重联网关及含有重联网关的旅客信息系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种重联网关及含有重联网关的旅客信息系统，所述重联网关配置本务车重联服务器IP地址与本务车重联网关的IP地址为镜像关系，以及配置本务车重联服务器的重联端口与本务车重联网关的重联端口为镜像关系；所述旅客信息系统含有重联网关、以太网交换机，以太网交换机在每个车厢内至少设置一个；重联网关通过以太网总线与所述以太网交换机连接，以太网交换机通过以太网总线与所述旅客信息系统中所有具有网络通信功能的设备连接。本发明在列车网络重联时，能够对网络IP地址进行转换，解决了网络重联时旅客信息系统会出现IP地址冲突，导致局域网内发生IP地址冲突的设备通信功能失效的问题，可靠性高，布线简单，易于维护，占用车辆空间、重量少。
【专利说明】
重联网关及含有重联网关的旅客信息系统
技术领域
[0001]本发明属于铁路列车旅客信息技术领域，涉及高速动车组旅客信息技术，具体地说，涉及一种重联网关及含有重联网关的旅客信息系统，主要应用于高速动车组。
【背景技术】
[0002]随着现代轨道交通技术的发展，轨道列车的智能化、自动化以及高端化等方面均获得提高。我国标准动车组在安全性、舒适性及速度上大大提高的基础上，对列车的可靠性、可维护性等方面的要求也越来越高，研发设计新型的旅客信息系统尤为重要。
[0003]在单车网络非重联状态下，旅客信息系统的所有设备均能正常工作。在两车及多车网络重联状态下，本务车与重联车上的旅客信息系统会出现IP地址冲突，导致局域网内发生IP地址冲突的设备通信功能失效。现有的解决方法是通过手动改变其中一辆列车中所有具有IP地址的设备的IP地址，这种方式存在如下问题:(I)修改IP地址多通过私有协议实现，不稳定；(2)需要反复修改IP地址才能IP地址修改成功；(3)有些设备的IP地址不能修改，一旦修改需要进行复杂的工作。
[0004]此外，现有的旅客信息系统集成了通讯单元、显示单元、娱乐单元、视频监控单元、车载无线网络单元和座位信息显示单元，每个单元内部通信协议各不相同，各单元之间又存在交互通信，为了协调各单元间的相互工作，需要采用不同的通信总线进行数据的传输，系统运行可靠性低，对车体的布线要求比较高，车辆维护困难。
[0005]随着乘客需求的不断增加，旅客信息系统中会集成更多的子系统，因此，迫切需要一种可靠性高、布线简单且易于车辆维护的旅客信息系统协调各子单元间的相互工作。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有铁路列车旅客信息系统存在的可靠性低、布线复杂且难于维护等上述问题，提供了一种可靠性高、布线简单且易于车辆维护的重联网关及含有重联网关的旅客信息系统。
[0007]在两车及多车重联状态下，为了达到本务车与重联车上的旅客信息系统不出现IP地址冲突的目的，本发明提供了一种重联网关，所述重联网关配置本务车重联服务器IP地址与本务车重联网关的IP地址为镜像关系，以及配置本务车重联服务器的重联端口与本务车重联网关的重联端口为镜像关系。
[0008]作为本发明上述重联网关的进一步设计，在列车网络重联时，所述重联网关对本务车与重联车的网络IP地址进行转换，重联车中的网络通信终端以标准的三层交换访问方式访问本务车中的重联网关的重联端口，本务车中的重联网关根据镜像关系将相关访问请求转至本务车中重联服务器的重联端口，重联车网络通信终端在相关访问请求中加入网络通信终端的位置信息。
[0009]作为本发明上述重联网关的进一步设计，所述重联网关设有指定组播穿透模块，用于列车重联后同步显示车内外信息并在不同编组列车播放不同节目。
[0010]为了达到上述目的，本发明还提供了一种基于以太网通信总线的旅客信息系统，含有重联网关，该旅客信息系统包括以太网交换机，所述以太网交换机在每个车厢内至少设置一个;重联网关通过以太网总线与所述前兆以太网交换机连接，所述以太网交换机通过以太网总线与所述旅客信息系统中所有具有网络通信功能的设备连接。
[0011]作为本发明上述旅客信息系统的优选设计，所述设备包括列车控制器、通过以太网总线与列车控制器进行通信的车厢控制器，以及通过总线与车厢控制器连接的旅客信息系统中所有的终端。
[0012]作为本发明上述旅客信息系统的优选设计，所述终端包括通过总线分别与车厢控制器进行通信的通讯单元终端、显示单元终端、娱乐单元终端、视频监控单元终端、车载无线网络单元终端和座位信息显示单元终端;所述总线为以太网总线、或RS485总线、或CAN总线、或MVB总线、或RS232总线、或UIC568总线。
[0013]作为本发明上述旅客信息系统的优选设计，所述通讯单元终端通过UIC568总线与车厢控制器连接进行列车的广播、对讲控制，在进行广播时对UIC568总线进行优化，定义UIC568总线的信号线(5，6)为非人工广播标志位，定义1]10568总线的信号线(7，8)为人工广播标志位，旅客信息系统的终端的广播装置通过检测两个标志位决定播放音频的种类。
[0014]作为本发明上述旅客信息系统的进一步设计，所述终端设有独立的2位拨码开关，所述终端根据2位拨码开关设置自身IP和ID，进行指定位置指定IP和ID的管理;每个以太网交换机均具有独立的DHCP功能，且DHCP地址池绑定所述的拨码开关。
[0015]作为本发明上述旅客信息系统的优选设计，旅客信息系统中的视频监控单元采用二级网络，视频监控单元的视频监控服务器通过以太网总线与车厢控制器进行网络通信，视频监控单元的所有摄像机直接与所述视频监控服务器连接。
[0016]作为本发明上述旅客信息系统的优选设计，旅客信息系统中的显示单元通过RS485总线或CAN总线与车厢控制器进行通信。
[0017]本发明的有益效果为:
[0018]1、本发明设计的重联网关，在列车网络重联时，能够对网络IP地址进行转换，解决了网络重联时旅客信息系统会出现IP地址冲突，导致局域网内的IP地址冲突的设备通信功能失效的问题。
[0019]2、本发明重联网关在列车网络重联时，在重联车的网络通信终端访问本务车的重联服务器时，在访问请求中加入设备的位置信息，本务车的重联服务器根据位置信息判断具体是那个设备，而不是像非重联时需要通过IP地址与拨码开关的对应关系获取地址。
[0020]3、本发明重联网关设有指定组播穿透模块，用于列车重联后在不同编组列车播放不同节目，实现旅客信息系统中显示单元信息的组播穿透，同时将娱乐单元的非重联组播信息进行隔离，保证最终用户基于车辆投放广告的可行性。
[0021]4、本发明旅客信息系统各单元之间通过重联网关及以太网总线进行连接，实现了旅客信息系统个单元间相互工作的协调，在列车网络重联时，旅客信息系统不会出现IP地址冲突的问题，可靠性高，布线简单，易于维护。相比于传统的旅客信息系统，还减少了对车辆空间、重量的占用。
[0022]5、本发明采用UIC568总线进行列车的广播、对讲控制，保证了语音通话的实时性和稳健性，广播音频基于优化后的UIC568总线，不依赖于网络，提高了旅客信息系统内部通讯单元的安全性、可靠性。
[0023]6、现有的地铁、城轨、动车的拨码开关只有ID的含义，不具有实际的物理、位置含义，本发明所有终端均设有独立的2位拨码开关，不仅有ID的含义，终端根据拨码开关还可以设置自身的IP地址，实现指定位置指定IP的管理，便于车辆维护。
[0024]7、本发明设计的以太网交换机设有独立的DHCP功能，且DHCP地址池绑定拨码开关。与普通具备DHCP功能的设备相比，本发明设备接入指定以太网交换机网口后即可自动获取指定IP地址，免除了不必要的IP地址配置工作，由于DHCP地址池绑定拨码开关，即绑定了设备的位置信息，极大地优化了后续维护、故障设备的定位。
[0025]8、本发明旅客信息系统的视频监控单元采用二级网络设计，摄像机直接接在视频监控服务器上，视频监控数据不会接入列车级网络，从而不会占用列车级网络带宽，有效地降低了由于视频监控单元的引入而导致网络带宽的占用。
[0026]9、本发明旅客信息系统的显示单元列车级网络采用以太网总线传输，车厢级网络采用抗干扰能力更强的RS485总线或CAN总线进行传输，减小了对车体布线的要求，列车控制器将待显示的字符点信息经过以太网总线发送至车厢控制器中的主控板卡设备，车厢控制器的主控板卡接收到相关数据后，不做任何处理，将信息经过RS485总线或CAN总线转发至显示单元，显示用的字符点阵信息仅在列车控制器内保存，减小了运用过程中生僻字问题导致的设备字库升级数量。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例旅客信息系统拓扑图。
[0028]图2为本发明实施例旅客信息系统的通讯单元结构简图。
[0029]图3为本发明实施例旅客信息系统的显示单元结构简图。
[0030]图4为本发明实施例旅客信息系统的娱乐单元结构简图。
[0031 ]图5为本发明实施例旅客信息系统的视频监控单元结构简图。
[0032]图6为本发明实施例旅客信息系统的车载无线网络单元结构简图。
[0033]图7为本发明实施例旅客信息系统的座位信息显示单元结构简图。
[0034]图8为本发明实施例重联网关的网络地址转换通信过程示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】:
[0036]本发明的一个实施例中，提供了一种重联网关，该重联网关配置本务车重联服务器IP地址与本务车重联网关的IP地址为镜像关系，以及配置本务车重联服务器的重联端口与本务车重联网关的重联端口为镜像关系，实现本务车与重联车的网络地址转换，建立本务车与重联车的稳定通信。
[0037]在本发明的一个实施例中，对上述重联网关作出进一步设计，在列车网络重联时，所述重联网关将本务车重联服务器IP地址与本务车重联网关的IP地址镜像，并将本务车重联服务器的重联端口与本务车重联网关的重联端口镜像，重联车中的网络通信终端以标准的三层交换访问方式访问本务车中的重联网关的重联端口，根据镜像关系重联网关将相关访问请求转至本务车中重联服务器的重联端口，重联车网络通信终端在相关访问请求中加入网络通信设备的位置信息。进一步保证本务车与重联车的稳定通信，且能够实现在通信过程中对网络服务器、对具有网络通信功能设备的定位。
[0038]在本发明的一个实施例中，对上述重联网关作出进一步设计，所述重联网关设有指定组播穿透模块，用于列车重联后在不同编组列车播放不同节目。将重联网关应用于旅客信息系统中时，指定组播穿透模块能够实现旅客信息系统中显示单元信息的组播穿透，同时将娱乐单元的非重联组播信息进行隔离，保证最终用户基于车辆投放广告的可行性。
[0039]在本发明的另一个实施例中，本发明提供了一种基于以太网通信总线的旅客信息系统，含有上述的重联网关，该旅客信息系统包括以太网交换机，所述以太网交换机在每个车厢内至少设置一个;重联网关通过以太网总线与所述前兆以太网交换机连接，所述以太网交换机通过以太网总线与所述旅客信息系统中所有具有网络通信功能的设备连接。所述设备包括列车控制器(即旅客信息系统控制器)、通过以太网总线与列车控制器进行通信的车厢控制器，以及通过总线与车厢控制器连接的旅客信息系统中所有的终端。
[0040]参见图1，在本发明的又一个实施例的旅客信息系统中，每个车厢内设置有一个以太网交换机。在本发明该实施例中所述以太网交换机采用网管型交换机，且以太网交换机安装于上述车厢控制器内，进一步节省了车辆空间。
[0041]作为本发明上述实施例旅客信息系统的优选设计，所述终端包括通过总线分别与车厢控制器进行通信的通讯单元终端、显示单元终端、娱乐单元终端、视频监控单元终端、车载无线网络单元终端和座位信息显示单元终端;所述总线为以太网总线、或RS485总线、或CAN总线、或MVB总线、或RS232总线、或UIC568总线。
[0042]参见图2，作为本发明上述实施例旅客信息系统的优选设计，在通讯单元中，电话装置通过车厢控制器提供的网络与列车控制器通信，交互对讲相关信息，电话装置的对讲操作完全受列车控制器的控制。但语音信息经音频总线传输，不经过网络传输，此处，音频总线采用UIC568总线。电话装置的语音广播、列车控制器的语音广播不受网络影响，仅通过UIC568总线实现。在进行广播时对UIC568总线进行优化，定义UIC568总线的信号线(5，6)为非人工广播标志位，定义UIC568总线的信号线(7，8)为人工广播标志位，旅客信息系统的终端的广播装置通过检测两个标志位决定播放音频的种类，而不通过网络通信控制。
[0043]为了极大地优化后续维护、故障设备的定位，在本发明的一个实施例中，对旅客信息系统作出进一步设计，所述终端设有独立的2位拨码开关，所述终端根据2位拨码开关设置自身IP，进行指定位置指定IP的管理;每个以太网交换机均具有独立的DHCP功能，且DHCP地址池绑定所述的拨码开关，即绑定了设备的位置信息，接入指定网口后即可获取指定IP地址，免除了不必要的IP地址配置工作，同时在进行维护时能够方便的对设备进行定位。
[0044]参见图3，在本发明的又一实施例中，对旅客信息系统进行优选设计，旅客信息系统中的显示单元通过RS485总线或CAN总线与车厢控制器进行通信，车厢控制器通过以太网总线与列车控制器进行通信。列车控制器将待显示的字符点信息经过以太网总线发送至车厢控制器中的主控板卡设备，车厢控制器的主控板卡接收到相关数据后，不做任何处理，将信息经过RS485总线或CAN总线转发至显示单元，显示用的字符点阵信息仅在列车控制器内保存，减小了运用过程中生僻字问题导致的设备字库升级数量。
[0045]参见图4，作为本发明上述实施例旅客信息系统的优选设计，在旅客信息系统的娱乐单元中，娱乐单元控制器将多组音视频节目以流媒体(以TS流格式封装)格式数据通过网络发送至各车厢控制器的机顶盒、音频控制器上。机顶盒解码相关数据后将显示数据传输至电视进行显示，将音频信息传输至功放单元进行播放;音频控制器收到音频流媒体(以TS流格式封装)数据后进行解码并将解码后的音频传输至座椅接收器，由乘客在座椅接收器上选择哪组音频进行收听。VIP商务座椅电视单元VEU内置点播播放器，通过网络访问娱乐单元控制器内部的点播服务器，进行音视频节目的点播。
[0046]参见图5，作为本发明上述实施例旅客信息系统的优选设计，在本发明的另一实施例中，旅客信息系统中的视频监控单元采用二级网络，视频监控单元的视频监控服务器通过以太网总线与车厢控制器进行网络通信，视频监控单元的所有摄像机直接与所述视频监控服务器连接，与视频监控服务器交互视频数据及必要的控制指令。车厢级网络不会直接到达列车级网络，在车厢级网络中，视频监控服务器为监控屏提供监控屏指定摄像机的实时监控数据，并转发监控屏对各摄像机的控制命令。
[0047]参见图6，作为本发明上述实施例旅客信息系统的优选设计，在本发明的一个实施例中，旅客信息系统中的车载无线网络单元的车厢级服务设备及列车级服务设备均通过车厢控制器提供的网络进行交互。车厢级服务装置(即车载服务器)负责处理本车内乘客的相关音视频及其他服务请求，列车级控制装置通过网络负责对实现对车厢级服务装置的管理及音视频节目的更新，主要包括卫星电视节目的更新。同时，列车级控制装置也负责处理有车厢级服务装置转发过来的公网访问请求及管理功能。
[0048]参见图7，在本发明的一个实施例中，对旅客信息系统中的作为信息显示单元进行设计，该座位信息显示单元的车厢级控制器(即座位显示网关)和列车级控制器(即座位信息接入点)通过车厢控制器提供的全列网络进行通信。座位信息接入点通过3G/4G天线等相关公网访问接口访问地面售票服务器，获取各座位售票信息后经过列车级网络发送至各座位显示网关，各座位显示网关将各座椅的售票信息发送至安装在对应座椅墙体一侧的座位信息显示器上进行显示。
[0049]在本发明的又一个实施例中，在列车网络重联时采用重联网关进行网络地址转换的通信过程。
[0050]参见图8，首先在8车的重联网关中配置本车重联服务器IP地址192.168.5.10的8004重联端口与本车重联网关(IP为10.0.0.18或其它虚拟的IP，此处以绑定本机IP为例说明)的8004重联端口为镜像关系。在列车网络重联时，重联后的9车的以太网交换机不会直接访问IP地址192.168.5.10: 8004端口，而是以标准的三层交换访问方式访问IP地址
10.0.0.18:8004重联端口。重联网关(IP地址10.0.0.18)的8004端P收到相关访问请求后，会根据已经配置的镜像关系(即NAT规则)将相关访问请求转至本车重联服务器IP地址192.168.5.10:8004 重联端 P。从 IP 地址 192.168.5.10 角度看，与 IP 地址 10.0.0.11: xxxx(随机端口号)建立了稳定的通信，从9车IP地址192.168.55.5 I角度看，与IP地址
10.0.0.18:8004建立了稳定的通信。借助于三层交换工作原理、NAT转换原理，在IP地址192.168.55.51与IP地址192.168.5.10之间建立了稳定的数据通信。
[0051]由于仅依靠上述标准三层交换原理、NAT转换原理，不能解决实际通信过程中对服务器对网络通信设备的“定位”问题，因为数据全部是从IP地址10.0.0.11的随机端口XXXX发出。此为三层交换的基本原理，也是应用在车辆网络重联中必须要克服的弊端。因此，在该实施例中，通过在IP地址192.168.55.51发出至IP地址10.0.0.18的数据中增加“位置信息”，实现对服务器、对网络通信设备的定位，IP地址192.168.5.10:8004端口便可通过数据包中“位置信息”判断具体是哪个设备，而不是再像非重联时那样可以通过IP地址与拨码开关的对应关系获取地址。
[0052]由于传统的具备网络地址转换功能的交换机均无法支持组播穿透功能。本实施例中重联网关引入指定组播组组播穿透功能，并其应用于旅客信息系统中，即实现了显示单元信息的组播穿透，同时将娱乐单元的非重联组播信息进行了隔离。指定组播穿透功能的运用，为不同重联后不同编组列车播放不同节目的需求提供了技术支持，保证了最终用户基于车辆投送广告的可行性，进一步增加了网络重联后的旅客信息系统的可靠性。
[0053]在本发明的另一实施例中，在所述旅客信息系统的以太网交换机接口上，将通讯单元和显示单元相关网络通信设备所用网口划分成一个独立VLAN，将娱乐系统单元相相关网络通信设备所用网口划分成一个独立VLAN，将座位信息显示单元相关网络通信设备所用网口划分成一个独立VLAN，将视频监控单元相关网络通信设备所用网口划分成一个独立VLAN，将车载无线网络单元相关网络通信设备所用网口划分成一个独立VLAN。将相同功能单元设备在独立的VLAN内，不同功能单元在不同的VLAN内，以确保不同通信单元之间的功能隔离。同时，按照旅客信息系统〉娱乐单元〉座位信息显示单元〉视频监控单元〉车载无线网络单元的顺序进行QoS等优先级管理。
[0054]上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种重联网关，其特征在于，所述重联网关配置本务车重联服务器IP地址与本务车重联网关的IP地址为镜像关系，以及配置本务车重联服务器的重联端口与本务车重联网关的重联端口为镜像关系。2.如权利要求1所述的重联网关，其特征在于，在列车网络重联时，所述重联网关对本务车与重联车的网络IP地址进行转换，重联车中的网络通信终端以标准的三层交换访问方式访问本务车中的重联网关的重联端口，本务车中的重联网关根据镜像关系将相关访问请求转至本务车中重联服务器的重联端口，重联车网络通信终端在相关访问请求中加入网络通信终端的位置信息。3.如权利要求1或2任意一项所述的重联网关，其特征在于，所述重联网关设有指定组播穿透模块，用于列车重联后同步显示车内外信息并在不同编组列车播放不同节目。4.一种基于以太网通信总线的旅客信息系统，其特征在于，含有权利要求1-3任意一项所述的重联网关，所述旅客信息系统包括以太网交换机，所述以太网交换机在每个车厢内至少设置一个;重联网关通过以太网总线与所述前兆以太网交换机连接，所述以太网交换机通过以太网总线与所述旅客信息系统中所有具有网络通信功能的设备连接。5.如权利要求4所述的基于以太网通信总线的旅客信息系统，其特征在于，所述设备包括列车控制器、通过以太网总线与列车控制器进行通信的车厢控制器，以及通过总线与车厢控制器连接的旅客信息系统中所有的终端。6.如权利要求5所述的基于以太网通信总线的旅客信息系统，其特征在于，所述终端包括通过总线分别与车厢控制器进行通信的通讯单元终端、显示单元终端、娱乐单元终端、视频监控单元终端、车载无线网络单元终端和座位信息显示单元终端;所述总线为以太网总线、或RS485总线、或CAN总线、或MVB总线、或RS232总线、或UIC568总线。7.如权利要求6所述的基于以太网通信总线的旅客信息系统，其特征在于，所述通讯单元终端通过UIC568总线与车厢控制器连接进行列车的广播、对讲控制，在进行广播时对UIC568总线进行优化，定义UIC568总线的信号线(5，6)为非人工广播标志位，定义1]10568总线的信号线(7，8)为人工广播标志位，旅客信息系统的终端的广播装置通过检测两个标志位决定播放音频的种类。8.如权利要求5至7任意一项所述的基于以太网通信总线的旅客信息系统，其特征在于，所述终端设有独立的2位拨码开关，所述终端根据2位拨码开关设置自身IP和ID，进行指定位置指定IP和ID的管理;每个以太网交换机均具有独立的DHCP功能，且DHCP地址池绑定所述的拨码开关。9.如权利要求8所述的基于以太网通信总线的旅客信息系统，其特征在于，旅客信息系统中的视频监控单元采用二级网络，视频监控单元的视频监控服务器通过以太网总线与车厢控制器进行网络通信，视频监控单元的所有摄像机直接与所述视频监控服务器连接。10.如权利要求4或9任意一项所述的基于以太网通信总线的旅客信息系统，其特征在于，旅客信息系统中的显示单元通过RS485总线或CAN总线与车厢控制器进行通信。
【文档编号】H04L29/12GK106027698SQ201610648658
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月10日
【发明人】厍亚斌, 冯勇, 陈祥龙, 沙淼, 王丽娟, 范洪伟, 李德文, 贾涛
【申请人】中车青岛四方车辆研究所有限公司