用于在机车小组或其它车辆小组中传递数据的系统和方法

专利名称：用于在机车小组或其它车辆小组中传递数据的系统和方法
技术领域：
本申请要求2009年3月17日提交的美国临时申请序号61/160930的优先权。本发明的实施例涉及数据通信，并且更具体地涉及机车小组(locomotive consist)或其它车辆小组(vehicle consist)中的数据通信。
背景技术：
机车“小组”是机械耦合或链接在一起以便沿路线行进的一组两个或更多机车。列车可具有一个或多个机车小组。小组中的机车包括引导机车和一个或多个尾随机车。列车 将具有至少一个引导小组，并且还可具有置于列车中更后面的一个或多个远程小组。在机车小组中，各机车在机车的各端包括连接，以便将机车的电力和制动系统耦 合到相邻机车，使得它们一起作为单个单元起作用。各机车经由端口以及在各端上包括27 个引脚的跨接线电缆连接到后续机车。这种电缆在行业中通常称作复合电缆或“MU”电缆。 小组中的两个或更多机车可各自包括板载控制器或其它电子器件。在某些情况下，可能期 望将板载电子器件链接在一起作为计算机网络，使得小组中的引导机车的电子器件能与尾 随机车的电子器件进行通信。这种小组内网络可通过允许引导机车利用相同小组的尾随机 车中包含的电子设备，允许使用机车电子器件中的内在冗余来改进机车的可靠性。使用尾 随机车中的远程电子器件比在各机车上提供冗余设备会更简便并且更具成本效益。迄今为止，机车小组中的通信使用两种方法来实现。第一种方法涉及使用无线电 设备的小组中的车辆之间的无线通信。但是，无线通信的实现成本高，并且特别易于在连接 的机车和相邻轨道上没有物理连接的机车之间串扰。第二种方法涉及在小组中的链接的机 车之间架设专用网络电缆。但是，在大多数情况下，这要求用附加的电缆对现有车辆翻新， 这通常是成本高昂的。另外，由于电缆连接暴露于相邻链接机车之间的间隔空间中，因此， 如果车辆小组在严酷环境条件、如恶劣天气中操作，则电缆连接可能易于出故障。最后，存 在用专用网络电缆来连接机车所要求的附加工作量，并且这将要求附加的训练。

发明内容
本发明的实施例涉及用于在机车小组中传递数据的系统和方法。“机车小组”是指 机械耦合或链接在一起以便沿一组一个或多个铁轨行进的一组机车。在该方法的一个实施 例中，网络数据在机车小组中的引导机车和机车小组中的一个或多个尾随机车之间传送。 “网络数据”是指以分组形式包装为数据分组的数据。各数据分组包括接收方计算机单元或 其它电子组件的网络地址。网络数据通过现有机车复合(MU)电缆总线来传送，所述MU电 缆总线互连引导机车和尾随机车。MU电缆总线是机车小组中用于在引导机车与尾随机车之 间传输非网络控制信息的现有电总线。(MU “电缆总线”是指实际互连相邻机车的MU电缆 跨接线(cable jumper)和/或将电缆跨接线连接到内部机车电子器件的内部电系统和机 车任一端上的MU端口。)“非网络”控制信息是指机车小组中用于机车控制目的的命令信 息，它不是分组数据。在另一个实施例中，非网络控制信息不是分组数据，并且不包括接收方网络地址。在另一个实施例中，网络数据在机车之一转换成调制的网络数据以用于通过MU 电缆总线的传送。调制的网络数据与引导和尾随机车之间通过MU电缆总线所传输的非网 络控制信息互不相关。“互不相关”表示调制的网络数据不干扰非网络控制信息，并且非网 络控制信息不干扰调制的网络数据。在小组中的另一个机车(例如接收方机车)，调制的网 络数据通过MU电缆总线来接收，并且经过解调以用于由机车中的计算机单元或其它电子 组件来使用。另一个实施例涉及一种用于在机车小组中传递数据的通信系统。该系统包括置于 机车小组中的引导机车和每个尾随机车中的相应路由器收发器单元。路由器收发器单元各 自电耦合到机车小组中互连引导机车和尾随机车的MU电缆总线。MU电缆总线是机车小组 中用于在引导与尾随机车之间传输非网络控制信息的现有电缆总线。路由器收发器单元配 置成通过MU电缆总线来传送和/或接收网络数据。在通信系统的另一个实施例中，各路由器收发器单元配置成将网络数据转换为调 制的网络数据以用于通过MU电缆总线的传送，并且将通过MU电缆总线所接收的调制的网 络数据解调回到网络数据，以用于在机车小组中的电子组件之间传递数据或其它方面中使 用。调制的网络数据与引导和尾随机车之间通过MU电缆总线所传输的非网络控制信息互 不相关。在上述实施例的任一个中，网络数据可以是TCP/IP格式化的数据；可使用其它通 信协议。另外，各机车可包括通过经由MU电缆总线传送格式化为TCP/IP数据或其它数据 的网络数据来与相同小组中的其它电子组件进行通信的计算机单元或其它电子组件，由此 形成计算机网络、如以太网类型网络。上述实施例的任一个还可一般应用于在车辆小组中传递数据。“车辆小组”是指机 械耦合或链接在一起以便沿路线行进的一组车辆。


通过阅读以下参照附图的非限制性实施例的描述，将会更好地理解本发明，以下 附图中图1是根据本发明的一实施例、用于在机车小组中传递数据的通信系统的示意 图；图2是图1的通信系统的上下文中所示的机车中的MU电缆总线的示意图；图3和图7是MU电缆跨接线的示意图；图4是根据本发明的一实施例的路由器收发器单元的示意图；图5是示出根据本发明的一实施例的路由器收发器单元的信号调制器模块部分 的功能性的示意图；图6是路由器收发器单元的另一个实施例的电路图；以及图8是与ECP列车线结合实现的通信系统的一实施例的示意图。
具体实施例方式参照图1，本发明的实施例涉及用于在机车小组12中传递数据的通信系统10和方法。“机车小组”是指机械耦合或链接在一起以便沿铁路14行进的一组机车。在系统10 中，网络数据16从小组12中的一个机车18a(例如引导机车18a)传送到小组中的另一个 机车18b (例如尾随机车18b)。各机车18a-18c与小组12中的另一个机车相邻并且机械耦 合，使得小组中的所有机车被连接。“网络数据” 16是指以分组形式包装的数据，表示包含 关联数据比特的集合20的数据分组。(各数据分组可包括数据字段22以及与小组12中 的计算机单元或其它电子组件唯一关联的网络地址或其它地址24。)网络数据16通过机 车复合(MU)电缆总线26来传送。MU电缆总线26是互连小组中的引导机车18a和尾随机 车18b、18c的现有电总线。MU电缆总线26在机车小组12中用于在小组中的机车之间传输 非网络控制信息28。“非网络”控制信息28是指机车小组中用于控制目的的数据或其它信 息，它不是分组数据。在另一方面，非网络控制信息28不是分组数据，并且不包括接收方网 络地址。在另一个实施例中，如下面更详细所论述的，将网络数据16转换成调制的网络数 据30以用于通过MU电缆总线26的传送。调制的网络数据30与机车之间通过MU电缆总 线26所传输的非网络控制信息28互不相关，以避免干扰。在接收方/后续机车，调制的网 络数据30通过MU电缆总线26来接收，并且经过解调以用于由机车电子组件32a、32b、32c 来使用。对于这些功能，通信系统10可包括置于机车小组12中的引导机车18a和每个尾 随机车18b、18c中的相应路由器收发器单元34a、34b、34c。通过将现有车辆间电缆总线用于在机车之间传送网络数据，本发明的系统和方法 避免与无线传送关联的干扰和其它问题，并且消除了用专用网络电缆来专门配备机车的需要。MU电缆总线26的一个示例在图2中更详细地示出。其它配置是可能的，取决于所涉及机车的类型。如上所述，MU电缆总线26是互连小组中的引导机车18a和尾随机车 18b、18c的现有电总线。在各机车、如图2所示的引导机车18a中，MU电缆总线26包括前 MU端口 36、后MU端口 38以及将前端口 36和后端口 38连接到机车18a的一个或多个电子 组件32a的内部MU电系统40。在所示示例中，内部MU电系统40包括与前MU端口 36电连 接的前端子板42、与后MU端口 38电连接的后端子板44、中央端子板46以及分别将中央端 子板46与前端子板42和后端子板44电连接的第一和第二电导管(electrical conduit) 部分48、50。机车18a的一个或多个电子组件32a可电连接到中央端子板46，并且由此一 般电连接到MU电缆总线26。虽然前MU端口 36和后MU端口 38 —般可位于机车18a的前 面和后面，但情况并非始终如此，并且例如“前”、“后”、“中央”等命名不是要进行限制，而是 相反要提供用于标识目的。如图2和图3所示，MU电缆总线26还包括MU电缆跨接线52。跨接线52包括第 一和第二插头端(Plug end) 54,56以及将插头端电和机械连接在一起的软性电缆部分58。 插头端54、56装配到MU端口 36、38中。MU电缆跨接线52可以是电对称的，表示任一插头 端能附连到任一端口。MU电缆跨接线52用于电互连相邻机车18a、18b的内部MU电系统 40。因此，对于每对相邻机车18a、18b，MU电缆跨接线52的一个插头端54附连到前面机车 18a的后MU端口 28，并且MU电缆跨接线52的另一个插头端56附连到后面机车18b的前 MU端口 36。MU电缆跨接线52的软性电缆部分58在两个插头端之间延伸，从而提供两个机 车18a、18b之间软性的但安全的电连接。
根据机车的特定类型和配置，电导管部分48、50和MU电缆跨接线52可在导管或 跨接线中包含的离散(discreet)电通路的数量“n”( “n”是等于或大于1的实整数)和类 型方面以不同方式来配置。在一个示例中，各导管部分48、50和跨接线电缆部分58包括多 个离散电线，例如12-14规格铜线。在另一个示例中，(MU电缆跨接线52的)电缆部分58 包括多个离散电线，而导管部分48、50各自包括一个或多个离散电线和/或非导线电通路， 例如机车的导电结构组件、通过或包括电或电子组件的通路、电路板迹线或诸如此类。虽然 图2中的某些元件示为包括“n”个离散的电通路，但是应当理解，各元件中的离散通路的数 量可以不同，即，“n”对于各元件可以相同或者不同。如上所述，MU电缆跨接线52的插头端54、56装配到MU端口 36、38中。为此目的， 插头端和MU端口在形状上彼此互补，都用于机械和电附连。插头端54、56可包括多个电引 脚，其每个装配到MU端口中的对应电插孔中。引脚和插孔的数量可取决于内部电导管40、 MU电缆跨接线52等中现存的离散电通路的数量。在一个示例中，各插头端54、56是27引 脚插头。中央端子板46、前端子板42和后端子板44各自包括(附连到机车的)绝缘底座， 其上安装了用于导线或电缆的端子。这在将不同电子组件连接到MU电缆总线方面提供了 灵活性。MU电缆总线26在机车小组12中用于在小组中的机车18a、18b、18c之间传输非网 络控制信息28。“非网络”控制信息28是指机车小组中用于控制目的的数据或其它信息， 它不是分组数据。在另一个示例中，非网络控制信息28不是分组数据，并且不包括接收方 网络地址。非网络控制信息28根据指定电压载波信号(例如74伏特开/关信号，其中0V 表示数字“0”值，而+74伏特表示数字“1”值，或者0V-74V的模拟信号，其中0-74V电压水 平可表示功能性的特定水平或百分比)通过MU电缆总线26来传送。非网络控制信息使用 各机车中配置用于传送和接收目的的一个或多个电子组件32a-32c来传送和接收。术语“MU电缆总线”是指整个MU电缆总线或者它的任何部分，例如端子板、端口、 跨接线电缆、导管部分和诸如此类。正如应当理解的，当两个机车经由MU电缆跨接线52连 接时，这两个机车的MU电缆跨接线52和内部MU电系统40 —起形成MU电缆总线。当后续 机车使用附加MU电缆跨接线52来附连时，后续机车的那些电缆跨接线和内部MU电系统40 也成为MU电缆总线的部分。如图1所示，机车小组12可以是包括机车小组12、多个有轨车62以及可能的附加 机车或机车小组(未示出)的列车60的部分。小组12中的各机车18a-18c通过耦合器64 至少与小组12中的另一个相邻机车机械耦合。有轨车62类似地机械耦合在一起以及机械 耦合到机车小组，以形成一系列链接车辆。非网络控制信息可用于机车控制目的或者用于 列车60中的其它控制目的。如上所述，通信系统10可包括置于机车小组12中的引导机车18a和每个尾随机 车18b、18c中的相应路由器收发器单元34a、34b、34c。路由器收发器单元34a、34b、34c各 自与MU电缆总线26电耦合。路由器收发器单元34a、34b、34c配置成通过MU电缆总线26 来传送和/或接收网络数据16。在一个实施例中，各路由器收发器单元从机车小组12中的 计算机单元或其它电子组件32a、32b、32c接收网络数据16，并且将所接收的网络数据16调 制成调制的网络数据30以用于通过MU电缆总线26的传送。类似地，各路由器收发器单元34a.34b.34c通过MU电缆总线26接收调制的网络数据30，并且将所接收的调制的网络数 据30解调为网络数据16。“调制”表示从一种形式转换到适合通过MU电缆总线26传送的 第二种不同形式。“解调”表示从第二种形式转换回到第一种形式中。调制的网络数据30 与机车之间通过MU电缆总线26所传输的非网络控制信息28互不相关。“互不相关”表示 调制的网络数据不干扰非网络控制信息，并且非网络控制信息不干扰调制的网络数据(至 少不会达到将破坏数据的程度)。在接收方/后续机车，调制的网络数据30通过MU电缆总 线26来接收，并且被解调回到网络数据16以用于由机车电子组件32a、32b、32c来使用。网络数据16是以分组形式来包装的数据，表示包含关联数据比特的集合20的数 据分组。各数据分组20可包括数据字段22以及与小组12中的计算机单元或其它电子组 件32a-32c唯一关联的网络地址或其它地址24。网络数据16可以是TCP/IP格式化的或 SIP格式化的数据，但是，电子组件和/或路由器收发器单元可使用其它通信协议来传递网 络数据。正如应当理解的，MU电缆总线26、电子组件32a-32c和路由器收发器单元34a_34c 一起形成局域网。在一个实施例中，这些组件配置成形成以太网网络。图4更详细地示出路由器收发器单元34a的一个实施例。路由器收发器单元34a 包括网络适配器模块66和信号调制器模块68。信号调制器模块68电连接到网络适配器模 块66和MU电缆总线26。在图4所示的示例中，信号调制器模块68通过中央端子板46 (在 机车电子组件32a附近)电连接到MU电缆总线26。网络适配器模块66电连接到网络接 口单元70，它是电子组件32a的部分和/或在操作上与其连接。(电子组件32a可以是例 如用于控制机车的计算机单元。)网络适配器模块66和网络接口单元70通过网络电缆72 来电互连。例如，如果网络适配器模块66和网络接口单元70配置为以太网局域网，则网络 电缆72可以是CAT-5E电缆。网络接口单元70在功能上连接到电子组件32a中配置用于 网络通信的一个或多个软件或硬件应用74。在一个实施例中，网络接口单元70、网络电缆 72和软件或硬件应用74包括标准以太网就绪(Ethernet-ready)(或其它网络)组件。例 如，如果电子组件32a是计算机单元，则网络接口单元70可以是连接到计算机单元用于执 行网络通信的以太网适配器。网络适配器模块66配置成通过网络电缆72从网络接口单元70接收网络数据16。 网络适配器模块66将网络数据16输送给信号调制器模块68，它将网络数据16调制成调制 的网络数据30，并且通过MU电缆总线26传送调制的网络数据30。信号调制器模块68还 通过MU电缆总线26接收调制的网络数据30，并且将调制的网络数据30解调为网络数据 16，然后将其输送给网络适配器模块66以用于传送给网络接口单元70。网络适配器模块 66和信号调制器模块68之一或这两者可对网络数据16和/或解调的网络数据30执行各 种处理步骤，以用于通过MU电缆总线26和/或通过网络电缆72 (到网络接口单元70)的 传送和接收。另外，网络适配器模块66和信号调制器模块68之一或这两者可执行网络数 据路由选择功能。信号调制器模块68包括用于电连接到MU电缆总线26的电输出端(例如端口、导 线)，以及内部电路(例如电和绝缘组件、微控制器、软件/固件)，用于从网络适配器模块 66接收网络数据16、将网络数据16调制成调制的网络数据30、通过MU电缆总线26传送调 制的网络数据30、通过MU电缆总线26接收调制的网络数据30、将调制的网络数据30解调 为网络数据16以及将网络数据16传递给网络适配器模块66。内部电路可配置成使用例如VDSL或VHDSL(极高比特率数字用户线)应用中或者电力线数字用户线(PDSL)应用中 利用的那些方案的方案来对数据进行调制和解调。适当调制方案的一个示例是正交频分复 用(OFDM)。OFDM是频分复用方案，其中大量紧密间隔的正交副载波用于携带数据。数据划 分到若干并行数据流或信道中，每个副载波对应一个。每个副载波用常规调制方案(例如 正交幅度调制或相移键控)以低符号速率来调制，由此使总数据速率保持为与相同带宽中 的常规单载波调制方案相似。调制或通信方案可涉及应用载波(以与用于MU电缆总线中 的非网络数据的频率互不相关的特定频率)，并且使用与网络数据16对应的数字信号来调 制载波。图5示出根据本发明的一个实施例、按照0SI网络模型所给出的、信号调制器模块 68能如何起作用的一个可能示例。在这个示例中，信号调制器模块68包括物理层76和数据 链路层78。数据链路层78分为三个子层。第一子层是应用协议汇聚(APC)层80。APC层 接受来自上面应用层(例如网络适配器模块66)的以太网(或其它网络)帧16，并且将它 们封装成MAC (媒体访问控制)服务数据单元，服务数据单元被传输到逻辑链路控制(LLC) 层82。LLC层82负责可能的加密、聚合、分段、自动重复请求和类似功能。数据链路层78 的第三子层是调度信道访问的MAC层84。物理层76分为三个子层。第一子层是物理编码 子层(PCS) 86，它负责生成PHY (物理层)报头。第二子层是物理媒体附连(PMA)层88，它 负责加扰和FEC(前向纠错)编码/解码。第三子层是物理媒体相关(PMD)层90，它负责 比特加载和OFDM调制。PMD层90配置用于根据MU电缆总线的特定配置(电或其它方面) 与MU电缆总线26接口。其它子层是媒体无关的，即，与MU电缆总线的配置不相关。图6是路由器收发器单元34a的另一个实施例的电路图。在这个实施例中，路由器 收发器单元34a包括控制单元92、交换机(switch) 94、主总线96、网络接口部分98和VDSL 模块100。控制单元92包括控制器102和控制单元总线104。控制器102电连接到控制单 元总线104，以用于通过总线104传递数据。控制器102可以是微控制器或其它基于处理 器的单元，包括用于微控制器的配套电路。交换机94是配置成处理和路由分组数据及其 它数据的网络交换/路由器模块。交换机94将控制单元92与主总线96接口。交换机94 可以是例如层2/3多端口交换机。网络接口部分98电连接到主总线96，并且包括八进制 PHY (octal PHY)(物理层)部分106和网络端口部分108。网络端口部分108电连接到八 进制PHY部分106。八进制PHY部分106可包括10/100/1000Base T8端口以太网(或其它 网络)收发器电路。网络端口部分108可包括以太网(或其它网络)变压器和用于接纳网 络电缆72的关联CAT-5E插口(或其它电缆类型插口)。VDSL模块100还通过八进制PHY单元110连接到主总线96，其中八进制PHY单元 110可以是与八进制PHY部分106相同的单元或者是不同的八进制PHY单元。VDSL模块100 包括电连接到八进制PHY单元110的物理接口部分(PHY)112、电连接到物理接口部分112 的VDSL控制114、电连接到VDSL控制114的VDSL模拟前端单元116以及电连接到VDSL模 块前端单元116的VDSL端口单元118。物理接口部分112充当与八进制PHY单元110的物 理和电接口，例如，物理接口部分112可包括端口和相关的配套电路。VDSL模拟前端单元 116配置用于通过MU电缆总线26收发调制的网络数据30 (例如发送和接收调制数据)，并 且可包括以下的一个或多个模拟滤波器、线路驱动器、模数和数模转换器及相关的配套电 路(如电容器)。VDSL控制114配置用于转换和/或处理网络数据16以用于调制和解调，并且可包括微处理器单元、ATM(异步传输模式)和IP(因特网协议)接口以及数字信号处 理电路/功能性。VDSL端口单元118提供到MU电缆总线26的物理和电连接，并且可包括 变压器电路、电路保护功能性以及用于将VDSL模块100连接到MU电缆总线26的端口或者 其它附连或连接机制。图6所示的路由器收发器单元34a的整体操作与针对图1、图2和图 4所述的相似。本发明的另一个实施例涉及一种用于在机车小组12中传递数据的方法。该方法 包括在机车小组12内的机车18a-18c之间传送网络数据16、30。(各机车18a-18c与小组 中的一个或多个其它机车相邻并且机械耦合。)网络数据16、30通过互连小组12中的至 少相邻机车18a、18b的机车复合(MU)电缆总线26来传送。MU电缆总线12是机车小组12 中用于在小组12中的机车18a-18c之间传输非网络控制信息28的现有电缆总线。在另一个实施例中，该方法还包括在机车小组12中的一个或多个机车18a-18c的 每个将网络数据16转换成调制的网络数据30以用于通过MU电缆总线26的传送。调制的 网络数据30与通过MU电缆总线所传输的非网络控制信息28互不相关。该方法还包括将通 过MU电缆总线26接收的调制的网络数据30解调，以用于由机车的板载电子组件32a-32c 来使用。正如应当理解的，情况可以是，小组中的某些机车是根据本发明的系统和方法来 网络装备的、例如用路由器收发器单元来配备，而小组中的其它机车则不是。例如，可存在 由非网络装备的第二机车物理分隔开的第一和第三网络装备的机车。在这种情况下，第一 和第三机车仍然能够传递和交换数据，即使它们之间存在非网络装备的机车。这是可能的， 因为所有机车仍然经由MU电缆总线来电连接。在一种情况下，例如，机车小组包括第一、第 二和第三机车，其中第二机车安置在第一与第三机车之间。第一路由器收发器单元置于第 一机车中，而第二路由器收发器单元置于第三机车中。但是，第二机车没有路由器收发器单 元或者用于通过MU电缆总线传送和/或接收网络数据的其它功能性。然而，网络数据通过 第二机车在第一与第三机车之间传送，其中网络数据经过第二机车中的MU电缆总线的部 分但没有被第二机车传送或接收。在另一个实施例中，该方法还包括至少部分地基于网络数据16来控制小组中的 机车18a_18c中的至少一个。机车小组12可以是包括机车小组12和多个有轨车62的列车60的部分。此处， 非网络控制信息28可以是根据指定电压载波信号(例如+74V)通过MU电缆总线来传送的 列车控制信息。参照图7，如果MU电缆跨接线52和/或内部电系统40包括多个离散电线或其它 电通路、如图7所示的三个离散电线120a-120c，则情况可以是，网络数据30仅通过多个离 散电线或其它电通路之一来传送。这可取决于每个通路在机车小组中用于什么以及它携带 什么类型的信息。例如，通过携带模拟非网络数据的导线120a来传送网络数据可能是不合 乎需要的，而携带数字信号(开+V，关0V)的导线120b对于传送网络数据是更合乎需要的。本发明的另一个实施例涉及一种用于在机车小组12中传递数据的通信系统10。 系统10包括置于机车小组12的各机车18a-18c中的相应路由器收发器单元34a-34c。各 路由器收发器单元34a-34c耦合到机车小组12中互连相邻机车18a、18b的机车复合(MU) 电缆总线26。MU电缆总线16是机车小组中用于在机车小组内的机车之间传输非网络控制信息28的现有电缆总线。各路由器收发器单元34a-34c配置成通过MU电缆总线26来传 送和/或接收网络数据16、30。在系统10的另一个实施例中，各路由器收发器单元34a_34c配置成将网络数据16 转换成调制的网络数据30以用于通过MU电缆总线26的传送。调制的网络数据与机车之 间通过MU电缆总线所传输的非网络控制信息互不相关。各路由器收发器单元还配置成将 通过MU电缆总线所接收的调制的网络数据解调，以用于由小组的机车中的电子组件使用。另一个实施例涉及一种用于在机车小组12中传递数据的通信系统。在这个实施 例中，该系统包括置于小组12中的多个机车18a-18c的每个中的相应路由器收发器单元 34a-34c。系统在多个机车的每个中还包括置于机车中并且在操作上耦合到机车中的路由 器接收器单元的相应电子组件32a-32c (例如，计算机单元)。路由器收发器单元34a_34c 电耦合到机车复合(MU)电缆总线26，它是小组中用于在多个机车之间传输非网络控制信 息28的现有电缆总线。路由器收发器单元34a-34c配置成通过MU电缆总线16来传送 和/或接收网络数据16、30，网络数据在电子组件32a-32c之一始发，并且寻址到电子组件 32a-32c中的另一个。各路由器收发器单元可配置成将网络数据转换成调制的网络数据以 用于通过MU电缆总线的传送(调制的网络数据与机车之间通过MU电缆总线所传输的非网 络控制信息互不相关)，并且配置成将通过MU电缆总线接收的调制的网络数据解调，以用 于电子组件之一中的使用。另一个实施例涉及一种用于在机车小组12中传递数据的通信系统。该系统包括 小组中的计算机网络。该计算机网络包括置于小组12中的多个机车18a-18c的每个中的相 应电子组件32a-32c以及机车复合(MU)电缆总线26。MU电缆总线26互连电子组件，并且 是小组中用于在机车之间传输非网络控制信息28的现有电缆总线。电子组件配置成通过 经由MU电缆总线26传送网络数据16、30来进行通信，网络数据16在电子组件之一始发， 并且寻址到电子组件中的另一个。正如应当理解的，在这个实施例中，电子组件配置成执行 如上所述的路由器收发器单元34a-34c的功能性，和/或路由器收发器单元34a_34c是电 子组件的部分(或者包括电子组件)。该计算机网络可以是以太网网络。另一个实施例涉及一种用于为网络数据通信而翻新机车的方法。该方法包括用路 由器收发器单元来配备机车，将路由器收发器单元与机车的电子组件接口，并且将路由器 收发器单元与机车的复合(MU)电缆总线接口。MU电缆总线是用于在小组中的机车之间传 输非网络控制信息的现有电缆总线。路由器收发器单元配置成通过MU电缆总线来传送和 /或接收网络数据。另一个实施例涉及一种用于为网络数据通信而翻新机车小组的方法。该方法包括 在小组12中的多个机车18a-18c的每个用相应路由器收发器单元34a-34c来配备机车， 将路由器收发器单元34a-34c与机车的电子组件32a_32c接口，并且将路由器收发器单元 34a-34c与机车的复合(MU)电缆总线26接口。MU电缆总线是用于在小组中的机车之间传 输非网络控制信息的现有电缆总线。各路由器收发器单元配置成通过MU电缆总线26来传 送和/或接收网络数据16、30。本文所述实施例的任一个还可一般应用于在车辆小组中传递数据。“车辆小组”是 指机械耦合或链接在一起以便沿路线行进的一组车辆。例如，本发明的一个实施例涉及用于在车辆小组12中传递数据的系统和方法。在这个实施例中，网络数据16、30从车辆小组12中的第一车辆18a传送给该车辆小组中的第 二车辆1 8b。网络数据16、30通过互连第一车辆18a和第二车辆18b的现有电缆总线26来 传送。现有电缆总线26在车辆小组12中用于在第一车辆与第二车辆之间传输非网络控制 信息28。正如应当理解的，这种方法和系统可应用于在链接的车辆18a-18c的任一个之间 传递数据，并且由此术语“第一”和“第二”车辆用于标识车辆小组中的相应车辆，而不是旨 在表征车辆的顺序或位置，除非另加指明。也就是说，情况可以是，第一和第二车辆彼此相 邻并且机械耦合。在本文陈述的实施例的任一个中，网络数据可以是TCP/IP格式化的或者SIP格式 化的数据。另外，各车辆可包括计算机单元，其中计算机单元32a-32c通过经由现有电缆总 线26传送格式化为TCP/IP数据或SIP数据或其它数据的网络数据来相互通信，并且计算 机单元由此形成计算机网络、如以太网类型网络。在本文陈述的实施例的任一个中，通过MU电缆总线或其它现有电缆总线所传送 的数据可以附加地或备选地是“高带宽”数据，表示以10M比特/秒或更大的平均速率来传 送的数据。(在一个方面，数据是高带宽数据。在另一个方面，数据是网络数据。在另一个 方面，数据是高带宽数据以及网络数据，在本文中称为“高带宽网络数据”，表示以分组形式 包装为数据分组并且通过MU电缆总线以10M比特/秒或更大的平均速率来传送的数据。) 这反映了通信系统(及关联方法)可应用于在机车小组中实现高信息密度通信环境，即，有 可能在机车之间以及时的方式交换较大量的数据。相反，“低带宽”数据是以小于10M比特 /秒的平均速率所传送的数据，并且“极低带宽”数据(一种类型的低带宽数据)是以1200 比特/秒或更低的平均速率所传送的数据。在本文所述的实施例的任一个中，现有电缆总线26可以是ECP(电控制的空气制 动器)列车线。列车上的ECP制动器通过美国铁道协会的4200系列规范来定义。这个标 准描述延伸列车长度的230VDC电力线(用于向远程单元提供DC电力)、操作在230V电力 线上部的在132kHz的收发器以及符合ANSI/EIA 709. 1和709. 2协议的通信链路(使用收 发器通过电力线来实现)。根据4200系列规范，通信链路用于在有轨车之间传递制动数据， 以用于制动控制的目的。在一个实施例中，参照图8，用于在机车小组或其它车辆小组中传递数据的系统 300配置成通过ECP列车线304以与通过ECP列车线304所传送的ECP制动数据306互不 相关的方式来传送网络和/或高带宽数据302。系统300包括小组312中的多个车辆310a、 310b的每个上的路由器收发器单元308a、308b。(多个如此装备的车辆可少于小组中的所 有车辆。)在每个车辆上，除了 ECP收发器314之外，路由器收发器单元308a、308b也在车 辆上。备选的是，ECP收发器可重新配置成包括路由器收发器308a、308b的功能性。各路 由器收发器单元308a、308b电连接到ECP列车线304，并且配置成通过ECP列车线304以一 个或多个频率f2来传送网络和/或高带宽数据302，其中一个或多个频率f2是(i)与ECP 制动数据306的132kHz频率不同；(ii)不干扰ECP制动数据306 (或者接收来自ECP制动 数据306的显著干扰)；以及(iii)不干扰ECP列车线304上存在的230V DC信号316 (或 者接收来自230V DC信号316的显著干扰)。(也就是说，数据302与数据306和DC信号 316互不相关。)例如，可将网络和/或高带宽数据调制成通过ECP列车线以兆赫兹(MHz) 范围中的频率所传送的载波/RF信号。路由器收发器单元308a、308b可与上述路由器收发器单元34相似。图8的实施例可结合本文所述的其它实施例的任一个来实现。同样，在小 组中的某些车辆没有装备路由器收发器308a、308b的情况下，数据302将仍然通过延伸经 过这类车辆的ECP列车线来传送，以用于由装备了路由器收发器308a、308b的车辆最终接 收。正如应当理解的，系统300建立高带宽数据网络，它与4200系列规范中为机车与 有轨车之间的ECP制动业务指明的132kHz通信链路叠加和分离地操作。在一个方面，数 据网络用于在小组中的车辆之间传递非制动数据(例如，采取网络和/或高带宽数据的形 式)。可传输的数据的示例包括指示车辆健康的车辆传感器数据、物品条件(commodity condition)数据、温度数据、重量数据、安全数据、本文中在其它方面指明的数据和/或其 它数据。在另一个方面，作为对132kHz通信链路的附加或备选，数据网络用于传递制动数 据。制动数据可附加到通过数据网络所传送的其它数据。要理解，以上描述旨在说明性而非限制性。例如，上述实施例(和/或其方面)可 相互结合使用。另外，可进行多种修改以使特定情况或材料适应本发明的教导，而不脱离其 范围。虽然本文所述材料的尺寸和类型旨在定义本发明的参数，但是它们决不是限制性的， 而只是示范实施例。通过阅读以上描述，本领域的技术人员将会明白许多其它实施例。因 此，本发明的范围应当参照所附权利要求以及这些权利要求对其享有权利的等效体的完整 范围来确定。在所附权利要求中，术语“包含”和“在其中”用作相应术语“包括”和“其中” 的普通英语等效体。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标 记，而不是旨在对其对象施加数字要求。此外，所附权利要求的限制不是以部件加功能的格 式来撰写的，并且不是旨在基于35U. S. C. § 112第六段来解释，除非并且直到这类权利要 求限制明确使用短语“部件，用于”之后跟随没有进一步结构的功能的陈述。本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明的若干实施例，并且还使本领 域的技术人员能够实施本发明的实施例，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何 结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求来定义，并且可包括本领域的技术人 员可想到的其它示例。如果这类其它示例具有未与权利要求的字面语言不同的结构元件， 或者如果它们包括具有与权利要求的字面语言的非实质差异的等效结构元件，则它们旨在 处于权利要求的范围之内。当结合附图进行阅读时，将会更好地理解本发明的某些实施例的以上描述。对于 附图示出各个实施例的功能块的图的程度，功能块不一定指示硬件电路之间的划分。因此， 例如，功能块的一个或多个(例如处理器或存储器)可在单块硬件(例如，通用信号处理 器、微控制器、随机存取存储器、硬盘和诸如此类)中实现。类似地，程序可以是独立程序、 可以结合为操作系统中的子例程、可以是已安装软件包中的功能，以及诸如此类。各个实施 例不限于附图中所示的布置和手段。当在本文中使用时，以单数形式记载并且之前具有词语“一”或“一个”的元件或 步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，本发明的对 “一个实施例”的引用并非旨在解释为排除同样结合所记载的特征的附加实施例的存在。此 外，除非相反地明确说明，否则，“包括”、“包含”或“具有”带有特定性质的元件或多个元件 的实施例可包括不带有那种性质的附加的这类元件。由于在用于在车辆小组中传递数据的上述系统和方法中可进行某些变更而未脱离本文所涉及的本发明的精神和范围，所以意图在于以上描述的或附图中所示的主题的全 部应该仅理解为说明本文的发明概念的示例，而不应理解为限制本发明。
权利要求
一种用于在机车小组中传递数据的方法，所述方法包括在机车小组内的机车之间传送网络数据，其中各机车与所述小组中的一个或多个其它机车相邻并且机械耦合；其中所述网络数据通过互连所述小组中的至少相邻机车的机车复合(MU)电缆总线来传送，所述MU电缆总线是所述机车小组中用于在所述小组中的机车之间传输非网络控制信息的现有电缆总线。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在所述机车小组中的一个或多个机车的每个 将所述网络数据转换成调制的网络数据以用于通过所述MU电缆总线的传送，其中所调制的网络数据与通过所述MU电缆总线所传输的所述非网络控制信息互不相关；以及 将通过所述MU电缆总线所接收的所调制的网络数据解调，以用于由所述机车的板载 电子组件来使用。
3.一种用于在机车小组中传递数据的通信系统，所述系统包括置于机车小组的至少两个机车的每个中的相应路由器收发器单元，其中所述机车小组 内的各机车与所述小组中的一个或多个其它机车相邻并且机械耦合；其中各路由器收发器单元耦合到所述机车小组中互连相邻机车的机车复合(MU)电缆 总线，所述MU电缆总线是所述机车小组中用于在所述机车小组内的机车之间传输非网络 控制信息的现有电缆总线；以及其中各路由器收发器单元配置成通过所述MU电缆总线来传送和/或接收网络数据。
4.如权利要求3所述的系统，其中，各路由器收发器单元配置成将所述网络数据转换 成调制的网络数据以用于通过所述MU电缆总线的传送，所调制的网络数据与机车之间通 过所述MU电缆总线所传输的所述非网络控制信息互不相关，并且配置成将通过所述MU电 缆总线所接收的所调制的网络数据解调，以用于由所述机车小组的机车中的电子组件来使 用。
5.如权利要求3所述的系统，其中，所述网络数据是高带宽网络数据。
6.如权利要求3所述的系统，其中所述机车小组包括第一、第二和第三机车，所述第二机车安置在所述第一机车与所述 第三机车之间；第一和第二路由器收发器单元分别置于所述第一和第三机车中； 所述第二机车没有路由器收发器单元或者用于通过所述MU电缆总线来传送和/或接 收网络数据的其它功能性；以及所述网络数据在所述第一与第三机车之间经过所述第二机车来传送，所述网络数据经 过位于所述第二机车中的MU电缆总线的部分但没有由所述第二机车来传送或接收。
7.一种用于在机车小组中传递数据的通信系统，所述系统包括所述小组中的计算机网络，所述计算机网络包括置于所述小组中的多个机车中的至少 两个的每个中的相应电子组件和机车复合(MU)电缆总线，所述MU电缆总线互连所述电子 组件，并且是所述小组中用于在所述机车之间传输非网络控制信息的现有电缆总线；其中，所述电子组件配置成通过经由所述MU电缆总线传送网络数据来通信，所述网络 数据在所述电子组件之一始发，并且选址到所述电子组件的另一个，其中所述网络数据是 高带宽网络数据。
8.一种用于在车辆小组中传递数据的方法，所述方法包括将网络数据从所述车辆小组中的第一车辆传送给所述车辆小组中的第二车辆，所述第 一车辆与所述第二车辆相邻并且机械耦合；其中，所述网络数据通过ECP列车线或者互连所述第一车辆和所述第二车辆的另一个 现有电缆总线来传送，所述现有电缆总线在所述车辆小组中用于在所述第一车辆与所述第 二车辆之间传输非网络和/或低带宽控制信息。
9.如权利要求8所述的方法，还包括在所述第一车辆，将所述网络数据转换成调制的网络数据以用于通过所述现有电缆总 线的传送，其中所调制的网络数据与所述第一与第二车辆之间通过所述现有电缆总线所传 输的所述非网络控制信息互不相关；以及在所述第二车辆，将通过所述现有电缆总线所接收的所调制的网络数据解调，以用于 由所述第二车辆中的计算机单元来使用； 其中，所述网络数据是高带宽网络数据。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述车辆小组是列车，所述第一车辆是第一机车，而所述第二车辆是第二机车； 所述现有电缆总线是互连所述第一机车和所述第二机车的机车复合(MU)电缆总线；以及所述非网络控制信息包括根据指定的电压载波信号通过所述MU电缆总线来传送的列 车控制信息。
全文摘要
本发明名称为“用于在机车小组或其它车辆小组中传递数据的系统和方法”。机车小组包括引导机车、一个或多个尾随机车以及互连第一机车和尾随机车的复合(MU)电缆总线，它在机车小组中用于在引导车辆与尾随机车之间传输非网络控制信息。在用于在机车小组中传递数据的系统和方法中，网络数据从机车小组中的引导机车传送到机车小组中的尾随机车的一个或多个。网络数据通过MU电缆总线来传送。各机车可包括计算机单元或其它电子组件，它们连同MU电缆总线一起形成列车中的网络、如以太网网络。
文档编号H04L29/06GK101841448SQ20101015725
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者E·A·史密斯, J·K·库珀, T·W·古德穆斯 申请人:通用电气公司