一种铁路STP系统与LTE网络之间接口设备的制作方法

本实用新型涉及无线调车机车信号系统领域，具体是一种铁路STP系统与LTE网络之间接口设备。

背景技术：

无线调车机车信号系统(Shunting Train Protection，简称STP系统，是在电气集中或计算机联锁车站采用无线通信方式，将车站的调车联锁信号传送到调车机车，并在司机室内反映车列前方运行条件的信号显示；利用对无线调车机车信号和车站基本信息的加工处理，通过调车机车既有的列车运行监控记录装置实现对调车作业安全防护的监控；它是保证调车机车作业安全的控制系统。其中的无线通信方式，过去采用GSM-R等窄带技术，现在LTE宽带无线通信技术成为了后续发展的趋势。

现有的STP系统框架如图1所示，包括车载主机、车站主机和信息传送系统，其中信息传送系统包括RTM、DSC和GSM-R网络。

车载主机：安装在机车上的STP车载控制器。为实现对调车机车作业安全控制,用来接收车站主机传送的无线调车机车信号、调车作业通知单及有关信息,并进行相应的加工处理后,与既有的列车运行监控记录装置交换显示和控制信息的车载设备。

车站主机：安装在地面控制中心的STP后台服务器。是完成对车站联锁信息的采集、加工、处理,并向调车机车传送无线调车机车信号和有关信息的地面设备。

RTM：安装在机车上，与车载主机通信，将车载主机信号转成无线信号的协转控制模块。负责：

1) 与车载主机建立握手关系；

2) 与DSC安全链路的保持维护；

3) 将车载主机422信号，转换成无线信号。

DSC：安装在地面控制中心，与车站主机通信，负责：

1) 与车站主机的握手消息交互；

2) 车站主机的负荷分担、冗余备份；

3) 与RTM安全链路的保持维护。

接口说明：

车载接口：该接口，是车载主机与RTM之间的接口，目前为RS422协议，RSS422/485接口。

地面接口：该接口，是车站主机与DSC之间的接口，目前为TCP/IP协议,以太网接口。

RTM与DSC之间接口：该接口，目前采用GSM-R无线网络承载，上层应用使用TCP/IP协议

该系统工作流程如图2所示，车载主机与车站主机之间的安全链路建立过程，被分成三段：

1) 车载主机向RTM发送“握手请求”，建立安全连接。

2) 车站主机往DSC发送“握手请求”，将自己的16位地址告知DSC。

3) RTM与DSC安全连接建立成功，车载主机往车站主机发送数据。其中，一是GSMR网络的附着、更新、去附着等由GSM-R网络实现，二RTM与DSC安全链路之间TCP链路建立，采用TCP Client/Server方式。

4) 当车载主机往车站主机发送数据后，DSC建立车载主机与车站主机的关系，车站主机可以往车载主机发送广播数据。

现有技术存在的问题和缺点：

1、车载RTM与DSC之间无线协议，采用GSM-R无线移动网络，存在传输速率低，频率利用率低，技术老化面临被替代等问题，目前不能传输高带宽数据业务，如站场的视频监控、监控检测等数据，不能满足未来的铁路站场信息化的业务需求；

2、原有的车载主机与车站主机之间的安全链路建立过程被分成三段，流程复杂。各段的安全链路建立与其他段之间存在先后顺序，如DSC与地面之间、GSM-R的无线链路需首先建立，然后是RTM与DSC之间建立安全链路，最后车载主机与RTM之间的安全链路握手消息才能成功。整个过程分段的好处是各段链路可独立控制，如果某一段链路断开，恢复时延相对较小，对其他链路也不产生影响，但各段的安全链路建立过程交互复杂、开发维护的工作量较大，同时系统扩展性不强。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种铁路STP系统与LTE网络之间接口设备，使用LTE网络替换GSMR网络, 全系统IP化，车载主机与车站主机之间的安全链路建立过程简化成两段，增强了系统可靠性。

本实用新型包括依次连接的车载主机、透传模块、EPC（4G核心网络）、DSC服务器和车站主机，所述的透传模块为RTM（车载通信单元）和CPE（无线终端接入设备）组合装置，具体包括通过通信控制装置连接的串口控制装置和LTE模块控制装置，其中串口控制装置通过RS422/RS232/RS485串行协议接口与车载主机连接，通信控制装置将串行协议转换成TCP/IP协议，LTE模块控制装置接入到LTE网络，并且通过TCP/IP的方式于EPC进行通信。

本实用新型使用的软件框架如下，包括依次连接的串行协议处理模块、通信管理模块、TCP/IP管理模块和LTE管理模块：

1）串行协议处理模块：主要功能是负责RS422/RS232/RS485串行协议的发送和接收，将接收到的串行数据传输给通信控制装置；接收来自通信管理模块的数据，发送到车载主机；

2）通信管理模块：主要功能是负责接收串行协议数据，转换成TCP/IP数据后，经LTE网络发送到DSC；接收LTE网络传输的TCP/IP数据，转换成串行协议数据，经过RS422/RS232/RS485接口发送到车载主机；

3）TCP/IP管理模块：监控与DSC服务器的TCP链路的状态，接收TCP/IP 数据，将数据传输给通信管理模块；接收来自通信管理模块的数据，发送到DSC服务器；

4）LTE管理模块：主要的功能是负责LTE模块的驱动，以及LTE模块的接入网络流程状态机的运行和维护。

本实用新型有益效果在于：

1. 采用LTE无线网络代替原有的GSM-R无线承载网络，提高了频率使用率，后续扩展性较强。采用LTE替换了GSM-R无线承载，符合技术发展趋势，具有较大扩展性。LTE安全性、可靠性、Qos控制等方面比原有GSM-R更有优势；

2. RTM与DSC之间的信令流程重构，将原来的安全链路建立的三段缩减成两段，在尽量较少的改动STP原有的框架及系统前提下，利用现有的LTE成熟产品或技术，将RTM改造成一个透传设备，降低了终端侧的实现难度。

附图说明

图1为现有的STP系统框架图。

图2为现有的STP系统工作流程图。

图3为本实用新型结构示意图。。

图4为透传模块硬件结构示意图。

图5为透传模块软件框架示意图。

图6为本实用新型实现方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

本实用新型结构如图3所示，包括依次连接的车载主机、透传模块、EPC（4G核心网络）、DSC服务器和车站主机，所述的透传模块为RTM（车载通信单元）和CPE（无线终端接入设备）组合装置，具体硬件结构如图4所示，包括通过通信控制装置连接的串口控制装置和LTE模块控制装置，其中串口控制装置通过RS422/RS232/RS485串行协议接口与车载主机连接，通信控制装置将串行协议转换成TCP/IP协议，LTE模块控制装置接入到LTE网络，并且通过TCP/IP的方式于EPC进行通信。

本实用新型使用的软件框架如图5所示，包括依次连接的串行协议处理模块、通信管理模块、TCP/IP管理模块和LTE管理模块：

1）串行协议处理模块：主要功能是负责RS422/RS232/RS485串行协议的发送和接收，将接收到的串行数据传输给通信控制装置；接收来自通信管理模块的数据，发送到车载主机；

2）通信管理模块：主要功能是负责接收串行协议数据，转换成TCP/IP数据后，经LTE网络发送到DSC；接收LTE网络传输的TCP/IP数据，转换成串行协议数据，经过RS422/RS232/RS485接口发送到车载主机；

3）TCP/IP管理模块：监控与DSC服务器的TCP链路的状态，接收TCP/IP 数据，将数据传输给通信管理模块；接收来自通信管理模块的数据，发送到DSC服务器；

4）LTE管理模块：主要的功能是负责LTE模块的驱动，以及LTE模块的接入网络流程状态机的运行和维护。

本实用新型实现方式如图6所示，具体应用场景如下：

场景一，在铁路调车场的STP平面调车应用中，本实用新型结合铁路调车场的1.8G频谱无委申请难度较大、STP调车业务安全可靠性要求较高、调车数据端到端时延要求较小等业务要求，对原有的STP系统与通信的接口RTM、DSC单元进行了升级改造，满足了STP的业务需求并性能、扩展性等更强。

场景二，本实用新型还可应用于铁路调车场类似的相关业务场景，如铁路站场、编组站等应用场景。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。