(57)【要約】【課題】  リアルタイム性が高く、通信装置の故障などに対する回避機能を有する高信頼な列車内通信システムを実現する。【解決手段】  複数の車両が連結された列車内に設置される運転台装置３００を含む列車内機器４００と接続される制御データ通信装置１００と、隣接車両に転送する制御データを送受信する制御データリピート装置２００とを備え、車両内の制御データ通信装置１００と制御データリピート装置２００が通信線によりバス型に接続され、隣接車両間の制御データリピート装置２００を通信線で接続したものである。【選択図】図１
2009055749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の車両が連結された列車内に設置される運転台装置を含む列車内機器と接続される制御データ通信装置と、隣接車両に転送する制御データを送受信する制御データリピート装置とを備え、前記車両内の制御データ通信装置と制御データリピート装置が通信線によりバス型に接続され、隣接車両間の制御データリピート装置を通信線で接続した列車内通信システム。
【請求項２】
複数の車両が連結された列車内に設置される運転台装置を含む列車内機器と接続される制御データ通信装置と、隣接車両に転送する制御データを送受信する制御データリピート装置を備え、前記車両内の制御データ通信装置間が第１の通信線で接続され、該制御データ通信装置の１つと前記制御データリピート装置が第２の通信で接続され、隣接車両間の制御データリピート装置を第３の通信線で接続した列車内通信システム。
【請求項３】
前記制御データリピート装置は各車両に少なくとも２個設置され、前記制御データリピート装置が通信線によりリング状に配線される請求項１に記載の列車内通信システム。
【請求項４】
前記制御データリピート装置は、変復調部とリピート処理部と故障検出部と内部信号線の両端に接続されたスイッチとを備え、該故障検出部により前記変復調部又はリピート処理部の故障を検出した場合は、前記スイッチに前記内部信号線に切替える切替信号を出力する請求項１から３のいずれかに記載の列車内通信システム。
【請求項５】
前記制御データリピート装置は、変復調部とリピート処理部を具備し、通信信号を受信したことを検知すると、前記変復調部により復調し、前記リピート処理部によりリピートデータとして隣接車両へ通信信号の送信を開始する請求項１から３のいずれかに記載の列車内通信システム。
【請求項６】
前記制御データ通信装置と制御データリピート装置との間の通信信号のヘッダは次回の送信を許可する予約時間情報を含み、該通信信号を送信した以外の制御データ通信装置または制御データリピート装置は、前記予約時間以降は新たな通信信号の送信を許可されないように制御する請求項１から３のいずれかに記載の列車内通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車内において情報通信を行う列車内通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、列車内において各種制御機器の制御データを伝送する通信システムの高速化の要求が高まっている。また、制御データを伝送する場合、高速性とともにリアルタイム性に対する要求も高い。
【０００３】
従来は、〔特許文献１〕に記載のように、Ethernet（登録商標）技術をベースとして各車両にハブを設け、ハブから各車両に設置したブレーキ制御器やインバータ装置などの機器へスター型の配線を行い、各車両内の支線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）をハブにおいて集約し、車両間を繋ぐ基幹ＬＡＮへと接続する構成を提案している。
【０００４】
この技術によれば、制御データの伝達時間遅れを少なくすることにより、リアルタイムな制御、および車両性能向上のための車両間をまたぐ制御機能を実現できる。また、車両情報装置の機器の小型化および配線削減を達成し、客室スペースの拡大、および車両軽量化による車両性能向上を達成することができるなどの効果が得られるとされている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３７３００８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、〔特許文献１〕に記載の従来技術では、各支線ＬＡＮに接続された機器へ制御データを伝送する際には、必ず当該車両内のハブを経由しなければならず、宛先アドレスを参照して制御データの転送先を決定するための振分け処理に要する処理遅延時間やEthernetフレーム単位での処理を行うためのフレームデータ長に依存した転送処理遅延時間が発生し、実際は、リアルタイム性が減少するという課題があった。
【０００７】
また、ハブが故障した場合には基幹ＬＡＮが当該ハブの前後で分断されるため、運転台から制御データを列車全体に伝送することができず、列車運行の信頼性が損なわれるという課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、ハブにおけるフレームの宛先振分け処理遅延時間や転送処理遅延時間を少なくして、列車内通信システムのリアルタイム性を向上できる列車内通信システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、ハブの故障にも対応可能な高信頼な列車内通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の列車内通信システムは、各車両の機器と接続する制御データ通信装置，車両間の制御データ伝送を行うための制御データリピート装置を設置し、各車両内においては、通信線により複数の制御データ通信装置と制御データリピート装置が接続されるバス型のネットワークを構成する。
【００１１】
また、制御データリピート装置は、変復調部，リピート処理部，故障検出部を備え、変復調部，リピート処理部のいずれかが故障した場合には、スイッチを切替えて予備の信号線に接続することで通信を継続させる。
【００１２】
制御データリピート装置は、制御データを含む通信信号を全て受信完了する前の時点から、隣接車両へ転送する制御データを含む通信信号を送信開始する。また、宛先アドレスを参照した振分け処理が不要であるため、振分け処理時間や転送処理遅延時間が短縮される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、運転台装置から各車両の機器への制御データの伝送遅延時間を少なくして列車内通信システムのリアルタイム性を高くすることが可能である。また、列車内通信システムを構成する制御データリピート装置の故障による列車内通信ネットワークの分断を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の列車内通信システムの各実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１である列車内通信システムの構成図である。
【００１６】
１号車には、列車運行情報，列車位置情報，車載機器の制御指令など各車両の機器の制御データを生成し、送信する運転台装置３００が設置され、制御データ通信装置１００ａと接続される。制御データ通信装置１００ａは、分岐された通信線５００ａにより、制御データリピート装置２００ａ及び制御データ通信装置１００ｂと接続され、制御データ通信装置１００ｂは、機器４００ａに接続されている。
【００１７】
２号車には、制御データリピート装置２００ａと分岐された通信線５００ｂにより接続される制御データリピート装置２００ｂ，制御データ通信装置１００ｃ，制御データ通信装置１００ｄが設置され、通信線制御データ通信装置１００ｃは機器４００ｂに、制御データ通信装置１００ｄは機器４００ｃと接続されている。
【００１８】
ｎ号車には、前の車両の制御データリピート装置と分岐された通信線５００ｃにより接続される制御データリピート装置２００ｃ，制御データ通信装置１００ｅ，制御データ通信装置１００ｆが設置され、制御データ通信装置１００ｅは機器４００ｄに、制御データ通信装置１００ｆは機器４００ｅと接続されている。
【００１９】
このように同じ号車内の制御データ通信装置１００と制御データリピータ装置２００は、通信線５００により複数の制御データ通信装置１００と制御データリピート装置２００が接続されるバス型のネットワークを構成している。隣接する車両の制御データリピート装置２００は通信線５００の一部をなす分岐された通信線５００で接続されている。
【００２０】
運転台装置３００，機器４００ａ，４００ｂ，４００ｃ，４００ｄ，４００ｅと制御データ通信装置１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆの間は、ＶＭＥバスやＰＣＩバスあるいはEthernetのような汎用のインターフェースで接続される。各車両に設置される制御データリピート装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、車両間において制御データを受信し、隣接車両へ送信するために用いられる。
【００２１】
運転台装置３００で生成された制御データは、制御データ通信装置１００ａでプロトコル変換され、制御データ通信装置１００ｂおよび制御データリピート装置２００ａとの間で通信可能なプロトコルにて通信線５００ａを介して通信される。制御データ通信装置１００ｂは、受信した制御データをプロトコル変換し、機器４００ａに伝送する。
【００２２】
制御データリピート装置２００ａは、受信した制御データを一旦受信し、デジタル処理して再び制御データに基づく通信信号を生成し、通信線５００ｂを介して制御データ通信装置１００ｃ，１００ｄおよび制御データリピート装置２００ｂへ送信する。各車両において同様の処理が繰返され、最後尾であるＮ号車まで伝送される。
【００２３】
ここで、列車の１両当りの長さが約２５ｍであり、新幹線のように１６両接続された場合、１編成の長さが約４００ｍとなり、１編成全体を１本の通信線で接続した場合、通信線における通信信号の減衰量が大きいため、通信信号のＳ／Ｎが低くなる。
【００２４】
本実施例では、図１に示すように、各車両の通信線間を制御データリピート装置で分断しているので、通信のＳ／Ｎを高くする効果があり、通信速度や通信信頼性を高くすることが比較的容易である。なお、Ｎ号車における制御データリピート装置２００ｃは無くても良いが、列車編成を増結する場合には車両間の通信距離を短くするためにあった方が良い。
【００２５】
また、制御データ通信装置１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆと制御データリピート装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃとの間を接続する通信線と、車両間において制御データリピート装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃの間を接続する通信線を同一の線としているため、仮に制御データリピート装置２００ｂが故障した場合でも、制御データ通信装置１００ｃ，１００ｄが制御データを受信可能である。また、制御データリピート装置２００ｂを介して制御データ通信装置１００ｃ，１００ｄへの制御データを伝送した場合は、リピート処理に要する遅延時間が発生し、リアルタイム性が損なわれるが、図１に示す配線としているので、リピート処理に要する遅延は発生しないという利点もある。
【００２６】
図２は、制御データ通信装置１００ａの構成図である。制御データ通信装置１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆの構成は、制御データ通信装置１００ａと同じ構成となっている。制御データ通信装置１００ａは、通信線５００ａを接続する変復調部１０１，変復調部１０１に接続されたプロトコル変換部１０２，プロトコル変換部１０２に接続されたインターフェース部１０３で構成される。
【００２７】
インターフェース部１０３は、運転台装置３００との間でＶＭＥバスやＰＣＩバス，Ethernetなどで制御データを通信するためのインターフェース機能を有する。プロトコル変換部１０２は、インターフェース部１０３から入出力される制御データを、制御データ通信装置１００ａと他の制御データ通信装置や制御データリピート装置との間で通信可能な形式へプロトコル変換する機能を有する。変復調部１０１は、制御データを用いて制御データ通信装置１００ｂおよび制御データリピート装置２００ａにて受信可能な通信信号へと変調する機能を有する。変調方式としては、例えばＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式を用いる。
【００２８】
図３は、制御データリピート装置２００ａの構成図である。制御データリピート装置２００ｂ，２００ｃは、制御データリピート装置２００ａと同じ構成となっている。
【００２９】
制御データリピート装置２００ａは、通信線５００ａを接続するスイッチ２０４ａ，スイッチ２０４ａに内部信号線２０５ａにより接続される変復調部２０１ａ，変復調部２０１ａに接続されるリピート処理部２０２，リピート処理部２０２に接続される変復調部２０１ｂ，変復調部２０１ｂに内部信号線２０５ｂにより接続され通信線５００ｂを接続するスイッチ２０４ｂ，スイッチ２０４ａとスイッチ２０４ｂを接続する内部信号線２０６，変復調部２０１ａ，２０１ｂ，リピート処理部２０２の故障を検出する故障検出部２０３で構成される。
【００３０】
スイッチ２０４ａは、通常は通信線５００ａと内部信号線２０５ａを接続しているが、故障検出部２０３から切替え信号が入力されると、通信線５００ａと内部信号線２０６を接続するように切替わる。同様に、スイッチ２０４ｂは、通常は通信線５００ｂと内部信号線２０５ｂを接続しているが、故障検出部２０３から切替え信号が入力されると、通信線５００ｂと内部信号線２０６を接続するように切替わる。
【００３１】
故障検出部２０３は、変復調部２０１ａ，２０１ｂとリピート処理部２０２の動作を監視し、いずれかの故障を検出した場合には、切替え信号を出力する。変復調部２０１ａでは、制御データ通信装置１００ａで変調された通信信号を通信線５００ａから受信して制御データを復調し、リピート処理部２０２を介して制御データは変復調部２０１ｂに転送され、変復調部２０１ｂでは転送された制御データを用いて同様に変調して通信信号を生成し、通信線５００ｂへ送出する。ここで、リピート処理部２０２は、制御データ通信装置および制御データリピート装置間の通信速度よりも高速なシリアルインターフェース機能を用いている。
【００３２】
〔リピート処理方法〕
制御データリピート装置２００ａにおける制御データのリピート処理のフローを図４に示す。
【００３３】
制御データリピート装置２００ｂ，２００ｃは、制御データリピート装置２００ａと同様の処理を行う。通信線５００ａから入力される通信信号Ａは、プリアンブル６０１ａ，ヘッダ６０２ａ，データ６０３ａで構成されている。
【００３４】
図３に示した変復調部２０１ａでは、通信信号Ａのプリアンブル６０１を用いて、自動利得制御，信号同期処理などを行った後、ヘッダ６０２ａおよびデータ６０３ａを復調する。ここで、ヘッダ６０２ａの復調が完了した段階で、復調したヘッダ６０２ｃから順次データ６０３ｃまでをリピート処理部２０２にリピートデータとして転送していく。変復調部２０１ａでは、リピート処理部２０２を介して変復調部２０１ｂへ送信開始信号６０４を出力する。
【００３５】
変復調部２０１ｂでは、送信開始信号６０４を受信した段階で、通信信号Ｂの内、プリアンブル６０１ｂを通信線５００ｂへ送信開始する。リピート処理部２０２から転送されたヘッダ６０２ｃを用いて変調したヘッダ６０２ｂを生成し、プリアンブル６０１ｂに続けて送信する。データ６０３ｃについても同様に変調してデータ６０３ｂを生成し、ヘッダに続けて送信する。
【００３６】
〔アクセス制御方法〕
制御データ通信装置１００ａ，１００ｂ及び制御データリピート装置２００ａは、通信線５００ａを介して相互に接続されているため、バス型のネットワークとなっている。列車では、通常は、運転台装置３００から各車両の機器４００ａ，４００ｂ，４００ｃ，４００ｄ，４００ｅの制御データを送信するため、下り方向（１号車からＮ号車方向）へのデータ伝送が重要である。一方、各機器からもセンサ情報や保守情報が運転台装置３００へと伝送される。
【００３７】
そこで、図５に示すフローに従って、制御データ通信装置１００ａから制御データ通信装置１００ｂおよび制御データリピート装置２００ａへ制御データが通信される。
【００３８】
下り方向の伝送では、バス型のネットワークとなっている点を利用し、制御データ通信装置１００ｂと制御データリピート装置２００ａへマルチキャスト信号として通信することが可能である。このとき、制御データ通信装置１００ａから送信された通信信号のヘッダに含まれている情報は、図６に示すように、宛先アドレス６１４，送信元アドレス６１２，データ長６１３，予約時間６１４，ＣＲＣ（巡回冗長検査）符号６１５である。
【００３９】
これらの情報は、最低限必要な情報であり、他の情報をヘッダに追加しても良い。ここで、予約時間６１４は、制御データ通信装置１００ａが次に送信開始する時間を示している。すなわち、通信線５００ａ上は、予約時間で示された時間までは回線が空いた状態となるため、制御データ通信装置１００ｂおよび制御データリピート装置２００ａが信号を送信可能となる。
【００４０】
なお、下り方向の通信を優先するために、制御データ通信装置１００ｂおよび制御データリピート装置２００ａは、予約時間以降に信号を送信することは許可されないようにすることで、下り方向の帯域が保証される。制御データ通信装置１００ｂおよび制御データリピート装置２００ａは、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access／Collision Avoidance）方式などを用いて、通信線５００ａの空き状態を確認しつつ、予約時間にかからないようにして通信信号を送信することができる。
【００４１】
通信線５００ｂ上では、制御データリピート装置２００ａを制御データ通信装置１００ａに相当するものと想定して、同様の方式で制御データ通信装置１００ｃ，１００ｄおよび制御データリピート装置２００ｂへと信号を伝送する。通信線５００ｃ上においても同様である。
【実施例２】
【００４２】
図７は、本発明の実施例２である列車内通信システムの構成図である。基本的な構成は、図１に示した実施例１と同じであるが、本実施例では、通信線５００ａ，５００ｂ，５００ｃの配線形態が異なっている。
【００４３】
本実施例では、制御データ通信装置１００ａと制御データ通信装置１００ｂは通信線５０１ａで、制御データ通信装置１００ｂと制御データリピート装置２００ａは通信線５０２ａで、制御データ通信装置１００ｃと制御データ通信装置１００ｄは通信線５０１ｂで、制御データ通信装置１００ｄと制御データリピート装置２００ｂは通信線５０２ｂで、制御データ通信装置１００ｅと制御データ通信装置１００ｆは通信線５０１ｃで、制御データ通信装置１００ｆと制御データリピート装置２００ｃは通信線５０２ｃで、それぞれ接続されている。
【００４４】
このような配線形態のため、制御データ通信装置１００ａは、図８に示す構成とし、制御データリピート装置２００ａは、図９に示す構成としている。制御データ通信装置１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆの構成は、制御データ通信装置１００ａの構成と同じ構成である。また、制御データリピート装置２００ｂ，２００ｃの構成は制御データリピート装置２００ａの構成と同じである。
【００４５】
図８に示すように、制御データ通信装置１００ａは、分岐された通信線５０１ａを接続する変復調部１０１，変復調部１０１に接続されたプロトコル変換部１０２，プロトコル変換部１０２に接続されたインターフェース部１０３で構成される。変復調部１０１，プロトコル変換部１０２，インターフェース部１０３は上述したように動作する。
【００４６】
図９に示すように、制御データリピート装置２００ａは、通信線５００ａを接続するスイッチ２０４ａ，スイッチ２０４ａに内部信号線２０５ａにより接続される変復調部２０１ａ，変復調部２０１ａに接続されるリピート処理部２０２，リピート処理部２０２に接続される変復調部２０１ｂ，変復調部２０１ｂに内部信号線２０５ｂにより接続され通信線５００ｂを接続するスイッチ２０４ｂ，スイッチ２０４ａとスイッチ２０４ｂを接続する内部信号線２０６，変復調部２０１ａ，２０１ｂ，リピート処理部２０２の故障を検出する故障検出部２０３で構成される。制御データリピート装置２００ａの動作は、図３に示した制御データリピート装置２００ａと同様である。
【００４７】
図７に示す配線形態とすることで、制御データ通信装置１００ａ，１００ｂと制御データリピート装置２００ａ間の通信線５００ａの配線長を、設置場所間の距離とすることができる。このため、図１に示すように、通信線５００ａをマルチドロップさせて制御データ通信装置１００ａ，１００ｂおよび制御データリピート装置２００ａを接続する場合は、艤装作業を実施する時の作業方法によって配線長が変動し、通信信号の減衰量が変動するため、通信信号のＳ／Ｎも変化するが、本実施例の配線形態では、通信信号のＳ／Ｎを保証することが容易になるという効果がある。
【００４８】
なお、通信線５００ａは、制御データ通信装置１００ａ，１００ｂおよび制御データリピート装置２００ａ内部で分岐されているので、実施例１で説明したアクセス制御方式を変更する必要がない。通信線５００ｂおよび通信線５００ｃについても同様である。
【実施例３】
【００４９】
図１０は、本発明の実施例３である列車内通信システムの構成図である。基本的な構成は、図１に示した実施例１と同じであるが、本実施例では、制御データリピート装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆを１号車からＮ号車までの各車両に２個設置し、通信線５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄ，５００ｅ，５００ｆにより、リング状に配線している。
【００５０】
１号車の制御データリピート装置２００ａ，２００ｄは、それぞれ制御データ通信装置１００ａ，１００ｂに接続され、２号車の制御データリピート装置２００ｂ，２００ｅは、それぞれ制御データ通信装置１００ｃ，１００ｄに接続され、Ｎ号車の制御データリピート装置２００ｃ，２００ｆは、それぞれ制御データ通信装置１００ｅ，１００ｆに接続されている。
【００５１】
図１０に示すようなリング状の配線形態とすることで、制御データリピート装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆの内、隣接するいずれか２個の間の配線が断線した場合においても、制御データの迂回経路を確保することができるため、列車内通信システムの信頼性が高まるという効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上述べたように、各実施例による列車内通信システムを構築することで、運転台装置３００から各車両の機器４００ａ，４００ｂ，４００ｃ，４００ｄ，４００ｅへ制御データ通信装置１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆおよび制御データリピート装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃを介して制御データを伝送するために高いリアルタイム性を有する列車内通信システムを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１である列車内通信システムの構成図。
【図２】制御データ通信装置１００ａの構成図。
【図３】制御データリピート装置２００ａの構成図。
【図４】制御データリピート装置２００ａの内部データフローを示す流れ図。
【図５】通信線５００ａ上のアクセス制御フローを示す流れ図。
【図６】ヘッダの内部情報の構成図。
【図７】本発明の実施例２である列車内通信システムの構成図。
【図８】制御データ通信装置１００ａの構成図。
【図９】制御データリピート装置２００ａの構成図。
【図１０】本発明の実施例３である列車内通信システムの構成図。
【符号の説明】
【００５４】
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ  制御データ通信装置
１０１，２０１ａ，２０１ｂ  変復調部
１０２  プロトコル変換部
１０３  インターフェース部
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆ  制御データリピート装置
２０２  リピート処理部
２０３  故障検出部
２０４ａ，２０４ｂ  スイッチ
２０５ａ，２０５ｂ，２０６  内部信号線
３００  運転台装置
４００ａ，４００ｂ，４００ｃ，４００ｄ，４００ｅ  機器
５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ，５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ  通信線
６０１ａ，６０１ｂ  プリアンブル
６０２ａ，６０２ｂ，６０２ｃ  ヘッダ
６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃ  データ
６０４  送信開始信号
６１１  宛先アドレス
６１２  送信元アドレス
６１３  データ長
６１４  予約時間
６１５  ＣＲＣ符号
【図１】
2009055749.tif 000003
【図２】
2009055749.tif 000004
【図３】
2009055749.tif 000005
【図４】
2009055749.tif 000006
【図５】
2009055749.tif 000007
【図６】
2009055749.tif 000008
【図７】
2009055749.tif 000009
【図８】
2009055749.tif 000010
【図９】
2009055749.tif 000011
【図１０】
2009055749.tif 000012