(57)【要約】【課題】  鉄道車両の車上ネットワークにおいて、メディア情報を同時に伝送しても制御情報のリアルタイム性を確保し、ネットワークの障害に対する高い信頼性を確保する手段を提供する。【解決手段】  １系ＮＣＰ１１は、１系スイッチングハブ１２を介して１系基幹伝送路１Ｎに接続される。１系制御情報伝送部１３を介して、１系機器制御装置１５、２系機器制御装置２５および２系スイッチングハブ２２に接続される。１系メディア情報伝送部１４を介して１系情報機器１６に接続される。２系も同様である。スイッチングハブ２は、制御情報とメディア情報を受信したとき、制御情報を優先して送信する。制御情報伝送部３は、２つの基幹伝送路Ｎからデータを受信し、自局と同じ系統からのデータを機器制御装置５に伝送する。障害によって、一方の基幹伝送路Ｎで伝送が途切れた場合には、他方の基幹伝送路Ｎで受信したデータを伝送が途切れた基幹伝送路Ｎに中継する。【選択図】      図２
2005333724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両における車上ネットワークを用いた情報伝送システムであって、
前記車上ネットワークに接続される車両機器を制御するための制御情報を、メタル媒体の伝送線を通じて１００Ｍｂｐｓ以上のデータ伝送速度で伝送する伝送制御装置を備えることを特徴とする情報伝送システム。
【請求項２】
鉄道車両において、各車両間を接続する車上ネットワークと、各車両に設置され、前記車上ネットワークおよび車両内の機器を接続する伝送制御装置とから構成される情報伝送システムであって、
前記伝送制御装置は、
車両機器またはその車両機器を制御する機器制御装置に接続され、その車両機器と制御情報の送受信を行う制御情報伝送部と、
情報機器に接続され、その情報機器とメディア情報の送受信を行うメディア情報伝送部と、
前記車上ネットワーク、前記制御情報伝送部および前記メディア情報伝送部に接続され、前記車上ネットワークおよび前記制御情報伝送部の間で前記制御情報の中継を行い、前記車上ネットワークおよび前記メディア情報伝送部の間で前記メディア情報の中継を行うスイッチングハブと、
を備え、
前記制御情報伝送部は、前記車両機器から制御情報を受信したとき、その受信した制御情報に高い優先度を示すデータを設定して前記スイッチングハブに送信し、
前記メディア情報伝送部は、前記情報機器からメディア情報を受信したとき、その受信したメディア情報に低い優先度を示すデータを設定して前記スイッチングハブに送信し、
前記スイッチングハブは、前記制御情報伝送部から受信した制御情報および前記メディア情報伝送部から受信したメディア情報を前記車上ネットワークに送信するとき、前記優先度を示すデータを参照し、その優先度の高い順に各情報を送信する
ことを特徴とする情報伝送システム。
【請求項３】
前記制御情報伝送部は、前記制御情報が高い応答性を必要とする機器制御情報または音声情報であるとき、その制御情報に最も高い優先度を示すデータを設定することを特徴とする請求項２に記載の情報伝送システム。
【請求項４】
前記メディア情報伝送部は、前記情報機器から受信した情報がメディア情報でないとき、その情報を前記スイッチングハブに送信しないことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の情報伝送システム。
【請求項５】
前記制御情報伝送部は、前記車上ネットワークから前記スイッチングハブを経由してプログラムの書き換えを行うことを可能とし、
前記メディア情報伝送部は、前記車上ネットワークから前記スイッチングハブを経由してプログラムの書き換えを行うことを可能とし、前記情報機器からプログラムの書き換えを行うことを不可とする
ことを特徴とする請求項４に記載の情報伝送システム。
【請求項６】
前記メディア情報伝送部、前記スイッチングハブ、前記制御情報伝送部および前記機器制御装置の間の各接続は、シリアルバスによって行われることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の情報伝送システム。
【請求項７】
鉄道車両において、各車両間を接続する２つの車上ネットワークと、各車両に設置され、前記車上ネットワークおよび車両内の機器を接続する２つの伝送制御装置とから構成される情報伝送システムであって、
前記２つの伝送制御装置は、それぞれにおいて、少なくとも、
車両機器またはその車両機器を制御する機器制御装置に接続され、その車両機器と制御情報の送受信を行う制御情報伝送部と、
前記車上ネットワーク、自装置の制御情報伝送部および他装置の制御情報伝送部に接続され、前記車上ネットワークおよび前記自装置の制御情報伝送部の間、ならびに、前記車上ネットワークおよび前記他装置の制御情報伝送部の間で前記制御情報の中継を行うスイッチングハブと、
を備え、
前記制御情報伝送部は、
前記車両機器から制御情報を受信したとき、その受信した制御情報を自装置のスイッチングハブおよび他装置のスイッチングハブに送信し、
自装置のスイッチングハブおよび他装置のスイッチングハブから制御情報を受信したとき、前記自装置のスイッチングハブから受信した制御情報を前記車両機器に送信し、
自装置のスイッチングハブまたは他装置のスイッチングハブから制御情報を受信したとき、その制御情報を受信していない方のスイッチングハブに送信する
ことを特徴とする情報伝送システム。
【請求項８】
前記制御情報伝送部は、
前記車両機器から受信した制御情報を送信するとき、所定の周期で送信し、
前記周期の所定の倍数に相当する時間内にスイッチングハブから制御情報を受信しないとき、そのスイッチングハブが接続された車上ネットワークに障害が発生したと判断する
ことを特徴とする請求項７に記載の情報伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両における車上ネットワークに関連し、特に基幹ネットワークによる情報伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車上ネットワークは、車両内の省配線化などを目的として開発が進められ、当初は車両機器のモニタリング（状態情報の収集）に用いられていた。現在では、データ伝送速度２〜３Ｍｂｐｓのネットワークが実用化され、制御情報（車両機器への制御指令など）の伝送も可能になっている。また、車両内におけるマルチメディアサービスのニーズが高まっており、車上ネットワークの利用による大容量のメディア情報の伝送やインターネット接続などが実現されつつある。鉄道車両の車上ネットワークの例としては、車両ごとに２台の伝送局を設け、各車両の伝送局間を第１の伝送路でループ接続すると共に、各車両内に設置した２台の伝送局を第２の伝送路で接続し、車両間の第１の伝送路が複数箇所で断線したときは、車両内の第２の伝送路で迂回路を構成するようにした技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５４８９１号公報（段落００２０〜００２４、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、車上ネットワークにマルチメディアサービスのためのメディア情報を同時に伝送するようになると、車両機器制御のための制御情報と混在することになり、メディア情報の伝送によって制御情報のリアルタイム性が損なわれるという問題が発生する。これによって、車両機器の制御に必要な応答性が確保できなくなる。また、車上ネットワークには、障害が発生しても列車が線路上で立ち往生することなく修理工場まで移動できるような高い信頼性が必要であり、換言すれば、ネットワーク機器の故障や伝送路の断線に対する冗長性が必要となる。
【０００４】
そこで、本発明は、前記問題に鑑み、鉄道車両の車上ネットワークにおいて、メディア情報を同時に伝送しても制御情報のリアルタイム性を確保すると共に、ネットワークの障害に対する高い信頼性を確保する手段を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決する本発明は、鉄道車両において、各車両間を接続する車上ネットワークと、各車両に設置され、前記車上ネットワークおよび車両内の機器を接続する伝送制御装置とから構成される情報伝送システムであって、主として以下に示すような特徴を持つ。まず、情報伝送システムは、車上ネットワークに接続される車両機器を制御するための制御情報を、メタル媒体の伝送線を通じて１００Ｍｂｐｓ以上のデータ伝送速度で伝送する伝送制御装置を備える。これによって、鉄道車両における車両機器の運転性や応答性を確保する。
【０００６】
そして、伝送制御装置は、車両機器と制御情報（制御系データ）の送受信を行う制御情報伝送部と、情報機器とメディア情報（情報系データ）の送受信を行うメディア情報伝送部と、車上ネットワーク、制御情報伝送部およびメディア情報伝送部に接続され、車上ネットワークおよび制御情報伝送部の間で制御情報の中継を行い、車上ネットワークおよびメディア情報伝送部の間でメディア情報の中継を行うスイッチングハブとを備える。スイッチングハブは、制御情報伝送部から受信した制御情報およびメディア情報伝送部から受信したメディア情報を車上ネットワークに送信するとき、各情報に設定された優先度を示すデータを参照して、その優先度の高い順に各情報を送信する。このとき、制御情報に設定する優先度を、メディア情報に設定する優先度より高くすることによって、スイッチングハブは、制御情報を優先的に送信する。これによって、制御情報およびメディア情報が混在しても、制御情報のリアルタイム性は損なわれない。
【０００７】
次いで、冗長な構成として、各車両間を２つの車上ネットワークで接続し、各車両内において、各車上ネットワークにスイッチングハブを接続し、その２つのスイッチングハブ間に２つの制御情報伝送部を接続する。制御情報伝送部は、車両機器から制御情報を受信したとき、その受信した制御情報を２つのスイッチングハブに送信する。そして、その制御情報を受信する制御情報伝送部は、いずれか一方のスイッチングハブから制御情報を受信したとき、その制御情報を受信していない方のスイッチングハブに送信する。これによって、車上ネットワークの一部に障害が発生しても、経路を切り換えることで情報伝送を継続する。更に、制御情報伝送部は、制御情報を送信するとき、所定の周期で送信する。そして、その制御情報を受信する制御情報伝送部は、その周期の所定の倍数に相当する時間内に制御情報を受信しないとき、当該車上ネットワークに障害が発生したと判断する。これによって、障害発生時の経路切り換えを短時間に行うことになる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鉄道車両の車上ネットワークにおいて、制御情報およびメディア情報を同時に伝送しても、制御情報のリアルタイム性を確保することができる。また、ネットワークの障害に対する高い信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「本発明の実施の形態」という）について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
≪情報伝送システムのネットワーク構成と概要≫
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る鉄道車両内における情報伝送システムのネットワークの構成について説明する。各車両（１号車１０ａ、２号車１０ｂ、３号車１０ｃ、・・・）には、ＮＣＰ（Network Control Processor、伝送制御装置）が１系および２系の２台ずつ設置される。そして、各ＮＣＰ１（１系ＮＣＰ１１、２系ＮＣＰ２１）は、各車両に渡って２系統設けられた車上ネットワークである基幹伝送路Ｎ（１系基幹伝送路１Ｎ、２系基幹伝送路２Ｎ）に接続される。
なお、本実施の形態の説明において、１系または２系の構成要素を示すときは、例えば、「１系ＮＣＰ１１」や「２系ＮＣＰ２１」のように記載し、１系や２系を問わず一般的に構成要素を説明するときは、例えば、「ＮＣＰ１」のように記載する。
【００１１】
基幹伝送路Ｎは、メタルや光ファイバを通信媒体とする伝送路である。ＮＣＰ１は、この基幹伝送路Ｎを通じて、１００Ｍｂｐｓ以上のデータ伝送速度でデータを伝送する。車両機器３１（図２参照）を制御するための制御情報を伝送することによって、車両機器３１の運転性や応答性を確保することができる。また、ＮＣＰ１は、両系統の基幹伝送路Ｎを監視し、必要に応じてデータを迂回処理する。ＮＣＰ１が単体で（他のＮＣＰ１とのやりとりをせずに）障害検知および迂回処理を行うため、高速な経路切り換えが可能となる。なお、ＮＣＰ１には、機器制御装置５が接続され、更に支線ネットワークを介して車両機器３１が接続される（図２参照）。ここで、車両機器３１は、例えば、車両のドア、ブレーキ、インバータなどである。
【００１２】
≪ＮＣＰ（伝送制御装置）とその周辺の構成≫
図２を参照して、本発明の実施の形態に係る１台の車両におけるＮＣＰとその周辺の構成について説明する。
まず、ＮＣＰ１の構成およびその周辺について説明する。ＮＣＰ１は、スイッチングハブ２、制御情報伝送部３およびメディア情報伝送部４から構成される。
【００１３】
スイッチングハブ２は、汎用のスイッチングハブそのものであり、伝送方式はストア＆フォワード方式とする。この方式では、各ポートから受信したフレームをバッファリング（ストア）し、その後適切なポートに出力（フォワード）する。このとき、異なるポートのフレームは並列に処理することが可能である。このため、受信した信号をそのまま出力するリピータ方式と異なり、フレームの衝突は発生しない。また、スイッチングハブ２は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ／ｐで規定される優先通信に対応したものを用いる。この規格では、優先度が記載された拡張ＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダが定義されている。スイッチングハブ２は、優先度ごとの出力バッファ（キュー）を持ち、優先度の高いものから先に出力する。この機能を用い、制御系のフレームを情報系のフレームより高い優先度とすることによって制御情報とメディア情報の同時伝送を実現する。なお、スイッチングハブ２は、専用のＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）であり、ハードウエアによって動作する。
図２に示すように、基幹伝送路Ｎの伝送データは、各車両を通過するごとにＮＣＰ１のスイッチングハブ２を経由する。スイッチングハブ２は、受信したフレームをストア＆フォワードで再生中継する。スイッチングハブ２間の伝送距離は、１車両分の約２０ｍとなる。この値は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の１００Ｂａｓｅ−ＴＸの規格である１００ｍより十分短い。このため、長距離伝送による信号の劣化は問題とならない。また、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の規格では、リピータハブと異なり、スイッチングハブ２は、接続台数に制限がない。したがって、列車の編成全体にわたる長距離伝送が可能である。
【００１４】
制御情報伝送部３には、機器制御装置５との送受信機能および基幹伝送路Ｎの障害時の迂回制御機能を持たせる。これらの機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のプログラム処理によって実現する。迂回を実現するために設置された２系統の基幹伝送路Ｎ（１系基幹伝送路１Ｎ、２系基幹伝送路２Ｎ）と、二重化された機器制御装置５（１系機器制御装置１５、２系機器制御装置２５）との両方に接続するために４つのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ポートを設ける。
メディア情報伝送部４は、情報機器６との送受信を処理する。また、情報機器６からの妨害や誤った情報伝送のために制御情報の伝送が妨げられることがないように、メディア情報伝送部４にはファイアウォール機能を持たせる。これもＣＰＵのプログラム処理によって実現することとし、基幹伝送路Ｎ（スイッチングハブ２）と情報機器６とに接続する２つのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ポートを設ける。具体的なファイアウォール機能としては、情報機器６からの情報をスイッチングハブ２に出力するときに、その情報をチェックして、メディア情報ではない情報、例えば制御情報と同様のものは破棄してスイッチングハブ２に出力しないようにする。情報の種類の判定には、情報の一部に書き込まれた識別子（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を用いた場合には、アドレスとポート番号など）を用いる。ここで、情報機器６は、例えば、車内の乗客や乗務員向けの案内表示機器や音声送受信機器などである。
【００１５】
なお、制御情報伝送部３およびメディア情報伝送部４は、ネットワーク経由でそれ自体のプログラムの書き換え（リモートローディング）を行うことを可能とし、保守作業を容易にする。このとき、情報機器６により間違ったプログラムが書き込まれないようにする。すなわち、メディア情報伝送部４は、２つのネットワークインターフェース（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ポート）を持つが、プログラムの受信は基幹伝送路Ｎ（スイッチングハブ２）からのみ受け付け、情報機器６からプログラムを受信しても破棄する。また、リモートローディングのデータは、制御情報（制御系データ）として扱い、前記ファイアウォール機能によって情報機器６から基幹伝送路Ｎ（スイッチングハブ２）には伝送できないようにする。
【００１６】
ＮＣＰ１には、機器制御装置５をＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）で接続し、機器制御装置５から支線ネットワークを介して１つまたは複数の車両機器３１を接続する。支線ネットワークには、リアルタイム性に優れたＣＡＮ（Control Area Network）、大容量のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＲＳ−４８５などを用いる。機器制御装置５は、各車両機器３１からのデータをまとめて基幹伝送路Ｎに送信し、基幹伝送路Ｎから受信したデータを分割して必要な車両機器３１に送信する。これにより基幹伝送路Ｎに流れるフレーム数が制限され、ネットワーク負荷とＮＣＰ処理負荷を軽減できる。ここで、機器制御装置５を介さず、制御情報伝送部３および車両機器３１を直接接続するような構成としてもよい。
なお、鉄道車両内における機器の設置スペースは限られており、空いたスペースに柔軟に機器を配置できるようにする。このために、ＮＣＰ１のメディア情報伝送部４、スイッチングハブ２および制御情報伝送部３、ならびに機器制御装置５は、シリアルバス（ネットワーク）によって接続される。従来のパラレルバスによる接続の場合、多数の信号線により情報を送受信するため、各機器を離して設置することが不可能であったが、シリアルバスでは少ない信号線で機器間の情報伝送が可能であり、各機器を離れた場所に設置することが可能となる。この場合、従来と同じように一箇所に集中設置することも可能である。
【００１７】
次に、１台の車両における２系統の接続構成について説明する。１系ＮＣＰ１１は、１系スイッチングハブ１２を介して１系基幹伝送路１Ｎに接続される。また、１系制御情報伝送部１３を介して、１系機器制御装置１５、２系機器制御装置２５および２系スイッチングハブ２２に接続される。更に、１系メディア情報伝送部１４を介して１系情報機器１６に接続される。一方、２系ＮＣＰ２１は、２系スイッチングハブ２２を介して２系基幹伝送路２Ｎに接続される。また、２系制御情報伝送部２３を介して、１系機器制御装置１５、２系機器制御装置２５および１系スイッチングハブ１２に接続される。更に、２系メディア情報伝送部２４を介して２系情報機器２６に接続される。なお、１系制御情報伝送部１３が２系スイッチングハブ２２に接続され、２系制御情報伝送部２３が１系スイッチングハブ１２に接続されることによって、基幹伝送路Ｎの障害時の迂回制御を行うことができる。
１系機器制御装置１５および２系機器制御装置２５は、車両機器３１に接続される。これによれば、車両機器３１は、２系統の機器制御装置５から制御が可能であり、一方の機器制御装置５が故障しても制御を行うことができる。
【００１８】
≪制御情報のリアルタイム性を確保する実施の形態≫
基幹伝送路Ｎは、スイッチングハブ２が多数個直列に接続された構成となっている。このため、フレームがスイッチングハブ２を通過する際の遅速が、基幹伝送路Ｎの遅延時間となる。スイッチングハブ２は、ストア＆フォワード方式で動作するため、フレームが通過する際にフレーム長分の遅延が発生する。また、他のフレームを同じポートから既に送信中の場合には、送信完了まで待たされるため、この分の遅延も生じる。
遅延時間はフレーム長に依存するため、まず、伝送データの種類についてまとめる。図３に、情報伝送システムにおける制御情報の種類とデータ量を示す。正確なデータ量は機器構成によっても変わるが、図３の値は、車両制御や保守情報収集のために必要な標準的な情報量である。これらはすべてＵＤＰ／ＩＰ（User Datagram Protocol / Internet Protocol）で伝送するものとし、データ量には、ＭＡＣヘッダ（ＣＲＣデータを含めて２２バイト）、ＩＰヘッダ（２０バイト）およびＵＤＰヘッダ（８バイト）の合計５０バイトも含まれている。この中でリアルタイム性が強く要求されるのは、１０ｍｓ周期データおよび音声データである。１０ｍｓ周期データでは、車両機器３１であるインバータやブレーキへの制御指令などの列車の安全性に係る制御情報が伝送される。また、音声データは、事故などが発生した場合であっても乗客と乗務員との間のコミュニケーションを可能とするために、リアルタイム性が要求される。
【００１９】
図４を参照して、ＮＣＰにおける遅延の発生について説明する。メディア情報（情報系データ）と制御情報（制御系データ）を混在して伝送した場合、優先処理により制御情報は送信待ちのメディア情報より先に送信される。しかし、既に送信中のメディア情報（最大１５１８バイト）と先に送信バッファに格納された制御情報は追い越すことができない。これらが同時に起こった場合に、伝送遅延が最大となる。図４に示すように、情報機器６からフレームＡを受信し、送信を開始した時点で、機器制御装置５からフレームＢ、続いて隣接車両からフレームＣを受信したとする。このとき、フレームＣを送信するのは、フレームＡ及びフレームＢを送信した後であり、またフレームＣの送信時間（フレーム長分の時間）も遅延の要因となる。例えば、フレームＢを保守データ（１５２２バイト）、フレームＣを音声データ（３１４バイト）とすると、データ伝送速度は１００Ｍｂｐｓであるから、遅延時間は、次のようになる。
【００２０】
メディア情報送信時間＋保守データ送信時間＋音声データ送信時間
＝（１５１８＋１５２２＋３１４）バイト×８ビット／１００Ｍｂｐｓ
＝  ２６８．３２μＳ／端末局
【００２１】
この値は、機器制御の応答性から許容される遅延時間の最大値である１［ｍｓ／端末局］より十分に小さく、車上ネットワークに必要なリアルタイム性を確保することができる。
【００２２】
以上説明した遅延に対する対応として、スイッチングハブによる優先処理について説明する。優先処理のプロトコルには、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ／ｐを用いる。この規格に準拠して、情報伝送には優先度を定義する４バイトのタグが追加された拡張フレームを用いる。図５に、そのフレームの構成を示す。タグは、ＭＡＣヘッダ内部に定義される。規格上は、優先度は８段階定義可能であるが、情報伝送システムでは「制御系」と「情報系」の２段階の優先度を定義するものとする。これによると、ＮＣＰ１の制御情報伝送部３は、機器制御装置５から受信した制御情報におけるＭＡＣヘッダのタグに「制御系」を設定することで、制御情報を伝送する優先度を上げる。また、ＮＣＰ１のメディア情報伝送部４は、情報機器６から受信したメディア情報におけるＭＡＣヘッダのタグに「情報系」を設定することで、メディア情報を伝送する優先度を下げる。なお、制御情報伝送部３およびメディア情報伝送部４は、一律に優先度の設定を行うのではなく、受信した情報の種別に応じた設定を行ってもよい。例えば、制御情報伝送部３は、図３に示した１０ｍｓ周期データや音声データに対しては最も高い優先度を設定するようにしてもよい。また、図５の「データ」は、ＩＰヘッダおよびＵＤＰヘッダを含むものとする。
【００２３】
図６に、スイッチングハブの優先処理における機能ブロックの構成を示す。スイッチングハブ２は、出力スケジューラ６３、優先キュー６４、非優先キュー６５、受信ポート６６および送信ポート６７などから構成される。受信ポート６６に入力されたデータ（フレーム）は、タグが示す優先度によって、優先キュー６４または非優先キュー６５に格納される。出力スケジューラ６３は、優先キュー６４または非優先キュー６５からデータを入力して、送信ポート６７に出力する。図６は、複数の受信ポート６６から同一の送信ポート６７に出力すべきデータを受け取った場合の処理を示す。各受信ポート６６では、それぞれ独立に（並列動作しながら）データを受信する。そして、ＭＡＣヘッダのタグに応じて優先度ごとの出力キューである優先キュー６４または非優先キュー６５にデータを格納する。このときの優先キュー６４および非優先キュー６５は、送信ポート６７ごとに用意される。ここで、重要データ６１は優先キュー６４に格納され、データ６２は非優先キュー６５に格納される。出力スケジューラ６３は、優先キュー６４のデータを優先的に送信し、優先キュー６４にデータがなくなってから、非優先キュー６５のデータを送信する。したがって、図６に示すように、重要データ６１、データ６２の順に送信される。
以上のようなスイッチングハブの優先処理によって、制御情報のリアルタイム性を損なうことなく、メディア情報との同時伝送を実現することができる。
【００２４】
≪情報伝送における遅延時間とその対応に関する説明≫
以上説明した制御情報のリアルタイム性を確保する実施の形態とは別の観点から、情報伝送における遅延時間とその対応について説明する。
基幹伝送路Ｎに対するバスアクセス方式としてスイッチング方式を用いた場合、スイッチングハブ２においてフレームを全て受信してから転送するため、ストア＆フォワード方式となる。この場合、衝突の問題やスイッチングハブ２の台数の制約はなくなる。しかし、フレームを一旦受信してから中継するため、フレーム長分の遅延が発生する。１０ＭｂｐｓのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の最小フレームサイズは６４バイト、その最大フレームサイズは１５１８バイトであり、フレームの受信に要する時間はそれぞれ０．０５ｍｓ、１．２ｍｓである。この遅延は、スイッチングハブ２を経由する（車両を通過する）ごとに発生する。また、複数のノードが同時にデータを送信した場合には、優先度が同じであるとき先着順に処理されるため、後着のデータは先着のデータが送出されるまでの時間の遅延が発生する。
【００２５】
この遅延時間は、基幹伝送路Ｎのデータ伝送速度を上げることで低減できる。データ伝送速度を１００Ｍｂｐｓとすれば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の最小フレームと最大フレームの受信時間はそれぞれ０．００５ｍｓ、０．１２ｍｓとなる。次に詳細な遅延時間を計算するが、データ伝送速度を１００Ｍｂｐｓとすれば、リピータ方式より遅延が小さくなるため、車上ネットワークとして適用することができる。
また、ストア＆フォワード方式の長所として、スイッチングハブ２がフレームの整合性（図５のＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）データによる）をチェックするため、エラーフレームが基幹伝送路Ｎを不用意に流れることを防止できる。
【００２６】
ここで、以下のような仮定の下で先頭のノード（例えば、機器制御装置５）が送信した制御情報を末尾のノードが受信するまでの遅延時間を計算する。
（ａ）ノード数は１０とする（８両編成で、両端の各車両に２ノードある）。
（ｂ）データ長（ヘッダを含む）は、制御情報が１１４バイト（０．０１ｍｓ）、保守データ（車両機器３１からの障害情報など）が１５２２バイト（０．１２ｍｓ）とする。
（ｃ）各ノードにおいて、制御情報の直前に、同一優先度の保守データを送信するものとする。
仮定（ｃ）は、実際の保守データの発生頻度を考えると必ずしも現実的ではないが、伝送量の最大ケースとして考慮する。また、メディア情報については優先度が低いため考慮しないものとする（正確にはわずかな遅延が発生するが、優先処理を行うため大きな影響はない）。
【００２７】
スイッチングハブ２による中継遅延は、ノードごとに発生するため、０．０１（ｍｓ）×１０（ノード）＝０．１ｍｓとなる。
制御情報の直前に送信される保守データによる遅延は、伝送経路の中間に位置するノードごとに発生するため、０．１２（ｍｓ）×８（ノード）＝０．９６ｍｓとなる。
したがって、遅延の最小値は０．１ｍｓ、最大値は１．０６ｍｓとなる。これは、ＮＣＰ１のスイッチングハブ２において発生する遅延時間である。実際には、これに送信側と受信側のそれぞれにおけるＮＣＰ１の制御情報伝送部３および機器制御装置５の処理遅延が加算される。制御情報伝送部３では、フレームを受信してＣＰＵによるプログラム処理を行う。このときの遅延は数百μs程度となるが、ここでは大きめに１ｍｓと仮定する。また、機器制御装置５は１０ｍｓの周期処理を行っており、最大この周期分の遅延が発生する。以上から、送信側の機器制御装置５から受信側の機器制御装置５までの伝送遅延は、１．０６＋（１＋１０）×２＝２３．０６ｍｓ（最大値）となる。
【００２８】
≪基幹伝送路の高信頼性を確保する実施の形態≫
各ＮＣＰ１は、２系統の基幹伝送路Ｎに接続され、障害時には自律的に迂回制御することにより高信頼性を確保する。図７を参照して、その迂回制御について説明する（適宜図２参照）。図７には、基幹伝送路Ｎの２箇所に断線が発生した場合の１号車１０ａからのデータの伝送経路を示す。図中の×印が断線箇所である。データの送信元である１号車１０ａの１系ＮＣＰ１１は、２系統の基幹伝送路Ｎ、すなわち、１系基幹伝送路１Ｎおよび２系基幹伝送路２Ｎに同じデータを常時送信する。各ＮＣＰ１の制御情報伝送部３は、これらを２系統の基幹伝送路Ｎから受信し、自局と同じ系統の基幹伝送路Ｎから受信したデータを機器制御装置５に伝送し、もう一方のデータは通常破棄する。基幹伝送路Ｎに障害が発生して、一方の基幹伝送路Ｎで伝送が途切れた場合には、他方の基幹伝送路Ｎで受信したデータを機器制御装置５に伝送すると共に、そのデータを伝送が途切れた方の基幹伝送路Ｎヘ中継（送信）する。図７の場合、２号車１０ｂの２系ＮＣＰ２１は、２系基幹伝送路２Ｎから伝送が途絶えたことを検知して、１系基幹伝送路１Ｎで受信した１号車１０ａのデータを２系基幹伝送路２Ｎに中継する。同様に、３号車１０ｃの１系ＮＣＰ１１は、２系基幹伝送路２Ｎから１系基幹伝送路１Ｎに１号車１０ａのデータを中継する。
【００２９】
基幹伝送路Ｎの障害の検知手段としては、（１）ネットワークの物理層の状態（リンク状態など）の検知、（２）障害検知用データの送受信による検知、（３）伝送データの受信の有無による検知が考えられる。（１）の方式では、リンクは確立しているがデータの送受信が不可能となるような障害は検知できない。また、（２）の方式では、高速に検知するためには制御データの周期である１０ｍｓより早い周期で障害検知用データを送る必要があるが、処理性能を考慮すると現実的でない。そこで、障害の検知は、（３）の伝送データの受信状態により検知する方式とする。制御情報は、図３に示したように数種類あるが、このうちの１０ｍｓ周期データを用いて受信状態をチェックする。伝送周期の数倍の時間当該データを受信しない場合に、基幹伝送路Ｎに障害が発生したと判断することとする。これにより障害発生から、迂回による伝送継続までの時間を数十ｍｓの短時間とすることができる。
【００３０】
以上の方法では、複数のＮＣＰ１がほぼ同時に障害を検知することになる。このとき、いずれのＮＣＰ１が迂回制御をしても残りのＮＣＰ１にはデータを伝送可能である。図７の例では、２号車１０ｂと３号車１０ｃとの間の断線に対して３号車１０ｃの１系ＮＣＰ１１が迂回制御しているが、４号車１０ｄの１系ＮＣＰ１１が迂回してもデータの伝送が可能である。また、各車両には１系ＮＣＰ１１および２系ＮＣＰ２１があり、どちらが迂回してもよい。どちらのＮＣＰ１が迂回制御をするかは、処理を簡略化するために次のようなルールで決定する。（１）障害箇所に最も近い車両で行う。（２）迂回障害などで迂回不可の場合には、次に近い車両が迂回する。（３）１系ＮＣＰ１１は、１系基幹伝送路１Ｎから受信が途絶えた場合に２系基幹伝送路２Ｎからのデータを１系基幹伝送路１Ｎに中継する。２系ＮＣＰ２１は、２系基幹伝送路２Ｎからの受信が途絶えた場合に１系基幹伝送路１Ｎからのデータを２系基幹伝送路２Ｎに中継する。
【００３１】
これは、次のようにして実現する。各ＮＣＰ１は、伝送が途絶えた際に、送信元と自車両との間の距離に応じた時間待つ（隣接車両は待ち時間０とする）。待ち時間の間に他のＮＣＰ１が迂回を開始したことによりデータを受信したら、迂回準備は停止する。データを受信しない状態で待ち時間が経過したら、それ以降に他系統から受信したデータを中継する。これにより、障害が起こると、障害箇所の隣接車両が直ちに迂回を開始することになる。隣接車両が何らかの障害により迂回できない場合には、次に近い車両が迂回制御する。これらは自律的に動作し、ＮＣＰ１間の経路情報などの伝送は不要である。
これによって、基幹伝送路Ｎに障害が発生しても、数十ｍｓで隣接したＮＣＰ１が自律的に迂回制御することが可能であり、車上ネットワークに要求される信頼性を確保できる。
【００３２】
以上本発明の実施の形態について説明したが、図２に示す各構成要素で実行されるプログラムをコンピュータによる読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、本発明の実施の形態に係る情報伝送システムが実現されるものとする。
【００３３】
以上本発明について好適な実施の形態について一例を示したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る鉄道車両内における情報伝送システムのネットワーク構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る１台の車両におけるＮＣＰとその周辺の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る情報伝送システムにおける制御情報の種類とデータ量を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＮＣＰにおける遅延の発生の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る伝送フレームの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るスイッチングハブの優先処理における機能ブロックの構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るＮＣＰによる迂回制御を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      ＮＣＰ（伝送制御装置）
２      スイッチングハブ
３      制御情報伝送部
４      メディア情報伝送部
５      機器制御装置
６      情報機器
Ｎ      基幹伝送路（車上ネットワーク）
１１    １系ＮＣＰ（伝送制御装置）
１２    １系スイッチングハブ
１３    １系制御情報伝送部
１４    １系メディア情報伝送部
１５    １系機器制御装置
１６    １系情報機器
１Ｎ    １系基幹伝送路（車上ネットワーク）
２１    ２系ＮＣＰ（伝送制御装置）
２２    ２系スイッチングハブ
２３    ２系制御情報伝送部
２４    ２系メディア情報伝送部
２５    ２系機器制御装置
２６    ２系情報機器
２Ｎ    ２系基幹伝送路（車上ネットワーク）
３１    車両機器
【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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