铁路车厢的传输装置的制作方法

专利名称：铁路车厢的传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路车厢(railway car)的传输装置。
背景技术：
典型的应用CSMA/CD(带有冲突检测(collision detection)的载波侦听多路访问)的网络是应用符合IEEE802.3的以太(注册商标)网，如使用了双绞线的10Base-T、100Base-TX和1000Base-T，使用了光纤的10Base-F、100Base-FX、1000Base-LX和1000Base-SX。这些CSMA/CD网络中的任何一种均能应用于如图1所示的具有传输线的总线的铁路车厢。基于IEEE802.3的中继器受到限制，只能处理10Mbps的四段和100Mbps的两段。即，即使以10Mbps的低速也最大限度只允许四节车厢进行访问，因此，使用最广泛的以太网是不能用于一长队的铁路车厢的。
CSMA/CD基本上是允许有数据冲突的，如果有数据冲突发生，则重新传送数据。由于这个原因，所以CSMA/CD很难用来传输列车控制信息，因为该信息决不允许有传输延迟。为了传输这样的控制信息，其必须使用例如低速和昂贵的令牌环网络。
这样，基于IEEE802.3并且如今最广泛使用的以太网就不能可靠地用于一长列铁路车厢。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种铁路车厢的传输装置，能可靠地用于一长列铁路车厢。
为了实现这个目的，本发明的一个方面提供一种铁路车厢的传输装置，采用CSMA/CD网络在铁路车厢之间传送数据。所述装置包括一个中继器，具有多个端口，根据给定的指令将在其中一个端口收到的数据转发到各必要的端口，一个中继器控制器，发出指令并控制转发数据的中继器的端口，一个站点，相对于其中一个端口发送和接收数据；和一个传输线，将中继器彼此相连接。根据来自中继器控制器的指令，在中继器间循环一个专用数据包，从而避免数据冲突。在每个中继器中的中继器控制器根据已收到数据的地址确定收到的数据是控制数据包还是要转发的数据，并且如果收到的数据是要转发的数据，则转发已收到的数据。
本发明的另一方面是提供一种铁路车厢的传输装置，用CSMA/CD网络在铁路车厢之间传送数据，包括一个安装在每节车厢中的中继器，从另一个中继器接收数据并将收到的数据转发到另一个中继器，将中继器彼此相连的干线线路，为每个中继器提供的相对于另一个中继器发送和接收数据的干线发射器接收器，为每个中继器提供的在中继器之间交换专用数据包和形成网络的中继器控制器，为每个中继器提供的相对于中继器控制器发送和接收数据的站点发射器接收器，以及与站点发射器接收器相连接并相对于站点发射器接收器发送和接收数据的站点。在中继器之间循环传输权，以便在给定时间内将列车控制指令传送到每个中继器。
本发明还有另一个方面是提供一种铁路车厢的传输装置，包括一个安装在每节车厢中的中继器，接收从另一个车厢传输的数据并将收到的数据转发到另一个车厢，将中继器彼此相连的干线线路，在中继器之间交换专用数据包和形成网络的中继器控制器，相对于中继器控制器发送和接收数据的站点发射器接收器，以及与站点发射器接收器相连接并相对于站点发射器接收器发送和接收数据的站点。专用数据包用于通过中级器循环传输权。所述专用数据包嵌入有关必须传输数据的中继器的信息，以便在给定时间内将列车运行指令传送到其他中继器。
根据本发明的任一方面的铁路车厢的传输装置均可以可靠地用于一长列铁路车厢。


图1是表示根据本发明的第一实施例的铁路车厢的传输装置和中继器的方块图；图2是表示根据第一实施例的中继器的结构的方块图；图3是表示根据第一实施例的控制数据包流的说明图1；图4是表示根据第一实施例的控制数据包流的说明图2；图5是表示根据第一实施例的控制数据包流的说明图3；图6是表示根据第一实施例的控制数据包流的说明图4；图7是表示根据第一实施例的控制数据包流的说明图5；图8是表示根据第一实施例的控制数据包流的说明图6；图9是表示根据第一实施例的控制数据包流的说明图7；图10是表示根据第一实施例在站点上实现的传输控制操作的说明图1；图11是表示根据第一实施例在站点上实现的传输控制操作的说明图2；图12是表示根据第一实施例在站点上实现的传输控制操作的说明图3；图13是表示根据第一实施例在站点上实现的传输控制操作的说明图4；图14是表示根据第一实施例在站点上实现的传输控制操作的说明图5；图15是表示根据本发明第二实施例的铁路车厢传输装置的中继器和传输线的方块图；图16是表示根据第二实施例的中继器的结构的方块17是表示根据第二实施例的数据传输控制的说明图1；图18是表示根据第二实施例的数据传输控制的说明图2；图19是表示根据第二实施例的数据传输控制的说明图3；图20是表示根据第二实施例的数据传输控制的说明图4；图21是表示根据第二实施例的数据传输控制的说明图5；图22是表示根据第二实施例的数据传输控制的说明图6；图23是表示根据第二实施例的数据传输控制的说明图7；图24是表示根据第二实施例的数据传输控制的定时图；图25是表示根据第二实施例的传输控制(临时得到传输权)的定时图；图26是表示根据第二实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图1；图27是表示根据第二实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图2；图28是表示根据第二实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图3；
图29是表示根据第二实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图4；图30是表示根据第二实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图5；图31是表示根据第二实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图6；图32是表示根据第二实施例的数据传输控制的第二例子的定时图；图33是表示根据本发明第三实施例的铁路车厢传输装置的中继器和传输线的方块图；图34是表示根据第三实施例的中继器结构的方块图；图35是表示根据第三实施例的传输线结构的方块图；图36是表示根据第三实施例的数据传输控制的说明图1；图37是表示根据第三实施例的数据传输控制的说明图2；图38是表示根据第三实施例的数据传输控制的说明图3；图39是表示根据第三实施例的数据传输控制的说明图4；图40是表示根据第三实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图1；图41是表示根据第三实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图2；图42是表示根据第三实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图3；图43是表示根据第三实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图4；图44是表示根据第三实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图5；图45是表示根据第三实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图6；图46是表示根据第三实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图7；图47是表示根据本发明第四实施例的铁路车厢传输装置的中继器和传输线的方块图；图48是表示根据第四实施例的中继器结构的方块图；图49是表示根据第四实施例的数据传输控制的说明图1；图50是表示根据第四实施例的数据传输控制的说明图2；图51是表示根据第四实施例的数据传输控制的说明图3；图52是表示根据第四实施例的数据传输控制的说明图4；图53是表示根据第四实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图1；图54是表示根据第四实施例的数据传输控制的第二个例子的说明图2；图55是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图1；图56是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图2；
图57是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图3；图58是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图4；图59是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图5；图60是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图6；图61是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图7；图62是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图8；图63是表示根据第四实施例的数据传输控制的第三个例子的说明图9；图64是表示根据本发明第五实施例的铁路车厢传输装置的中继器和传输线的方块图；图65是表示根据第五实施例的中继器结构的方块图；图66是根据第五实施例的数据传输控制的说明图1；图67是根据第五实施例的数据传输控制的说明图2；图68是根据第五实施例的数据传输控制的说明图3；图69是根据第五实施例的数据传输控制的说明图4；图70是根据第五实施例的数据传输控制的说明图5；图71是根据第五实施例的数据传输控制的说明图6；图72是根据第五实施例的数据传输控制的定时图1；和图73是根据第五实施例的数据传输控制的定时图2。
具体实施例方式
将针对附图来对本发明的不同实施例进行说明。
图1表示根据本发明第一实施例的铁路车厢传输装置中的传输线的结构，图2表示包括在传输装置中的中继器(repeater)的结构。
根据第一实施例，铁路车厢传输装置包括分别安装在车厢中的多个中继器1a到1n。每个中继器有三个(如果没有数据传送到站点或是从站点接收数据则为两个)发射器接收器的发射器接收器端口4a、4b、4c或更多端口，还有一个中继器控制器2用来控制在端口之间的数据转发(repeat)和通过中继器循环的专用数据包(exclusive packet)，和多个在车厢中传输和接收数据的站点(station)5。中继器1a到1n用传输线3a和3(n-1)的总线(bus)连接起来。
在每节车厢中，站点5安放在中继器1内部或中继器1外部。即使站点5安放在中继器1外部，发射器接收器端口4a、4b和4c也安放在中继器1的内部。在图2中，站点5a在中继器1的内部，站点5b在中继器1的外部。允许中继器1有多个站点5和多个与站点5连接的发射器接收器端口4。
传输线3a和3(n-1)可以用双绞线来制成，例如是10Base-T或100Base-T，或用光纤制成，例如是10Base-F或100Base-Fx。
虽然第一实施例中使用的是用总线连接传输线3a和3(n-1)的，但是也可以用具有在申请号为2004-96159的日本未审专利申请中公开的控制技术的环路来连接传输线，以便增加冗余。
下面将解释根据第一实施例的铁路车厢传输装置的操作。图3到9表示通过中继器1a到1e的专用数据包流，图10到14表示在中继器1中的站点5上实现的传输控制。
将结合一列具有五节车厢的列车来解释第一实施例，如n＝e。车厢1具有中继器1a，其通过传输线3a连接到安在车厢2中的中继器1b上。车厢2到5分别具有中继器1b到1e，其通过安放在总线结构中的传输线3b到3d互相连接。
最初，每个中继器1a到1e根据符合IEEE802.3的连接脉冲来决定网络结构。根据第一实施例，中继器1a到1e以总线结构连接从而组成一个网络。该实施例假定中继器1a是网络的上游端，中继器1e是网络的下游端。上游和下游的定义是可逆的。中继器1a是最上游的中继器而且是做为父中继器的。中继器1e是最下游的中继器而且中继器1b到1d是中间中继器。
下面将针对图3到9来解释上述布置的网络的操作。
(1)初始化在图3中，最上游的中继器1a将给传输线3a传送一个重置数据包，作为开始传输控制的信号。接收到重置数据包后，中继器1b到1e的中每个中继器均认可其没有传输权，禁止数据传输，将重置数据包转发到下游。
当重置数据包达到最下游的中继器1e时，最上游的中继器1a是唯一有传输权的中继器。
(2)数据传输(1a)在图4中，有传输权的最上游的中继器1a传输从现在存在于中继器1a中的站点5传来的DATA1。中继器1b到1e中的每个没有传输权的中继器将DATA1转发到下游侧和存在于中继器中的站点5。结果，所有站点几乎同时接收到DATA1。
(3)传输权的传递(1a到1e)在图5中，在完成DATA1的传递后，中继器1a将具有令牌数据包的传输权传递到下游侧。然后，中继器1a就变为没有传输权的状态。中继器1b接收到令牌数据包并且持有传输权而不将令牌数据包转发到下游侧。
(4)数据传输(1b)在图6中，有传输权的中继器1b传输从现在存在于中继器1b中的站点5传来的DATA2。没有传输权的中继器1a和1c到1e将DATA2转发到接下来的中继器和存在于每个中继器中的站点5。
(5)传输权的传递(1d到1e)在图7中，传输权转移和数据传输都向下游侧转发。中继器1d将令牌数据包传输到最下游的中继器1e以使中继器1e可以拥有传输权。
(6)数据传输(1e)在图8中，拥有传输权的最下游的中继器1e对来自存在于中继器1e的站点5的DATA3进行传输。
(7)重置在图9中，在完成数据传输后，由于中继器1e是最下游的中继器，所以中继器1e将输送一个返回数据包到上游侧。该返回数据包表示传输权已经进行了循环。然后，中继器1e将变为没有传输权的状态。中间中继器1b到1e继续将返回数据包转发到上游侧。接收到返回数据包后，最上游的中继器1a认可到传输权已经进行了循环并且从步骤(1)重新开始传输权的控制。
如果最上游的中继器1a在预定时间内没有收到返回数据包，则它将认为在网络中遇到了故障并且开始初始化步骤(1)以不间断地持续传输权的循环。
中继器1a到1e中的每个中继器均有一个循环时间监测定时器。如果这些中继器中的任何一个有要从现在存在于该中继器中的站点5传输的大量数据，并且如果确定由于大量的传输数据而不能在预定时间内循环传输权，则根据预定的优先级限制已给予在中继器中的站点5的传输权，以保证传输权循环时间。该技术能确保必须实时传输的如列车控制数据的重要数据的循环时间。
下面针对图10到14解释限制从每个中继器中的站点5的数据传输。
(1)传输限制在图10中，如果已定的中继器1没有传输权，则在中继器1中的中继器控制器2持续传输一个PAUSE_A数据包(在IEEE802.3x中指定，“A”表示传输限制时间)来限制存在于中继器1中的站点5a到5d的传输。PAUSE_A数据包的传输间隔设置的比暂停时间“A”短。
(2)允许从站点5a进行传输在图11中，当中继器1收到传输权时，例如，它就允许它自己的站点5a传输数据。然后，中继器1中的中继器控制器将PAUSE_B(时间B＝0以允许传输)数据包传输到站点5a。在收到PAUSE_B数据包后，站点5a就变为允许传输的状态。在中继器1中的其它站点5b到5d没有收到PAUSE_B数据包，因此，就维持具有PAUSE_A数据包的不允许传输的状态。
(3)从站点5a的数据传输在图12中，允许传输的站点5a传输DATA1。中继器控制器2将DATA1从站点5a转发到其它站点5b到5d和上游及下游的中继器。如果允许传输的站点5a没有数据要传输，则不执行任何传输并且在预定时间后执行下个步骤(4)。
(4)禁止从站点5a进行传输在图13中，在收到从站点5a收到DARA1后，中继器控制器2将PAUSE_A数据包传输到站点5a，因此就禁止从站点5a的传输。然后，站点5a到5d均处于不能传输的状态。
(5)允许从站点5b进行传输在图14中，中继器控制器2将PAUSE_B数据包传输到站点5b以允许从站点5b进行传输。在收到PAUSE_B数据包后，站点5b将变为允许传输的状态。
中继器控制器2一个接一个地允许中继器5a到5d进行传输，以避免在CSMA/CD网络中发生数据冲突。中继器控制器2可以改变分配给站点5a到5d的传输数据包的数量以保证实时操作。
如上面所提到的，根据第一实施例的铁路车厢的传输装置将传输线3以总线结构连接并且通过传输线3和多个中继器1来传输专用数据包，以避免冲突。根据专用数据包，中继器1的每个均能适当地控制端口以转发数据。这种结构能避免在CSMA/CD网络中的数据冲突，消除对可连接级的数目的限制，几乎不延迟地转发数据。专用数据包用来将传输权从一个中继器1传输到另一个中继器。中继器控制器2通过中继器1将专用数据包从上游侧到下游侧进行循环。也就是，控制传输权在预定时间内通过所有中继器1循环。
根据第一实施例，中继器1中的每个均有多个站点5。当已定的中继器收到传输权时，已定的中继器1的中继器控制器2将传输权一个接一个地传给站点5，以避免数据冲突并高速转发数据。中继器控制器2控制一个时间来在中继器1内循环传输权。如果预定时间已经过完了，则中继器控制器2停止除了特殊站点之外的在站点5中的传输权的循环并且将传输权传送到接下来的下游中继器1。该技术能很快地将传输权传送到下游中继器1并且保持传输权循环间隔。
第一实施例根据在IEEE802.3所限定的流控制限制从站点5a到5d的传输。当应用半双工电路时，可以支持施加反压(back pressure)来限制传输。
下面将解释根据本发明第二实施例的铁路车厢传输装置。如图15所示，根据第二实施例的传输装置包括中继器11a到11n和将中继器彼此相连的传输线13a到13(n-1)。传输线是以总线结构布置的。中继器11a到11n的每一个中继器均有干线发射器接收器、站点发射器接收器、用来传输和接收中继器中数据的站点，还有一个用来控制在发射器接收器之间转发数据并形成控制网络的专用数据包的中继器控制器。中继器采用第一实施例的传输权循环和控制技术的延伸类型，以避免冲突和提高循环的规律性。
图15表示根据第二实施例的铁路车厢传输装置的传输线的布置。图16表示传输装置的一个中继器的结构。根据第二实施例中的中继器11a到11n中的每一个均有两个或多个干线发射器接收器的端口14a和14b、一个(如果在装有中继器的车厢中中继器没有进行数据传输或接收则为零个)或者多个站点发射器接收器的端口15a和15b、控制在端口之间的数据转发和通过中继器传送的专用数据包(令牌数据包)的中继器控制器12，还有用来在中继器中传输和接收数据的站点16a和16b。
站点16a和16可以安放在中继器11内部或中继器11外部。如果站点安放在中继器11外部，则站点发射器接收器15安放在中继器11内部。在图16中，站点16a安放在中继器内部，站点16b安放在中继器11外部。每个中继器可以采用多个站点和与站点连接的站点发射器接收器。
根据第二实施例，用布置成总线结构的干线传输线13a到13(n-1)将中继器11a到11n彼此连接。
下面将针对图17到24解释根据第二实施例的铁路车厢传输装置的操作。下面的解释是基于六节车厢的列车，例如n＝f。
(1)重置在图17中，假定中继器11a是在网络的上游，中继器11f在它的下游。上游和下游的规定是可以互换的。在网络的有效范围之内，最上游的中继器11a是做为父中继器的。
中继器11a发出做为开始传输权循环的指示的重置数据包。当收到重置数据包时，中继器11a到11f中的每一个均进行初始化并自己准备接收数据。当传输(或接收)重置数据包时，中继器11a到11f中的每一个均对内部计时器进行清零。如果有数据要传输则中继器11a传输数据并且将传输权传递到下一个下游中继器。
(2)传输权的传递(11a到11b)在图18中，在传输必要的数据后，中继器11a发出令牌数据包以将传输权传递到下一个中继器。中继器11b从中继器11a接收令牌数据包并且持有传输权。如果有数据要传输则具有传输权的中继器11b传输数据并向下游中继器11c发出令牌数据包。这样，对传输权进行循环。
在从中继器11c进行数据传输期间，推想在发出重置数据包(t＝0)后已经过去了时间“ta”。每个中继器均在传输(接收)重置数据包后开始自己的定时器，因此，中继器几乎同时认可时间ta已经消逝。
(3)传输权的转变(11c到11d)在图19中，当检测到时间ta的消逝时，在完成现在数据传输后，中继器11c与令牌数据包一同将传输权传递给下游中继器11d。
(4)通过(11d)在图20中，中继器11d从中继器11c接收到令牌数据包。同时，时间ta已经过去了，所以，中继器11d没有传输从中继器11d站点来的数据并且立即与令牌数据包一同将传输权传递到下游的中继器。
(5)通过(11e)
在图21中，中继器11e从中继器11d接收到令牌数据包。同时，时间ta已经过去了，所以，中继器11e没有传输从中继器11e站点来的数据并且立即与令牌数据包一同将传输权传递到下游的中继器。
(6)控制指令的传输(11f)在图22中，中继器11f是对控制指令进行传输的中继器，因此，当从中继器11e接收到令牌数据包时就传输控制指令DATA1。控制指令DATA1通过中继器11e到11a来进行转发。
根据该实施例，中继器11f是作为控制指令传输节点的。如果中继器11f不是控制指令传输节点，则中继器11f将不传输数据DATA1并且执行下一步。
(7)返回在图23中，在传输控制指令后，中继器11f发出重置数据包。重置数据包经过中继器11e到11a，已循环过的传输权就返回到中继器11a。
通过上述的步骤和如图24所示的定时图，在目标时间内对传输权进行循环并且在预定的时间内将控制指令传输到中继器。
在下一个循环中，可以通过在前一循环中已经发送过数据的中继器，在前述循环中已经通过的中继器可以接收到传输权，以平衡中继器之间的负载并保持控制指令的传输间隔。
除了重置数据包外，控制指令也可以作为时间基准。在这种情况下，就用在IP报头中的服务状态来提高控制指令的优先级而降低其它数据的优先级。除了IP报头，数据字段也可以用来定义优先级。
下面将针对图25对临时将传输权保留在传输控制指令的中继器中以使控制指令能在预定间隔内进行传输的操作进行解释。在该解释中，中继器11a做为传输控制指令的中继器。
在传输控制指令时，作为传输控制指令中继器的中继器11a对定时器进行清零。中继器11b到11f一个接一个地进行传输权循环，只有拥有传输权的中继器才被允许进行数据传输。
如果在时间“ta”(设置得比目标控制指令传输间隔要短)后中继器11a收到传输权，则中继器11a确定如果再一次循环不会满足传输间隔，并且停止传输权的循环，直到经过控制指令传输间隔。当到传输控制指令的时间到来时，中继器11a保持传输权并且做好传输控制指令的准备，因此，中继器11a就能立即将控制指令传输到中继器11b到11f。
如果传输方向倒过来，将中继器11f做为控制指令传输中继器，则中继器11f保持传输权并且自己做好发出控制指令的准备。
在这样的方式中，分配用来传输控制指令的中继器临时保持传输权并且在预定间隔内传输控制指令。
接下来，将针对图26到32对临时停止传输权并在预定间隔中传输控制指令而没有将传输权返回到最上游中继器的情况下的操作进行解释。在接下来的解释中，每个中继器中的干线发射器接收器14a和14b进行全双工通信。全双工通信中所用的线可以是四根或两根。通过使用回波消除器，可以用两根线获得全双工通信。中继器11a做为控制指令传输中继器，重置数据包用作时间基准。
(1)从中继器11d进行的传输在图26中，假定在从中继器11d传输数据期间，中继器11d拥有传输权并且已经过了限制时间“ta”。
(2)超时(传输临时停止数据包)在图27中，当限制时间ta(控制指令传输间隔-一个数据包最大时间)已经消逝时，必须传输控制指令的中继器11a将一个暂挂(suspend)传输权的停止数据包传输到现在保持着传输权的中继器11d。从中继器11d来的DATA1通过上游路径转发，所以，数据不会与由中继器11a发出的停止数据包冲突。即使中继器11f做为控制指令传输中继器，由于路径不同，停止数据包也不会与从中继器11d来的数据冲突。
在收到停止数据包后，在完成现有的传输数据包后，中继器11d暂挂传输权。然后，因为其它中继器没有传输权，所以也不会有数据通过网络流动。
(3)传输控制指令(11a)在图28中，中继器11a确定网络是空闲的，则在预定的传输间隔它传输控制指令DATA2。其它中继器11b到11f几乎同时收到DATA2。
(4)恢复在图29中，在完成对控制指令DATA2的传输后，中继器11a发出恢复传输权循环到下游侧的释放数据包。只有对拥有传输权的中继器，释放数据包才有效，没有传输权的中继器对释放数据包进行转发。在收到释放数据包后，持有传输权的中继器11d从传输权保留状态回到传输权持有状态。
(5)从中继器11d传输数据在图30中，在回到传输权持有状态后，中继器11d传输DATA3。如果中继器11d没有数据要传输，则进行下一个步骤。
(6)传输权的传递在图31中，在传输DATA3后，中继器11d发出令牌数据包以将传输权传递到中继器11e。
根据以上的解释和如图32所示，将暂时挂起传输权，并在规则时间间隔中传输控制指令，而没有一次将传输权返回到最上游的中继器。
根据第二实施例，在传输现有数据后，停止数据包要传送到的中继器必须变为传输权暂挂状态。而当前的数据传输可以在收到停止数据包后中止，以开始传输权中止状态。在这种情况下，可以使限制时间“ta”与做为“传输间隔-转发时间”的传输间隔更接近。在恢复传输权后，必须再次传输中止传输的数据。
下面将解释根据本发明第三实施例的铁路车厢传输装置。第三实施例采用了主要和辅助干线线路以将安装在车厢上的中继器彼此相连，并有安放在每节车厢中的干线到干线线路以将车厢中的主要和辅助干线线路互相连接。主要、辅助和干线到干线线路形成类似梯形的传输线网络，其中主要和辅助干线线路水平延伸，干线到干线线路垂直延伸。通过中继器用这些传输线将数据从一个中继器转发到另一个中继器。每个中继器均执行从第一实施例的传输权循环延伸出的传输控制以避免冲突和用最小的延迟来转发数据。
图33表示了根据第三实施例的铁路车厢传输装置的传输线的结构，图34表示传输装置的一个中继器的结构。中继器包括主要中继器21a到21n和辅助中继器21a′到21n′。这些中继器中的每一个均有两个干线发射器接收器的端口24a和24b、一个干线到干线发射器接收器端口24c、一个(如果在安装有中继器的车厢中中继器没有数据传输或接收则为零)或多个发射器接收器站点的端口25a和25b、一个用来控制在端口间的数据转发和通过中继器传输的专用数据包(令牌数据包)的中继器控制器22，还有多个站点26a和26b以在车厢中传输和接收数据。在每节车厢中，站点26a和26b可以安放在中继器内部或中继器外部。如图34所示当站点26b在中继器的外面，则站点发射器接收器26a则安装在中继器内部。如图34所示，可以安放多个站点和与站点相连的站点发射器接收器。
根据第三实施例的传输装置，主要中继器21a到21n通过初线干线线路23a到23(n-1)互相连接，辅助中继器21a′到21n′通过辅助干线线路23a′到23(n-1)′互相连接。主要中继器21a到21n用干线到干线线路23a″到23n″分别与辅助中继器21a′到21n′相连接。这种结构做为一个整体构成了类似梯形的传输线网络。
将针对图35到46对具有上述结构的第三实施例的操作进行解释。图35到39表示根据第三实施例的数据流，图40到42表示根据第三实施例的专用数据包流。下面的解释是基于有六节车厢的列车的，如n＝f。
首先，将针对图35到39对根据第三实施例的数据流进行解释。
将解释传输线的结构。在图35中，车厢1包括主要中继器21a和辅助中继器21a′，其通过主要干线线路23a和辅助干线线路23a′分别与车厢2的主要中继器21b和辅助中继器21b′相连接。主要中继器21a和辅助中继器21a′通过干线到干线线路23a″相互连接。车厢2到6包括中继器21b和21b′到21f和21f′。这些中继器以具有干线线路23b和23b′到23e和23e′及干线到干线线路23a″到23f″的类似梯形的网络彼此相连接。
本实施例假定中继器21a在网络的上游，中继器21f在网络的下游。上下游的定义是可以交换的。在网络的有效范围内，最上游的中继器21a做为父中继器。主要中继器21a到21f的优先级高于辅助中继器21a′到21f′。举个例子，当主要中继器21a正常工作时，主要中继器21a做为父中继器，当主要中继器21a不能正常工作时，辅助中继器21a′做为父中继器。
(1)正常状态下的数据流(从21a传输数据)在图36中，网络是正常工作的并且主要中继器21a具有传输权。主要中继器21a通过主要干线23a将DATA1传到下游主要中继器21b，同时通过干线到干线线路23a″将DATA1传到下游辅助中继器21a′。基本上，每个中继器将接收的数据转发到所有的端口(主要或辅助干线线路和站点)除非该端口已经收到了数据。这就使每个中继器均从干线线路和干线到干线线路接收到DATA1以得到多份DATA1。为了避免这种情况，如果从干线线路和干线到干线线路接收到了相同的数据，每个中继器均为给予先收到的数据优先基并对先收到的数据进行转发操作。
可以根据包括在IP报头中的标识符(通常是无论何时传输了IP数据包，便递增一)来决定收到的数据是否与先前收到的数据相同。第三实施例就采用了这种技术。但是，也可能采用将顺序更新的序号嵌入数据帧的技术。
下面将解释每个中继器的操作。
主要中继器21a将DATA1传输到主要中继器21b和辅助中继器21a′。
辅助中继器21a′通过干线到干线线路23a″接收到DATA1并将DATA1转发到下游的辅助中继器21b′。
主要中继器21b通过主要于线23a接收到DATA1并且通过主要干线线路23b将DATA1转发到下游主要中继器21c和通过干线到干线线路23b″将其发到辅助中继器21b′。
辅助中继器21b′通过辅助干线线路23a′从上游的辅助中继器21a′和通过干线到干线线路23b″从主要中继器21b接收DATA1，选择最先接收到的DATA1，并将DATA1转发到下游的辅助中继器21c′。
这里，由于辅助中继器21b′已经从干线到干线线路23b″接收到了DATA1，所以，不会将DATA1传输到干线到干线线路23b″。或者，辅助中继器21b′可以将DATA1传输到干线到干线线路23b″，主要中继器21b可以放弃从干线到干线线路23b″接收到的DATA1。
主要中继器21c通过主要干线23b接收DATA1并且通过主要干线线路23c将DATA1转发到下游的主要中继器21d和通过干线到干线线路23c″将其发到辅助中继器21c′。
辅助中继器21c′从辅助干线线路23b′和通过干线到干线线路23c″从主要中继器21c来接收DATA1，选择最先收到的DATA1，并将DATA1转发到下游的辅助中继器21d′。
重复这些操作直到所有的中继器都接收到了DATA1。
(2)主要中继器21c故障时的数据流(从21a进行数据传输)下面将针对图37对主要中继器21c故障时的数据流进行解释。
主要中继器21a将DATA1传输到主要中继器21b和辅助中继器21a′。
辅助中继器21a′通过干线到干线线路23a″接收到DATA1并将DATA1转发到下游的辅助中继器21b′。
主要中继器21b从主要干线23a接收到DATA1并且通过主要干线线路23b将DATA1转发到下游的主要中继器21c和通过干线到干线线路23b″将其发到辅助中继器21b′。
辅助中继器21b′通过辅助干线线路23a′从上游的辅助中继器21a′和通过干线到干线线路23b″来接收DATA1，选择最先收到的DATA1，并将DATA1转发到下游的辅助中继器21c′。
这里，辅助中继器21b′已经从干线到干线线路23b″接收到了DATA1，所以，不会再将DATA1传输到干线到干线线路23b″。辅助中继器21b′可以将DATA1传输到干线到干线线路23b″，主要中继器21b可以放弃从干线到干线线路23b″接收到的DATA1。
由于主要中继器21c故障，所以不能接收或者传输数据。
由于没有从干线到干线线路23c″来的数据，所以辅助中继器21c′从辅助干线线路23b′接收到DATA1并且将DATA1转发到辅助中继器21d′和主要中继器21c。
主要中继器21d没有从发生故障的主要中继器21c接收到数据，而从辅助中继器21d′接收到DATA1，并且将DATA1转发到下游侧。
由于没有从干线到干线线路23d″来的数据，所以辅助中继器21d′从辅助干线线路23c′接收到DATA1并将DATA1转发到辅助中继器21e′和主要中继器21d。
这样，即使主要中继器21c故障，所有的中继器也都能接收到DATA1。
(3)正常状态的数据流(从21c进行数据传输)下面将针对图38解释对具有传输权的主要中继器21c的操作。
主要中继器21c将DATA2传输到上游的主要中继器21b、下游的主要中继器21d和辅助中继器21c′。
辅助中继器21c′从主要中继器21c接收到DATA2并将DATA2转发到下游的辅助中继器21d′和上游的辅助中继器21b′。
主要中继器21d从上游主要中继器21c接收到DATA2并将DATA2转发到下游的主要中继器21e和辅助中继器21d′。
辅助中继器21d′从上游的辅助中继器21c′和主要中继器21d接收到DATA2，选择最先接收到的DATA2，并将DATA2转发到下游的辅助中继器21e′。
主要中继器21b从下游主要中继器21c接收到DATA2并将DATA2转发到上游的主要中继器21a和辅助中继器21b′。
辅助中继器21b′从下游的辅助中继器21c′和主要中继器21b接收到DATA2，选择最先接收到的DATA2，并将DATA2转发到上游的辅助中继器21a′。
主要中继器21a从下游主要中继器21b接收到DATA2并将DATA2转发到辅助中继器21a′。
辅助中继器21a′从下游的辅助中继器21b′和主要中继器21a接收到DATA2并且选择最先接收到的DATA2。
重复这些操作直到所有的中继器都接收到了DATA2。
(4)主要中继器21b故障时的数据流(从21c开始的数据传输)下面将针对图39对主要主要中继器21b故障时的数据流进行解释(从21c进行数据传输)。
主要中继器21c将DATA2转发到上游的主要中继器21b、下游的主要中继器21d和辅助中继器21c′。
辅助中继器21c′从主要中继器21c接收到DATA2并将DATA2转发到下游的辅助中继器21d′和上游的辅助中继器21b′。
主要中继器21d从上游主要中继器21c接收到DATA2并将DATA2转发到下游的主要中继器21e和辅助中继器21d′。
辅助中继器21d′从上游的辅助中继器21c′和主要中继器21d接收到DATA2，选择首先收到的DATA2，并将DATA2转发到下游的辅助中继器21e′。
由于主要中继器21b故障，所以，不能接收或传输数据。
由于没有从主要中继器21b来的数据，所以辅助中继器21b′从下游的辅助中继器21c′接收到DATA2并且将DATA2转发到上游的辅助中继器21a′和主要中继器21b。
由于没有从主要中继器21a来的数据，所以辅助中继器21a′从下游辅助中继器21b′接收到DATA2，并且将DATA2转发到主要中继器21a。
由于没有从故障的主要中继器21b来的数据，所以主要中继器21a只从辅助中继器21a′接收到DATA2。
这样，即使主要中继器21b故障，所有的中继器也都能接收到DATA2。
接下来，将针对图40到46解释根据本实施例的专用数据包流。
(1)重置如图40所示，最上游的主要中继器21a发出重置数据包作为开始循环传输权的信号。在收到重置数据包后，每个中继器均停止正在执行的操作并改变为令牌等待状态。这是网络的初始化。
如果没有来自同样车厢中的中继器的重置数据包，则任何一个接收到重置数据包的中继器将重置数据包转发到下游侧和在同一车厢中的中继器。
主要中继器21a将重置数据包转发到下游主要中继器21b和辅助中继器21a′。
辅助中继器21a′从主要中继器21a接收到重置数据包并将其转发到下游侧。
主要中继器21b从上游的主要中继器21a接收到重置数据包并且将其转发到下游主要中继器21c和辅助中继器21b′。
辅助中继器21b′从上游的辅助中继器21a′和主要中继器21b接收到重置数据包并将其转发到下游侧。如果没有来自主要中继器21b的专用数据包，则辅助中继器21b′将重置数据包转发到主要中继器21b。
重复这些操作，所有的中继器都能接收从主要中继器21a发送的重置数据包。
(2)令牌(21a到21b)令牌数据包是将传输权从一个中继器传递到另一个中继器的数据包，从上游侧传递到下游侧。在接下来针对图41解释的例子中，传输权从主要中继器21a传递到主要中继器21b。
主要中继器21a将令牌数据包传输到下游的主要中继器21b。主要中继器21b接收到令牌数据包并返回令牌ACK数据包。当主要中继器21a接收到令牌ACK数据包时，传输权的传递就完成了。在这种方式中，循环传输权一直到最下游的主要中继器21f。
主要中继器21a可以通过检测在预定间隔内是否有数据从主要中继器21b传输过来，而不是采用令牌ACK数据包，来确定是否传输权已经传递到了主要中继器21b。这种代替是可能的，因为如果传输权已经传递到了主要中继器21b，则主要中继器21a必须在预定时间内接收来自主要中继器21b的数据。
(3)令牌(21b故障)在图42中，主要中继器21a向主要中继器21b发出令牌数据包，而在预定时间内没有从主要中继器21b返回令牌ACK数据包。在这种情况下，主要中继器21a确定主要中继器21b故障或传输线故障的，并为令牌数据包选择另一条路由。
也就是说，主要中继器21a通过干线到干线线路23a″发出令牌数据包到辅助中继器21a′。由于辅助中继器21a′是辅助的，所以即使它接收到了从主要中继器21a来的令牌数据包也不允许其保持传输权。因此，辅助中继器21a′将令牌数据包传递到辅助中继器21b′。由于辅助中继器21b′也是辅助的，所以就将从上游侧接收的令牌数据包通过干线到干线线路23b″转发到主要中继器21b并且监视是否主要中继器21b收到了令牌数据包。
如果从主要中继器21b返回令牌ACK数据包，则确定主要中继器21b是正常的并且主要干线23a断开，传输权就被传递到主要中继器21b。即，通过经由主要中继器21a、辅助中继器21a′、辅助中继器21b′、主要中继器21b、主要中继器21c的路由将传输权从主要中继器21a传递到主要中继器21b和主要中继器21c。
如果没有从主要中继器21b返回令牌ACK数据包，则主要中继器21c就持有传输权并且发出令牌ACK数据包。辅助中继器21a′将令牌ACK数据包转发到主要中继器21a，以完成传输权从主要中继器21a到主要中继器21c的传递。
在该例子中，没有给辅助中继器21a′的传输权。也可以给辅助中继器21a′传输权。在这种情况下，车厢1中的主要和辅助中继器21a和21a′将数据传输到其它中继器，所以，较高的应用必须确定哪块数据被启用。如果主要中继器21b响应于令牌数据包返回令牌NAK数据包，就放弃该令牌以防止产生多个令牌。当只有从主要中继器21b到主要中继器21a的传输线是断的时候就有可能发生这种情况。在这种情况下，很长时间都接收不到来自下游侧的数据，所以，主要中继器21a就确定主要中继器21b是坏的而且必须断开该循环。
(4)令牌(恢复到主要系统)在图43中，有传输权的辅助中继器21b′传输数据，其后，将传输权传递到下游侧。即，辅助中继器21b′给下游侧的辅助中继器21c′发出令牌数据包。由于收到令牌的辅助中继器21c′是辅助的，所以要检测其是否能返回传输权到主要中继器21c。为此，辅助中继器21c′就发送令牌数据包给主要中继器21c。如果从主要中继器21c收到了令牌ACK数据包，则辅助中继器21c′就将传输权传递到主要中继器21c。
(5)令牌流(21b故障)图44总结了上述的操作。如果主要中继器21b故障，则令牌数据包通过经由中继器21a、21a′、21b′、21c′、21c、21d、21e和21f的路由传递。在这些中继器之间，辅助中继器21a′和21c′不持有传输权，以将网络负载增加最小化。
(6)返回在图45中，令牌数据包到达最下游的主要中继器21f。在完成数据传输后，主要中继器21f发出返回数据包以告知传输权已经进行了循环。与重置数据包类似，返回数据包将相继地转发到上游侧并且最后到达最上游的中继器21a。
(7)返回(21c故障)在图46中，中间中继器(如本例中的中继器21c)是故障的。甚至在这种情况下，返回数据包可以用干线到干线线路到达主要中继器21a。
下面将解释根据本发明第四实施例的铁路车厢的传输装置。第四实施例采用主要和辅助干线线路以将安装在车厢中的中继器彼此相连，还有一个安故在每节车厢中的干线到干线线路以将车厢中的主要和辅助干线线路彼此相连接。主要、辅助以及干线到干线线路形成了类似梯形的传输线网络，其中主要和辅助干线线路水平延伸，干线到干线线路垂直延伸。主要和辅助干线线路在正常状态下使用并且形成类似总线的传输线。在正常状态下，中继器采用主要和辅助干线线路来转发数据。当在中继器或干线线路中发生故障时，中继器用干线到干线线路转发数据。每个中继器象第一实施例一样传导传输权循环控制以避免冲突并且基本无延迟地转发数据。
下面将针对图47到63解释第四实施例。图47表示根据第四实施例的铁路车厢传输装置的传输线的结构，图48表示传输装置的一个中继器的结构。
中继器包括主要中继器31a到31n和辅助中继器31a′到31n′。这些中继器中的每一个均有两个干线发射器接收器的端口34a和34b，一个干线到干线发射器接收器端口34c，一个(如果在安装有中继器的车厢中的中继器没有进行数据传输或接收则为零)或多个站点发射器接收器的端口35a和35b，一个用来控制在端口间的数据转发和控制通过中继器传输的专用数据包(令牌数据包)的中继器控制器32，还有多个站点36a和36b以在车厢中传输和接收数据。在每节车厢中，站点36a和36b可以安放在中继器内部或中继器外部。如图46所示当站点36b在中继器的外面，则站点发射器接收器35b则安装在中继器内部。在图48中，站点36b在中继器31的内部，站点36b在中继器外面。可以安放多个站点36a和36b及与站点相连的发射器接收器站点35a和35b。
根据第四实施例的传输装置，主要中继器31a到31n通过初线干线线路33a到33(n-1)互相连接，辅助中继器31a′到31n′通过辅助干线线路33a′到33(n-1)′互相连接。主要中继器31a到31n用干线到干线线路33a″到33n″分别与辅助中继器31a′到31n′相连接。这种结构整体构成了类似梯形的传输线网络。
下面将针对图49到63对具有上述结构的第四实施例的操作进行解释。图49表示正常操作的网络结构。图49所示的是基于有七节车厢的列车的，如n＝g。
车厢1包括主要中继器31a和辅助中继器31a′，其通过主要干线线路33a和辅助干线线路33a′分别与车厢2的主要中继器31b和辅助中继器31b′相连接。主要中继器31a和辅助中继器31a′通过干线到干线线路33a″互相连接。车厢2到7容纳了中继器31b和11b′到31f和31f′。这些中继器通过梯形结构的干线线路33b和33b′到33f和33f′及干线到干线线路33b″到33g″彼此相连。
本实施例假定中继器31a在网络的上游，中继器31g在网络的下游。上下游的定义是可以交换的。在网络的有效范围内，最上游的中继器31a做为父中继器。当网络结构改变时，做为父中继器的中继器也会变化。
将解释第四实施例的操作。
(1)正常操作将针对图49解释在正常状态下的网络结构。在正常状态中，主要中继器31a到31g形成主要网络(1)，辅助中继器31a′到31g′形成辅助网络(2)。网络(1)和(2)彼此是独立的。所以主要网络(1)能够传送列车控制数据，辅助网络(2)能够传送IT服务数据以增加网络的容量。自然，网络(1)和(2)也能够传送同类数据。
通过主要网络(1)，主要中继器31a、31b、31c、31d、31e、31f和31g传输专用令牌数据包和用于主要中继器的数据。专用令牌数据包是如第一实施例所解释的传输权循环数据包。
(2)主要中继器31c故障在图50中，主要中继器31c故障。在这种情况下，在主要中继器31c两侧的主要中继器31b和31d检测到主要中继器31c的故障。同时，主要网络(1)就分为包括主要中继器31a和31b的网络(1)′和包括主要中继器31d、31e、31f和31g的网络(1)″。为重构主要网络(1)，主要中继器31b和31d将数据分别转发到干线到干线线路33b″和33d″。
(3)重构主要网络(1)在图51中，辅助中继器31b′和31d′从干线到干线线路接收数据，确定主要网络(1)是故障的，并且划分辅助网络(2)以重构主要网络(1)。
为此，辅助中继器31b′将检验接收数据的地址(IP地址)。如果地址表示是辅助中继器31b′的上游，也就是，如果地址是主要中继器31a的地址，则辅助中继器31b′确定网络故障发生在主要中继器31b的下游侧，启用下游的辅助传输线，并且转发数据。
辅助中继器31d′将检查接收数据的地址(IP地址)。如果地址表示是辅助中继器31d′的下游侧，也就是，如果地址是主要中继器31e、31f和31g中的一个，则辅助中继器31d′确定网络故障发生在主要中继器31d的上游侧，启用上游的辅助传输线，并且转发数据。
因此，通过包括中继器31a、31b、31b′、31c′、31d′、31e、31f和31g来重构划分成网络(1)′和(1)″的主要网络(1)。在这种情况下，辅助网络(2)分成包括辅助中继器31e′、31f′和31g′的网络(2)′和只包括辅助中继器31a′的网络(2)″。
(4)网络恢复在图52中，由于主要中继器31c故障而被重构成包括中继器31a、31b、31b′、31c′、31d′、31e、31f和31g的网络将被恢复。为此，主要中继器31b和31d中的每个将有规律地向主要中继器31c传输检查数据包。
如果接收到了来自主要中继器31c的响应，则就确定主要中继器31c已经准备好了，并且原始网络已经恢复。
根据本实施例，每个主要中继器均传输检查数据包。但是，检查数据包可以只从网络的上游端进行传输。在这种情况下，双绞线就足够了。
根据本实施例，在主要网络(1)中的故障点是从包含在已接收到的数据中的地址而检测到的。但是，主要中继器31b和辅助中继器31b′之间可以直接传递数据，或者故障信息也可以通过使用特殊通信装置或数字信号来传输。
下面将针对图53到54解释根据第四实施例的传送令牌数据包的网络结构的另一个例子。图53的例子是基于有七节车厢的列车的，如n＝g。当网络正常时的操作以及主要中继器31c故障时的操作与针对图48和49的解释相同，所以，就不再解释了。
(1)主要网络(1)的重构在图53中，辅助中继器31b′和31d′中的每一个均从干线到干线线路接收数据，确定主要网络(1)是有故障的，划分辅助网络(2)，并且设法重构网络(1)。
辅助中继器31b′检测接收到的数据的地址(IP地址)。如果地址是表示辅助中继器31b′上游侧，也就是，如果地址是主要中继器31a的地址，则辅助中继器31b′就确定网络故障发生在主要中继器31b的下游侧，启用下游的辅助传输线，并且转发收到的数据。
辅助中继器31d′检测接收到的数据的地址(IP地址)。如果地址是表示辅助中继器31d′下游侧，也就是，如果地址是主要中继器31e、31f和31g中的一个，则确定网络故障发生在主要中继器31d的上游侧，启动下游的辅助传输线，并且转发收到的数据。
因此，划分成网络(1)′和(1)″的主要网络(1)被重构成包括中继器31a、31b、31b′、31c′、31d′、31d、31e、31f和31g。
根据本实施例，在主要网络(1)中的故障点是从包含在已接收到的数据中的地址而检测到的。但是，主要中继器31b和辅助中继器31b′之间可以直接传递数据，或者故障信息也可以通过使用特殊通信装置或数字信号来传输。
根据本实施例，辅助中继器31b′也将数据转发到上游侧，辅助中继器31d′也将数据转发到下游侧。因此，在上述的传输控制中断开的辅助中继器31a′、31e′、31f′和31g′也通过主要网络(1)接收传输的数据。
(2)当主要中继器31c故障时的控制数据包流在图54中，主要中继器31c故障。在这种情况下，令牌数据包以中继器31a、31b、31b′、31c′、31d′、31d、31e、31f和31g的顺序通过中继器。辅助中继器31b′没有给上游的辅助中继器31a′传输令牌数据包，只是给它传送了重置数据包。辅助中继器31d′没有给上游的辅助中继器31e′传输令牌数据包，只是给它传送了重置数据包。在收到重置数据包后，辅助中继器31e′自动将其转发给辅助中继器31f′。因此，辅助中继器31a′、31e′、31f′和31g′没有接收到传输权但能够共享流经主要中继器的数据。
将针对图55到63解释根据第四实施例的传递令牌数据包的网络结构的另一个实施例。当网络正常时的操作和主要中继器31c故障时的操作与针对图48到49的解释相同，因此，就不再解释了。
(1)主要网络(1)的重构在图55中，辅助中继器31b′和31d′中的每个收到来自干线到干线线路的数据，确定主要网络(1)有故障，划分辅助网络(2)，并设法重构主要网络(1)。
辅助中继器31b′检测接收到的数据的地址(IP地址)。如果地址是表示辅助中继器31b′上游侧，也就是，如果地址是主要中继器31a的地址，则辅助中继器31b′就确定网络故障发生在主要中继器31b的下游侧，启用上游的辅助传输线，并且转发收到的数据。
辅助中继器31d′检测接收到的数据的地址(IP地址)。如果地址是表示辅助中继器31d′下游侧，也就是，如果是主要中继器31e、31f和31g中的一个的地址，则确定网络故障发生在主要中继器31d的上游侧，启用下游的辅助传输线，并且转发收到的数据。
因此，划分成网络(1)′和(1)″的主要网络(1)就重构成包括中继器31a、31b、31b′、31c′、31d′、31d、31e、31f和31g。
根据本实施例，在主要网络(1)中的故障点是从包含在已接收到的数据中的地址而检测到的。但是，主要中继器31b和辅助中继器31b′之间可以直接传递数据，或者故障信息也可以通过使用特殊通信装置或数字信号来传输。
根据本实施例，辅助中继器31b′也循环令牌并将数据转发到上游侧。类似地，辅助中继器31d′也循环令牌并将数据转发到上游侧。因此，在图49到52的控制中断开的辅助中继器31a′、31e′、31f′和31g′也包括在主要网络(1)中。
(2)当主要中继器31c故障时的控制数据包(重置)流在图56中，主要中继器31a发出重置数据包，其通过中继器31a、31b、31b′、31c′、31d′、31d、31e、31f和31g转发。同时，将重置数据包从辅助中继器31b′转发到上游的辅助中继器31a′，从辅助中继器31d′转发到下游的辅助中继器31e′。
(3)当主要中继器31c故障时的控制数据包(令牌)流在图57中，通过以中继器31a、31b、31b′、31c′、31d′、31d、31e、31f和31g的顺序通过中继器转发令牌数据包。
(4)当主要中继器31c故障时的控制数据包(返回)流在图58中，主要中继器31g是一端中继器，因此，主要中继器31g在传输数据后发送返回数据包。通过中继器31g、31f、31e、31d和31d′转发返回数据包。辅助中继器31d′能够识别网络已经进行了划分，所以，暂时停止对收到的返回数据包的转发。
(5)当主要中继器31c故障时控制数据包(令牌2)流在图59中，收到返回数据包后，辅助中继器31d′发送令牌数据包到下游侧而不是将返回数据包转发到上游侧。由辅助中继器31d′发送的令牌数据包通过中继器31d′、31e′、31f′和31g′进行转发。
(6)主要中继器31c故障时控制数据包(返回2)流在图60中，已经收到令牌数据包的辅助中继器31g′是一端中继器，所以，在传输数据后发送返回数据包。通过中继器31g′、31f′、31e′、31d′、31c′和31b′转发返回数据包。由于辅助中继器31d′已经发出令牌到中继器31d和31e′，所以，将返回数据包转发到上游侧而不是停止它。辅助中继器31b′能确定网络已经进行了划分，所以，暂时停止已收到的返回数据包，而不将其转发到上游。
(7)主要中继器31c故障时的控制数据包(令牌3)流在图61中，已经收到令牌数据包的辅助中继器31b′发出令牌数据包到辅助上游侧而不是将返回数据包转发到主要中继器31b。将由辅助中继器31b′发出的令牌数据包传输到辅助中继器31a′。
(8)主要中继器31c故障时的控制数据包(返回3)流在图61中，已经收到令牌数据包的辅助中继器31a′是一端中继器，所以，在传输数据后发出返回数据包。通过中继器31a′、31b′、31b和31a转发返回数据包。由于辅助中继器31b′已经发出令牌数据包到辅助中继器31c′和31a′，所以，将返回数据包转发到上游侧，而不是停止它。当返回数据包到达主要中继器31a时，就已经完成了传输权的循环。
(9)主要中继器31c故障时每个中继器的状态在图63中，当主要中继器31c故障时，主要中继器31a是最上游的中继器，中继器31a′、31g和31g′是最下游的中继器，其它中继器是中间中继器。
因此，即使网络被分开了也能将令牌数据包循环通过所有中继器。
下面将解释根据本发明第五实施例的铁路车厢的传输装置。如图64所示，根据第五实施例的传输装置包括中继器41a到41n和将中继器彼此相连的传输线43a和43(n-1)。中继器41a到41n中的每一个均有干线发射器接收器、站点发射器接收器、在中继器中传输和接收数据的站点、还有控制在发射器接收器之间的数据转发和形成控制网络的专用数据包的中继器控制器。中继器采用第一实施例的传输权循环和控制技术的延伸类型，以避免冲突和确保有规则的循环。
中继器41a到41n的每一个均有如图65所示的内部结构。即，每个中继器均有两个或更多干线发射器接收器的端口44a和44b、一个(如果在安装有中继器的车厢中的中继器没有进行数据传输或接收则为零)或多个站点发射器接收器的端口45a和45b、用来控制在端口间的数据转发和通过中继器的专用数据包(令牌数据包)的中继器控制器42、还有站点46a和46b以在中继器中传输和接收数据。
站点46a和46b可以安放在中继器41内部或中继器41外部。如果站点3在中继器41的外面，则站点发射器接收器45则安装在中继器41内部。在图65中，站点46a在中继器41的内部，站点46b在中继器41外面。每个中继器可以安放多个站点及与站点相连的站点发射器接收器。
根据第五实施例，中继器41a到41n通过总线结构的干线传输线43a和43(n-1)彼此相连。虽然本实施例的中继器用类似总线的网络来彼此相连，但是中继器也可以用第三或第四实施例所述的类似梯形的传输线网络来与彼此相连。
将解释根据第五实施例的铁路车厢的传输装置的操作。下面的解释是基于有八节车厢的列车，如n＝h。
(1)重置在图66中，中继器41a是网络的上游端，中继器41h是它的下游端。对上游和下游的定义是可逆的。在网络的有效范围内，最上游的中继器41a是做为父中继器的。
中继器41a到41n都提前带有中继器号码。在该实施例中，分配给中继器41a到41h的中继器号码是41a＝00h，41b＝01h，41c＝02h，41d＝03h，41e＝04h，41f＝05h，41g＝06h和41h＝07h。中继器号码可以是任何唯一的数据，如，中继器的IP地址。
中继器41a发送作为开始传输权循环的指令的重置数据包。当收到重置数据包后，中继器41b到41h的每一个均进行初始化并且自己准备接收数据。中继器41a到41h中每一个均将包含在重置数据包中的中继器号码与它自己的中继器号码相比较。无论何时发出重置数据包，均可以对传输中继器号码进行更新。在该例中，传输中继器号码为02h。
(2)列车运行指令传输(41a)在图67中，由于中继器41a发现传输中继器号码与它自己的中继器号码不同，所以，只传输对火车运行所必需的列车运行指令。
(3)传输权(从41a到41b)在图68中，中继器41a完成列车运行指令的传输，然后，发送令牌数据包以将传输权传送到下游侧。
(4)传输权(从41b到41c)在图69中，由于中继器41b发现传输中继器号码与它自己的中继器号码不同，所以，只传输对列车运行所必需的控制响应并将传输权传送到下游侧。
(5)运行指令、监视数据和服务数据的传输(41c)在图70中，中继器41c发现传输中继器号码与它自己的中继器号码相同，因此，其除传输对列车运行所必需的控制响应外，还传输监视数据、服务数据等等。
(6)传输权(从41c到41d)在图71中，中继器41c完成了所有数据的传输并且发送令牌数据包以将传输权转发到下游侧。
如图72的定时表所示重复上述所提到的操作，以分发除了列车运行指令(指令和响应)之外的数据的传输，这样可以在预定时间内循环传输权并且可以在预定时间“t”，内将列车运行指令传输到所有的中继器。
第五实施例将给定的传输中继器号码与已收到传输中继器号码的中继器的中继器号码相比较，以发现它们是否完全相同。但是，可以将掩码(mask)用于传输来自多个中继器的不是列车运行指令的数据。例如，掩蔽中继器号码的第2位，将它的第0位和第1位与给定的传输中继器号码相比较。在这种情况下，例如，02h的传输中继器号码能使具有中继器号码02h的中继器41c和具有中继器号码06h的中继器41g传输监视数据和服务数据。
可以多次循环传输权来调节列车运行指令的传输和优化分配给除了列车运行指令之外数据的带宽。下面将针对图73来解释。中继器41a发出重置数据包(在该例中第7位＝0)以询问列车运行数据的传输。当中继器41a到41h中的所有中继器都完成了列车运行数据的传输时，中继器41a发送重置数据包(在该例中第7位＝1)以询问在剩余时间内除列车运行数据外的数据的传输。每个中继器均有一个计时器来监视时间，如第二实施例，当时间结束时，很快将传输权返回到父中继器41a。该操作与第二实施例的操作相同。
在图73中，将监视数据与列车运行数据分开传输。如果必须在规则间隔内传输监视数据，就能将其包含在周期性传输的列车运行数据中。即，通过在重置数据包中包括传输中继器号码，将能在规则间隔中传输监视数据。如上面所提及的，循环传输权以便在多余时间内传输除列车运行数据之外的数据，这样就可以扩展在短的铁路车厢中传输除列车运行数据之外数据的带宽，并确保列车运行指令传递的规律性。
虽然该实施例循环多个传输权，但是当传输返回数据包时，也有可能传输除列车运行数据外的数据。
如上所解释的，本发明提供一种铁路车厢的传输装置，采用CSMA/CD网络并且使专用数据包通过用总线彼此连接的中继器，来避免数据冲突，消除对可连接级数目的限制，无延迟地转发数据。
本发明还提供一种铁路车厢的传输装置，能够采用CSMA/CD方法，以低成本制造，并且具有良好的通用性。
本发明还提供一种铁路车厢的传输装置，采用CSMA/CD网络，用主要和辅助干线线路和干线到干线线路(安放于每节车厢)将中继器彼此相连以形成类似梯形的传输线网络，干线到干线线路改善了冗余性。
权利要求
1.一种铁路车厢的传输装置，采用CSMA/CD网络在铁路车厢之间传送数据，包括一个中继器，安装在每节铁路车厢中并具有多个端口，被配置为根据给定的指令将在其中一个端口收到的数据转发到各必要的端口，一个中继器控制器，被配置为发出指令并控制端口，以及一个站点，被配置为相对于其中一个端口发送和接收数据；和一个传输线，被配置为将中继器被此相连接，其中每个中继器被配置为发出指令，以在中继器间循环一个专用数据包，从而避免数据冲突，在每个中继器中的中继器控制器根据已收到的数据的地址确定收到的数据是控制数据包还是要转发的数据，并且如果收到的数据是要转发的数据，则转发已收到的数据。
2.根据权利要求1所述的传输装置，其中中继器以总线结构彼此相连接；和中继器控制器将专用数据包从一个上游中继器循环到一个下游中继器，所述专用数据包用于将传输权从一个中继器传送到另一个中继器，所述传输权允许持有传输权的中继器传输数据。
3.根据权利要求2所述的传输装置，其中每个中继器均有多个站点；和任何一个拥有传输权的中继器的中继器控制器均在中继器中的站点间相继地循环传输权。
4.如权利要求3所述的传输装置，其中在每个中继器中的中继器控制器对在中继器中的站点间进行传输权循环的时间进行监视，并且如果监视的时间达到了预定时间，则停止在中继器中除特殊站点外的站点间的传输权的循环并且将传输权传送到下一个下游中继器。
5.如权利要求3所述的传输装置，其中在每个中继器中的中继器控制器采用IEEE802.3x来控制从中继器中的站点的传输，在没有传输权时持续向中继器中的站点发送PAUSE指令，并且在拥有传输权时取消PAUSE指令并允许站点传输数据。
6.如权利要求3所述的传输装置，其中，当每个中继器中的站点处于半双工模式时，如果中继器没有传输权，则中继器的中继器控制器通过持续给站点施加反压来限制站点进行传输，并且如果中继器拥有传输权，则释放反压并且允许站点传输数据。
7.如权利要求3所述的传输装置，其中当任何一个拥有传输权的中继器中的中继器控制器将传输权分配给中继器中的站点时，中继器控制器检查从站点传输的数据，并且如果该数据是用于中继器之间的专用数据包地址，则停止转发数据。
8.如权利要求1所述的传输装置，其中将传输线布置在一个环路网络中，从而即使传输线断开了，也能在不将网络划分为多个网络的情况下，使得使用该传输线进行传输是持续可控制的。
9.一种铁路车厢的传输装置，用CSMA/CD网络在铁路车厢之间传送数据，包括一个安装在每节车厢中的中继器，被配置为从另一个中继器接收数据并将收到的数据转发到另一个中继器，其具有被配置为相对于另一个中继器发送和接收数据的干线发射器接收器、被配置为在中继器之间交换专用数据包和形成网络的中继器控制器、被配置为相对于中继器控制器发送和接收数据的站点发射器接收器、以及与站点发射器接收器相连接并被配置为相对于站点发射器接收器发送和接收数据的站点；和一个被配置为将中继器彼此相连的干线线路，其中在中继器之间循环传输权，以便在固定时间内将列车控制指令传送到每个中继器。
10.如权利要求9所述的传输装置，其中在开始循环传输权后，每个中继器对经过的时间进行监视，如果经过的时间达到了预定时间，则将传输权快速返回到第一个中继器，以便在固定时间内将列车控制指令传送到每个中继器。
11.如权利要求9所述的传输装置，其中每个中继器根据包括在已传输数据中的优先级信息对从传输控制数据开始经过的时间进行监视，如果经过的时间达到了预定时间，则快速返回传输权，以便在固定时间内将列车控制指令传送到每个中继器。
12.如权利要求9所述的传输装置，其中传输列车控制指令的一个中继器监视从前次传输控制数据后经过的时间，如果传输权被传送到传输权的下一传输周期附近的那个中继器，则保持传输权一段给定时间并等待要传输的控制数据，以便在固定时间内将列车控制指令传送到每个中继器。
13.如权利要求9所述的传输装置，其中每个中继器总是准备好从中继器中的站点接收控制数据，如果收到了，则临时持有控制数据，并在接收到传输权时传输持有控制数据，以便在固定时间内将列车控制指令传送到每个中继器。
14.如权利要求9所述的传输装置，其中传输控制数据的一个中继器监视从前次传输控制数据后经过的时间，传送一个数据包，以在下一控制数据传输之前临时停止传输权循环一段预定时间，将网络从其他中继器中释放出来，以便在固定时间内将列车控制指令传送到每个中继器。
15.如权利要求14所述的传输装置，其中在传输控制数据后，已传输了控制数据的中继器发送一个数据包，以从传输权被停止的那个中继器重新开始传输权的循环。
16.一种铁路车厢的传输装置，包括安装在每节铁路车厢中的一个主要中继器和一个辅助中继器，每个被配置为接收从另一个中继器传输的数据和将收到的数据转发到另一个中继器；一个用来将主要中继器彼此相连接的主要干线线路；一个用来将辅助中继器彼此相连接的辅助干线线路；一个用来在每节铁路车厢中将主要中继器与辅助中继器相彼此连接的干线到干线线路；一个安装在每个中继器中的干线发射器接收器，被配置为相对于在另一节铁路车厢中的另一个中继器发送和接收数据；一个安装在每个中继器中的干线到干线发射器接收器，被配置为相对于在同一节铁路车厢中的另一个中继器发送和接收数据；一个安装在每个中继器中的中继器控制器，被配置为控制干线发射器接收器和干线到干线发射器接收器并形成网络；一个安装在每个中继器中的站点发射器接收器，被配置为相对于中继器控制器发送和接收数据；和一个与站点发射器接收器连接的站点，被配置为相对于站点发射器接收器发送和接收数据；其中主要干线线路、辅助干线线路和干线到干线线路形成了类似梯状的传输线网络。
17.如权利要求16所述的传输装置，其中任何一个从另一个中继器接收数据的中继器将收到的数据通过干线到干线线路转发到在同一节铁路车厢中的另一个中继器，通过干线线路转发到相邻铁路车厢中的另一个中继器。
18.如权利要求17所述的传输装置，其中任何一个通过干线线路和通过干线到干线线路接收到同样数据的中继器转发首先接收到的数据。
19.如权利要求17所述的传输装置，其中任何一个通过干线线路和通过干线到干线线路接收到同样数据的中继器测试数据帧尾端的检查码并且根据测试转发首先被发现正确的数据。
20.如权利要求16所述的传输装置，其中传输权的专用数据包流经主要中继器。
21.如权利要求16所述的传输装置，其中如果在主要中继器和主要干线线路的任何一个中发生故障，则传输权的专用数据包就通过辅助中继器，以形成能避免数据冲突的网络。
22.一种铁路车厢的传输装置，包括安装在每节铁路车厢中的一个主要中继器和一个辅助中继器，被配置为接收从另一个中继器传输的数据和将收到的数据转发到另一个中继器；一个用来将主要中继器彼此相连接的主要干线线路；一个用来将辅助中继器彼此相连接的辅助干线线路；一个用来在每节铁路车厢中将主要中继器与辅助中继器彼此相连接的干线到干线线路；一个安装在每个中继器中的干线发射器接收器，被配置为相对于在另一节铁路车厢中的另一个中继器发送和接收数据；一个安装在每个中继器中的干线到干线发射器接收器，被配置为相对于在同一节铁路车厢中的另一个中继器发送和接收数据；一个安装在每个中继器中的中继器控制器，被配置为在干线发射器接收器和干线到干线发射器接收器之间切换并形成网络；一个安装在每个中继器中的站点发射器接收器，被配置为相对于中继器控制器发送和接收数据；和一个与站点发射器接收器连接的站点，被配置为相对于站点发射器接收器发送和接收数据；其中主要干线线路、辅助干线线路和干线到干线线路形成了类似梯状的传输线网络。
23.如权利要求22所述的传输装置，其中如果中继器、干线线路、干线到干线线路是正常的，则中继器只采用干线线路来形成互相独立的主要网络和辅助网络。
24.如权利要求22所述的传输装置，其中如果主要中继器和主要干线线路的任何一个导致了故障，则启用在故障中继器或干线线路之前和之后的干线到干线线路，以划分辅助网络并形成旁路网络，以便优先于辅助网络而使用主要网络。
25.如权利要求24所述的传输装置，其中在形成旁路网络之后，启用了干线到干线线路的主要中继器以规则的间隔向由于故障而与主要网络断开连接的主要中继器发出专用检查数据包，以查看断开连接的主要中继器是否已经修复，并且如果断开连接的主要中继器已经修复，则恢复原始的主要网络和辅助网络。
26.如权利要求22所述的传输装置，其中如果主要中继器和主要干线线路的任何一个导致了故障，则启用在故障中继器或干线线路之前和之后的干线到干线线路，以划分辅助网络并形成旁路网络，以便优先于辅助网络而使用主要网络，通过主要网络转发的数据还通过划分的辅助网络进行转发，从而辅助中继器也接收数据。
27.如权利要求22所述的传输装置，其中如果主要中继器和主要干线线路的任何一个导致了故障，则启用在故障中继器或干线线路之前和之后的干线到干线线路，以划分辅助网络并形成旁路网络，以便优先于辅助网络而使用主要网络，通过主要网络转发的数据还通过划分的辅助网络进行转发并且用于传输权的专用数据包将通过辅助网络，从而辅助中继器包括在主要网络中。
28.一种铁路车厢传输装置，包括一个安装在每节车厢中的中继器，被配置为从另一个中继器接收数据并将收到的数据转发到另一个中继器，其具有被配置为相对于另一个中继器发送和接收数据的干线发射器接收器、被配置为在中继器之间交换专用数据包和形成网络的中继器控制器、被配置为相对于中继器控制器发送和接收数据的站点发射器接收器、以及与站点发射器接收器相连接并被配置为相对于站点发射器接收器发送和接收数据的站点；和一个被配置为将中继器彼此相连的干线线路，其中在中继器之间交换的专用数据包纳入有关必须传输数据的中继器的信息，以便在固定时间内将列车运行指令传送到每个中继器。
29.如权利要求28所示的传输装置，其中任何一个接收到专用数据包的中继器将查看包括在专用数据包中的中继器信息是否与它自己的中继器信息一致；如果信息是一致的，则中继器接收传输权并且传输列车运行指令和除列车运行指令外的数据；和如果信息不一致，则中继器接收传输权并且只传输列车运行指令，由此分布必须传输除列车运行指令外的数据的中继器，并在固定时间内将列车运行指令传输到每个中继器。
30.如权利要求28所示的传输装置，其中任何一个在传输权的第一次循环中收到传输权的中继器传输列车运行指令，并在传输权的第二次或稍后循环中传输除列车运行指令外的数据，以便在固定时间内将列车运行指令传输到其他中继器，并且根据中继器的数目优化分配用于除列车运行指令外的数据的传输带宽。
31.如权利要求30所示的传输装置，其中每个中继器对在传输权的第一次循环开始后经过的时间进行监视，并且持续循环传输除列车运行指令外的数据的传输权，直到经过的时间达到了预定时间，以便在固定时间内将列车运行指令传输到每个中继器，并且在预定时间内尽可能多地传输列车运行指令。
全文摘要
提供一种具有改善了的可靠性并适用于长列车的铁路车厢传输装置。该传输装置有多个中继器(1a到1n)。每个中继器有根据指令将在一个端口接收到的数据转发到另一个端口的多个端口(4)。该传输装置还包括一个控制端口和提供指令的中继器控制器(2)和相对于端口发送和接收数据的站点(5a和5b)。中继器通过传输线(3a到3(n－1))彼此相连接。根据从中继器控制器发出的指令，避免数据冲突的专用数据包在中继器之间进行交换。中继器控制器根据已收到数据的地址区别控制数据包和要转发的数据并转发数据。
文档编号H04L12/413GK1617520SQ20041010230
公开日2005年5月18日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月26日
发明者高桥秀之 申请人:株式会社东芝