用于以太网的具有切换功能的单元的制作方法
【专利摘要】用于以太网的切换功能单元的配置结构具有：以太网的多个有源元件(32)，所述有源元件借助于切换功能单元(34)组合为一个功能单元；和至少三个相互独立的用于给所述有源元件(32)供电的电源(40、41、42)，其中，所述至少三个电源(40、41、42)中的第一个电源构成为切换功能单元(34)的本地电源(40)，所述至少三个电源(40、41、42)中的第二个电源构成为经由切换功能单元(34)的以太网(42)的第一外来电源，而所述至少三个电源中的第三个电源构成为经由切换功能单元(34)的以太网(41)的第二外来电源。
【专利说明】用于以太网的具有切换功能的单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于以太网的具有切换功能的单元，并且特别是涉及一种包括多个具有切换功能的有源元件的单元，该单元用于具有长的空间延展的基于以太网的并且高度可用的网络。
【背景技术】
[0002]也称为实时以太网的工业以太网是用于追求使以太网标准可用于在工业环境中、例如在工业制造中应用的仪器的联网的概念。
[0003]在这样的环境中，一般可以将多个相互通信并且交换数据的仪器相互联网。特别是在此通常必须将控制仪器相互连接，终端设备或通信参与者又可连接到这些控制仪器上。经常地为此将多个具有控制功能(控制仪器)的网络仪器共同连接在一个环形拓扑中，并且终端设备或通信参与者又与相应的控制仪器连接。
[0004]在环形拓扑的情况下，冗余已经由其基本的功能方式产生，根据此(简言之)数据包或所谓的帧或令牌沿着环移动并且首先在环的每个节点处停止。假如一个节点想要传输数据，则该节点给数据包添加目标节点的目标地址以及数据。数据包随后继续绕该环循环，寻求目标节点。如果找到目标节点，那么将相应的数据从数据包交出，并且如所述那样继续该循环周期。
[0005]在环单重中断的情况下，例如由于布线中的故障，数据包也可以沿反方向通过所述环并且由此还总是到达所有的环节点。双环结构对此进一步保护，其方式是可以利用双环的至少一部分作为单重环的中断的部段的桥接，或者双环的每个环可以具有中断，而总体上不中断网络。
[0006]在一个这样的网络中主要的注意力在于借助于该网络有待实现的可用性。此外，随着越来越多待相互联网的元件而上升的复杂度要求越来越高的带宽和/或比特率。
[0007]用于在空间上分布的设备或可耦联的车辆的控制仪器的制造者、例如轨道车辆或用于轨道车辆的系统的制造者在增多数量的待联网的仪器或控制仪器和/或变长的电缆长度的情况下触及到至今使用的总线系统的极限，该极限在例如对于各个网络参与者不再足够的带宽和/或网络的要求的高可用性的实现中表现出来。
[0008]图1简化地示出了轨道车辆的示例性的组合体，该组合体也称为编组，包括在两个端部上的各一个驱动车2例如机车以及在驱动车2之间的多个车厢或车皮4。电缆长度L的总线或网络结构6延伸通过整个的耦联的轨道车辆组合体，该总线或网络结构包括参与者8例如至少一个在驱动车2的至少之一内的控制仪器以及在车厢4中的至少之一内的至少一个另外的网络参与者例如另一控制仪器、通信参与者和/或终端设备。
[0009]简言之，至今的通常基于总线结构例如CAN的联网形式的带宽问题导致在冲突情况下通常必须考虑在总线上的运行时间。因为只有在运行时间过去之后才可以在评价装置、例如具有主机功能的位置或用于仲裁或冲突解决的机构上决定例如网络部段或网络仪器的正常工作或故障。如果总线由于更大的联网长度变得更长，例如通过由于更大量的网络仪器而要供给的更大范围和/或通过变大的电缆或联网长度决定地，如其可能例如在轨道车辆组合体中由于各个车厢耦联成长列车而出现的那样，那么可用的数据传输率或比特率由于变得更长的运行时间而下降。增多数量的网络参与者一它们附加地生成数据传输率一进一步加剧了对于网络参与者可用的数据传输率的降低。
[0010]根据图1，在假定车厢4的长度为25米和例如16辆车耦联、也就是说列车长度为大约400米的情况下，总线或网络结构的电缆长度L包括敷设余量在内由例如适合的或需要的布线或安全因素、由总的轨道车辆组合体决定地可以毫无问题地达到800米。
[0011]迄今为止的总线系统和网络技术、例如04“控制器局域网络)、？1'0打13118、1^8(多功能车辆总线)和类似技术在这样的电缆长度时可能不再保障需要的带宽，并且因此在必要时必须被分区并且设计成具有用于连接各分区的附加的等级架构。由此可以在必要时保持必要的数据传输率。但是，由于附加的耗费和又与之相关的更高的故障概率，网络的可用性不期望地下降。
[0012]而基于以太网的联网因其宽的分布和经济的可用性、从原则上可能的数据传输率的角度是适合的，还提供改善的功能，并且此外可以成本经济地实现。
[0013]实时能力在这样的以太网中可借助于所谓的被切换的以太网或工业以太网或者说开关的以太网实现。为了避免冲突，在此所有网络元件以点对点的方式连接。
[0014]然而以太网通常受到将100米的电缆长度作为元件间的最大可能的间距的限制并且由此仅仅有条件地适合作为总线系统。电缆长度为100米以上的网络通常必须借助于中间连接的用于连接局域 网中的多个网络参与者或网络分区的电子转换仪器、所谓的开关或开关集线器以具有切换功能的有源的(切换或转换)元件建立。但是作为以太网相对于没有有源元件的经典总线系统的缺点，一个有源元件的失灵中断通信连接。有源元件如开关和类似物以及其基本的功能方式充分已知，从而在这此处不再赘述。
[0015]图2简化地示出了用于在轨道车辆中例如在列车中应用的基本的以太网示例拓扑。在此，所谓的基于列车的网络ZBN通常延伸通过轨道车辆组合体。环形线路是与基于列车的网络ZBN耦联的并且包含多个有源元件SK。在各个有源元件SK上例如以星形拓扑又连接有多个终端设备例如元件、制动器、门、空调设备、厕所装置、架空线路集电器以及类似物。
[0016]如果现在基于以太网的网络在例如一个铁路列车、亦即由多辆相互耦联的轨道车组成的组合体或编组中代替迄今为止的总线系统或网络技术，那么出发点可以是，轨道车辆组合体的每个车厢如此构造，使得每个车厢可耦联在组合体中的每个任意的位置处(亦即已经基于受限的电缆长度而不必注意，在组合体中的哪个位置处可以或必须耦联一个车厢，以便产生可控的整个系统)。因此，例如在一个组合体的每个一那么“独立的”一车厢中分别存在至少一个有源(开关)元件和至少一个通信参与者，所述至少一个有源元件和至少一个通信参与者供给和控制相应车厢的相应的(子)设备和系统，例如制动系统、空调设备、通信和显示或娱乐系统和类似物。换言之因此确保，在轨道车辆组合体的各个车厢的任意组装中不超越在基于以太网的网络中为100米的最大分区电缆长度。应该说明，车厢也可以没有通信参与者地存在。在这种情况下，有源元件可以作为所谓的中继器工作。
[0017]不过，在轨道车辆组合体的运行中可能出现如下的运行情况，在所述运行情况下至少短时间地不能确保各个车厢的供电。这样的运行情况是例如在两个车厢之间经由插拔连接器或离合器引导的供电线上出现的中断或接触故障或者架空线路的集电装置的故障。在这样的情况下，整个供电包括车厢的有源元件在内并由此还有其系统例如行车制动器的控制可能至少短时是有故障的或甚至持续更长时间地崩溃。
[0018]特别是在用于具有对于安全重要的功能的敏感设备和系统例如在轨道车辆中的制动器和门的网络中，这是不可忍受的，并且因此要求高的可用性。
[0019]一种用于成本经济地至少给参与以太网的仪器和装置供以电能或功率的方案是称为以太网供电(PoE)的技术，在该技术中，以太网的(信号)线也可以引导用于连接的以太网设备的运行电压并且将功率提供给这些以太网仪器。通常，在此以太网终端设备由具有单向供电方向(也就是说从有源元件向终端设备)的有源元件供电。以太网供电自身在语言惯用法中导入、标准化并且同样是已知的，从而在此不再赘述。
[0020]由于以太网供电的单向性，如上所述从有源元件向终端设备没有其他自身的或者局部的供电连接，以及由于在利用以太网供电的情况下在终端设备自身上取消自身供电的常见优点，以太网供电单独地还不是适合的用以确保有源元件的防失灵的供电或其切换功能的措施。
【发明内容】
[0021]因此，本发明的任务在于，成本经济地实现一种单元，该单元具有用于高度可用的基于以太网的网络的切换功能，具有改善的防失灵性并且同时具有在网络延展长的情况下高的带宽。
[0022]此外，本发明一般地应该在工业设备的分布式网络中以及在耦联的车辆的组合体例如轨道车辆的组合体中是可应用的。
[0023]按照本发明，该任务通过权利要求1的特征解决。本发明有利的进一步改进方案是所附从属权利要求的技术方案。
[0024]本发明的总构思在于，分别给在各以太网网络分区的最大允许的电缆长度之内交互供电的有源元件设置切换功能。多个这样的有源元件统一为一个具有切换功能的功能单元或者说切换功能单元。每个这样的单元由三个相互独立的电源供电，其中这三个相互独立的电源分别在需要的范围中操作单元的有源元件。这三个独立的电源涉及相应单元的各一个本地电源或自身电源，涉及经由来自以太网的第一方向的信号线的单向的第一以太网供电电源(来自相邻的第一单元)，和涉及经由来自以太网的第二方向的信号线的单向的第二以太网供电电源(来自相邻的第二单元)。换言之，切换功能单元并且由此还有其有源元件分别具有本地电源，并且可以附加地从两个不同的方向分别单向地并且由此通过一个总体上交互的双向的供给经由以太网供电来馈给。即使一个切换功能单元的直至两个电源失灵，其内部的有源元件由此仍不会停止运行，并且由此在以太网上仍不存在通信限制。由此极大地改善和提高以太网的可用性。
[0025]按照该总的构思，本发明在具有大或长的空间延展的任意工业以太网网络中是可用的，在所述工业以太网网络中要求高带宽和高度可用性。
[0026]本发明的基本优点在此在于可能的大的空间延展、同时高的带宽、相对于已知拓扑低的成本、由于经由信号线实现的冗余供电而降低的布线耗费、以及尽可能少量的网络元件。[0027]该任务由此通过一种具有切换功能的单元或用于以太网的切换功能单元的配置结构解决，其特征在于:以太网的多个有源元件，所述有源元件借助于切换功能单元组合为一个功能单元；以及至少三个相互独立的用于给所述有源元件供电的电源，其中，所述至少三个电源中的第一个电源构成为切换功能单元的本地电源，所述至少三个电源中的第二个电源构成为通过切换功能单元的以太网的第一外来电源，而所述至少三个电源中的第三个电源构成为通过切换功能单元的以太网的第二外来电源。
[0028]优选地，所述切换功能单元具有至少四个以太网端口作为接口，所述至少四个以太网端口中的至少两个以太网端口能够向切换功能单元之外提供以太网供电作为外来功率，而所述至少四个以太网端口中的至少两个以太网端口能够从切换功能单元之外接收以太网供电作为外来功率。 [0029]由此，切换功能单元有利地在正常运行下由本地电源供电，而在本地电源的故障情况下由第一和第二外来电源中的至少之一供以以太网供电。
[0030]由此，如果通过例如架空线路实现的切换功能单元的本地主电源或自身电源具有故障并且不能提供对于以太网元件的运行及其通信必要的功率，那么有利地提供备选的电源可用，借助于所述备选的电源的电能即使在故障情况下也可以至少维持以太网上的通?目。
[0031]在此，所述切换功能单元可以经由第一以太网线由相邻的第一切换功能单元的第一有源元件供以以太网供电；所述切换功能单元可以经由第二以太网线由相邻的第二切换功能单元的第二有源元件供以以太网供电；以及可以通过相邻的第一和第二切换功能单元的第一和第二有源元件为切换功能单元的所有有源元件提供供电。
[0032]第一和第二外来电源因此经由以太网在切换功能单元上借助于通过以太网信号线的以太网供电形成切换功能单元的交互的双向供电。
[0033]由此格外有利地通过本就存在的以太网布线为整个切换功能单元连同其中组合的切换元件以及为由这些切换元件供电的终端设备提供方向无关的交互双向的供电。
[0034]在优选在电缆通道中和作为电缆束引导的布线中优选的是，切换功能单元的所述多个有源元件中的至少一部分容纳在切换功能单元的一个共同的壳体中。
[0035]由此实现了具有最小可能的耗费和材料应用以及尽可能最好的成本设计的其余优点。
[0036]在特别的空间条件下或者例如对于现有布线、网络、设备或系统的改造有利的可以是，切换功能单元的所述多个有源元件中的至少一部分在切换功能单元的周围环境中分布地设置并且通过至少共同的供电线路统一为切换功能单元。对于提出的解决方案的功能方式不必强制将各个元件安置在一个唯一的壳体中。
[0037]用于切换功能单元的配置结构的一个特别的优点在于，借助于切换功能单元的有源元件分别能给至少一个以太网终端设备供给以太网供电，其中，有源元件在正常运行下由本地电源获得用于所述至少一个终端设备的以太网供电，并且在本地电源的故障情况下由第一和第二外来电源中的至少之一经由以太网为所述至少一个终端设备获得以太网供电。
[0038]由此对于故障情况也直接确保终端设备的供电，并且然后也不需要设定用于终端设备的另外的措施或耗费。[0039]用于切换功能单元的配置结构的另一特别的优点在于，所述切换功能单元的每个有源元件具有一个独立于相应其他有源元件的用于以太网供电的电源，这些电源向外对于相邻的切换功能单元构成切换功能单元的一个交互的并且双向的外来电源；以及在至少一个相邻的切换功能单元的本地电源的故障情况下，所述切换功能单元借助于以太网供电给所述至少一个相邻的切换功能单元供电。
[0040]换言之，一个切换功能单元有利地同时不仅是可能的外来功率接收器(对于在自身位置上的故障情况)、而且是外来功率发出器(对于其他位置的故障情况)，方式是:单元的有源元件，至少具有开关或切换功能的有源元件，由自身的本地电源经由以太网供电在需要的情况下给其他切换单元提供功率。由此，优选地有源元件分别是具有切换功能的有源以太网-开关-元件。
[0041]特别是当以太网具有直线拓扑、至少部分单重环形拓扑或至少部分双环形拓扑，以及至少一个以太网终端设备在星形拓扑中可连接到有源元件中的构成为有源开关的至少一个有源元件上和/或经由该有源元件可通过以太网供电进行供给时，便是有利的。
[0042]基于在网络拓扑和连接可能性方面的广泛散布的可应用性和自由度，提出的解决方案有利地不仅可应用于几乎任意长度的车辆组合体和任意数量的单元的车辆组合体中，而且可应用于具有高度可用性要求的在空间上广泛分布的固定安装的网络中。
[0043]例如用于切换单元的配置结构可以以模块结构方式构成并且例如出于安全目的、延展目的和/或改造的目的在战略上和/或成预定间隔分别带有自身的本地电源地设置。
[0044]在这种情况下，可以有利地构造一种具有多个用于切换功能单元的配置结构或模块的实时以太网，其中，切换功能单元在以太网中如此依次地设置，使得至少两个彼此相邻的切换功能单元的本地电源的故障情况从与所述至少两个彼此相邻的切换功能单元又相邻的切换功能单元通过以太网供电是可桥接的，所述又相邻的切换功能单元的本地电源无故障或者说无故障地工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]以下根据优选实施例参照附图进一步描述本发明。其中:
[0046]图1示出具有电缆长度L的网络结构的例如轨道车辆的例如车辆组合体的简化视图；
[0047]图2示出在根据图1的车辆组合体中以太网应用的简化视图；
[0048]图3示出按照一个实施例的在一个以太网拓扑中切换功能单元的配置结构和供电的简化原理图；以及
[0049]图4示出用于阐明在一个具有以太网拓扑和在其中设置的按照本实施例的切换功能单元的车辆组合体中的故障行为的简化视图。
【具体实施方式】
[0050]图3示出按照一个实施例的在一个以太网拓扑中切换功能单元的配置结构和供电的简化原理图。该以太网拓扑可以为此构成为例如直线拓扑或环形拓扑。
[0051]在图3中示出了延伸通过车辆组合体、例如轨道车辆组合体或列车或者说编组的以太网布线30的一部分。以太网布线30在该实施例中是延伸通过轨道车辆组合体的以太网拓扑的一部分。以太网的各两个电缆束延伸通过车辆组合体的一个车厢。原则上，不仅一个环形线、而且网络拓扑的至少两个电缆束的任何其他的至少部分平行延伸的设置也是可想到的。
[0052]沿着以太网布线30并且在该以太网布线中以小于100米(没有有源元件的最大以太网电缆长度)的预定间隔分别设置有有源元件(SK)32，例如以切换或开关元件、也就是具有切换功能的元件的形式。
[0053]此外，按照切换功能单元的本实施例，有源元件32中的多个——在本实施例中为两个一组合为一个(多重)切换功能单元(MSKE) 34。
[0054]切换功能单元34可以在一个唯一的壳体中容纳组合在该切换功能单元中的有源元件32。备选地，在多个容纳部上，例如在多个壳体、模块或其他组件中，在不同的安装位置或电缆长度上分布的设置也是可能的。这部分地取决于电源的类型，下面将对此详细论述。
[0055]可组合的有源元件32的类型不进一步受限，只要遵循基本的以太网兼容性。例如，具有不同数量的用于可连接的终端设备的接口或端口和不同结构大小及结构形状的有源元件32是可能的。可组合的元件32的数量也不限于两个。
[0056]总之，提出的解决方案不受原理上的限制，只要切换功能单元34的所有内部或者说有源元件32从两个不同的方向借助于以太网供电并且附加地借助于本地的自身电源是可供电的，并且切换功能单元34具有至少四个以太网端口，所述至少四个以太网端口中的至少两个可以提供以太网供电，而所述至少四个以太网端口中的至少两个可借助于以太网供电而被供电。
[0057]此外，有源元件32也可以具有在其供电方面的不同参数，只要在切换功能单元34中设有适合的转换和/或匹配装置用于根据需要转换或匹配用于各个有源元件32的功率、电流和/或电压。
[0058]在图3中示意地示出，至少一个以太网终端设备(EG) 36可以分别经由一个连接电缆38在例如星形拓扑(其他拓扑是可能的)中与各个切换功能单元34连接。为此可以设定，切换功能单元34的有源元件32的各个接口或端口被引导到切换功能单元34的一个壳体部段上并且在那儿与所述至少一个终端设备36可连接，或者相应的连接电缆38被引导穿过切换功能单元34的壳体壁并且在其中在内部与有源元件32的接口可连接。关于终端设备36在有源元件32或切换功能单元34上的连接不存在限制，从而在图2中的终端设备36在切换功能单元34上的示意图示应该足以代表。
[0059]每个切换功能单元34具有至少三个相互独立的能量供给装置或者说电源(电压和/或电流)40至42。
[0060]电源40在此是直接在切换功能单元34上的本地电源或自身电源。电源40从例如经由架空线路和/或发电机馈电的车载电网为整个切换功能单元34提供运行功率并且由此也为所有在该切换功能单元中组合的有源元件32提供运行功率，并且此外可以借助于用于短时间桥接车载电网失灵的紧急电源例如缓冲蓄电池或电容器装置被附加地保护。电源40在无故障的正常情况下给切换功能单元34供电并且与以太网供电不同地仅仅受基本车载电网的功率能力的限制。
[0061]电源41、42是以太网供电电源，它们在以太网布线之内单向地(通过箭头标明)经由以太网的(信号)线为其他装置提供运行功率。[0062]按照该实施例，例如图3所示，每个切换功能单元34可以借助于以太网供电从至少一个相邻的、例如在以太网的延伸中邻接的切换功能单元34接收功率和/或借助于以太网供电功率提供功率给至少一个另外的相邻的、例如在以太网的继续延伸中邻接的切换功能单元34。因为每个切换功能单元34具有自身的本地电源40，由该本地电源也取得用于以太网供电电源41、42的功率，所以每个切换功能单元34为其分别在两侧相邻的切换功能单元34形成附加的(非本地的、因为远离而经由以太网布线实现的)供电。尽管以太网供电自身看来单向供电，但是通过经由以太网供电从相邻的切换功能单元34供应功率的可能性产生了切换功能单元34的从第一方向和第二方向的交互的双向供电可能性。
[0063]如果例如给予以太网线(其在图2中通过虚线连接线标明地可以是环形线)一个环行方向，则在图2中在中间设置的切换功能单元34可以不仅由其本地电源40而且从一个第一方向(例如从右经由上面的第一以太网线部段、也就是由在图2中在右侧的切换功能单元34)并且从一个第二方向(例如从左经由下面的第二以太网线部段、也就是由在图3中在左侧的切换功能单元34)供电。该电路配置结构按照本实施例为每个切换功能单元34设定，从而提出的供电原理在整个以太网(环形)线上并且在轨道车辆组合体或列车的例子情况下在整个轨道车辆组合体上延伸。
[0064]图4示出了用于阐明在一个具有以太网环形拓扑和在其中设置的按照本实施例的切换功能单元34的轨道车辆组合体中的故障行为的简化视图。
[0065]在图4中轨道车辆组合体或编组包括例如16个车厢Cl至C16。车厢Cl至C16中的每个包含至少一个如图3所示的切换功能单元34。在图4中出于更好的清晰度的目的不重复已经参照图3描述的元件和附图标记。
[0066]车厢Cl和C16可以涉及由车辆驾驶员或借助于远程控制可控的驱动车、例如机动车、机车或一般地牵引车，其除了所述至少一个切换功能单元34之外分别具有至少一个适合地设计的主控制仪器或网络控制仪器50。根据需要设计的网络控制仪器50设定用于，以预定的方式控制和协调轨道车辆组合体的以太网和位于其中并且与之连接的元件。轨道车辆组合体的以太网的在此考虑的部分是环形线或环形拓扑，其具有冗余特征并且可以构成为单环结构和/或至少部分地构成为双环结构。
[0067]车厢C2至C15在该实施例中是如上所述分别具有至少一个(多重)切换功能单元34的耦联的车厢，所述切换功能单元又包含至少两个有源元件32，该有源元件具有以太网供电能力、也就是经由以太网的(信号)线给连接到有源元件32上的终端设备36供电的能力。车厢C2至C15可以在此是无驱动的或被驱动的车厢。
[0068]每个有源元件32在输入接口或输入端口之一上与一个来自相邻的第一有源元件32的以太网线连接并且在输出接口或输出端口之一上与一个通到相邻的第二有源元件32的以太网线连接。此外，每个有源元件32具有多个另外的输出接口，相应数量的终端设备36可与这些另外的输出接口连接和/或必要时可经由以太网供电从有源元件32供以功率。同样可以设有从另外的有源元件32和到另外的有源元件32 (在语言惯用法中称为上行链路)的连接可能性。
[0069]每个切换功能单元34另外具有根据图3描述的所述至少三个相互独立的电源，它们同时对于在一个切换功能单元34之内的所有有源元件32可用。
[0070]根据图4以下阐述对于示例性考虑的轨道车辆组合体的几个可能的故障情况。[0071]例如如果在车厢C2和C3中本地电源40中断(在相应的本地电源40上通过(闪电形的)中断符号标明)，那么第一种故障情况可能出现。如上所提及的那样，这样的中断可能随时例如由于在各个车厢之间车载电网中的电缆断开或接触故障或者由于单个车厢的架空线路缺少集电装置而出现。
[0072]在该情况下，在没有另外的措施时，轨道车辆组合体的两个车厢C2和C3至少暂时没有电流。由此，这些车厢C2和C3的有源元件32以及所有连接在其上的终端设备36也失灵，不依赖于它们是通过同样在终端设备上的自身电源还是经由以太网供电由这些车厢C2和C3的有源元件32来供电。此外，在该第一故障情况下，经由轨道车辆的以太网的通信是受故障的，因为数据包、帧或令牌一不依赖于其在网络拓扑中的环行方向一不再能到达网络的相应位于车厢C2或C3另一侧上的部分。在这种情况下，以太网也不再可用。
[0073]按照该实施例，通过如下方式避免这样的故障情况，即，在车厢C2和C3的本地电源40失灵的情况下车厢C2的切换功能单元34的供电并且由此还有包含在其中的有源元件32以及必要时连接到其上的终端设备36的供电从车厢C2之外、亦即从车厢Cl通过以太网供电经由以太网的信号线承担(通过在图4中从车厢Cl指向车厢C2的箭头标明)；车厢C3的切换功能单元34的供电并且由此还有包含在其中的有源元件32以及必要时连接到其上的终端设备36的供电从车厢C3之外、亦即从车厢C4通过以太网供电经由以太网的信号线承担(通过在图4中从车厢C4指向车厢C3的箭头标明)。
[0074]按照该实施例，由此两个车厢C2、C3的切换功能单元34的本地电源40的中断可以通过该切换功能单元34的交互的双向备用供电从轨道车辆组合体的相邻的车厢Cl、C4经由以太网供电(图3中的41、42)解决。
[0075]经由以太网的信号线的该备用供电可以连续地提供，或者备选地借助于例如适合的(未示出的)自身电源监控装置和以太网供电接通装置仅仅在实际的故障情况下自动地或自主地足够快速地接入或者说接通。
[0076]因为由此在第一故障情况下至少两个车厢C2、C3的对于轨道车辆组合体的整个以太网必要的元件保持能够运行，所以连接到以太网上的元件和仪器的控制也继续保持可能，并且连接到各个有源元件32上的终端设备36例如元件、制动器、门、空调设备、厕所装置、架空线路集电器和类似物保持可供电、有反应能力并且可控。
[0077]类似于上述情况，可以在第二故障情况下确保以太网的功能能力，在该第二故障情况下轨道车辆组合体的另外的车厢的本地电源40例如不仅车厢C2和C3的本地电源40而且车厢C5和C6的本地电源40中断。
[0078]在一种改型中也可以设定，首先暂时地并且无过渡地例如在车厢Cl至C16的每一个中或每一部分中设置的紧急蓄能装置、如在切换功能单元34中或上的例如适合确定大小的缓冲蓄电池或适合确定大小的电容器装置无过渡地承担该备用供电，并且仅仅当故障情况持续预定的时间和/或紧急蓄能装置的能量储备耗尽时，才借助于以太网供电从相邻车厢接通备用供电。
[0079]换言之，按照该实施例实现了一种配置结构、一种仪器和/或一种元件，在该配置结构、仪器和/或元件中设有至少四个以太网端口，其中，这至少四个以太网端口中的至少两个端口可以提供以太网供电并且至少两个端口可以接收以太网供电，所述配置结构、仪器和/或元件将多个具有切换功能的有源元件32统一在一个仪器中或在操作和功能上组合在一个仪器中。关于网络功能，有源元件32在该配置结构、该仪器或该元件中是相互独立的。该配置结构、该仪器或该元件作为切换功能单元34由三个相互独立的电源40、41和42供电，这三个相互独立的电源在地点上和空间上是分离的(例如位于三个不同的车厢中、也就是自身的车厢和两个其他车厢中，并且不是一定位于直接相邻的车厢中，但是在以太网的最大可能的分区长度之内)。在自身车厢之外的电源41、42经由以太网信号线实现。由此有利地实现了布线费用大幅降低和成本大幅降低。因为有源元件32借助于以太网供电分别给其他有源元件32供电，所以通过以太网供电实现了交互的双向供电。通过两个有源元件32共同地由一个外来电源经由信号线供电，有利地提高了元件和通信在以太网上的可用性。
[0080]有利地，由此按照本实施例实现，一个涉及两个相邻切换功能单元34的双重故障(例如在C2、C3 ;C5、C6 ;C8、C9中)还没有在以太网上导致通信限制。此外，多次双重故障也不导致通信限制，只要在两个双重故障(例如C2、C3和C5、C6)之间存在至少一个无故障性(C4)。
[0081]根据作为实施例的轨道车辆组合体描述了本发明。然而本发明不限于轨道车辆组合体，特别是不限于一个如下这样的轨道车辆组合体，在该轨道车辆组合体中一个切换功能单元将正好两个有源元件组合为一个单元，而是可直接明显地应用到每个任意的以太网直线结构上，并且总体上作为关于网络特征的优点实现:在高带宽和高可用性的同时实现长的空间延展；提出一种相对于已知拓扑成本经济的可实现性；通过经由信号线的冗余供电，需要降低的布线耗费；并且需要总体上最小数量的网络元件。
[0082]与本发明的前面详述的描述类似的改型对于本领域内技术人员来说可毫无问题地推断出并且因此不应该视为偏离本发明的技术方案并且脱离本发明的仅仅通过权利要求确定的保护范围。
【权利要求】
1.用于以太网的切换功能单元的配置结构，其特征在于: 以太网的多个有源元件(32)，所述有源元件借助于切换功能单元(34)组合成一个功能单元；以及 至少三个相互独立的用于给所述有源元件(32)供电的电源(40、41、42)，其中，所述至少三个电源(40、41、42)中的第一个电源构成为切换功能单元(34)的本地电源(40)，所述至少三个电源(40、41、42)中的第二个电源构成为经由切换功能单元(34)的以太网(42)的第一外来电源，而所述至少三个电源中的第三个电源构成为经由切换功能单元(34)的以太网(41)的第二外来电源。
2.根据权利要求1所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于，所述切换功能单元(34)具有至少四个以太网端口作为接口，所述至少四个以太网端口中的至少两个以太网端口能够向切换功能单元(34)之外提供以太网供电作为外来功率，而所述至少四个以太网端口中的至少两个以太网端口能够从切换功能单元(34)之外接收以太网供电作为外来功率。
3.根据权利要求1或2所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于，所述切换功能单元(34)在正常运行中由本地电源(40)供以功率，而在本地电源(40)的故障情况下由第一和第二外来电源中的至少之一供以以太网供电(41、42)。
4.根据上述权利要求之一所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于， 所述切换功能单元(34)经由第一以太网线由相邻的第一切换功能单元(34)的第一有源元件(32)供以以太网供电； 所述切换功能单元(34)经由第二以太网线由相邻的第二切换功能单元(34)的第二有源元件(32)供以以太网供电；以及 通过相邻的第一和第二切换功能单元(34)的第一和第二有源元件(32)为切换功能单元(34)的所有有源元件(32)提供供电。
5.根据上述权利要求之一所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于，第一和第二外来电源经由以太网(41、42)在切换功能单元(34)上借助于以太网供电经由以太网的信号线形成切换功能单元(34)的交互的双向供电。
6.根据上述权利要求之一所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于，所述切换功能单元(34)的所述多个有源元件(32)中的至少一部分容纳在切换功能单元(34)的一个共同的壳体中。
7.根据权利要求1至5之一所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于，所述切换功能单元(34)的所述多个有源元件(32)中的至少一部分在切换功能单元(34)的周围环境中分布地设置并且通过至少共同的供电线统一为切换功能单元(34)。
8.根据上述权利要求之一所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于，借助于切换功能单元(34)的有源元件(32)分别能给至少一个以太网终端设备(36)供给以太网供电，其中，有源元件(32)在正常运行中由本地电源(40)获得用于所述至少一个终端设备 (36)的以太网供电，并且在本地电源(40)的故障情况下由第一和第二外来电源中的至少之一经由以太网(41、42)获得用于所述至少一个终端设备(36)的以太网供电。
9.根据上述权利要求之一所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于， 所述切换功能单元(34)的有源元件(32)中的每个具有一个独立于相应另一个有源元件的用于以太网(41、42)供电的电源，这些电源向外为相邻的切换功能单元构成切换功能单元(34)的交互并且双向的外来电源；以及 在至少一个相邻的切换功能单元的本地电源(40)的故障情况下，切换功能单元(34)借助于以太网供电给所述至少一个相邻的切换功能单元供电。
10.根据上述权利要求之一所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于，有源元件(32)分别是具有切换功能的有源以太网-开关-元件。
11.根据上述权利要求之一所述的用于切换功能单元的配置结构，其特征在于， 所述以太网具有直线拓扑、至少部分单重环形拓扑或至少部分双环形拓扑；以及 至少一个以太网终端设备(36)在星形拓扑中可连接到有源元件(32)中的构成为有源开关的至少一个有源元件上和/或经由该有源元件通过以太网供电可被供电。
12.实时以太网，其特征在于多个根据权利要求1至9之一所述的用于切换功能单元(34)的配置结构，其中，切换功能单元(34)在所述以太网中如此依次地设置，使得至少两个彼此相邻的切换功能单元(34)的本地电源(40)的故障情况从与所述至少两个彼此相邻的切换功能单元又相邻的切换功能单元(34)通过以太网供电是可桥接的，所述又相邻的切换功能单元的本地电源(4 0)无故障地工作。
【文档编号】H04L12/10GK103975555SQ201280059785
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年10月30日 优先权日:2011年11月3日
【发明者】K·卡斯特纳, A·布朗, R·富特文勒, O·里迪格 申请人:克诺尔-布里姆斯轨道车辆系统有限公司