专利名称：信息中继器及其操作方法
技术领域：
本发明主要涉及列车和其它的轨道车辆，本发明尤其涉及用于与列车进行无线通信的系统和方法。
背景技术：
利用用于机车的分布式动力控制系统(以下称"分布式动力系统"
或"DP系统"或简称"DP")远程地控制制动、节流以及其它的列车功能是已公知的，其中，从列车的引导机车、或者从诸如控制塔的外部工作站，通过无线电通信系统或硬接线通信系统，远程控制一个或多个远程机车(或形成远程机车的机车组)的搮作。 一个这种基于无线电的DP系统可以商标L0C0TR0L在市面上出售，并且在美国专利4， 582， 280(下文称"280专利")中进行描述。
这些系统经常使用无线电中继器(radio repeater)以协助分布式动力引导装置链接和指令它们的远程。例如，中继器可以在引导装置与远程装置之间不存在明显的视力线的山区、隧道、或其它的区域中使用。
这些中继器给通信信道增加额外的无线电通信量。在无线电通讯流量较大的区域——如铁路站场——中，中继器活动(repeater activity)可能造成本已流量较大的拥塞信道达到饱和，并阻止列车链接或指令远程。通过使中继器完全不能操作，无线电通信量拥塞可以被消除；然而这是低效率的解决方案，因为上述解决方案无法实现将中继器保持就位的目的。
发明内容
通过本发明克服了现有技术的这些和其它缺陷，本发明提出一种用于分析信息通信量和调节中继器行为以减少拥塞的方法。
根据本发明的一个方面，提出了一种用于操作用于列车系统的分布式动力中继器的方法。所述方法包括(a)监控由中继器所使用的无线通信信道上所有的无线电通信量，以在多个发射器与接收器之间中继分布式动力指令，所述发射器和接收器布置在用于列车的分布式动力控制装置的多个列车上；(b)确定通信信道上的信道负载的水平；(c)将信道负栽与预定的限值作比较；(d)如果信道负栽低于预定的限值，
4则在第一活动水平下通过无线通信信道中继信息；(e)如果信道负载超过预定的限值，则在低于第一活动水平的笫二活动水平下通过无线通信信道中继信息。
根据本发明的另一方面，提出一种用于列车系统的分布式动力中继器。所述中继器被编制程序用以(a)监控由中继器所使用的无线通信信道上的所有的无线电通信量，以在多个发射器和接收器之间中继分布式动力指令，所述发射器和接收器布置在用于列车的分布式动力控制装置的多个列车上；(b)确定通信信道上的信道负栽的水平；(c)将信道负载与预定的限值作比较；(d)如果信道负载低于预定的限值，则在第一活动水平下通过无线通信信道中继信息；(e )如果信道负载超过预定的限值，则在低于第一活动水平的笫二活动水平下通过无线通信信道中继信息。
通过结合附图并参考以下说明，可以更好地理解本发明，其中图l是包含根据本发明的一方面构建的分布式动力和信息中继器系统的列车的示意图。
图2是示出根据本发明的一方面构建的信息中继器的操作的方块图。
具体实施例方式
参考附图，在不同的视图中使用相同的参考标记表示相同的元件，图1示出具有分布式动力系统的列车IO,所述分布式动力系统包含根据本发明的一方面构建的信息中继器系统。列车10包括多个联接的车厢12、以及提供牵引力的两个或多个机车或其它装置，本文所引用的统称为"动力装置"。各车厢12通过制动管16联接起来，所述制动管16传导由动力装置中各由气闸控制器确定的气压变化。如本文中所使用的，术语"气闸控制器"通常指一个或多个组件，所述组件配合以选择性地保持或释放来自制动管16的压力，并且可以包括机械阀、与机械阀结合的电或电子控制装置、或者机械阀和电或电子控制装置的组合。车厢12的每一个均设有一个已公知类型的气闸系统，所述气闸系统在制动管16中的气压降低时在车厢12上应用气闸，而在气压升高时则松开气闸。
动力装置之----般在列车10的前部一一，它被称为是"引导装置"或"引导件"14A，而其余的动力装置被标作"远程装置"或"远程件"14B。引导装置14A包括引导无线电收发器20A，所述引导无线电收发器行使通过无线内组成(intra-consist)通信信道接收和传送无线电频率(RF)通信的功能。("组成"是列车中的一个或多个机车或其它动力装置所组成的组。)通信信道的特定频段和数据格式不是关键的。在一个实施例中，超高频段中的四个分离的调频半双工信道是可同时使用的，并且通过选择使用频移键控编码("FSK")的二进制编码发送通信。
引导装置14A也包括引导分布式动力(DP)处理器22A，所述引导分布式动力处理器可操作地连接引导收发器20A、动力装置的动力控制装置(即节流阀和换向器)、并且连接引导制动控制器18A。要注意到的是，在附图中，连接各设备或组件的所示的线路，显示它们的逻辑上或功能上的互连而不需要物理连接。例如，在一些实施方式(implementation)中，这些连接可以采取数据网络上的信息的形式。
远程装置14B装备有远程收发器20B、远程DP处理器22B、以及远程制动控制器18B，对应于引导装置中的类似的组件。将要理解的是动力装置可以被同样地装备，并且任何动力装置都可以作为引导装置14A或远程装置14B,它取决于各装置中的控制装置的安装。此外，引导装置14A和/或远程装置14B的动作或操作的次序关联应理解为包括也由收发器20、 DP处理器22和/或制动控制器执行的操作。
一个或多个外接转发器24布置在列车IO的无线电通信距离之内，用以中继在引导装置14A和远程装置14B之一之间传送的通信。外接中继器24 —般用在引导装置14A和远程装置14B之间的直接通信受到阻碍一一例如当列车IO在隧道中时一一的情形下；或者用于视线模糊的情形下。外接中继器有时也配置在繁重的铁路通信量的场所处一一比如铁路站场，以协助中继内组成通信。中继器24包括在一个或多个处理器28的控制下操作的收发器26，以通过无线通信信道将信息从引导装置14A智能地中继(即接收和再传送)到远程装置14B.
控制塔30或其它的固定结构也可以设有用于与中继器24或列车10双向通信的收发器32。
如上面所述，无线电信息以二进制编码进行传送。通过协议(protocol)被格式化和传送，所述协议确保信息安全和防止远程装置14B对伪造的传送作出响应。在前面提到的"280专利"中描述了合适的协议的一个非限制性的实施例。通信协议的详情超过了本说明书的范围，但在本文中将会进行简要的概述。
起初，引导装置14A将传送"链接"信息，所述"链接"信息是由引导装置14A和用于被链接的远程装置14B两者的唯一标识符编码的。例如，该标识符可能是所述引导装置和远程装置的序列号。 一旦引导装置14A通过接收"链接应答"——适当的链接信息被接收一一而验证，唯一可识别的通信"会话"被认为是在引导装置14A和远程装置14B之间开始的。
此后，引导装置14A将通过通信信道向远程装置14B发送编码的指令。指令的实施例包括节流槽口安装(throttle notch setting)、换向器指令、常用制动应用、紧急制动应用等。远程装置14B中的远程DP系统22B接收和解码这些信息并且相应地驱动远程装置14B的控制装置。所述引导装置14A也通过通信信道向引导装置14A发送指令回复。该"会话，，将继续，直到故意中断；或者，如果(1)没有信息在指定的中断期间被远程装置14B接收或者(2)远程装置14B在指定的时间间隔内没有回复引导装置的指令，该会话可能"中断(time out)"。
如果引导装置14A起初不能与远程装置14B链接或者通信会话被打断，则引导装置14A可能重复指令或重复链接信息。经过一定量的不成功的信息重试之后，引导装置14A可能发送信息，所述信息请求中继器24在通信中给予协助。 一旦收到此"帮助请求"，中继器24将会开始将信息从引导装置14A向远程装置14B中继。中继器24被认为是"智能的"中继器，原因在于中继器不会重复在其接收范围内的所有的信息，而仅仅重复那些已被请求的协助的信息。
分布式动力系统还包括通信信道竟争系统，所述通信信道竟争系统用于将多重装置在同一时间、同一通信信道上传送的可能性达到最小，并且确保在每一个列车10中的最高优先权的通信在从无线通信信道上的最近的传送的终端所测量的时间内被首先传送。
例如，从最近的传送的终端测量的固定的和随机的时间间隔的结合可以被分配，用以在系统中制造各种类型的通信。随机的时间期间通过随机数发生器在每一个装置的微处理器中产生。在最近的传送的终端处随机数发生器的计数用于计算基于所述装置的目前状态的传送延迟。当需要进行传送时所述延迟立即开始。如果定时器依旧运行，则传送被延
迟。如果计时器失效(run out)，则传送继续。 一旦保证传送的条件 已出现且无线电信道静默的必须的时间间隔已从信道上的最近的传送 消逝，则每一个装置在实时基础上进行其传送。信道竟争系统的操作的 基本原则是待开始传送的第一装置由于前面所述的传送时间确定系统 而防止其它装置传送，在所述传送时间确定系统中无线电信道静默的时 间间隔重新开始。然而，既使具有此信道竟争系统，也存在可适于使用 的有限数量的信道和会话。当在一给定区域内一一如将出现在铁路站场 或类似场所中一一的列车IO的数量高时，信道饱和的可能性是存在的。 中继器24被编制程序，以便通过处理器而搮作，所述处理器将其可能 导致饱和的无线电通信量的任何贡献最小化.
图2是程序步骤的方块图。在方框100开始，中继器24在其接收 区域之内监控所有的无线电通信。通信量可以被记入或记录在例如在硬 盘、磁带或其它合适的存储介质上的数据文件中。中继器24监控所维 护的全部信道上的所有通信量，胜于所述列车IO请求协助的无线电通 信量，以便具有总的信道负载的精确图像。
中继器24执行在监控的无线电通信量上的运行分析(见方框102 ) 的功能，以确定每一个信道的负栽的水平。处理器并入为此目的植入的 无线电通信量模型。中继器24检测包含上述的标准二进制编码的信息 的讯息，以便确定列车如何被链接、如何尝试链接、以及如何从中继器 请求协助。例如，链接信息将包含唯一的标识符并且因此代表试图链接 的特定的引导装置14A。此外，指令信息和其相应的响应也将包含引导 装置14A和远程装置14B的唯一的标识符，并且所述信息对因此代表其 链接的特定的列车10。链接尝试和/或链接的列车10的数量可以与从无 线电通信量模型和/或通信信道容量的经验观察所生成的标准比较。
中继器24也可以被编制程序，以寻找过量的信道负载的一个或多 个离散的标记(marker)。例如，如果无线电通信量包含没有相应应答 而发送的多次链接信息或指令，则这指示由引导装置14A的多次重试尝 试。在诸如铁路站场的区域中，不应该在没有信道拥塞时存在许多重试. 因此，重试尝试的过量可以为可能的信道饱和.另一离散标记是帮助请 求的存在。帮助请求类似于重试尝试之处在于帮助请求在诸如铁路站场 的区域中在数量上应当是相对有限的，在所述区域中，视线通常是好的。构成标记的重试尝试或帮助请求的准确数量能够以许多的方式确定，以 适合特定的应用，例如通过无线电通信量的经验研究或通过理论模型。
在方框104处，中继器24对照预设的信道负载水平测试信道负载。 预设的限值可以是在一给定的时间期间内出现的重试请求或帮助请求 的数量的简单计数。另一种可选方式是，预设的限值可以基于无线电通 信量的理论或经验模型。例如，分析可以示出信道能够支持在一给定的 时间期间内最大数量的链接的列车和/或最大数量的链接请求。无论如 何，预设的限值的目的在于识别无线电通信量的水平，在该无线电通信 量的水平下中继器活动的增加将造成，或趋于造成具有附随堵塞信道饱 和和信息丢失。
如果无线电通信量不超过预设的水平，在名义活动水平(即在要求 时)下的中继的信息是激活的(方框106)并且循环从方框100重复。
在方框108处，如果信道负载超过预设的信道负载限值，中继器24 进行一个或多个动作以便减少中继器的活动水平，从而减少信道负载和 /或防止额外的负栽。例如，中继器24可以停止中继被识别为低优先权
的信息，同时继续中继其它的信息通信量。低优先权的信息的一个实 施例应当是链接指令。丢弃(dropping)链接信息优选地帮助确保到已 经建立的通信会话的最高质量的通信。可以限定信息优先权的多重水 平，每一水平具有来自中继器24的相应类型的响应。例如另一更限制 的动作将停止中继不是紧急种类(例如不利的制动应用)或突然种类的 所有信息。在最差情形下，中继器24可以被编制程序以通过停止所有 信息中继活动而响应。通常而言，如果信道负载少于预定的限值，中继 器通过在第一活动水平的无线通信信道而中继信息。如果另一方面，信 道负载超过预定的限值，中继器通过在第二活动水平下的无线通信信道 而中继信息。
所述响应策略可以通过不同的方式实施以适应特定的应用。例如， 在信道负栽及预设的限值之间的差值可以被量化，并且用于触发不同的 响应。例如，如果信道负载刚好超过预设的限值，则应使用一个温和的 响应，但是如果信道负栽明显大于预设的限值，则应使用更强的响应。
另一种可选方式是，中继器响应可以是分阶段的。换言之，当预设 的限值首先被超过时，中继器24可以默认使用温和的响应，同时继续 监控无线电通信量，如果信道负载在后来的监控循环中没有改善，则中继器应继续更强的响应，最终在必要的情况下停止所有信息的中继活 动。
在任何情况下，中继器24可以被编制程序以通过通信信道或其它 的无线或有线通信线路向在控制塔30处、中心局、或其它指示已经出 现超栽的场所处的远程使用者发送信息，从而可以采取合适的动作。监 控和分析循环从方框10开始重复.
滞后现象(Hys teres i s )或"死区(deadband )"可以并入在方框104 处测试的信道负栽，以防止"寻找故障(hunting)，，或中继器的响应的 快速变化。例如，预设的限值可以被表述为"停止重复"限值和"继续重 复，，限值，其中，所述"停止重复"限值设定在比"继续重复"限值更高 的信道负载处。此外，所述"停止重复"限值和"继续重复"限值可由用户 设置在给定范围内。
上面描述的程序步骤的最终结果是由于在铁路站场的无线电视力 线之内的多次列车链接、到达和开出而减少特定通信信道上的拥塞。这 允许受益于位于铁路站场或其它拥塞场所中的中继器，同时减轻其可能 的缺点。
前述内容已经描述一种信息中继器系统和一种用于操作所述信息 中继器系统的方法。同时，已经描述本发明的特定的实施方案，不脱离
技术人员是显而易见的。例如，当信息中继器已经在操作铁路站场中的 列车的上下文中被描述时，其原理可等同地应用于其它类型的车辆和通 信系统。因此，提供本发明的优选的实施方案的前述内容的说明和用于 实践本发明的最佳实施方式是仅仅为了示例性目的，而不是出于限制性 目的。
权利要求
1、一种操作用于列车系统的分布式动力中继器的方法，所述方法包括以下步骤(a)监控由中继器所使用的无线通信信道上所有的无线电通信量，以在多个发射器和接收器之间中继分布式动力指令，所述发射器和接收器布置在用于列车的分布式动力控制装置的多个列车上；(b)确定通信信道上的信道负载的水平；(c)将信道负载与预定的限值作比较；(d)如果信道负载低于预定的限值，则在第一活动水平下通过无线通信信道中继信息；以及(e)如果信道负载超过预定的限值，则在低于第一活动水平的第二活动水平下通过无线通信信道中继信息。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括(a) 量化在观测的信道负载水平与预定的限值之间的差值；以及(b) 基于所述观测的信道负载水平与预定的限值之间的差值，确定 所述第二活动水平的量级。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信道负载超过 预定的限值越多，则所述第二活动水平越低。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二活动水平 对应于所述中继信息的完全停止.
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的限值包 括不相同的较高限值与较低限值，所述步骤(d)的比较通过所述较低限 值进行，而所述步骤(e)的比较通过较高限值进行。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括(a) 从一个或多个发射器接收至少一个帮助请求；以及(b) 至少部分地基于在选择的时间期间内的出现的帮助请求的数 量，确定信道负载。
7、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括(a) 确定一个或多个发射器每隔多久就重试发送信息；以及(b) 至少部分地基于在选择的时间期间内出现的重试的数量，确定信道负载。
8、 根据权利要求1所述的方述，其特征在于，每一条信息是可唯 一识别的，所述方法还包括至少部分地通过在选择的时间期间内发送的 信息的数量确定信道负栽。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相关信息的组构成 可识别的通信会话，所述方法还包括至少部分地通过目前同时通信会话 的数量确定信道负载。
10、 根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在重复循环中运 行步骤(a)-(d)，其特征在于，如果所述信道负载在随后的时间循环中继续等于或超过所述预定的限值，纵使在第二水平下的操作，所述中继 器在随后的循环中减少第二活动水平的量级。
11、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中继器同时监 控多个通信信道。
12、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(a) 所述中继器布置在铁路站场中；(b) 每一个发射器由列车的引导装置运载；以及(c) 每一个接收器由列车的远程装置运载。
全文摘要
本发明涉及一种信息中继器及其操作方法。提出一种用于操作用于列车系统的分布式动力中继器的方法。所述方法包括(a)监控由中继器所使用的无线通信信道上所有的无线电通信量，以在多个发射器和接收器之间中继分布式动力指令，所述发射器和接收器布置在用于列车的分布式动力控制装置的多个列车上；(b)确定通信信道上的信道负载的水平；(c)将信道负载与预定的限值作比较；(d)如果信道负载低于预定的限值，则在第一活动水平下通过无线通信信道中继信息；以及(e)如果信道负载超过预定的限值，则在低于第一活动水平的第二活动水平下通过无线通信信道中继信息。
文档编号H04W48/06GK101677452SQ20091017466
公开日2010年3月24日 申请日期2009年9月21日 优先权日2008年9月21日
发明者G·W·梅森, M·E·史密斯 申请人:通用电气公司