(57)【要約】  機関車を制御するためのシステムおよび方法が提供される。本システムは、処理デバイスとコンピュータ可読記憶媒体とを備える遠隔制御ユニット(RCU)と、処理デバイスとコンピュータ可読記憶媒体とを備える機関車制御ユニット(LCU)とを含む。LCUは、機関車の機関車制御システムに、機関車の制御と機関車制御システムからのデータの取得とを行うために結合される。LCUは、ネットワークノードによる送信について共通の無線周波数チャネルをリッスンし、チャネルが空くのを待ち、チャネルが空いた後にメッセージを送信するように構成される。RCUは、ネットワークノードによる送信について共通の無線周波数チャネルをリッスンし、チャネルが空くのを待ち、チャネルが空いた後にメッセージを送信するように構成される。本システムは、システムの動作エリアを拡張するための1つまたは複数のリピータを含み得る。
2018533878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関車を制御するためのシステムであって、
処理デバイスとコンピュータ可読記憶媒体とを備える遠隔制御ユニット(RCU)と、
処理デバイスとコンピュータ可読記憶媒体とを備える機関車制御ユニット(LCU)とを備え、前記LCUが、機関車の機関車制御システムに、前記機関車の制御と前記機関車制御システムからのデータの取得とを行うために結合され、
前記RCUが、
ネットワークノードによる送信について共通の無線周波数チャネルを監視することと、
前記チャネルが空くのを待つことと、
前記チャネルが空いた後にメッセージを送信することと
のために構成される、システム。
【請求項２】
前記チャネルが空くのを前記待つことが、
受信信号強度インジケータ(RSSI)を計算することと、
前記RSSIを所定のしきい値と比較することと
を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記RSSIが前記所定のしきい値よりも小さいと前記RCUが決定した場合に、前記RCUが前記メッセージを送信するように構成される、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記RCUが、
前記RSSIが前記所定のしきい値以上である場合、
時間間隔を待つことと、
ネットワーク送信について前記チャネルを監視することと、
前記時間間隔の間にネットワーク送信が検出された場合、前記時間間隔を減少させることと
前記時間間隔の間にネットワーク送信が検出されない場合、前記メッセージを送信することと
のためにさらに構成される、請求項2に記載のシステム。
【請求項５】
前記メッセージが、前記RCUの識別情報、前記LCUの識別情報、およびコマンド識別情報を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
前記送信されたメッセージを受信し、前記送信されたメッセージを再送信するためのリピータをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
機関車を制御するためのシステムであって、
処理デバイスとコンピュータ可読記憶媒体とを備える遠隔制御ユニット(RCU)と、
処理デバイスとコンピュータ可読記憶媒体とを備える機関車制御ユニット(LCU)とを備え、前記LCUが、機関車の機関車制御システムに、前記機関車の制御と前記機関車制御システムからのデータの取得とを行うために結合され、
前記LCUが、
ネットワークノードによる送信について共通の無線周波数チャネルを監視することと、
前記チャネルが空くのを待つことと、
前記チャネルが空いた後にメッセージを送信することと
のために構成される、システム。
【請求項８】
前記チャネルが空くのを前記待つことが、
受信信号強度インジケータ(RSSI)を計算することと、
前記RSSIを所定のしきい値と比較することと
を備える、請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記RSSIが前記所定のしきい値よりも小さいと前記LCUが決定した場合に、前記LCUが前記メッセージを送信するように構成される、請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記LCUが、
前記RSSIが前記所定のしきい値以上である場合、
時間間隔を待つことと、
ネットワーク送信について前記チャネルを監視することと、
前記時間間隔の間にネットワーク送信が検出された場合、前記時間間隔を減少させることと
前記時間間隔の間にネットワーク送信が検出されない場合、前記メッセージを送信することと
のためにさらに構成される、請求項8に記載のシステム。
【請求項１１】
前記メッセージが、前記RCUの識別情報、前記LCUの識別情報、およびコマンド識別情報を備える、請求項7に記載のシステム。
【請求項１２】
前記送信されたメッセージを受信し、前記送信されたメッセージを再送信するためのリピータをさらに備える、請求項7に記載のシステム。
【請求項１３】
機関車制御ネットワークにおいてメッセージを送信するための方法であって、
ネットワークノードによる送信について共通の無線周波数チャネルを監視するステップと、
前記チャネルが空くのを待つステップと、
前記チャネルが空いた後にメッセージを送信するステップであって、前記メッセージが、機関車に関するデータ、または前記機関車に対する少なくとも1つのコマンドを備える、ステップと
を備える、方法。
【請求項１４】
前記チャネルが空くのを待つ前記ステップが、
受信信号強度インジケータ(RSSI)を計算するステップと、
前記RSSIを所定のしきい値と比較するステップと
を備える、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記RSSIが前記所定のしきい値以上である場合、
時間間隔を待つステップと、
ネットワーク送信について前記チャネルを監視するステップと、
前記時間間隔の間にネットワーク送信が検出された場合、前記時間間隔を減少させるステップと
前記時間間隔の間にネットワーク送信が検出されない場合、前記メッセージを送信するステップと
をさらに備える、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記メッセージの受信の確認応答が受信されていない場合、新たなメッセージ内で前記メッセージのコマンドペイロードデータを再送信するステップをさらに備える、請求項13に記載の方法。
【請求項１７】
送信する前記ステップが、前記チャネルが空いた後にハートビートメッセージを送信するステップを備え、前記ハートビートメッセージが、前記ハートビートメッセージを送信する送信機が動作可能であることを示す、請求項13に記載の方法。
【請求項１８】
前記ハートビートメッセージがコマンドペイロードを備えない、請求項17に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる、2015年11月2日に出願された米国特許出願第14/929,760号、「Method and System for Increased Spectral Efficiency in Wireless Locomotive Remote Control」の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、ワイヤレス機関車遠隔制御におけるスペクトル効率の向上のための方法およびシステムに関し、より詳細には、ワイヤレス鉄道遠隔制御システムが共通チャネルを使用して通信し、衝突回避を使用してチャネルへのアクセスを管理するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
大規模な商業クラス1の鉄道操車場では、密接に敷かれた平行なトラック上の同じ限定された地理的領域内で多くの列車が動作する。鉄道操車場のオペレータが所与の列車の様々な貨物車を迅速に結合したり切り離したりするために、無線周波数(RF)通信を使用したワイヤレス無線遠隔制御が、切り替えを容易にするため機関車を前後に移動させるのに使用される。操車場の長さは2マイルを超える場合があるため、ワイヤレス無線遠隔制御通信は全領域をカバーする必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
説明のために、本発明の特定の実施形態を図面に示す。図面において、同様の参照番号は同様の要素を示す。本発明は、図示された正確な配置、寸法、および器具に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】本発明の例示的な実施形態による鉄道遠隔制御システムの第1の実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の例示的な実施形態による鉄道遠隔制御システムの第2の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、メッセージを送信するための方法を示す図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、メッセージを受信するための方法を示す図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図1Bのネットワークの送信時間の予想加重平均分布の例示的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
ここで、本発明の例示的な実施形態の様々な図を示す図面を参照する。本明細書の図面および説明において、特定の用語は便宜上使用されているだけであり、本発明の実施形態を限定するものと見なされるべきではない。さらに、図面および説明においては、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【０００７】
鉄道操車場の近くの地理的領域は、複数の列車を有するRFスペクトル管理に問題を生じさせ、それぞれがワイヤレス無線遠隔制御ユニットによって制御される機関車を有する。従来のワイヤレス制御システムの一例では、各機関車は、周波数分割多元接続(FDMA)ネットワークトポロジにおいて固有のRFチャネルを割り当てられる。従来のFDMAネットワークトポロジは、利用可能なスペクトルによって制限される。具体的には、レールヤードが大きくなるにつれて、従来のFDMAネットワークトポロジにとって利用可能なスペクトルは、各機関車に割り当てるための固有の周波数チャネルの数を制限する。2マイルを超える動作範囲を拡張するためにRFリピータネットワークが利用される場合、各リピータはそれ自体のチャネルを必要とし、それによって機関車に割り当てるために利用可能なチャネルの数を制限する。各デバイスは絶えずコマンドおよびデータを送信しないので、各機関車および各リピータに固有のチャネルを割り当てることは、従来のFDMAネットワークにおいて無駄な帯域幅をもたらす。機関車およびリピータが送信しない時間量は重要であり得、無駄な帯域幅をもたらす。
【０００８】
機関車のワイヤレス無線遠隔制御の最近の改良は、利用可能なスペクトルへのアクセスを制御するために時分割多元接続(TDMA)を使用してきた。TDMAでは、各チャネルは複数のタイムスロットに分割され、タイムスロットの各々はデータを送信するために機関車に割り当てられる。複数の機関車は共通のRFチャネルを共有する。しかしながら、この技法は、可変長メッセージ、またはより具体的には可変長タイムスロットを考慮していない。結果として、タイムスロット長は、送信される可能性がある最も長いメッセージ(たとえば、すべてのメッセージバイトを送信するために必要な時間で測定される)に適応するように選択される。タイムスロットによって与えられる最大値よりも短い長さを有するメッセージが送信されると、チャネルは、メッセージの終わりに続いて、タイムスロットの終わりに達するまでアイドルである。このアイドル期間は無駄な帯域幅をもたらす。
【０００９】
本発明の例示的な実施形態は、FDMAおよびTDMAトポロジにおいて見られるものを上回るルーチン通信中にRFチャネルがアイドルである時間量を低減する。そのような例示的な実施形態は、各送信機が共通のRFチャネルを共有するキャリアセンス多元接続(CSMA)トポロジを使用する。各トランスミッタは、その特定のメッセージに必要な最小期間を送信する。さらに、避けられない衝突の間を解決するために衝突回避(CA)アルゴリズムが利用される。CAを有するCSMA(以下、「CSMA/CA」と呼ばれる)技法は、共用RFチャネルの非常に効率的なスペクトル使用を提供する。
【００１０】
ここで図1Aを参照すると、本発明の例示的な実施形態による、一般に100と表される、鉄道遠隔制御システムが示されている。システム100は「オペレータ制御ユニット」(OCU)とも呼ばれる、共通のRFチャネルを介して、機関車130A、130B、...、130Nにそれぞれ接続される、具体的には、それぞれの機関車制御システムに接続される、複数の機関車制御ユニット(LCU)120A、120B、...、120Nと通信する、複数の遠隔制御ユニット110A、110B、...、110Nを備える。図1に示されるシステム100の例示的な実施形態では、OCU110A、110B、...、110Nは、LCU120A、120B、...、120Nのそれぞれと直接通信する。
【００１１】
システム100内の各デバイス110、120(OCU110A、110B、...、110N、およびLCU120A、120B、...、120N)はネットワークノードである。各ノードは、その入力を監視する(たとえば、各OCU110は、そのオペレータ制御を監視し、各LCU120は、それぞれの機関車130A、130B、...、130Nのフィードバックを監視する)。各ノードは、任意の変更されたデータまたは制御情報を備えるパケットを送信する。あらかじめ設定されたハートビート間隔内でデータまたは制御情報が変更されていない場合、ノードは、ノードによる最後の送信以降にデータおよび制御情報が変更されていないことを示すハートビートパケットを送信する。
【００１２】
ノードによって送信されるすべてのパケットは、以下のフィールドを含む:プリアンブル、同期ワードシーケンス、長さ表示、ハートビート状態ビット(開始および停止状態)、送信ノードを識別するソースノードID、受信ノードを識別する宛先ノードID、リンク状態、ノード/デバイスタイプ(未知、LCU、OCU、リピータ)、シーケンス番号、およびチェックサム(たとえば、CRC-16)。コマンドまたはデータを含むメッセージは、1つまたは複数のそれぞれのコマンドIDによって識別される1つまたは複数のコマンドを備えるコマンドペイロードをさらに含む。ハートビートメッセージは、コマンドペイロードを除く前述のすべてのフィールドを含む。したがって、ハートビートメッセージは、コマンドペイロードを含まないという事実によって識別される。
【００１３】
コマンドは、コマンドタイプおよびペイロード内のデータ量に応じて可変長である。メッセージもまた、それらのペイロード内のデータ量に応じて長さが異なる。単一のメッセージ(パケット)は、合計メッセージサイズがメッセージサイズ制限を超えていない限り、任意の数のコマンドIDおよびコマンドペイロード内の任意の量のデータを含み得る。例示的な実施形態では、メッセージサイズの限界は36バイトであり、パケットのオーバヘッド(前述のフィールドのすべてからコマンドIDおよびペイロードを引いたもの)は11バイトであり、パケットはさらに4ビットのプリアンブルを含む。最も短いメッセージはハートビートメッセージであり、11バイト(オーバーヘッド)+4ビットプリアンブルである。最も長いメッセージは、プリアンブルの場合、36バイト+4ビットである。
【００１４】
各OCU110A、110B、...、110Nには、他のすべてのOCU110およびLCU120からOCU110を一意的に識別するアドレスまたは識別子(ID)が割り当てられる。各LCUには、他のすべてのLCU120およびOCU110からLCU120を一意的に識別するアドレス(ID)も割り当てられる。パケット内のソースノードIDは、OCU110 IDまたはLCU120 IDのいずれかである。パケット内の宛先ノードIDは、OCU110 IDまたはLCU120 IDのいずれかである。ペイロードは、変更されたデータおよび/または変更された制御情報を備える。
【００１５】
次に図1Bを参照すると、本発明の例示的な実施形態によるシステム100の例示的な代替の実施形態が示されており、例示的な代替の実施形態は、一般に100'と表される。システム100'は、システム100のすべての構成要素を備え、リピータ145A、145B、...、145Nのネットワーク140をさらに備える。各リピータ145もネットワークノードである。リピータ145A、145B、...、145Nは、送信ノードからメッセージを受信し、それらを他のリピータ145A、145B、...、145Nまたは受信ノードに再送信する。
【００１６】
次に図2を参照すると、本発明の例示的な実施形態による、一般に200と表される、メッセージを送信するための方法が示されている。システム100の任意のノード、およびシステム100'の任意の非リピータノードは、方法200の1つの例示的な実施形態を実行する。システム100'の任意のリピータノードは、方法200の別の例示的な実施形態を実行する。リピータノードおよび非リピータノードは、後述するように、方法200のステップ250の実装形態が異なる。図1Aおよび図1Bを参照して図2を説明する。方法200は、ハートビートメッセージを送信するために、送信ノードによってハートビート間隔中に少なくとも1回呼び出される。方法200は、OCU110またはLCU120が、送信されるべき変更されたデータまたは変更された制御情報を受信するたびに呼び出される。方法200は、システム100、100'においてCSMAトポロジを確立する。
【００１７】
方法200はステップ210で始まり、ネットワークノードは、データを送信しようとする前に、他の送信ノード用の共通RFチャネルをリッスンし、チャネルが空くか利用可能になるのを待つ。ステップ210は、2つのサブステップ212および214を備える。サブステップ212において、ノードは、受信信号強度インジケータ(RSSI)を計算し、サブステップ214に進む。サブステップ214において、ノードは、計算されたRSSIがあらかじめ設定されたしきい値を下回っているかどうかを決定する。下回っていない場合、ノードはRFチャネルが利用可能でないと決定し、方法200は、サブステップ212に戻り、そこでRSSIを再び計算する前に所定の時間量だけ待機する。下回っている場合、RFチャネルが利用可能であり、方法200はステップ220に続く。
【００１８】
ステップ220において、ノードは、ノード待機間隔として知られる可変遅延をリッスンし続ける。ノード待機間隔の長さは、ノードの送信優先度に反比例する。方法200は、ノードがネットワーク送信をリッスンするステップ230に続く。この間隔中にノードがネットワーク送信(有効なプリアンブルおよび同期ワードシーケンスを検出することによって信号伝達される)を検出すると、方法200はステップ240に進み、そこでノードは送信優先度を増加させ、したがってノード待機間隔を減少させる。次いで、方法200はステップ220に戻り、検出された送信の終了時にノード待機間隔を再開する。最小ノード待機間隔は、他のネットワーク送信の検出を保証するために、プリアンブルおよび同期ワードシーケンスを送信するために必要な時間よりも長いことが望ましい。ステップ210〜240は、衝突回避アルゴリズムである。
【００１９】
そうでなければ、ステップ230において、ノードがノード待機間隔中にネットワーク送信を検出しない場合、方法200はステップ250に進み、そこでノードは、ハートビートメッセージあるいは変更されたデータおよび/または変更された制御情報を備えるメッセージであるそのメッセージを送信する。方法200が非リピータノードによって実行されている例示的な実施形態では、送信ノードは、そのID、受信ノードのID、任意の変更されたデータ、任意の変更された制御情報、および送信されたメッセージのシーケンス番号を挿入することによって、送信されるべきメッセージを組み立てる。送信ノードは、受信が確認されるべきメッセージのリスト(「保留中の確認応答リスト」)にシーケンスIDを記憶する。送信されるべき変更されたデータまたは変更された制御情報がない場合、送信ノードはメッセージからコマンドペイロードを省略し、したがってメッセージをハートビートメッセージにする。ハートビートメッセージは、受信デバイスに、まだ通信中であることを知らせるために送信デバイスによって送信されるメッセージである。方法200がリピータノードによって実行される例示的な実施形態では、リピータノードは、ステップ250において、受信したメッセージを再送信する。リピータノードは、保留中の確認応答リストを維持しない。ステップ260において、送信ノードは、受信ノードによるメッセージの受信の確認応答をリッスンする。タイムアウト間隔内に確認応答が受信された場合、方法200はステップ270に進み、そこで送信されたデータがクリアされ、ステップ280において方法200が終了する。そうでなければ、送信ノードがタイムアウト間隔内に受信の確認応答を受信しない場合、方法200はステップ210にループバックし、そこで送信ノードは、未確認のコマンドペイロードデータとともに新しいメッセージを送信しようとする。方法200は、上で論じたように継続する。
【００２０】
例示的な実施形態では、ステップ220において、メッセージの送信を待つ間、ノードは、変更されたデータまたは追加の制御情報の入力を監視し続ける。ステップ220において、ノード待機間隔中に追加の変更されたデータまたは追加の制御情報が検出された場合、ノードは、メッセージ送信の全体数を減らすために、追加の変更されたデータおよび/または変更された制御情報をメッセージに付加し得る。
【００２１】
次に図3を参照すると、本発明の例示的な実施形態による、一般に300と表される、メッセージを受信して処理するための方法が示されている。システム100における各ノード、およびシステム100'における各非リピータノードは、方法300を実行する。図1Aおよび図1Bを参照して図3を説明する。
【００２２】
方法300は、ステップ310において、メッセージの受信を待機する非リピータノード(以後、「受信ノード」と呼ぶ)から始まる。待機中に、受信ノードは、ステップ320において、タイムアウト間隔内に非リピータ送信ノード(以後、「送信ノード」と呼ぶ)から発するメッセージを受信したかどうかを決定する。受信した場合、方法300はステップ330に進み、そこで受信ノードは受信メッセージを処理する。受信ノードがOCUである例示的な実施形態では、OCUは、ステップ330において、受信メッセージ内の任意の関連データを表示し、受信メッセージ内の任意の確認応答を記録する。受信ノードがLCUである例示的な実施形態では、LCUは、ステップ330において、受信メッセージに含まれる任意の制御情報を実行し、受信メッセージ内の任意の確認応答を記録する。
【００２３】
方法300を続けると、ステップ330において、受信ノードは、送信ノードから発する受信メッセージに含まれる任意の確認応答を処理する。受信メッセージ内の任意の確認応答について、受信ノードは、そのような確認応答のシーケンス番号を決定し、その保留中の確認応答リストからそのようなシーケンス番号を削除する。受信ノードによって受信された確認応答は、送信ノードとして以前に送信したメッセージの受信の確認応答である。
【００２４】
ステップ330において、受信ノードは、受信ノードが以前に送信した(以前の送信ノードとして)が、所定の時間期間内に確認応答を受信しなかったメッセージに対応する保留中の確認応答リスト内にシーケンス番号があるかどうかを決定する。受信ノードは、保留中の確認応答リストから任意のそのようなシーケンス番号を削除し、応答されない未確認のメッセージデータを再送信するためにキューに入れるか、または送信待ちのメッセージに付加する。方法300は、ステップ340に続く。
【００２５】
ステップ340において、受信ノードは、ステップ310からの受信されたデータおよび/または制御情報の確認応答を発信メッセージに付加する。受信ノードはまた、ステップ330からの任意の未確認のメッセージデータを発信メッセージに付加する。送信ノードは、変更されたデータまたは変更された制御情報のみを送信するので、受信ノードによるパケット確認応答は、送信ノードに、変更されたデータまたは変更された制御情報を含むメッセージを受信したことを通知することが望ましい。例示的な実施形態では、付加された確認応答は、(方法300を実行するノードの)ノードID、およびステップ310において受信されたメッセージのシーケンス番号を備える。ステップ340から、方法300は、発信メッセージを送信するために、図3におけるジャンプ「A」を介してステップ210に進む。
【００２６】
ステップ320において、受信ノードがタイムアウト間隔内にメッセージを受信していないと決定した場合、受信ノードはステップ350に進み、そこで是正措置を取る。次いで、本方法はステップ360において終了する。
【００２７】
例示的な実施形態では、タイムアウト間隔内にメッセージが受信されなかった場合、受信ノードがLCUである場合、ステップ350において、是正措置は、LCUが、それが搭載されている機関車に安全な状態に入るように命令することを伴う。次いで、方法300はステップ360において終了する。安全な状態に入ると、アイドルに減速し、機関車が停止するまでブレーキをかける場合がある。例示的な実施形態では、受信ノードがLCUである場合のタイムアウト間隔は4秒である。
【００２８】
別の例示的な実施形態では、タイムアウト間隔内にメッセージが受信されなかった場合、受信ノードがOCUである場合、ステップ350において、是正措置は、OCUが可聴アラームを作動させ、OCU内の表示要素、たとえばLEDインジケータまたはLCDディスプレイを作動させるか、または可聴アラームと表示要素の両方を作動させることによって、LCUとのリンクの消失を示すことを伴う。次いで、方法300はステップ360において終了する。次いで、OCUは、LCUとの再接続を試みるために、たとえば6秒ごとに、ステップ250において周期的なコマンドを送信するために、方法200を実行し得る。方法300の後続の実行後にLCUとのリンクが再確立される場合、OCUは、ステップ330においてリンクインジケータの消失をクリアし、通常動作を再開する。例示的な実施形態では、送信ノードがOCUである場合のタイムアウト間隔は2秒である。
【００２９】
例示的な実施形態では、受信ノードは、ステップ320においてタイムアウト間隔が満了する前に、ステップ310において、複数のデータおよび/またはコマンドメッセージを受信し得る。そのような実施形態では、受信ノードは、ステップ250において送信された単一の発信メッセージに各受信メッセージに対する確認応答を付加することによって、ステップ340において複数のデータおよび/またはコマンドメッセージの受信を確認し得る。これによって、ネットワークの輻輳を軽減するために、受信ノードが、単一の発信メッセージによって複数の着信メッセージを確認することが可能になる。
【００３０】
リピータノードは、方法300の簡略化された実施形態を実装する。リピータノードは、ステップ310においてメッセージを受信し、次いで、受信メッセージを再送信するために方法200に進む。各リピータノードは、どのOCUおよびLCUノードが範囲内にあるかを追跡する。範囲内にあるOCUおよびLCUノードは、リピータノードによって関連付けられているものとしてマーク付けされる。リピータノードは、受信ノードがリピータノードに関連付けられている場合、すなわち範囲内にある場合、方法200のステップ250において受信メッセージを送信することになる。例示的な実施形態では、リピータは、コマンドペイロードに「リピータ情報」コマンドを追加する。このコマンドは、パケットがリピータ経由で受信されたか、エンドポイントOCUまたはLCUから直接受信されたかを識別するために使用される。「リピータ情報」コマンドは、パケットを最初に受信したリピータのID、ならびにそのパケットを最後にリピートしたリピータのIDを含む。
【００３１】
ノードが複数のリピータの範囲内にある場合、リピータは、最も高い信号強度を有するノードからパケットを受信したのはどのリピータかを追跡する。具体的には、各ノード110、120によって送信されたすべてのパケットは、範囲内の任意のリピータノード145によって受信される。各リピータノード145は、受信されたパケットのRSSIを計算し、その計算されたRSSIを他のリピータノード145に通知する。受信されたパケットの最も高いRSSIを計算するリピータノード145は、ブロードキャスティングノード110、120との関連を保持する。複数のリピータが同じ信号強度でパケットを受信する場合、最も小さいID番号を有するリピータ145は関連を保持する。例示的な実施形態では、リピータノード145は、ノード110、120がコマンドを通信するチャネルとは異なるチャネルを介して、互いのRSSI情報を通信する。例示的な実施形態では、ノード110、120はコマンドおよびハートビートメッセージを452MHzで通信し、リピータノード145は5.8GHzでRSSI情報を互いに通信する。さらなる例示的な実施形態では、リピータノード145は、IEEE802.11を使用して5.8GHzでRSSI情報を通信する。システム100は、コマンドおよびハートビートメッセージを通信するために452MHz以外の周波数を使用し、RSSI情報を通信するために5.8GHz以外の周波数を使用し得ることを理解されたい。
【００３２】
例示的な動作シナリオでは、レールヤードは、同じ地理的位置においてすべて同時に動作する10本の列車を含む。この例では、10個のLCU120があり、1個が各機関車130に搭載されている。また、20個のOCU110がある。したがって、同じRFチャネル上でメッセージを送受信する30個の非リピータノードが存在する。LCU120およびOCU110は、方法200を使用して送信し、方法300を使用して受信する。
【００３３】
典型的な動作シナリオでは、ハートビートメッセージが最も頻繁に送信されるメッセージである。図4は、この例におけるネットワーク140の送信時間の予想加重平均分布の例示的なグラフである。このグラフから、ネットワーク140を介して送信されるメッセージの50%がハートビートメッセージであることが分かる。しかしながら、TDMA実装形態においては、すべてのメッセージのタイムスロット長は同じであり、最も長いメッセージを収容するために選択され、たとえば(36バイト+4ビット)である。したがって、平均して、すべてのタイムスロットが使用されるTDMAシステムは、実際のメッセージデータのために利用可能な合計通信時間の56%しか利用しない。TDMAシステムは、ネットワーク内のすべてのノードに対してタイムスロット割当てを必要とする。TDMAシステムが20個のノードを扱うことができる場合、たとえ5個が実行していても、20個のノードのためのスロットがなければならない。すべてのタイムスロットが使用されるとは限らないシナリオでは、利用可能な合計通信時間の使用率が低くなる。
【００３４】
対照的に、システム100、100'において、メッセージ長は可変であり、最も短く、また最も頻繁に送信されるメッセージ(コマンドペイロードを持たないハートビートメッセージ)が必要な最小時間を使用することを可能にする。結果として、システム100、100'は、利用可能な全メッセージ送信時間のほぼ100%まで利用することができる。その短い長さのために、方法200および300は、FDMAまたはTDMAが使用された場合よりも多数のLCUおよびOCUがチャネル上で使用されることを可能にするために利用可能な帯域幅を効率的に使用する。さらに、システム100、100'において、5個のノードだけがオンラインであるが、システム100、100'が20個までのノードを収容し得る場合、システム100、100'は、オフラインノードは通信時間を要求しないため、TDMA構造内の他のノードが予約したであろう通信時間の使用を効率的に最大化することができる。
【００３５】
システム100、100'においては、2つ以上のノードがそれらのパケットを同時に送信しようとするとき、必然的に衝突することになる。方法200のステップ210〜240を備える衝突回避(CA)アルゴリズムは、RFチャネル上のこれらの衝突を解決する。20個の可能なノードのうちの5個が動作可能なネットワーク上で使用されるCAでは、システム100、100'は、利用可能な全メッセージ送信時間のうち、TDMAシステムよりも多くを利用する。
【００３６】
再び図1Aおよび図1Bを参照すると、各OCU110A、110B、...、110Nは、それぞれの処理デバイス112A、112B、...、112Nと、それぞれの処理デバイス112A、112B、...、112Nと通信しているそれぞれの有形のコンピュータ可読記憶媒体または記憶デバイス114A、114B、...、114Nとを備える。各LCU120A、120B、...、120Nは、それぞれの処理デバイス122A、122B、...、122Nと、それぞれの処理デバイス122A、122B、...、122Nと通信しているそれぞれの有形のコンピュータ可読記憶媒体または記憶デバイス124A、124B、...、122Nとを備える。
【００３７】
OCU110ごとに、その有形のコンピュータ可読記憶媒体114は、その処理デバイス112によってアクセス可能な任意の利用可能なコンピュータ記憶媒体であり得る。そのようなコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読ソフトウェア命令、データ構造、プログラムモジュール、通信するLCU120から受信したデータ、OCU110を介して入力される制御情報などの情報を記憶するための任意の方法または技術において実装された、揮発性および不揮発性、ならびに取外し可能および取外し不可能媒体の両方を含む。
【００３８】
各コンピュータ可読記憶媒体114は、そのOCU110のそれぞれの処理デバイス112によって実行されると、OCU110に、本明細書で説明されるOCU110の機能のいずれかを実行させる、ソフトウェアコードを記憶する。したがって、上述した方法200および300などの、本明細書に記載のOCU110によって実行される機能のいずれかは、コンピュータ可読記憶媒体114に有形に記憶されたソフトウェアコードまたは命令において実装される。処理デバイス112によるこのようなソフトウェアコードまたは命令のロードおよび実行時に、OCU110は、システム100、100'のノードによって実行されるものとして上述した方法の任意のステップを含む、本明細書で説明されるOCU110の機能のいずれかを実行し得る。
【００３９】
各コンピュータ可読記憶媒体114は、磁気媒体、光媒体、光磁気媒体、および固体媒体などのメモリデバイスを含み得る。磁気媒体は、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ(コンピュータハードドライブ)、または他の磁気記憶デバイスを含む。光媒体は、コンパクトディスク読出し専用メモリ(CDROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、または他の光ディスクストレージなどの光ディスクを含む。光磁気媒体は、光磁気ドライブを含む。固体メモリは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術を含む。
【００４０】
LCU120ごとに、その有形のコンピュータ可読記憶媒体124は、その処理デバイス122によってアクセス可能な任意の利用可能なコンピュータ記憶媒体であり得る。そのようなコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読ソフトウェア命令、データ構造、プログラムモジュール、OCU110から受信した制御情報、通信する機関車制御システムから受信したデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術において実装された、揮発性および不揮発性、ならびに取外し可能および取外し不可能媒体の両方を含む。
【００４１】
各コンピュータ可読記憶媒体124は、そのLCU120のそれぞれの処理デバイス122によって実行されると、LCU120に、本明細書で説明されるLCU120の機能のいずれかを実行させる、ソフトウェアコードを記憶する。したがって、上述した方法200および300などの、本明細書に記載のLCU120によって実行される機能のいずれかは、コンピュータ可読記憶媒体124に有形に記憶されたソフトウェアコードまたは命令において実装される。処理デバイス122によるこのようなソフトウェアコードまたは命令のロードおよび実行時に、LCU120は、システム100、100'のノードによって実行されるものとして上述した方法の任意のステップを含む、本明細書で説明されるLCU120の機能のいずれかを実行し得る。
【００４２】
各コンピュータ可読記憶媒体124は、磁気媒体、光媒体、光磁気媒体、および固体媒体などの任意のメモリデバイスを含み得る。磁気媒体は、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ(コンピュータハードドライブ)、または他の磁気記憶デバイスを含む。光媒体は、コンパクトディスク読出し専用メモリ(CDROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、または他の光ディスクストレージなどの光ディスクを含む。光磁気媒体は、光磁気ドライブを含む。固体メモリは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術を含む。
【００４３】
本発明のこれらおよび他の利点は、前述の明細書から当業者には明らかであろう。したがって、本発明の広範な発明概念から逸脱することなしに、上述の実施形態に変更または修正が加えられ得ることは、当業者には認識されるべきである。本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、本発明の範囲および趣旨内にあるすべての変更および修正を含むことが意図されることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４４】
100  鉄道遠隔制御システム
100  システム
100'  システム
110  デバイス、ノード、ブロードキャスティングノード
110A、110B、...、110N  遠隔制御ユニット
OCU110  オペレータ制御ユニット(OCU)
OCU110A、110B、...、110N  オペレータ制御ユニット(OCU)
112  処理デバイス
112A、112B、...、112N  処理デバイス
114  コンピュータ可読記憶媒体
114A、114B、...、114N  コンピュータ可読記憶媒体または記憶デバイス
120  デバイス、ノード、ブロードキャスティングノード
LCU120  機関車制御ユニット(LCU)
LCU120A、120B、...、120N  機関車制御ユニット(LCU)
122  処理デバイス
122A、122B、...、122N  処理デバイス
124  コンピュータ可読記憶媒体
124A、124B、...、122N  コンピュータ可読記憶媒体または記憶デバイス
130  機関車
130A、130B、...、130N  機関車
140  ネットワーク
145  リピータノード
145A、145B、...、145N  リピータ
200  方法
300  方法
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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