多直接偶联的远程机车的列车中，偶联的机车借助于通过它们连接的MU(多单元)线路发射的控制信号协调一致地工作。就动力分布式通信系统而言，其中一个机车被指定为受控制的远程单元。只有受控制的远程单元被配置成接收由引导单元发射的命令，并通过适宜的应答消息响应引导单元。 列车操作最关键的方面之一是空气制动系统的可预测且成功的操作。空气制动系统包括每个机车(包括引导机车和所有远程机车)中的机车制动器和每节列车车厢的车厢制动器。引导单元的机车制动器响应于机车制动把手的位置，通过机车操作员进行控制，而列车车厢的制动器响应于自动制动器把手的位置进行控制。机车制动器还可以通过自动制动器把手进行控制。 自动制动器的把手或控制器控制传送流体的制动管路中的压力，而制动管路沿列车的长度延伸，并且与车厢制动系统进行流体连通，用于响应于制动管路中的压力变化施加或解除每节列车车厢的车厢制动器。具体而言，每节列车车厢的调节阀(一般包括多个阀和互联的管系)响应通过施加制动(响应于制动管路流体压力的减小)或通过解除制动(响应于制动管路流体压力的增大)而引起的制动管路流体压力的变化。制动管路内的流体通常包括压縮空气。操作员控制引导机车的自动制动器把手启动引导单元的压力下降，而该压力下降沿制动管路传送到列车的尾部。每节列车车厢的调节阀感应压力下降，并响 应该压力下降，从本地列车车厢的储气器向轮闸储气筒提供压縮空气，而轮闸储气筒随后 让闸瓦抱紧列车车厢的车轮。列车车厢的储气器在非制动操作间隔期间通过从制动管路中 排出的空气进行再次充气。 引导操作员还通过控制自动制动器把手影响制动管路中的压力增大来命令解除
制动。压力增大在列车车厢被感应到，并响应于压力增大，闸瓦松开列车车厢车轮。 在动力分布式列车中，除调节制动管路压力来影响列车车厢制动器的施加和解除
之外，引导单元通过经由通信信道向远程单元发送适宜的信号，命令远程单元施加和解除
制动。如下面进一步描述的，制动的施加和解除由于引导单元和远程单元的共同参与，因此
沿列车的长度更加迅速地起作用。由于需要若干对保持列车控制的限制，所以在动力分布
式列车中，命令制动或解除制动还可以通过引导或远程机车来命令。 可以用两种方式来施加列车车厢制动，即，脚踏制动或紧急制动。在脚踏制动中， 制动力被施加给列车车厢，使列车慢下来或沿铁轨停在前面的位置。在脚踏制动期间，制动 管路的压力被慢慢降低，而响应于此，逐渐施加制动。操作员控制通过自动制动控制的把手 来减少的压力的比率。性能恶化的制动是脚踏制动的一种形式，其中，制动管路压力降为 零，但在预定的比率出现排空，与如下所述的紧急制动不同，列车车厢在性能恶化的制动期 间不使制动管路排气。 紧急制动通过引导单元(和动力分布式列车的远程单元)的制动管路的快速排空 或排气，来命令列车车厢制动的快速施加。当列车车厢感应到指示紧急制动的预定压力降 低比率时，列车车厢还使制动管路排气，以便沿列车加速蔓延制动管路的排空。不幸地，因 为制动管路穿过列车蔓延数千码，所以紧急制动不会沿制动管路的整个长度迅速发生。因 此，制动力不是均匀地施加在使列车停下来的每节列车车厢上。 在动力分布式列车上，制动通过使引导机车和远程机车的制动管路排气来完成，
因此，应加速每节列车车厢的制动管路的排气和制动器的施加，尤其是接近列车尾部的那
些列车车厢。正如可以理解的，常规列车中制动管路只在引导单元排气，需要沿列车长度传
递制动管路压力的下降，因此减缓了远离引导单元的列车车厢的制动。对于在引导和远程
单元之间具有工作通信链路的动力分布式列车，当列车操作员通过操作引导单元的自动制
动控制把手来命令制动(例如，脚踏制动或紧急制动)时，制动管路排气，并且制动应用命
令通过射频通信链路向每个远程单元发射。作为响应，每个远程单元也使制动管路排气。因
此，远程机车响应于通信系统所发射的信号，跟随引导单元的制动而进行制动。 在引导单元发出的解除制动也通过射频链路传送给远程单元，从而所有机车的制
动管路再次充气到额定压力，减少了制动管路再次充气的时间。 如果由列车操作员或响应于检测到的故障条件，在引导机车启动了紧急制动应 用，则射频通信系统通过射频链路向每个远程机车发送紧急制动信号。作为响应，远程机车 使制动管路排空。此技术容许紧急制动应用的更加快速执行，因为所有机车的制动管路被 排空，而不仅仅是常规列车中的引导机车的制动管路被排空。 图1和2示意地说明了示例性的动力分布式列车IO，其沿箭头11指示的方向行 进，其中， 一个或多个远程单元12A-12C要么由引导单元14 (图1)进行控制，要么由控制塔 16(图2)进行控制。机车15由引导单元14借助于连接这两个单元的MU线路17进行控
4制。本发明的教导可以用于动力分布式列车io和如下所述的与之一起工作的通信系统。
应该理解的是，图1和2的系统之间的唯一差别在于命令和消息从图1的引导单
元14发布改为由从图2的控制塔16发布，并且图1系统的某些联锁被消除。 一般地，控制
塔16与引导单元14进行通信，而引导单元14随后链接远程单元12A-12C。 在一个实施例中，通信系统的通信信道包括带宽为3kHz的单个半双工通信信道，
其中，消息和命令包括在四个可用载波频率中的一个上使用频移键控调制进行编码的串行
二进制数据流。各种比特位置传达与传输类型有关的信息(例如，消息、命令、告警)、实体
消息、命令或告警、接收单元的地址、发送单元的地址、常规的开始和停止比特以及误差检
测/校正比特。在共同拥有的美国专利号4，582，280中，详细地描述了系统所提供的消息
和命令的细节和各自消息和命令的传输格式，在此引入作为参考。 图1禾P 2的动力分布式列车10还包括在远程单元12A/12B之间和在(图1的) 远程单元12C之间插入的多个列车车厢20。图1和2中机车14和12A-12C以及列车车厢 20的布置仅仅是示例性的，因为本发明可以被用于其他的机车/列车车厢的布置。列车车 厢20装备有空气制动系统(图1和2中未示出)，空气制动系统响应于制动管路22的压力 下降，施加列车车厢的空气制动，并基于制动管路22的压力升高而解除空气制动。制动管 路22沿列车的长度布置，用于传递弓I导单元14和远程单元12A、 12B和12C中的各自空气 制动控制24所定义的气压变化。 在某些应用中，场外(off-board)转发器26进一步如下所述，布置在列车10的无 线电通信距离之内，用于在引导单元14和远程单元12A、12B和12C之间中继通信信号。
引导单元14，远程单元12A、12B和12C，场外转发器26和控制塔16装备有收发机 28，其可以与天线29 —起工作，用于通过通信信道接收和发射通信信号。
引导单元的收发机28与引导站30相关联，用于产生命令和消息，并从引导单元14 向远程单元12A-12C发布，以及接收响应于此的应答消息。 响应于操作员对原动力的控制和引导单元14内的制动控制，如上所述或按照需 要自动地在引导站中生成命令。每个远程单元12A-12C和场外转发器26包括远程站32，用 于处理和响应来自引导单元14的发射，并用于发布中继消息和命令。 通信系统承载的无线电发射的四个原始模型包括(1)从引导单元14到每个远程 单元12A-12C的链路消息，其"链接"引导单元14和远程单元12A-12C，即配置或设置通信 系统供引导单元14和远程单元12A-12C使用；(2)链路应答消息，其指示所述链路消息的 接收和执行；(3)来自引导单元14的命令，其控制一个或多个远程单元12A-12C的一个或 多个功能(例如，施加原动力或制动)；以及(4)通过一个或多个远程单元12A-12C发射的 状态和告警，其向引导单元14更新或提供与一个或多个远程单元12A-12C有关的必要操作 信息。 从引导单元14发送的每个消息和命令对所有远程12A-12C广播，并包括引导单元 标识符，供远程单元12A-12C使用，以便确定正在发送的引导单元就是同一列车的引导单 元。肯定的确定促使远程单元12A-12C执行接收的命令。 从远程单元12A-12C之一发送的消息和告警还包括发送单元的地址。作为先前完 成的链接过程的结果，接收单元即引导机车或另一远程机车，可以通过检查消息中发送单 元的标识符来确定它是否是所接收的发射的预定接收方，并可据此以响应。
这四个消息类型包括每个类型中所包含的地址信息，保证了安全传输链路，其具 有受到列车10无线电发射距离内干扰信号的破坏的低概率。此消息允许远程单元12A-12C 由引导单元14进行控制，并向引导14提供远程单元的操作信息。 虽然大部分的命令由引导单元14发布，并被发射到远程单元12A-12C，用于如上 所述的执行，但是存在远程单元12A-12C向其他远程单元和引导单元14发布命令的一种情 况。如果远程单元12A-12C检测到批准紧急制动的条件，则该远程单元向列车的所有其他 单元发射紧急制动的命令。该命令包括列车引导机车的标识符，并因此在每个远程单元执 行，就像命令由弓I导单元发布的一样。 贯穿本发明说明的术语"无线电链路"、"RF链路"和"RF通信"以及类似的术语， 描述了在网络中两条链路之间进行通信的一种方法。应该理解，根据本发明的系统中两个 节点(机车)之间的通信链路不限于无线电或射频系统等，并且意味着涉及消息可以从一 个节点传送到另一节点或两个以上的其他节点的所有技术，包括但不限于磁系统、声系统、 和光系统。同样，结合实施例描述了本发明的系统，其中，在节点之间使用无线电(RF)链 路，并且其中的各种元件兼容这种链路；然而，目前优选实施例的说明并不意欲将本发明限 定到特殊的实施例。 在动力分布式列车中，响应于操作员发出的命令，引导单元的通信系统向每个远 程单元发射表示该命令的射频(RF)消息。这种命令可以包括机车调速或牵引的命令和空 气制动、动力制动和电力制动的命令。就空气制动的命令而言，一旦接收到消息，制动命令 就在每个远程单元执行，以便加速列车车厢的命令响应，因为远程单元在它们感应到制动 管路压力变化之前接收射频消息。例如，如果操作员命令制动，则制动管路在引导单元排 气，并将压力下降沿列车的长度传送，直到到达列车尾部的车厢。取决于列车的长度，在压 力下降到达最后的列车车厢之前，可能经过了若干秒。在引导机车和远程机车使制动管路 排气(后者响应于RF消息)，加速了每节列车车厢的制动管路的排气和制动的施加，尤其是 接近列车尾部的列车车厢。因此，远程机车响应于通信系统发射的RF信号，其制动跟随引 导单元的制动。 在引导单元发出的解除制动，还通过射频链路传递到远程单元，从而所有机车的 制动管路再次充气到它的额定压力，减少了制动管路的再次充气时间。 如果列车操作员在引导机车发出紧急制动应用，则通信系统通过射频链路向每个 远程机车发送紧急制动信号。远程机车使制动管路排空，以便提供对紧急制动的更快速执 行，这是因为所有机车的制动管路都被排空，而不是象常规列车那样，只有引导机车被排空。 总之，通过通信系统发送的消息允许对列车车厢施加更多均匀的牵引力，并改进 了制动性能，因为每个机车可以以RF信号的速度实行制动应用，而不是以空气制动管路的 制动信号沿列车传递的低速实行制动。 当动力分布式列车工作在预计每个远程单元接收由引导单元发送的命令消息的 环境中时，例如当列车沿相对直的轨道长度行进、没有射频信号的临近阻塞时，通信系统以 标准模式进行工作。在此模式中，可以预料没有通信丢失、中断或重复消息(由于消息在第 一次发射时未到达它的预计目的地)。根据固定优先级的消息协议，控制用标准模式发布的 大部分消息，而根据该协议，每个远程单元响应于引导单元发布的命令消息，在命令发射开始的预定间隔之后发射状态消息。因此，给每个远程单元分配时隙，该时隙从引导单元开始 发射命令消息起测量，每个远程单元在该时隙期间发射它的消息。 图3的定时图说明了与用于标准通信的固定优先级消息协议有关的概念，其中， 针对包括引导单元和四个远程单元的列车来描述该系统。结合图3描述的概念可以被应用 于包含多于或少于四个远程机车的列车。 根据此方案，在时间t = 650msec时，引导单元发射命令消息(例如，制动命令、牵 引命令、动力制动命令等)，该命令消息希望被动力分布式列车中的所有远程机车接收。如 可以在图3中看到的，给每个收发机(无线电台)分配了 30msec的开启间隔，而示例性的 命令消息长度是193msec。在从引导单元的发射开始经过了预定间隔之后，例如图3所示 的50msec，第一远程机车再次发射命令消息和它的状态消息(例如，第一远程机车响应于 制动命令而使制动管路排气)。状态消息是用于引导机车的，从而列车操作员被告知第一远 程单元对命令的响应。还要注意，每个远程单元重发命令消息和它的状态消息，以便最大化 命令被所有远程机车接收的可能性。图3中例示的开启时间、消息持续时间等仅仅是示例 性的，并且可以根据包括通信系统的元件的应用以及规范进行变化。 第二远程机车在预定延迟之后，例如在从第一个远程机车的发射结束50msec之 后，转发命令消息并发射它的状态消息。持续命令转发和状态发射的过程，直到所有的远程 机车已经转发了命令消息，并已经发射了它们各自的状态消息。在最后的远程机车已经发 射了其状态时出现了消息结束的条件，在这以后，引导单元能够自由地向远程机车发射另 一命令消息。在图3的实施例中，消息的结束发生在t = 2896msec或引导单元初始发射后 的2271msec。 当引导单元发射命令消息时，引导单元将不知道该消息是否被列车中的所有远程 单元接收，直到从每个远程单元接收到远程状态消息(其中，状态消息指示了命令消息的 接收方和执行方)或未从一个或多个远程单元接收状态消息(缺少状态消息指示了命令消 息未被接收)。因此，根据通信系统的一个实施例，为了保证每个远程单元接收到命令消息， 命令消息被每个远程单元转发。 注意，可能的是一个或多个远程状态消息未必被引导单元接收。当是此情况时，引 导单元重发命令消息，并等候列车的每个远程单元答复状态消息。将在下面描述的本发明 的一个特征增大了在引导单元接收到所有状态消息的可能性，因此降低了重发概率，而没 有显著影响命令和状态消息的总传输时间。 除如上所述的固定优先级协议之外，某些命令例如紧急制动，被分类为高优先级 命令消息，并根据除固定优先级协议之外的不同优先级协议来发射。但是其他的命令消息， 例如通信系统检查，根据控制这些命令的传输以及远程单元的应答的其他优先级协议进行 工作。 因为动力分布式列车穿过某些具有接近的自然或人工阻塞的地形或轨道段，发送 和接收单元之间的视线通信链路可能被中断。因此，命令和状态消息未必可靠地被接收单 元接收，即，对于从远程单元发送的消息而言，引导机车是接收单元，而对于从引导单元发 送的消息而言，远程机车是接收单元。虽然大功率、健壮的收发机能够在某些工作条件下成 功地向接收单元发射信号，但是这种设备相对较贵。而且，在某些工况下，甚至大功率收发 机都无法成功地完成通信，例如在长列车行进在邻近诸如大山之类的自然阻塞的曲线轨道段上，其中引导单元和一个或多个远程单元之间的通信路径受到大山的阻断。并且，当列车 穿过隧道时，某些收发机可能不能与机车上的其他收发机进行通信。 为了改进系统的可靠性，动力分布式列车的通信系统的一个实施例包括场外转发 器26(见图l)，用于接收从引导单元14发送的消息，以及转发(重发)消息，以便被远程 单元12A-12C接收。此实施例例如可以沿穿过隧道的轨道长度实施。在这样一个实施例 中，场外转发器26包括天线29(例如，沿隧道长度安装的漏泄同轴电缆)；以及远程站32， 用于接收和重发引导消息，而引导消息由转发器天线29的RF通信距离内的所有远程单元 12A-12C接收。

发明内容
根据一个实施例，本发明包括一种用于列车的通信方法，所述列车包括引导机车 和远程机车。所述方法还包括从引导机车发射出站消息，每个远程机车从引导机车或从另 一远程机车接收出站消息，并发射出站消息直到出站消息已被最后的远程机车接收，在最 后的远程机车响应于出站消息，发射入站消息，而除最后的远程机车之外的每个远程机车， 从另一远程机车接收入站消息，添加本地的状态消息，并发射修改后的入站消息，直到引导 机车已经接收到修改后的入站消息。 根据另一实施例，本发明包括一种用于列车的通信系统，所述列车包括引导机车 和远程机车。该通信系统还包括通信信道；引导机车中的无线电台，用于通过通信信道发 射由远程机车接收的出站消息；每个远程机车中的无线电台，用于接收出站消息，以及通过 通信信道发射由离引导机车更远的远程机车接收的出站消息，其中，每个远程机车中的无 线电台可以不接收出站消息，而最后的远程机车中的无线电台用于从引导机车或从另一远 程机车接收出站消息，并用于响应于出站消息，通过通信信道发射由更靠近引导机车的远 程机车和引导机车接收的入站消息，其中，引导机车中的无线电台和每个远程机车中的无 线电台可以不接收入站消息，并且其中，每个远程机车中接收了入站消息的无线电台给入 站消息添加本地状态消息，以形成修改后的入站消息，并通过通信信道发射由另一远程机 车或引导机车接收的修改后的入站消息。


在鉴于结合附图阅读下列详细说明进行思考时，本发明可以更容易地被理解，并
且它的更多优点和用途可以更容易地表观出来，其中 图1和2是可以施加本发明教导的动力分布式列车的简图。
图3是用于通信系统的现有技术标准消息优先级协议的定时图。 图4是根据本发明教导的、供包括四个远程单元的列车使用的机载(on-board)消
息优先级协议的定时图。 图5是根据本发明教导的机载消息优先级协议的定时参数的说明表。 图6是根据本发明教导的、供包括四个远程单元的列车使用的机载消息优先级协
议的另一实施例的定时图。 图7是根据本发明教导的、供包括三个远程单元的列车使用的机载消息优先级协 议的定时图。
图8是用于根据本发明教导的场外消息转发系统的定时图。 图9是标准优先级消息协议、转发器消息优先级协议和场外转发器消息优先级协 议的时间参数比较的说明表。 图10是根据本发明另一实施例的动力分布式列车的简图。 图11和12是描述根据本发明两个实施例的处理步骤的流程图。 根据常规，各种所述特征未按比例绘制，但被绘制成强调与本发明有关的特定特
征。参考符号表示了所有附图和全文的类似元件。
具体实施例方式
在详细描述根据本发明的用于机载消息转发系统的优先级消息协议的具体方法 和设备以前，应当注意的是，本发明主要在于与所述方法和设备相关的硬件和软件元件的 新颖组合中。因此，硬件和软件元件在附图中用常规元件表示，只示出了与本发明有关的那 些细节，免得混淆公开内容和结构细节，而得益于在此的说明，结构细节对本领域技术人员 是非常显而易见的。 根据本发明的优选实施例，包括用于动力分布式列车中机载消息转发系统的优先 消息协议，例如图1的动力分布式列车IO，从引导单元14发射的消息沿列车从头部跳跃前 进(leapfrog)到列车尾部，同时每个连续的远程单元12A-12C接收和转发消息。
而且，当列车进入引导机车单元不能成功地与每个远程单元直接通信的环境(例 如，当列车进入隧道时)，通信系统可以自动地切换到根据本发明教导的用于机载消息转发 (0BMR)的优先级协议。这种切换发生在例如在通信系统感到中断超过预定的固定持续时间 (例如一分钟)时。 一旦激活，在一个实施例中，0BMR协议就有效十五分钟，在这之后，通信 系统恢复标准的优先消息协议操作，即，如结合图3描述的。在另一实施例中，通信系统可 以配置为持续不断的OBMR操作，或者OBMR操作可以由引导机车的操作员手工激活。
图4说明了用于包括引导单元和四个远程单元的列车的示例性0BMR协议。在此 模式中，引导单元发射命令消息(即，命令远程单元新功能的消息，或请求远程单元状态消 息并且还包括最近发射的命令的状态更新消息)。第一远程单元接收出站命令消息，并转发 该消息，供列车中其他的远程单元接收。 如图4所示，引导单元的发射从时间t = 0后的625msec开始。这间隔仅仅是示 例性的，表示在引导单元接收消息与后面从引导单元发射命令之间的预定最小间隔。注意 在消息发射结束和消息重发之间的示例性的50msec延迟间隔以及分配的示例性的30msec 无线电台(收发机)开启时间。通常，由引导单元发送的命令消息、由远程单元发送的消息 和消息传输之间的间隔长度是固定的。然而，这些长度可以针对本发明的特殊应用随需要 而变化，并且在不同的铁路操作员之间可以是不同的。 不同于如上所述的标准通信模式，第一远程单元在接收到出站消息后不发射回复 的状态消息。相反，第一远程单元(和每个后续的远程单元)转发出站消息，藉此允许出 站消息沿列车的长度传送，不招致从每个远程单元发射状态消息的时间损失。如可以从图 4中看见的，每个远程单元在其各自的预定时隙内重发出站消息。因此，消息沿列车跳跃前 进，供每个远程单元接收。此时，没有状态消息被返回给引导机车。 最后的远程单元(第n个远程单元)接收命令消息时，最后的远程单元将其状态
9CN
消息(即，入站消息)发送回前面的第(n-1)个远程单元。根据常规作法，在配置通信系统 或链接引导和远程单元时，离引导单元最远的远程单元被配置为最后的远程单元，即最后 的远程单元"知道"它就是列车中最后的远程单元。因此，当最后的远程单元接收出站消息 时，它利用其状态消息进行响应。远程单元3 (在n = 4的情况下)接收远程单元4的状态 消息，并存储接收的状态消息一直到它的指定时隙，而在该时隙，远程单元3转发远程单元 4的状态消息并添加它自己的状态消息，朝引导单元的方向即朝第二远程单元的方向发射 这两个状态消息。远程单元2接收远程单元4和3的状态消息，然后加上它自己的状态消 息，朝引导单元的方向发射这些状态消息。该过程一直进行，直到每个远程单元的状态消息
作为串联的消息到达引导单元，所述串联的消息包括每个远程单元的状态消息。 如从图4中可以看见的，这发生在t 二4377msec，或从出站命令消息开始发射到引
导单元接收到所有状态消息的总耗费时间为3752msec。 根据动力分布式列车通信系统的标准作业程序，在出站消息最初从引导单元发射 或通过远程单元连续转发时远程单元未接收到出站消息的事件中，未接收的远程单元将不 会具有报告返回引导单元的状态消息。引导单元期待每个远程单元的状态消息，并可以从 接收的状态消息(每个远程单元的状态消息包括远程单元的标识符)中确定哪个远程单元 未接收命令消息(如果有的话)。因此，如果引导单元未接收到一个或多个远程单元的状态 消息，则引导单元重发命令。根据一个实施例，引导操作员通过引导单元显示器上的适宜指 示，被告知此远程单元错过接收。 如本领域技术人员能理解的，远程单元发射的状态消息可以被除预计接收的远程 单元之外的远程单元接收，即，预计接收的远程单元是在朝列车引导单元的方向上接近发 射的远程单元的远程单元。例如，在图4中，动力分布式列车具有四个远程单元，远程单元 2和3可以接收远程单元4发射的状态消息。远程单元2存储远程单元4的状态消息一直 到它的指定时隙，并且可以在远程单元4的状态消息由远程单元3重发时第二次接收远程 单元4的状态消息。多次接收状态消息的能力提高了概率，即引导单元接收到每个接收到 命令消息的远程单元的状态消息的概率。 回溯为了提供可靠的系统操作，此工作方式假设远程单元可以只与相邻的远程单 元进行有效地通信。然而，此限制不是此模式中用于操作动力分布式列车的先决条件。
图5是指示用于列车机载消息转发的消息优先级协议的有关发射时间和消息内 容的表，该列车如图4所示，包括一个引导机车和四个远程机车。 图5的时间延迟栏指示了在一个发射的结束和另一发射的开始之间的时间延 迟，例如，所示实施例中在第一远程单元发射的结束和第二远程单元发射的开始之间的 50msec。然而，50msec间隔是可调的间隔，即每当远程单元发射信号时，下一远程单元在启 动它的发射以前、从发射的结束开始等待50msec。如果一个远程单元不发射信号，则每个随 后发射的远程单元从它的发射时间减去50msec。时间延迟栏是如果所有的远程单元不发 射时每个远程单元在发射之前延迟的时间延迟量。例如，如果远程单元1在其分配的时隙 中不发射，则远程单元2在引导单元发射结束后的100msec发射。远程单元3在远程单元 2发射结束后的50msec发射。 根据结合图4和5描述的OBMR协议的变型，在状态消息通过远程单元朝引导单 元方向发射的期间，出站的命令消息也通过远程单元发射，以便最大化每个远程单元接收
10命令消息的可能。此情况在图6加以说明，延长了命令消息从引导单元发射与在引导单元 接收远程单元的状态消息之间的时间，具有提高每个远程单元接收到出站消息的概率的益 处。 图7是用于列车机载消息转发器的消息优先级协议的定时图，所述列车包括引导 机车和三个远程机车。用于包括三个远程单元的动力分布式列车的实施原理与上面结合图 4描述的用于四个远程单元的动力分布式列车的实施原理相同。如本领域技术人员可以理 解的，图6所述的远程单元重发命令消息的实施例，也可以用于包含引导单元和三个远程 机车的列车(或包含任意数量远程单元的列车)。 图8是标准通信定时协议在与上面结合图1描述的场外消息转发器26 —起工作 时的定时图。引导单元在时间间隔200期间发射命令消息，而该命令消息在时间间隔202 期间被消息转发器26接收并重发。四个远程单元的每一个都接收转发的命令消息，并在它 的分配时隙期间通过它的状态消息进行响应。转发器26接收所有远程单元的状态消息，并 重发所有远程单元的状态消息，引导单元14在时间间隔206期间接收所述消息，在这之后 消息间隔结束。 图8中引用的效用(utility)消息210是通过转发器26向转发器26的无线电射 程中的所有引导单元发送的消息，促使所有接收的引导单元延迟发射。例如，效用消息防止 隧道外的引导单元与隧道内的远程单元同时发射。 图9比较了现有技术的标准消息协议、本发明的OBMR协议和与场外消息转发器一 起工作时的标准消息定时协议的消息延迟时间。 在其他的实施例中，本发明的通信系统还包括天线/无线电台的分集特征和/或 信号选择特征，其对于克服例如由多路径信号传播、信号反射和信号阻塞(例如由于机车 安装了用于从总动力电缆给机车提供电能的受电弓(pantograph))所引起的信号传输路 径损伤是有利的。 两个机车的每个编组包括前向机车250A/250B/250C和后向机车 252A/252B/252C(见图10)，每个机车还包括前向无线电台260A/260B/260C和后向无线电 台262A/262B/262C，每个前向无线电台和天线266A/266B/266C—起工作，并且每个后向无 线电台和天线268A/268B/268C—起工作，分别用于接收从列车270的其他机车发送的消 息。编组机车通过MU(多单元)电缆253A/253B/253C被偶联。根据常规铁路用语，前向机 车250A/250B/250C被指定控制机车252A/252B/252C的"A"单元或"B"单元，"B"单元借 助于"A"单元里的列车操作员发出的控制信号并将其通过MU电缆253A/253B/253C施加给 "B"单元。 当通信系统被激活时，每个机车的前向无线电台260A/260B/260C和后向无线电 台262A/262B/262C被激活。因此，每个编组的两个无线电台都接收列车270中其他单元发 射的消息。前向无线电台260A/260B/260C和后向无线电台262A/262B/262C都确定每个接 收的消息的信号质量度量(例如信号强度、误码率、或有效数据的接收)。在比较器/处理 器276A/276B/276C中比较信号质量度量，并且具有良好信号质量度量的消息被选为供机 车编组使用的工作消息。 根据优选实施例，确定在前向无线电台260A/260B/260C和后向无线电台 262A/262B/262C接收的所有消息的信号质量度量，以便选择用于该编组的工作消息。例如，通过使消息经受误差检测与校正算法，随后通过根据本发明的处理来确定在编组的每个无 线电台接收的信号的信号质量量度，可以检验每个接收的无线电消息是正确的，从中选择 用于该编组的工作信号。 可替换地，作为处理整个信号用于确定信号质量度量的替代，只分析第一组消息 比特来确定消息的信号质量度量。具有良好信号质量度量的消息被选为用于该编组的工作 消息。 —般地，出站消息从引导编组的天线/无线电台268A/262A发射，而状态消息从远 程编组的天线/无线电台266B/260B和266C/260C发射。在另一实施例中，为了使可以破 坏接收信号的精确接收的串扰最小化，其中一个天线266A/266B/266C(和对应的无线电台 260A/20B/260C)或其中一个天线268A/268B/268C (和对应的无线电台262A/262B/262C)被 选为适应发射信号所需方向的发射天线。注意，天线266A/266B/266C邻近所关联的机车编 组的前端布置(假设行进方向由箭头11指示)和天线268A/268B/268C布置在所关联的机 车编组的后端。 无线电台260A/20B/260C/262A/262B/262C确定发射的信号的预计方向(例如， 基于信号和/或信号中所包含的消息的类型为入站或出站)，并选择最靠近预计接收的天 线/无线电台的发射天线/无线电台。例如，如果包括机车250A和252A的机车编组是引 导编组，并且期望向包括机车250B和252B的机车编组发射出站消息，则天线/无线电台 268A/262A被选为工作的天线。在每个机车包括用于从总电源(图10未示出)向机车提 供电流的受电弓280时，该特征尤其有利。根据此实施例，这样选择天线(和对应的无线电 台)，即期望的信号方向为远离受电弓。作为更进一步的示例，如果包括机车250B和252B 的远程机车编组将要向包括机车250A和252A的机车编组发送信号，则天线/无线电台 266B/260B被选为工作的天线/无线电台。 图11是说明根据本发明教导的用于实现信号选择功能的方法的流程图。在一个 实施例中，图11的方法在列车机车内例如机车260A/260B/260C/262A/262B/262C内的微处 理器和关联的存储元件中实现。在这种实施例中，图11的步骤表示在存储元件中存储以及 可在微处理器中工作的程序。当在微处理器中实现时，程序代码配置微处理器，以创建处理 流程图步骤的逻辑和算术操作。本发明还可以以用任何已知计算机语言编写的计算机程序 代码的形式来体现，包括用有形的介质体现的指令，例如软盘、CD-ROM、硬盘、DVD、可移动的 介质或任何其他计算机可读存储介质。当程序代码通过微处理器控制的通用或专用计算机 加载和执行时，计算机变成用于实施本发明的设备。本发明还可以以计算机程序代码的形 式体现，例如，无论其存储在由计算机加载和/或执行的存储介质中还是通过传输介质发 射，例如通过电线或电缆、通过光纤、或经由电磁辐射，其中，当计算机程序代码通过计算机 加载并执行时，计算机变为用于实施本发明的设备。 图11的流程图从步骤300开始，而通信系统在步骤300被激活，所以每个 机车中的前向无线电台(图10中的260A/260B/260C)和后向无线电台(图10中的 262A/262B/262C)也被激活。如步骤302所示，每个编组的两个无线电台都接收列车270 中其他单元发射的消息。如步骤304所示，前向无线电台260A/260B/260C和后向无线电台 262A/262B/262C都确定每个接收的消息的信号质量度量(例如信号强度、误码率、或有效 数据的接收)。在步骤306比较信号质量度量，并且具有良好信号质量度量的消息被选为(见步骤310)供机车编组使用的工作消息。 图12的流程图描绘了本发明一个实施例的天线/无线电台分集特征。在步骤330， 产生了向列车中另一机车发射的信号。在步骤332，发射的信号的预计方向(例如，基于信 号和/或信号所包含的消息的类型为入站或出站)被确定。在步骤334，最靠近意欲接收的 天线/无线电台的天线/无线电台被选为发射的天线/无线电台。 尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解在不脱离本 发明范围的前提下，可能作出各种变化，本发明的元件可用等效元件来代替。本发明的范围 还包括源自于此阐述的各种实施例的元件的任何组合。另外，在不脱离本发明实质范围的 前提下，可以进行更改，以使具体情况适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于意欲 作为实现本发明的最佳方式而描述的具体实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求范 围内的所有实施例。
权利要求
一种用于列车的通信系统，所述列车具有引导编组和远程编组，而远程编组包括前向机车与后向机车，所述通信系统包括通信信道；引导编组中的无线电台，用于通过所述通信信道发射由远程编组接收的出站消息；在前向和后向机车的每个中的无线电台，都用于接收出站消息，其中，前机车中的无线电台确定前向接收信号的信号质量度量，并且其中后向机车中的无线电台确定后向接收信号的信号质量度量；比较器，用于比较前向和后向接收信号的信号质量度量；处理器，用于处理具有较好信号质量度量的前向接收信号或后向接收信号。
2. —种用于列车的通信系统，所述列车包括引导机车和至少两个远程编组，而每个远 程编组包括前向机车和后向机车，所述通信系统包括通信信道；位于前向机车、后向机车和引导机车的每个中的天线；位于前向机车、后向机车和引导机车的每个中的无线电台，其中，所述无线电台与相关联的天线一起工作，用于通过所述通信信道发射和接收信号；位于一个远程编组的站，用于产生向另一远程编组或向引导机车发射的信号；以及 处理器，用于确定接收信号的预定无线电台，以及用于响应于接收信号的预定无线电台来选择前向机车或后向机车的无线电台来发送信号。
全文摘要
一种用于列车通信系统的机载消息转发器。所述列车具有引导编组和远程编组，而远程编组包括前向机车与后向机车，所述通信系统包括通信信道；引导编组中的无线电台，用于通过所述通信信道发射由远程编组接收的出站消息；在前向和后向机车的每个中的无线电台，都用于接收出站消息，其中，前机车中的无线电台确定前向接收信号的信号质量度量，并且其中后向机车中的无线电台确定后向接收信号的信号质量度量；比较器，用于比较前向和后向接收信号的信号质量度量；处理器，用于处理具有较好信号质量度量的前向接收信号或后向接收信号。
文档编号B61L15/00GK101791987SQ20101000353
公开日2010年8月4日 申请日期2005年4月26日 优先权日2004年4月26日
发明者D·M·佩茨, E·A·小史密斯, R·C·帕兰蒂 申请人:通用电气公司