一种铁路货运列车车载无线网络的构建方法
【专利说明】一种铁路货运列车车载无线网络的构建方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于电子通信技术领域，主要涉及铁路货运列车车载网络的构建、管理以及应用，是一种实现铁路货运列车智能化的基础设施。
【背景技术】
[0003]目前，信息技术已在铁路机车和客车上得到了较广泛的应用，但因部分技术和货运车辆无电源限制，无法安装车载监测设备，对于货运车辆的安全监测和其他信息监测分析主要依赖于地面监测和地面系统。随着物联网技术的不断发展，解决了货运车辆车载安全监测的技术限制。而车载网络是实现车载安全监控的基础，对于铁路客车而言，采用有线连接实现列车各节点的连接建立车载网路。由于货运车辆需要频繁编组，采用有线连接缺乏实际的可行性，需要采用无线技术建立车载网络。列车网络建立后，一方面可以实时监测货运车辆运行安全状态，并将这些数据及时地传输到其信息系统；另一方面，可以利用采集的综合信息、定位系统等提供增值服务，提高服务效率和经济效益。
[0004]而构建铁路货运列车车载网络当前还存在着以下突出的问题:1、列车编组经常发生调整，有线连接方式不适用于货运列车车载网络的构建；2、机车与列车车辆之间缺少网络互联设施，组网与服务能力受限制多；3、货运列车车辆一般不具备单独的供电设施，需要自供电能供给数据采集设备和网络互联设备；4、货运列车的运行环境复杂，为保证可靠性要求车载信息化装置进行多方面的特殊设计。
【发明内容】
[0005]发明目的:针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种铁路货运列车车载无线网络的构建方法。
[0006]技术方案:为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:一种铁路货运列车车载无线网络的构建方法，机车和车辆上部署有控制装置和信息收集装置，所述控制装置作为网络节点组成无线网络；所述控制装置控制网络功能与服务的开启/关闭，信息收集装置采集并发送数据；机车和车辆的控制装置之间、各车辆控制装置之间、控制装置与信息收集装置之间通信与供电均采用无线缆连接；所述控制装置间、控制装置与信息收集装置间的通信具有可信机制，构成的网络具有安全可靠性保证机制。
[0007]所述机车/车辆控制装置具有以下功能:(1)进行初始化操作；(2)根据列车运行状态控制运行模式的转换；(3)根据车辆运行状态控制车辆上各类信息收集装置的采样对象、采样类别和采样频率；(4)通过卫星授时进行时间同步；(5)通过卫星进行定位确定网络节点的位置；(6)进行硬件检测；(7)接收远程命令和参数配置。
[0008]所述控制装置之间以及控制装置与信息收集装置之间均具有冗余的信道和路由寻址能力，从而实现动态组网；所述机车/车辆上的控制装置具有接收数据信号并进行分析和处理的能力。
[0009]所述车载无线网络的组网算法以机车上的控制装置作为车载网络的根节点并为车辆上节点提供网络服务，各节点的控制装置根据测距、列车运动的传感信息和身份认证信息控制新节点动态加入/退出车载网络。
[0010]在列车运行一定时间后，控制装置对前后相邻节点进行确认，一旦网络结构稳定后就不再接受新的组网请求，以减少网络抖动和电力消耗。
[0011]所述控制装置具备车辆号解析和动态IP地址分配的网络服务功能，实现按车辆号寻址，并可以通过DHCP中继服务，为网络中的新节点分配网络地址。
[0012]所述机车/车辆控制装置的ID与机车号/车辆号进行绑定，控制装置间的通信通过PKI证书的身份认证，并能够根据机车号/车辆号识别其接收或发送的数据。
[0013]所述机车/车辆控制装置可以通过控制通信功率，保证并限定控制装置与信息收集装置的通信信号范围，以减少电力消耗、避免可能发生的电磁干扰和接收错误控制信号。
[0014]所述机车/车辆控制装置配有多种通信模块，包括移动通信接入模块和卫星通信模块，并支持车载局域网节点间通信以及和远程地面站间的通信。
[0015]所述机车/车辆控制装置配置有与信息收集装置通信的冗余芯片，可通过冗余通道与本车辆上的各类信息收集装置互联。
[0016]所述机车/车辆控制装置具有大容量存储和数据管理功能，对信息收集装置采集数据进行分析处理、存储和转发。
[0017]所述车辆控制装置配置有无线缆供电模块，可为本节点车辆载各类信息收集装置提供冗余的供电。
[0018]所述机车/车辆控制装置支持阵列信息收集装置的应用，并依据阵列之中各个信息收集装置采集信息的值差判别取值，出现不同值时报警。
[0019]所述信息收集装置包括传感器芯片、处理器芯片、无线通信芯片，其处理器芯片与控制装置进行PKI证书的认证，并接收传感器芯片采集的数据，经无线通信芯片发送。
[0020]所述信息收集装置配有无线缆受电模块，包括光伏电池板，光伏电池板固定在信息收集装置的外保护壳上，通过光电转换为信息收集装置进行无线缆充电；所述光伏电池板经大容量电容分别对传感器芯片、处理器芯片和无线通信芯片供电。
[0021]所述信息收集装置配置的光伏电池板表面应涂覆有纳米防污涂料层。
[0022]另外，本发明针对车载信息收集装置的安装结构作了改进:一种铁路货运列车车载信息收集装置，该信息收集装置包括传感器芯片、安装基座、无线受电模块、光伏电池板和大容量电容，所述传感器芯片安装与安装基座上；所述光伏电池板连接大容量电容并固定在安装基座上，其表面涂覆有纳米防污涂料层；所述安装基座通过电路连接大容量电容和信息收集装置；所述无线受电模块连接大容量电容，由控制装置供电模块对其进行无线缆供电。
[0023]作为优选，所述信息收集装置包括传感器芯片、处理器芯片、无线通信芯片，所述处理器芯片接收传感器芯片采集的数据，并进行处理后进行模数转换，通过无线通信芯片进行发送；所述传感器芯片、处理器芯片和无线通信芯片连接与大容量电容，由大容量电容供电。
[0024]另外，本发明中车辆上的控制装置配置有多种通信模块，例如移动通信接入模块和卫星通信模块，机车(列车车头)上的控制装置(网络控制器)采用多种频道与移动通讯服务商或卫星进行数据传送，但是车辆上的控制装置仅能采用单一频道并以定向方式与机车控制装置进行数据传送，车辆上的控制装置之间同样仅采用单一频道进行数据传送，但两种情形的频道又互相不同。通过这样的设计可以防止在列车进站/出站时由于车辆过于密集造成不同列车之间网络节点成为网状路由器，使得非本列车数据在列车件多重跳跃分送，造成网络数据吞吐量激增和频道切换的延迟。同时通过这样单线传输，提供了安全可靠性保证机制。
[0025]有益效果:与现有技术相比，本发明构建了货运列车车载无线网络的构建，使得列车与车辆之间形成网络互联，在货运列车复杂的运行环境下实现了货运列车运行的智能信息化；同时本发明中的控制装置具有接收车辆上各类信息收集装置传感数据的能力，并可以对各类信息收集装置进行配置；车辆控制装置还具有多种方式的无线通信能力，机车和车辆控制装置之间可以组成无线自组织网络，具有无线电力中继能力，并完成地址分配和车辆号解析从而实现TCP/IP网络寻址即相应的服务；车辆控制装置同时具有自供电，在产生自身运行所必须的电力能源后，还可以对各类车载信息收集装置无线供电；控制装置具有可管理能力，可进行设备的远程管理；该装置的可靠性、冗余性以及自清洁机制，使之适应自然环境。
【附图说明】
[0026]图1为本发明所述列车车载无线网络的构架示意图；
图2为本发明所述列车车载无线网络的控制装置互联示意图；
图3为本发明所述列车车载无线网络中根节点的网络状态表结构示意图；
图4为本发明所述列车车载无线网络中新节点加入车载无线网络后的网络状态表；
图5为本发明所述列车车载无线网络中新节点加入无线车载网络的流程示意图；
图6为本发明所述列车车载无线网络中机车上的控制装置的结构示意图；
图7为本发明所述列车车载无线网络的网络状态表信息；
图8为本发明所述列车车载无线网络中机车上的控制装置的远程控制接口示意图；
图9为本发明所述机车上的控制装置的外形结构示意图；
图10本发明所述车辆上的控制装置的结构示意图；
图11为本发明所述信息收集装置采集的数据格式示意图；
图12本发明所述阵列信息收集装置采集算法的流程示意图；
图13为本发明所述