СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ БЕСПРОВОДНОГО ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛОКОМОТИВОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЯВНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ НУМЕРАЦИИ СООБЩЕНИЙ
METHOD AND SYSTEM FOR WIRELESS REMOTE CONTROL OF LOCOMOTIVE USING IMPLICIT CONSECUTIVE INDEXING OF MESSAGES

Область техники, к которой относится изобретение
Это изобретение относится к области дистанционного управления локомотивами, а более конкретно - к обеспечению неявной последовательной нумерации сообщений с целью осуществления беспроводной связи для дистанционного управления локомотивом.
Предшествующий уровень техники
Известно дистанционное управление локомотивами на сортировочной станции с помощью удаленных радиопередающих устройств, управляемых персоналом железнодорожной станции. Современные системы дистанционного управления позволяют станционным операторам управлять работающими без машинистов и оснащенными микропроцессорами маневровыми локомотивами, управляемыми бортовым блоком управления локомотивом (БУЛ) с помощью портативного операторского блока управления (ОБУ) с батарейным питанием, при этом оператор, держащий этот блок, находится рядом с управляемым локомотивом, но вне его. В инфраструктуре сети системы дистанционного управления локомотивом между далеко друг от друга расположенными ОБУ и БУЛ могут быть предусмотрены ретрансляторы.
Посредством команд, вводимых в ОБУ, оператор управляет движением локомотива, а обратно от локомотива в ОБУ передаются данные о работе локомотива и предупреждения. Чтобы обеспечить дистанционное управление локомотивом, между ОБУ и БУЛ устанавливают двухстороннюю беспроводную связь. Как правило, связи между БУЛ и ОБУ устанавливают с помощью алгоритма пакетной передачи, предусматривающего использование отдельных радиосообщений. Например, команды, выдаваемые ОБУ в БУЛ, можно кодировать и посылать по линии связи в соответствующих радиосообщениях.
В приложениях, связанных с дистанционным управлением локомотивами, важно обеспечить надежную информацию, передаваемую с каждым сообщением по беспроводной линии связи, чтобы гарантировать прием и исполнение команд надлежащим образом. Поэтому каждое радиосообщение может включать в себя часть сообщения, зарезервированную для команды, часть, зарезервированную для значения алгоритма контроля ошибок по битам, такого как значение контроля циклическим избыточным кодом (ЦИК), для сообщения, и часть, зарезервированную для последовательного номера, характеризующего положение последовательности упомянутого сообщения относительно последовательности передаваемых сообщений. Такая последовательная нумерация передаваемых сообщений обеспечивает идентификацию устаревших сообщений, например, выданных через ретранслятор, которые уже приняты и отработаны. Способность идентифицировать устаревшие сообщения важна для надежной работы дистанционно управляемого локомотива. Количество информации, которое можно передавать по линии беспроводной связи, может быть ограничено такими факторами, как частота передачи, ширина полосы частот передачи и скорость передачи в бодах, доступная на частоте передачи.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлено схематическое изображение усовершенствованной системы управления локомотивом для обеспечения неявной последовательной нумерации сообщений для беспроводной связи для дистанционного управления локомотивом.
Подробное описание изобретения
На системы связи для дистанционного управления локомотивами могут быть наложены ограничения по частоте, ширине полосы и/или скорости передачи в бодах. Поэтому желательно эффективно кодировать как можно больше информации, вносимой в каждое сообщение, передаваемое системой. Аспекты надежности диктуют необходимость кодировать в каждом передаваемом сообщении информацию о целостности сообщения, такую как информация ЦИК, и информацию об идентификации сообщения, такую как последовательная нумерация сообщения. Авторы настоящего изобретения разработали новый алгоритм связи, который уменьшает количество явной информации о последовательности сообщения, необходимой для передачи в каждом сообщении, по-прежнему обеспечивая надежные операции дистанционного управления локомотивом. В варианте осуществления изобретения алгоритм включает в себя вычисление ЦИК сообщения, которое включает в себя последовательный номер с последующей передачей сообщения, которое включает в себя значение ЦИК, неявно кодирующее последовательный номер, но не включает в себя явный последовательный номер. После этого информация о последовательности сообщения декодируется на основе ожидаемого последовательного номера сообщения.
На чертеже изображена усовершенствованная система 10 дистанционного управления локомотивом, включающая в себя один или более операторских блоков управления (ОБУ), которые обозначены позициями 12, 13 и осуществляют беспроводную связь с блоком управления локомотивом (БУЛ), который обозначен позицией 14 и находится на борту дистанционно управляемого локомотива 16. БУЛ 14 может включать в себя процессор 22 БУЛ и приемопередатчик 30 для передачи информации локомотива, например, о некотором состоянии, измеряемом одним или несколькими датчиками 32, в ОБУ 12, 13 и приема команд локомотива от ОБУ 12, 13. Беспроводная связь между БУЛ 14 и ОБУ 12, 13 может быть достигнута через посредство элементов сети связи для дистанционного управления, таких как центр 28 централизованного управления и/или один или более ретрансляторов 26. ОБУ 12 может включать в себя приемопередатчик 20, осуществляющий связь с процессором 24 ОБУ. Информацию об управлении локомотивом, такую как команды дистанционного управления, можно передавать непосредственно между ОБУ 12 и БУЛ 14 или можно передавать косвенным путем через посредство центра 28 управления и/или повторителя 29. ОБУ 12 может включать в себя различные исполнительные элементы 18, такие как рычаги управления, кнопки и переключатели, и индикаторы 19, такие как лампочки и светоизлучающие диоды (СИДы), позволяющие оператору ОБУ 12 воплощать команды дистанционного управления локомотивом.
При изначальном установлении связи между БУЛ 14 и ОБУ 12, например, посредством процедуры установления линии связи в инфракрасном (ИК) диапазоне, БУЛ 14 может посылать в ОБУ 12 конкретный момент времени и дату в форме некоторого количества секунд с некоторого момента времени и даты, например 1 января 2000 г. Каждый раз, когда ОБУ 12 передает сообщение, ОБУ 12 может придавать приращение на единицу количеству секунд с 1 января 2000 г., изначально принятому из БУЛ 14. Применительно к сообщениям, критичным для надежности, таким как рабочие команды для локомотива, сообщение может включать в себя последовательный номер. Соответственно, последовательный номер обеспечивает уникальный идентификатор сообщения, который обеспечивает идентификацию устаревших сообщений, принятых в БУЛ 14. Последовательный номер может включать в себя получившую приращение версию текущего момента времени и даты, изначально выданных из БУЛ 14, например, во время процедуры установления линии связи. Например, каждый раз, когда ОБУ 12 посылает сообщения, последовательный номер может быть увеличен на единицу по сравнению с последовательным номером, использовавшимся в предыдущем сообщении. Кроме того, каждое сообщение, передаваемое из ОБУ 12, может включать в себя код контроля ошибок по битам, такой как значение ЦИК, вычисленное для сообщения.
Как правило, когда ОБУ 12 составляет сообщение, ОБУ 12 добавляет к сообщению явный последовательный номер сообщения и вычисляет значение ЦИК для сообщения, включающее в себя явный последовательный номер сообщения. В том смысле, в каком этот термин употребляется в данном описании, «явный» означает, что значения, характеризующие последовательный номер сообщения, например, отдельные биты, характеризующие последовательный номер сообщения, включаются непосредственно в сообщение. Сообщение, включающее в себя явный последовательный номер сообщения и значение ЦИК, затем передается в БУЛ 14. Поскольку последовательный номер, основанный на количестве секунд, истекших с 1 января 2000 г., может быть относительно большим, явный последовательный номер может потребовать непропорционально много места или большой полезной нагрузки в передаваемом сообщении.
В инновационном аспекте изобретения последовательный номер можно неявно закодировать в ЦИК с выгодой, исключая потребность в явном включении последовательного номера в сообщение, посылаемое в БУЛ 14. В том смысле, в каком этот термин употребляется в данном описании, «неявно» означает, что последовательный номер косвенно кодируется в сообщении, в противоположность случаю, когда он явно, или непосредственно, включается в сообщение. Исключая потребность во включении явного последовательного номера, можно снизить требования к полезной нагрузке сообщения по сравнению с сообщением, включающим в себя явный последовательный номер.
Способ обеспечения передачи сообщений с такой сниженной полезной нагрузкой между ОБУ 12 и БУЛ 14 может предусматривать вычисление передаваемого значения ЦИК для беспроводного сообщения, которое включает в себя явный последовательный номер, присвоенный сообщению, так что явный последовательный номер оказывается неявно закодированным в значении ЦИК. Например, передаваемое значение ЦИК может быть вычислено для сообщения, которое включает в себя биты, характеризующие явный последовательный номер. Способ может также предусматривать передачу сообщения, которое включает в себя передаваемое значение ЦИК, закодированное с неявным последовательным номером, но не включает в себя явный последовательный номер, в БУЛ 14. Исключая потребность во включении явного последовательного номера, можно уменьшить большое количество информации, которую необходимо передать, по сравнению с сообщением, включающим в себя явный последовательный номер.
Способ также может предусматривать прием кодированного сообщения в БУЛ 14 и определение того, является ли кодированное сообщение действительным (т.е. проверку действительности кодированного сообщения), в соответствии с передаваемым значением ЦИК и ожидаемым последовательным номером для кодированного сообщения. В одном аспекте изобретения БУЛ 14 может генерировать ожидаемый последовательный номер на основании исходного номера и/или приращения исходного номера, выдаваемого БУЛ 14 в ОБУ 12 во время процедуры установления линии связи. Например, БУЛ 14 может ожидать последовательный номер, больший, чем последовательный номер последнего сообщения, принятого из ОБУ 12, потому что ОБУ 12 может иметь конфигурацию, в соответствии с которой он придает последовательному номеру приращение каждый раз, когда посылает сообщение. БУЛ 14 может поддерживать разные ожидаемые последовательные номера для разных ОБУ 12, 13, с которыми БУЛ 14 установил линии связи.
Проверка действительности передаваемого сообщения может предусматривать вычисление принимаемого ЦИК для передаваемого сообщения, которое включает в себя ожидаемый последовательный номер, но включает в себя передаваемый ЦИК с последующим сравнением принимаемого ЦИК с передаваемым ЦИК, чтобы посмотреть, совпадают ли эти значения ЦИК, указывая, что сообщение является действительным. В одном варианте осуществления проверка действительности может предусматривать усечение передаваемого значения ЦИК из кодированного сообщения и добавление ожидаемого последовательного номера к усеченному кодированному сообщению. Тогда можно вычислить принимаемый ЦИК для усеченного кодированного сообщения и добавляемого ожидаемого последовательного номера. Кроме того, способ может предусматривать сравнение передаваемого ЦИК с принимаемым ЦИК для проверки действительности передаваемого сообщения. Когда не удается подтвердить действительность кодированного сообщения, в соответствии с ожидаемым последовательным номером, текущему последовательному номеру можно придать приращение и можно повторить этапы усечения, добавления, вычисления принимаемого ЦИК и сравнения передаваемого и принимаемого ЦИК на основании последовательного номера, получившего приращение. Этот цикл проверки действительности можно повторять до тех пор, пока действительность сообщения не будет установлена, или можно ограничиться некоторым количеством циклов придания приращения ожидаемому последовательному номеру, после которых сообщение объявляется недействительным, и БУЛ 14 сможет проигнорировать это сообщение. Например, БУЛ 14 может установить множество ожидаемых последовательных номеров, идущих с нарастанием от ожидаемого последовательного номера, и использовать это множество в качестве «окна» для идентификации действительных сообщений. В варианте осуществления изобретения это окно может быть задано содержащим пять ожидаемых последовательных номеров, которые можно использовать, пытаясь проверить действительность данных сообщения перед тем, как объявить его недействительным. В еще одном аспекте, когда явный последовательный номер кодированного сообщения, принимаемого БУЛ 14, меньше, чем некоторый ожидаемый последовательный номер, БУЛ 14 может проигнорировать сообщение как устаревшее.
Возможная последовательность проверки действительности сообщения может быть следующей: БУЛ 14 выдает исходный последовательный номер n в ОБУ 12 во время процедуры изначального установления линии связи. Затем ОБУ 12 выдает сообщение, включающее в себя n в качестве последовательного номера, закодированного в передаваемом ЦИК. Ожидая, что сообщение имеет ЦИК, неявно закодированный номером n, БУЛ 14 проверяет действительность принимаемого сообщения на основании неявно закодированного n и ожидаемого последовательного номера n. БУЛ 14 придает приращение следующему ожидаемому последовательному номеру, что приводит к получению номера n+1. ОБУ 12 придает приращение своему последовательному номеру и посылает следующее сообщение, имеющее номер n+1, а БУЛ 14, ожидая приема следующего сообщения с номером n+1, проверяет действительность сообщения. БУЛ 14 придает приращение следующему ожидаемому последовательному номеру, что приводит к получению номера n+2. После этого БУЛ 14 может принять сообщение с последовательным номером n+3. Ожидая приема сообщения с последовательным номером n+2, БУЛ 14 не может подтвердить действительность сообщения с номером n+2, так что БУЛ 14 увеличивает номер до n+3 и лишь потом может подтвердить действительность сообщения. Затем БУЛ 14 может принять сообщение, имеющее последовательный номер n+1 (возможно, задержанное при прохождении через сеть). БУЛ 14 игнорирует это сообщение как устаревшее.
В другом варианте осуществления БУЛ 14 может иметь конфигурацию, позволяющую распознавать сообщения, не закодированные последовательным номером, такие как некритичное сообщение, перед тем, как попытаться добавить ожидаемый последовательный номер к сообщению для декодирования последовательного номера. Например, проверка действительности исходного сообщения может включать в себя усечение значения передаваемого ЦИК из сообщения с последующим вычислением принимаемого ЦИК для усеченного сообщения и проверкой совпадения этих значений ЦИК. Если совпадение ЦИК не обнаружено, ожидаемые последовательные номера можно добавлять, как описано ранее, пытаясь проверить действительность сообщения.
В еще одном аспекте изобретения ОБУ 12 может обновлять последовательную нумерацию в соответствии с инструкциями, принимаемыми для БУЛ. Например, БУЛ 14 может периодически выдавать сообщение о возобновлении линии связи в ОБУ 12, который включает в себя последовательный номер возобновления линии связи. По получении команды возобновления линии связи, ОБУ 12 может обновить явный последовательный номер, поддерживаемый ОБУ 12 в текущий момент, новым последовательным номером возобновления линии связи, если явный последовательный номер, поддерживаемый в текущий момент, меньше, чем последовательный номер возобновления линии связи.
На основании вышеизложенного описания можно утверждать, что описанные способы можно воплотить с помощью методов компьютерного программирования или инженерного обеспечения, предусматривающих использование компьютерных программных средств, аппаратных средств, аппаратно-программных средств или любой их комбинации либо подмножества, при этом технический эффект заключается в том, чтобы обеспечить неявную последовательную нумерацию сообщений, предназначенную для сообщений беспроводного дистанционного управления локомотивами. Любую программу, получаемую в результате этого и имеющую считываемые компьютером кодовые средства, можно воплотить или выполнить в одном или нескольких считываемых компьютером носителях, создавая тем самым компьютерный программный продукт, т.е. изделие производства, в соответствии с изобретением. Считываемые компьютером носители могут представлять собой, например, дисковод на фиксированных (жестких) дисках, дискету, оптический диск, магнитную ленту, полупроводниковое запоминающее устройство, такое как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), и т.д., или любую принимающую и/или передающую среду, такую как Internet либо другая сеть связи, или линию связи. Изделие производства, содержащее компьютерный код, может быть изготовлено и/или использовано путем выполнения операций, в соответствии с кодом непосредственно с одного носителя, путем копирования кода с одного носителя на другой носитель или путем передачи кода через сеть.
Специалист в области компьютерной науки легко сможет объединить вышеописанные программные средства с подходящими аппаратными средствами компьютера общего назначения или специального назначения, такими как процессоры 22, 24, для создания компьютерной системы или компьютерной подсистемы, воплощающей способ согласно изобретению. Устройство для изготовления, использования или продажи изобретения может представлять собой одну или более обрабатывающих систем, включая, но не в ограничительном смысле, центральный процессор (ЦП), память, запоминающие устройства, линии и устройства связи, серверы, устройства ввода-вывода, или любые субкомпоненты одной или более обрабатывающих систем, включая программные средства, аппаратно-программные средства, аппаратные средства или любую их комбинацию или подмножество, которые воплощают изобретение.
Хотя выше проиллюстрированы и описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, должно быть очевидным, что такие варианты осуществления представлены лишь в качестве примера. Для специалистов в данной области техники будет ясно, что в рамках объема притязаний описываемого здесь изобретения возможны многочисленные варианты, изменения и замены.