(57)【要約】【課題】複数種の伝送データをそれらの種類によって最適な伝送モードに切り換えて伝送できる鉄道車両用伝送システムを提供する。【解決手段】本発明は、先頭車両の伝送中継器制御装置２により、一定周期で伝送する必要のある列車の制御指令を伝送する前に伝送中継器１間で低遅延モードへの移行を示す制御コマンドを流して全伝送中継器１を低遅延モードに移行させて各伝送中継器に受信データをリピート送信させ、列車の制御指令の伝送終了時に低遅延モードを終了するための制御コマンドを流して次の低遅延モードまでの間は全伝送中継器１を全二重モードで動作させる鉄道車両用伝送システムを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各車両に搭載され他の車両から伝送されてきたデータを受信すると共に、受信したデータを送信する伝送中継器と、前記各車両の伝送中継器間を接続する幹線伝送路と、前記他の車両の伝送中継器とデータの送信を行う幹線伝送送信器及びデータの受信を行う幹線伝送受信器と、隣接する伝送中継器間に専用パケットの交換と受信データのリピート送信、バッファリング及びバッファリングデータの送信を行いネットワークを構築する伝送中継器制御装置と、前記伝送中継器制御装置とデータの送受信を行う伝送送受信器と、前記伝送送受信器に接続されデータの授受を行う伝送局とを備え、前記各車両の伝送中継器間で送信権を巡回させることにより列車の制御指令を一定時間以内で各伝送中継器に伝えることを特徴とする鉄道車両用伝送システムにおいて、
先頭車両の伝送中継器制御装置は、一定周期で伝送する必要のある列車の制御指令を伝送する前に伝送中継器間で低遅延モードへの移行を示す制御コマンドを流して全伝送中継器を低遅延モードに移行させて各伝送中継器に受信データをリピート送信させ、前記列車の制御指令の伝送終了時に低遅延モードを終了するための制御コマンドを流して次の低遅延モードまでの間は全伝送中継器を全二重モードで動作させることを特徴とする鉄道車両用伝送システム。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両用伝送システムにおいて、
前記各車両の伝送中継器の伝送中継器制御装置は、全二重モードから低遅延モードに移行する際、各伝送中継器にて低遅延モード開始からの経過時間を計測し、次回の低遅延モード開始までの時刻に近づいた場合、全二重モードでの新規の送信を中止し、低遅延モード開始の制御コマンドを待つ待機状態に移ることを特徴とする鉄道車両用伝送システム。
【請求項３】
請求項２記載の鉄道車両用伝送システムにおいて、
全二重モードから低遅延モードに移行する際、低遅延モードへの移行を示す制御パケットを受信した伝送中継器の伝送中継器制御装置は、全二重モードで送信中のサービス情報データを送信完了してから低遅延モードに移行することを特徴とする鉄道車両用伝送システム。
【請求項４】
請求項１記載の鉄道車両用伝送システムにおいて、
前記全二重動作モードから低遅延モードに移行する際、低遅延モードへの移行を示す制御パケットを受信した伝送中継器の伝送中継器制御装置は、送信中のサービス情報データを破棄して直ちに低遅延モードに移行し、前記低遅延モードを終了して全二重動作モードに戻った時に前記破棄したサービス情報データを再送信することを特徴とする鉄道車両用伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車の制御指令は低遅延モードで伝送し、サービス情報データは全二重モードに切り換えて伝送する鉄道車両用伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
列車内でネットワークを構築する場合、扱う伝送データは伝送遅延やデータの衝突による再送遅延が許されない列車の制御指令と伝送遅延がある程度許容されるサービス情報データとの２種類に大きく分けられる。伝送遅延が規定されているデータである列車の制御指令としては、列車の走行を制御する力行／ブレーキ指令等が相当する。また、サービス情報データとしては、各機器のモニタリングデータや乗客への案内表示データ等がある。
【０００３】
従来の鉄道車両用伝送システムでは、伝送遅延が規定される制御指令については専用の引き通し線を用いたり、伝送路を分離／専用化する等して伝送遅延を短縮する方式がとられているが、これらは引き通し線の増加や伝送チャンネルの追加を招く問題点があり、特に既存のネットワークのソフトウェアの変更だけで対応できる技術の開発が望まれていた。
【０００４】
一方、例えば、特開２００５−３９７８３号公報（特許文献１）に記載されているシステムのように、汎用のネットワークの代表であるＩＥＥＥ８０２．３規格で規定されるイーサネット（登録商標）、つまりツイストペアケーブルを使用する１０Ｂａｓｅ−Ｔ／１００Ｂａｓｅ−ＴＸ等を鉄道車両に適用する場合、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式のイーサネット（登録商標）では、基本的にデータの衝突を許し、衝突発生時にはデータを再送する伝送方式であるため、列車の制御指令のような伝送遅延が許されないシステムへの適用が難しい。また、データの衝突を回避するため回線を全二重とし、スイッチングＨＵＢを使用する方法も用いられているが、その場合にも、スイッチングＨＵＢがストア・アンド・フォワードにて動作するためスイッチングＨＵＢを通過するたびにデータが遅延してしまう問題点があり、列車の制御指令のような伝送遅延が許されないデータを伝送するシステムへの適用が難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３９７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、列車の制御指令のような遅延が許されないデータの伝送には伝送遅延時間を最短にし、ある程度の遅延が許容されるサービス情報データの伝送には伝送回線の帯域を有効に活用することにより、複数種の伝送データをそれらの種類によって最適な伝送モードに切り換えて伝送することができる鉄道車両用伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、各車両に搭載され他の車両から伝送されてきたデータを受信すると共に、受信したデータを送信する伝送中継器と、前記各車両の伝送中継器間を接続する幹線伝送路と、前記他の車両の伝送中継器とデータの送信を行う幹線伝送送信器及びデータの受信を行う幹線伝送受信器と、隣接する伝送中継器間に専用パケットの交換と受信データのリピート送信、バッファリング及びバッファリングデータの送信を行いネットワークを構築する伝送中継器制御装置と、前記伝送中継器制御装置とデータの送受信を行う伝送送受信器と、前記伝送送受信器に接続されデータの授受を行う伝送局とを備え、前記各車両の伝送中継器間で送信権を巡回させることにより列車の制御指令を一定時間以内で各伝送中継器に伝える鉄道車両用伝送システムであって、先頭車両の伝送中継器制御装置は、一定周期で伝送する必要のある列車の制御指令を伝送する前に伝送中継器間で低遅延モードへの移行を示す制御コマンドを流して全伝送中継器を低遅延モードに移行させて各伝送中継器に受信データをリピート送信させ、前記列車の制御指令の伝送終了時に低遅延モードを終了するための制御コマンドを流して次の低遅延モードまでの間は全伝送中継器を全二重モードで動作させる鉄道車両用伝送システムを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の鉄道車両用伝送システムによれば、引き通し線の増加や伝送チャンネルの追加を招くことなく、既存の１つの伝送路で伝送データの種類によって最適な伝送モードを適用することができ、列車の制御指令は伝送遅延時間を最短にする低遅延モードにて伝送し、サービス情報データは回線の帯域を最大限に活用する全二重モードに切り換えて伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の１つの実施の形態の鉄道車両用伝送システムの構成を示すブロック図。
【図２】上記実施の形態の鉄道車両用伝送システムにおける伝送中継器の構成を示すブロック図。
【図３】上記伝送中継器内の伝送中継器制御装置の構成を示すブロック図。
【図４】上記実施の形態の鉄道車両用伝送システムによる低遅延モードと全二重モードとの切換タイミングを示すタイミングチャート。
【図５】上記実施の形態の鉄道車両用伝送システムによる低遅延モード時の動作説明図その１。
【図６】上記実施の形態の鉄道車両用伝送システムによる低遅延モード時の動作説明図その２。
【図７】上記実施の形態の鉄道車両用伝送システムによる全二重モード動作時の動作説明図その１。
【図８】上記実施の形態の鉄道車両用伝送システムによる全二重モード動作時の動作説明図その２。
【図９】上記実施の形態の鉄道車両用伝送システムによる全二重モード動作時の動作説明図その３。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１１】
図１に示すように、本発明の１つの実施の形態の鉄道車両用伝送システムは、鉄道車両の各車両１号車〜ｎ号車それぞれに伝送中継器１ａ，１ｂ，…，１ｎそれぞれが設置してあり、ツイストペアケーブル２本の全二重の幹線伝送路３ａ，３ｂ，…，３（ｎ−１）により隣接する伝送中継器間それぞれをバス状に接続している。尚、本実施の形態では、バス状伝送路で説明するが、冗長性を向上させるための梯子状伝送路やリング状伝送路にも適用可能である。
【００１２】
図２に示すように、本実施の形態の鉄道車両用伝送システムにおける伝送中継器１ａ〜１ｎ各々（以下、代表する場合には「伝送中継器１」とする）は、２ポートの幹線伝送受信器４ａ，４ｂ、２ポートの幹線伝送送信器５ａ，５ｂと１ポート以上（自号車がデータ授受しない場合は０ポート以上）の伝送送受信器６ａ，６ｂと、各伝送ポートのデータのリピート(低遅延モード)又はストア・アンド・フォワード（全二重モード）の制御と伝送中継器間の送信権専用パケット（トークンパケット）の伝送を制御する伝送中継器制御装置２、自号車のデータ送信、受信を行う複数の伝送局７とを備えている。尚、自号車の伝送局７は伝送中継器１の内にあっても、伝送中継器１の外にあってもよい。伝送中継器１外に伝送局７がある場合は、伝送送受信器６のみが伝送中継器１内に実装される。図２では、伝送局７ａが伝送中継器１内に、伝送局７ｂが伝送中継器１外に実装されている例を示している。さらに、このような伝送局及びそれに付随する伝送送受信器は複数あってもよい。
【００１３】
伝送中継器制御装置２内には全二重モード動作時に受信データを格納するためのバッファ回路８が設けてある。この伝送中継制御装置２はコンピュータであり、組み込まれている伝送制御プログラムに基づき後述する伝送制御動作を行う。
【００１４】
この伝送中継器制御装置２は図３に示す機能構成であり、低遅延データとサービス情報データとを切り換えて受信する受信データ切換回路２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、低遅延データとサービス情報データとを切り換えて送信する送信データ切換回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、低遅延モードにてデータリピートとトークン制御をする低遅延制御回路２３と、バッファ８を備えた全二重モード動作制御回路２４と、低遅延モードと全二重モードとのモード切換を制御するモード切換制御回路２５を備えている。
【００１５】
このモード切換制御回路２５は、受信データの宛先アドレスから列車の制御指令とサービス情報データとを判別し、列車の制御指令であると判別した場合には、受信データをリピート送信することによって全伝送中継器に接続されている伝送局に対して列車の制御指令を低遅延モードにて伝達し、サービス情報データであると判別した場合には受信データをバッファリングし、宛先アドレスの伝送局に対してサービス情報データを送信する全二重モードで送信させるモード切換制御をする。
【００１６】
尚、受信データ切換回路２１、送信データ切換回路２２は、伝送局とのデータ送受信を行う伝送送受信器６の台数に応じて増減することになる。
【００１７】
次に、上記の構成の鉄道車両用伝送システムによる伝送動作について説明する。図４は、時間軸上で低遅延モードと全二重モードとの動作期間を示している。例えば、ｔｃｙｃ＝１０ｍｓを１サイクルとして、一定期間ｔＲＥＰの低遅延モードと残りの期間ｔＳＷ（＝ｔｃｙｃ−ｔＲＥＰ）の全二重モードとを繰り返す。また、全二重モードの終わり近くにはｔｌｉｍ（例えば、９．５ｍｓ）が設定してあり、このｔｌｉｍを超えて新しいサービス情報データの送信を開始しない。
【００１８】
図５〜図９を用いて、低遅延モードと全二重モードの動作を説明する。ここでは、説明の簡明化のために５両編成の列車を想定してｎ＝ｅまでとし、中継器１ａ〜１ｅそれぞれを車両ａ〜ｅ号車それぞれに設置している。
【００１９】
１）リセット(低遅延モードへの移行)
最初に、本実施の形態では伝送中継器１ａ側をネットワークの上流側、１ｅ側をネットワークの下流側と規定する。尚、上流側、下流側の定義は逆であってもかまわない。また、ネットワークが有効である範囲内で上流側の端の伝送中継器１が最上流として伝送の親局動作をする。ここで、ある伝送中継器１において上流側にデータ伝送してもその応答がない場合には自局が親局であると判断する。またある伝送中継器１において上流側、下流側それぞれにデータを伝送した場合に上流側、下流側それぞれから応答がある場合に中間局であると判断する。そしてある伝送中継器１が下流側にデータを伝送してもその応答がない場合には自局が最下流局であると判断する。
【００２０】
図５（ａ）に示すように、最上流の親局として動作する伝送中継器１ａは、低遅延モード開始の合図（送信権巡回の合図）としてリセットコマンドを発行する。リセットコマンドを受信した各伝送中継器１ｂ〜１ｅは、下流側にリセットコマンドをリピート送信すると共に、動作モードを低遅延モードとしデータ受信準備に入る。各伝送中継器１ａ〜１ｅはリセットコマンド送信時（又は受信時であってもよい）に内部タイマをクリアして計時を再開する。
【００２１】
２）伝送中継器１ａのデータ送信
図５（ｂ）に示すように、伝送中継器１ａは列車の制御指令データ(データａ)を送信する。伝送中継器１ｂ〜１ｄそれぞれは、伝送中継器１ａからの受信データａを下流側にリピート送信する。ここで、リピート送信とは、一度データを全て受信完了してから送信するのではなく、受信動作を行いながら受信データを送信する動作である。このリピート送信によれば、伝送中継器１ａが送信したデータａが最下流側の伝送中継器１ｅに届くまでの伝送遅延が短い。これを低遅延モードと称している。
【００２２】
３）送信権を伝送中継器１ａから伝送中継器１ｂへ移動
図５（ｃ）に示すように、伝送中継器１ａは、必要なデータ送信後に送信権を移動するためのトークンコマンドを発行する。伝送中継器１ｂは、伝送中継器１ａからのトークンを受信し、送信権を確保する。伝送中継器１ｂは、トークンコマンドはリピート送信しない。
【００２３】
４）伝送中継器１ｂのデータ送信
図５（ｄ）に示すように、送信権を確保した伝送中継器１ｂは、列車の制御指令データ(データｂ)を上流側と下流側に送信する。伝送中継器１ａは伝送中継器１ｂからのデータｂを受信する。また、伝送中継器１ｃ，１ｄは、伝送中継器１ｂからの受信データｂを下流側にリピート送信する。伝送中継器１ｅは上流側の伝送中継器１ｄからデータｂを受信する。このようにして、ほぼ同時に全伝送中継器がデータｂを受信することができる。
【００２４】
５）送信権を伝送中継器１ｂから伝送中継器１ｃへ移動
図６（ａ）に示すように、伝送中継器１ｂは、必要なデータ送信後送信権を移動するためのトークンコマンドを発行する。伝送中継器１ｃは、伝送中継器１ｂからのトークンを受信し、送信権を確保する。
【００２５】
６）伝送中継器１ｃのデータ送信
図６（ｂ）に示すように、送信権を確保した伝送中継器１ｃは、列車の制御指令データ(データｃ)を上流側と下流側に送信する。伝送中継器１ｂは下流側の伝送中継器１ｃからの受信データｃを上流側にリピート送信する。また、伝送中継器１ｄは、上流側の伝送中継器１ｃからの受信データｃを下流側にリピート送信する。このようにして、ほぼ同時に全伝送中継器１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅがデータｃを受信することができる。
【００２６】
同様に、送信権を伝送中継器１ｃから伝送中継器１ｄへ移動し、伝送中継器１ｄのデータｄを上流側、下流側に送信し、その後、送信権を伝送中継器１ｄから最下流側の伝送中継器１ｅへ移動する動作を繰り返す。こうして、最終的に最下流の伝送中継器１ｅまで送信権を移動する。
【００２７】
７）伝送中継器１ｅデータ送信
図６（ｃ）に示すように、送信権を確保した最下流の伝送中継器１ｅは、列車の制御指令データ(データｅ)を上流側に送信する。伝送中継器１ｂ〜１ｄ各々はそれぞれの下流側の伝送中継器１ｃ〜１ｅからの受信データｅを上流側にリピート送信する。このようにして、ほぼ同時に全伝送中継器１ａ〜１ｄがデータｅを受信することができる。
【００２８】
８）リターン(低遅延モード期間終了)
図６（ｄ）に示すように、伝送中継器１ｅは制御指令データ（データｅ）を送信完了すると、最下流の伝送中継器である（下流側に伝送中継器がない）ため、低遅延モードが完了したことを示すリターンコマンドを上流側に送信する。伝送中継器１ｂ〜１ｄは、受信したリターンコマンドを上流側にリピート送信し、最上流の伝送中継器１ａにまでリターンコマンドが送られる。
【００２９】
次に全二重モードでの動作について、図７〜図９を用いて説明する。
【００３０】
１）低遅延モードから全二重モードへモード切換
図７（ａ）に示すように、伝送中継器１ｅは、制御指令データを送信完了すると、低遅延モードが完了したことを示すリターンコマンドを上流側に送信する。これは図６（ｄ）と同じ状態である。
【００３１】
各伝送中継器１ａ〜１ｄはリターンコマンドを受信すると低遅延モードから全二重モードにモード切換を行い、全二重モードに移行する。最下流の伝送中継器１ｅもリターンコマンドを送信した後にモード切換を行い、全二重モードに移行する。こうして、最終的に全伝送中継器１ａ〜１ｅは、低遅延モードを終了し、全二重モードへ移行する。
【００３２】
２）全二重モード時のパケットの流れと伝送中継器内のバッファ状態（１）
図７（ｂ）に示すように、伝送中継器１ａ〜１ｅは、全二重モードに移行すると伝送中継器制御装置２に内蔵されているバッファ８を使用し、送信と受信を独立して同時に実施する全二重モードの動作を行う。
【００３３】
尚、図７〜図９では、各伝送中継器１ａ〜１ｅのバッファ８を上段は上流側の伝送中継器と自局の伝送局７へ送信するデータと下流側の伝送中継器から受信したデータのためのバッファ、下段は下流側と自局の伝送局７へ送信するデータと上流側の伝送中継器から受信したデータのためのバッファを示している。例えば、伝送中継器１ａについては、図示上側のバッファには下流側の伝送中継器１ｂからのデータｂ’をバッファしている。同時に、図示下側のバッファには下流側の中継器１ｂと自局の伝送局７に送信するデータａ’をバッファしている。また、中間の伝送中継器１ｂについては、図示上側のバッファには下流側の伝送中継器１ｃから受信したデータｃ’と上流側の伝送中継器１ａ及び自局の伝送局７に送信するためのデータｂ’とをバッファしている。同時に、図示下側のバッファには上流側の伝送中継器１ａから受信したデータａ’と下流側の伝送中継器１ｃ及び自局の伝送局７に送信するデータｂ’をバッファしている。
【００３４】
３）全二重モード時のパケットの流れと伝送中継器内のバッファ状態（２）
図８（ａ）を用いて、伝送中継器１ａ，１ｃ，１ｅそれぞれに二重の四角で囲った新規データ、データａ”、データｃ”、データｅ”それぞれが発生した状態を説明する。
【００３５】
伝送中継器１ａでは、新規データａ”が発生し下流側への送信バッファに格納され、回線が空き次第送信される。また、下流側から受信したデータｃ’をバッファ８に格納し、伝送局との回線が空き次第伝送局７に送信する。伝送中継器１ｂでは、データａ”を受信すると下流側への送信バッファに格納されると共に、先にバッファに格納されていたデータａ’を回線が空き次第、下流側と伝送局７に送信する。
【００３６】
また、伝送中継器１ｂでは、上流側への送信バッファに格納されているデータｃ’を上流側と自局の伝送局７に送信すると共に下流側から受信したデータｄ’をバッファに格納する。伝送中継器１ｃでは、新規データｃ”を下流側への送信バッファと上流側への送信バッファに格納する。上流側から受信したデータａ’を下流側への送信バッファに格納すると共に先に格納されていたデータｂ’を下流側と自局の伝送局７に送信する。また、伝送中継器１ｃでは、上流側への送信バッファに格納されているデータｄ’を上流側と自局の伝送局７に送信すると共に下流側から受信したデータｅ’をバッファに格納する。同様に、伝送中継器１ｄ，１ｅでも図示したように受信データはバッファに格納され、先に格納されたバッファのデータが送信される。
【００３７】
４）全二重モード時のパケットの流れと伝送中継器内のバッファ状態（３）
図８（ｂ）に示すように、伝送中継器１ｂに二重の四角で囲った新規データｂ”が発生したときにはその新規データｂ”はバッファ８にいったん格納され、バッファ８に先に格納されていたデータから順に送信される。
【００３８】
５）リミット時間経過後（全二重モード終了）
図９に示すように、いま、伝送中継器１ａ〜１ｅは低遅延モード開始（リセットコマンド受信：ｔ＝０）からの時間ｔｌｉｍ（例では９．５ｍｓ）が経過したとする。低遅延モードは１サイクル周期ｔｃｙｃ（例では、１０ｍｓ）毎に起動するため、次回の低遅延モードが起動されるまでの残り時間はｔｃｙｃ−ｔｌｉｍ（例では０．５ｍｓ）となる。各伝送中継器１ａ〜１ｅは、リミット時間（ｔｌｉｍ）を経過すると新規の送信を中止し、次回の低遅延モードの起動に備える。そして受信済みのデータは、次回の全二重モードまで各伝送中継器内のバッファ８に保管される。尚、リミット時間ｔｌｉｍは現在送信中のデータがｔｃｙｃまでに送信完了できる時間をパケット長と伝送速度から決定し、設定する。
【００３９】
このようにして、本実施の形態の鉄道車両用伝送システムによれば、１つの伝送路で列車の制御指令の伝送には伝送遅延時間が最短になる低遅延モードを使用し、サービス情報データの伝送には伝送回線の帯域を有効に活用する全二重モードを使用することができ、既存のイーサネット（登録商標）を利用して、伝送遅延の短縮と伝送路帯域の増大を両立することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１，１ａ〜１ｎ  伝送中継器
２  伝送中継器制御装置
３  伝送路
４ａ，４ｂ  幹線伝送受信器
５ａ，５ｂ  幹線伝送送信器
６ａ，６ｂ  伝送送受信器
７，７ａ，７ｂ  伝送局
８  バッファ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  受信データ切換回路
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  送信データ切換回路
２３  低遅延制御回路
２４  全二重モード動作制御回路
２５  モード切換回路
ｔｃｙｃ  モード切換周期
ｔＲＥＰ  低遅延モード期間
ｔＳＷ  全二重モード期間
ｔｌｉｍ  制限時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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