本发明涉及一种用于在轨道车辆中的传感器单元之间建立通信并且进行数据传输的方法。
背景技术：
轨道车辆通常配备有用于监控运行安全的传感器单元和用于监控一般的运行过程的传感器单元。
这些传感器单元用于检测与运行安全相关的测量变量，例如温度、振动等，或者用于检测——仅与运行相关的——运行参数，例如开关的开关状态、机组的运行状态等。
由传感器单元检测的测量变量和/或运行参数通常被传输给一个或多个控制单元等，必要时被处理，并且最后作为信息提供给在轨道车辆上的操作人员和/或中央的交通控制中心。
出于这种数据传输的目的，需要将传感器单元链接到总线、网络、通信信道等上。
技术实现要素：
本发明的目的是，提出一种有利的在传感器单元之间的通信网络。
尤其是，本发明的目的是，实现一种有利的在传感器单元之间的数据传输。
该目的根据本发明通过开始提出类型的方法来实现，其中传感器单元独立地构成和配置具有网络拓扑的自组织网络，用以在轨道车辆中进行数据传输，并且在数据传输的过程中改变网络拓扑。
传感器单元能够配置为检测物理的测量变量，例如温度、力和/或移动等。传感器单元能够配置为检测轨道车辆的运行参数，例如开关的开关状态、机组的运行状态、运行机构的料位(fuellstand)等。有利的是，传感器单元中的至少一些分别具有通信单元，用于构成通向传感器单元中的另一个传感器单元的尤其无线的通信信道。
本发明意义下的自组织网络可以理解为如下通信网络，所述通信网络构成在传感器单元中的至少两个传感器单元之间，优选构成在多个传感器单元之间。自组织网络能够具有互连的网络拓扑，其中自组织网络的各个传感器单元之间的相邻关系(nachbarschaftsbeziehungen)能够设计为，使得传感器单元中的至少一些传感器单元与多于一个的传感器单元各经由一个通信信道连接。自组织网络能够通过传感器单元独立地构成，其方式是：传感器单元通过发送和/或接受信号来确定这些传感器单元与其它传感器单元的相应的相邻关系并且根据所发送和/或所接收的信号构成通向一个相邻的传感器单元的和/或通向多个相邻的传感器单元的一个和/或多个通信信道。
自组织网络的配置或者对自组织网络的配置可以理解为网络参数的设定、自组织网络的调整、设立，尤其匹配于随时间变化的状况。
本发明以如下考虑为出发点：轨道车辆能够配设有多个，尤其不同类型的传感器单元，并且其与网络的连接或其链接到网络会是耗费的。尤其是，各个传感器单元的更换和/或附加的传感器单元的装入会与并非微不足道的接线耗费和/或并非微不足道的人工的设立耗费相联系。此外，在将传感器单元常规地链接到具有静态的，即在时间上不容易改变的网络拓扑的网络上时，只能不充分地对各个传感器单元的故障做出反应，使得可能出现数据损失并因此出现对运行安全和/或运行过程的损害。本发明实现了降低接线和/或设立网络的耗费，因为传感器单元之间的通信无线地进行，其中所述设立能够独立通过以上述的发送和/或接受信号的方式和方法来进行。由于构成互连的、在时间上可变的网络拓扑，在传感器单元故障时通过数据传输的经调整的重定向或通过改变网络拓扑来避免数据。这样，能够实现轨道车辆的特别高的运行安全水平。
在本发明的一个有利的实施方式中，自组织网络构成在与运行安全相关的传感器单元和仅与运行相关的传感器单元之间。
与运行安全相关的传感器单元能够是如下传感器单元，所述传感器单元配置为以计量方式检测与运行安全相关的测量变量。
与运行安全相关的测量变量能够是温度、振动、力、移动等，尤其是轨道车辆的转向架上的振动变量、轨道车辆的驱动系统中的温度、架空导线电压、轴承温度、工作液体温度、轨道车辆的速度等。
当在低于或超出这些测量变量的所允许的数值的情况下对轨道车辆驾驶员的操作处理和/或列车控制通过轨道交通控制中心进行时，测量变量能够是与运行安全相关的。
仅与运行相关的传感器单元能够是如下传感器单元，所述传感器单元配置为检测轨道车辆的运行参数。这种运行参数能够是轨道车辆中的开关的开关状态、轨道车辆的乘客舱中的温度、外部温度、轨道车辆的机组的运行状态等。
当在运行参数与偏离于所期望的状态的情况下不一定实施操作处理来影响轨道车辆时，运行参数才会仅与运行相关。尤其是，仅与运行相关的传感器单元能够配置为检测测量变量，这些测量变量是专门为了轨道车辆的乘客和/或轨道车辆的操作人员的简单信息。
通过在与运行安全相关的传感器单元和仅与运行相关的传感器单元之间构成自组织网络，能够在传感器单元之间形成具有多种相邻关系的特别紧密互连的自组织网络。由此，即使在一个或多个传感器单元故障时也能够通过使用这样紧密互连的自组织网络中的替选的数据传输路径来实现安全的数据传输。
当经由自组织网络传输与运行安全相关的数据和仅与运行相关的数据时，能够实现特别有利地结构化的数据传输和/或简单构建的网络。这些与运行安全相关的数据尤其能够是控制数据和/或传感器数据。这些仅与运行相关的数据尤其能够是座席预订数据、信息娱乐数据和/或结算数据。通过不同类型的数据到同一网络中的统一的数据传输的方式和方法能够节省耗费，因为能够避免设立多个专用网络。
在另一设计方案中，与运行安全相关的数据经由子网拓扑传导，所述子网拓扑通过仅与运行相关的传感器单元构成。
本发明意义下的子网拓扑可以理解为整个自组织网络的一部分，所述部分尤其能够通过传感器单元的子组构成。在可最为简单地假设的情况中，该子网拓扑能够构成在两个仅与运行相关的传感器单元之间。子网拓扑例如能够包括整个自组织网络的一个、两个或者更多个网格(maschen)。有利的是，与运行安全相关的数据附加地经由通过仅与运行相关的传感器单元构成的子网拓扑形成。以这种方式实现冗余的数据传输，由此能够实现轨道车辆的再次提高的运行安全水平。
根据一个优选的设计方案，将通向上级的网络的接入点链接到自组织网络上。
接入点能够是所谓的无线接入点、作为到固定的网络基础设施上的终端连接的网络终端设备等。上级的网络能够是有线网络，例如是lan网络、以太网、总线系统等。通过在自组织网络和上级的尤其有线的网络之间的这种连接，能够实现简单地将通过传感器单元检测到的测量变量和/或运行参数传输到轨道车辆的另一网络结构中。
在一个有利的改进方案中，网络拓扑根据传感器单元的优先级来构成和/或配置。
传感器单元能够通过细分为多个类别来确定优先级。配置为检测与运行安全相关的测量变量的传感器单元例如能够具有高优先级。与之相应地，配置为确定仅与运行相关的参数的传感器单元具有相对较低的优先级。网络拓扑例如能够根据优先级构成，使得首先具有最高优先级的传感器单元构成子网拓扑，接着具有高优先级的传感器单元构成子网拓扑并且随后具有中间的优先级的传感器单元构成另一子网拓扑。
对于自组织网络已经至少部分构成的情况而言，其它网络拓扑根据传感器单元的优先级来构成，使得首先并入具有最高优先级的传感器单元，接着并入具有高优先级的传感器单元并且最后并入具有中间的优先级的传感器单元。通过网络拓扑的与传感器单元的优先级这样匹配的构成和/或配置，能够保证：优选传输与运行安全相关的数据，使得能够避免所述与运行安全相关的数据的损失并且最终避免对运行安全的损害。
尤其对于仅存在有限的网络资源——数据传输带宽、处理器性能、存储器容量等——的情况而言，网络拓扑能够配置为，使得将具有相对低的优先级的传感器单元从网络拓扑中移除。通过网络拓扑的与传感器单元的优先级这样匹配的构成和/或配置，能够保证：即使在有限的网络资源的情况下也始终保证安全地传输与运行安全相关的数据。
优选地，自组织网络构成为所谓的多跳无线网络。在自组织网络的这种构成方案中，数据从一个传感器单元传输至下一个传感器单元和/或经由一系列其它的传感器单元传输——其中数据在此首先并不经由连接在中间的基础设施传导——而是被导出给通向上级的网络的接入点。在此，直至接入点的数据传输的传播时延可以取决于：数据是否经由在几个传感器单元之间的短的路由或者在许多传感器单元之间的较长的路由被传导至接入点。
为了能够确保对轨道车辆的运行安全的有效监控，会需要的是，从与运行安全相关的传感器单元出发的数据传输的传播时延不超出所预设的最大允许的传播时延。
因此尤其有利的是，根据从传感器单元中的一个传感器单元出发的数据传输的所预设的最大传播时延来构成和/或配置网络拓扑。所预设的最大传播时延能够是在轨道车辆的驾驶员控制中心和特定的传感器单元之间的数据传输的传播时延。
有利的是，最大允许的传播时延不超过35毫秒。这样避免了在自组织网络之内的数据传输中的延时，由此能够实现对运行安全的特别有效的监控。
在一个有利的改进方案中，当超过从所述传感器单元中的一个传感器单元出发的数据传输的所预设的最大传播时延时，经由自组织网络传导报警信号。
报警信号能够被传导给轨道车辆的驾驶员控制中心、轨道交通控制中心、调度机构等。
有利的是，根据报警信号开始操作处理以影响轨道车辆，例如通过轨道车辆驾驶员和/或调度机构操作员降低轨道车辆的速度。
此外有利的是，在超过数据传输的最大预设的传播时延时对网络拓扑进行重新配置，使得能够通过传感器单元之间的改变的相邻关系实现有利地缩短用于数据传输的路由。以这种方式能够避免因数据传输的过度长的传播时延妨碍轨道车辆的运行安全性。
在另一有利的设计方案中，当直至完全构成自组织网络的所预设的最大持续时间被超出时，经由至少部分地构成的自组织网络传导报警信号。
当所有所需的传感器单元都并入到网络拓扑中时，自组织网络于是能够完全构成。直至完全构成自组织网络所预设的最大的持续时间能够与轨道车辆的运行状态相关。优选地，所预设的最大持续时间在轨道车辆投入运行时为数秒至数分钟。在接着传感器单元中的至少一个传感器单元与自组织网络的连接丢失之后自组织网络已经成功完全构成的情况下，该最大持续时间能够仅为十分之几秒至数秒。如此能够借助于简单的手段记录是否所有所需的传感器单元都与网络拓扑连接，由此能够实现再次提高运行安全的水平。
此外，本发明针对一种轨道车辆，所述轨道车辆具有通信网络，所述通信网络具有多个网络节点。
在根据本发明的轨道车辆中，通信网络是自组织网络而网络节点是传感器单元。通过轨道车辆如此配备自组织网络，尤其能够避免对传感器单元接线的耗费和用于设立网络的耗费，因为自组织网络的网络节点是无线地彼此连接的传感器单元，所述传感器单元此外配置为独立地构成和/或配置自组织网络的网络拓扑。
在一个有利的实施方式中，传感器单元中的至少多个传感器设置在轨道车辆的转向架中。有利的是，传感器单元配置为以计量方式检测转向架的振动变量和/或轴承温度。以这种方式能够避免用于将传感器单元链接到上级的控制单元和/或上级的网络上的接线耗费，因为传感器单元构成无线的网络拓扑。
在一个优选的构成方式中，自组织网络链接到通向上级的网络的接入点上。上级的网络能够是有线网络，尤其是lan网络、以太网、总线系统等。如此能够借助于简单的手段实现可靠地将转向架的传感器单元链接到轨道车辆的一个网络基础设施，尤其中央的网络基础设施上。
有利的是，通向上级的网络的接入点设置在轨道车辆的转向架上方。适宜的是，接入点设置为，使得能够实现将传感器单元以对数据传输足够的信号强度可靠无线通信链接到接入点。
迄今为止所给出的对有利的设计方案的描述包含许多特征，所述特征部分地组合成多个地描述在各个从属权利要求中。然而这些特征也适宜地单独考虑并且组成有意义的其它组合。尤其是，这些特征可分别单独并且在任意适当的组合中与根据独立权利要求的根据本发明的方法以及根据本发明的轨道车辆组合。
附图说明
本发明的在上文中所描述的特性、特征和优点以及实现其的方式方法结合下述对实施例的描述变得更清楚并且更易于理解，所述实施例结合附图予以详细阐述。所述实施例用于阐述本发明并且本发明不限于在其中所给出的特征的组合，在功能性特征方面也不受限。此外，所述实施例的适当的特征也能够明确地单独考虑，从所述实施例中移除，引入到另一实施例中和/或与权利要求中的任意权利要求组合。
附图示出：
图1示出具有通信网络的轨道车辆的示意图。
具体实施方式
图1示出具有通信网络4的轨道车辆2，所述通信网络具有多个网络节点6。
通信网络4是自组织网络8而网络节点6是传感器单元10a-10j、12a-12c、14a-14e、16a-16e。
相同的但在尺寸、位置和/或功能等的绝对值或数值方面可具有略微不同的特征以相同的附图数字和一个或另一参考字符来表示。如果仅提及附图数字而不带参考字符，则所指的是相应特征的整体。
在传感器单元10、12、14和16之间构成或设立有多个无线通信连接，所述无线通信连接形成互连的网络拓扑n。出于为了简化可视性的原因，这些之前提到的无线通信连接并未明确地设有附图标记。
出于更好的可视性的原因，仅示出轨道车辆2的机车18，其中所示出的自组织网络8当然并不必限于机车18，而是也能够设立到轨道车辆2的在此未示出的轨道车辆车厢中。
机车18具有两个转向架20a、20b。转向架20具有轮组22，其中机车18经由轮组22支承到铁路路基24上。
传感器单元14a-14e设置在转向架20a中，传感器单元16a-16e设置在机车18或轨道车辆2的转向架20b中。其它传感器单元12a-12c和10a-10j以在位置上分布于不同的部位处的方式设置在机车18或轨道车辆2中，例如在乘客舱中，设置在牵引系统处，设置在机组处，设置在安装工程装置(installationstechnik)等。通常，传感器单元12和10安置在轨道车辆2的任意部位处，用于检测测量变量和/或运行参数。
设置在转向架20中的传感器单元14和16配置为以计量方式检测轮组的振动变量和/或轴承温度。
自组织网络8经由多个接入点26a、26b、26c、26d、26e和26f链接到上级的有线网络28上。在当前的实施例中，有线网络28是总线系统30，所述总线系统连接到驾驶员控制中心32。接入点26a、26c、26d和26f比较靠近转向架地设置在传感器单元14或16上方，使得实现传感器单元14和16以足够的信号强度可靠无线地链接到接入点26a、26c、26d和26f上。
传感器单元14a-14e和16a-16e是与运行安全相关的传感器单元，所述与运行安全相关的传感器单元配置为以计量方式检测与运行安全相关的测量变量或数据。
传感器单元12a-12c和10a-10j是仅与运行相关的传感器单元，所述仅与运行相关的传感器单元配置为检测轨道车辆2的运行参数，例如内部空间温度、座椅占用等。
自组织网络8的网络拓扑n被细分为子网拓扑n1、n2、n3和n4。子网拓扑n1构成在与运行安全相关的传感器单元14a-14e之间。子网拓扑n2构成在与运行安全相关的传感器单元16a-16e之间。子网拓扑n3构成在仅与运行相关的传感器单元12a、12b和12c之间。子网拓扑n4构成在仅与运行相关的传感器单元10a-10j之间。当然，也可行的是，子网拓扑不仅通过与运行安全相关的传感器单元而且通过仅与运行相关的传感器单元构成，也就是说，通过不同类别的传感器单元构成。
为了在轨道车辆2中的传感器单元10、12、14和16和/或与驾驶员控制中心32之间建立通信并且传输数据，传感器单元10、12、14和16独立地，也就是说，尤其在避免操作人员手动干预的条件下构成具有网络拓扑n的自组织网络8。在此，网络拓扑n或子网拓扑n1、n2、n3和n4在时间上，尤其在数据传输的过程中和/或在建立通信的过程中改变。
为了构成网络拓扑n或为了在自组织网络8内建立通信——在轨道车辆2投入运行之后和/或在通信连接丢失之后——，传感器单元10、12、14和16发送搜索信号和/或接收相邻的传感器单元的这种搜索信号。构成传感器单元10、12、14和16之间的网络拓扑n或无线通信信道的方式和方法能够与许多标准相关。
在当前的实施例中，根据传感器单元14、16、12或10的优先级p1、p2、p3和p4来构成和/或配置网络拓扑n，也就是说，与变化的状况匹配地、随时间改变、设立、修改等。更确切地说，首先在具有优先级p1的传感器单元14之间构成无线的通信连接或子网拓扑n1，所述优先级当前是相对最高的优先级。
接着，在具有下一更高的优先级p2的传感器单元16之间构成子网拓扑n2。此外，在具有下一更高的优先级p3的传感器单元12a、12b和12c之间构成子网拓扑n3并且随后在具有当前最低的优先级p4的传感器单元10a-10j之间构成子网拓扑n4。
优先级p1、p2、p3和p4取决于相关的传感器单元是否检测与运行安全相关的测量变量或者确定轨道车辆2的仅与运行相关的运行参数。但是，根据其它标准也可以有许多其它优先级。
尤其是，当在自组织网络8内和/或在上级的网络28或总线系统30内存在有限的资源时，根据传感器单元10、12、14和16的优先级p1至p4对所述传感器单元进行在时间上按等级排列的连接，使得优先级最高的传感器单元优选并入到自组织网络8中或经由接入点26链接到上级的有线网络28上。
传感器单元10、12、14和16之间的数据传输或从传感器单元到驾驶员控制中心32的数据传输通过多跳连接来进行，其中数据从一个传感器单元经由直至通向其中一个接入点26的一个和/或多个其它传感器单元传导到直至通向驾驶员控制中心32的上级的网络28中。从一个传感器单元出发直至驾驶员控制中心32的数据传输的所形成的传播时延在此基本上与跳的数量，即用于导出数据的传感器单元的数量相关。在当前的实施例中，驾驶员控制中心32具有存储器单元34，所述存储器单元具有存储于其中的关于预设的最大传播时延tm的数据组36。
网络拓扑n根据从传感器单元10、12、14和/或16中的一个传感器单元出发至驾驶员控制中心的数据传输的所预设的最大传播时延tm来构成和/或配置。
在此，网络拓扑n根据从与运行安全相关的传感器单元14和16出发的数据传输的传播时延来配置和/或构成。对此所需的方法步骤在下文中示例性地针对传感器单元16a阐述：
为了构成网络拓扑n，例如在轨道车辆2投入运行之后或者在单一的或者多个传感器单元的通信链接丢失之后，传感器单元16a发送搜索信号s。
搜索信号s由相邻的传感器单元10i、16b和16c接收。
搜索信号s从相邻的传感器单元10i经由传感器单元10j和接入点26e导入到有线网络28中并且经由后者转发给驾驶员控制中心32。从传感器单元16a出发的搜索信号的为此所需的传播时延为t1。
由传感器单元16b接收的搜索信号s经由接入点26d导入到有线网络28中并且经由后者转发给驾驶员控制中心32。在此，搜索信号的传播时延为t2。
由传感器单元16c接收的搜索信号s经由传感器单元16d和接入点26f导入到有线网络28中并且通过该有线网络转发给驾驶员控制中心32。在此，数据传输的传播时延为t3。
将传播时延t1、t2和t3与所允许的最大传播时延tm比较。如果传播时延t1、t2和/或t3中的一个超过最大传播时延tm，那么对于将来的从传感器单元16a出发的数据传输，不采纳该对应的传播时延所基于的数据传输路径。在此，不采纳从传感器单元16a出发经过传感器单元10i和16c的数据传输路径。
替代于此，使用允许最小的传播时延的数据传输路径，所述最小的传播时延在此为传播时延t2，对于将来的从传感器单元16出发的数据传输而言是优选的——在此经过传感器单元16b。网络拓扑n与之相应地构成和/或配置。
可以考虑自组织网络8的运行状态，其中在从一个传感器单元出发经由尽可能少的其它传感器单元至驾驶员控制中心32的数据传输路由上的传播时延最小的数据传输无法容易地实现。
如果例如引起传感器单元16a和16d之间的无线通信的丢失并且从而使由传感器单元16a所检测到的与运行安全相关的测量值或数据不能够在具有尽可能短的传播时延的路由上传输，那么报警信号w经由自组织网络8，更确切地说从传感器单元16a出发经由传感器单元10i、传感器单元10j、接入点26e经由有线网络28传导直至驾驶员控制中心32。根据该报警信号w能够通过轨道车辆驾驶员进行相应的操作处理，例如降低轨道车辆速度。
在驾驶员控制中心32的存储器单元34中存储有关于直至自组织网络8完全构成的最大持续时间zm的数据组38。当所有所需的传感器单元都并入网络拓扑n中并且其数据可由驾驶员控制中心接受时，自组织网络8于是能够完全地构成。如果超出直至完全地构成自组织网络8的最大持续时间zm，则报警信号w经由至少部分地构成的自组织网络传导。
与运行安全相关的传感器单元14和16分别检测与运行安全相关的数据ds，其中在当前的实施例中出于简化可视性的原因仅示意性地示出通过传感器单元14b所检测到的与运行安全相关的数据ds。传感器单元12和10分别检测仅与运行相关的数据db，其中出于简化可视性的原因仅示意性地示出与运行相关的数据db，所述与运行相关的数据通过传感器单元12a检测。经由自组织网络8不仅传输与运行安全相关的数据ds而且传输仅与运行相关的数据db。
与运行安全相关的数据ds一方面经由子网拓扑n1传输，所述子网拓扑构成在与运行安全相关的传感器单元14a-14e之间。附加地，与运行安全相关的数据ds经由在传感器单元14b和12a之间的通信连接传输并从而导入到子网拓扑n3中，所述子网拓扑由仅与运行相关的传感器单元12a、12b和12c构成。这样，实现了与运行安全相关的数据ds的冗余数据传输并且从而实现了轨道车辆2的高的运行安全水平。