КОМПЛЕКСНОЕ УСТРОЙСТВО БЕЗОПАСНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА И КОНТРОЛЯ ЛОКОМОТИВНЫХ И СТАЦИОНАРНЫХ УСТРОЙСТВ БЕЗОПАСНОСТИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
INTEGRATED DEVICE FOR SAFE DATA EXCHANGE AND CONTROL OF LOCOMOTIVE AND STATIONARY SAFETY DEVICES ON RAILWAY TRANSPORT

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, может быть использовано на электровозах, эксплуатируемых в пассажирском, скоростном, высокоскоростном и грузовом движении поездов, в том числе применяемых и для высокоскоростного движения, а также в составе многоуровневых систем интервального регулирования.
Известна система для управления движением поездов, содержащая центральный пункт управления, на котором размещена ЭВМ АРМ оператора управления движением поезда, к портам которой подключены блок аппаратуры поста ЭЦ, блок устройств телеуправления и телесигнализации и стационарное устройство с локомотивами, на каждом пункте порты блока устройств телеуправления и телесигнализации соединены с каналами связи, а стационарное устройство радиосвязи с локомотивами посредством радиоканала соединено с бортовыми приемо-передающими устройствами, установленными на локомотивах, причем на каждом локомотиве к портам бортовой ЭВМ подключены бортовое приемо-передающее устройство, дисплей, блок управления движением поезда и приемник спутниковой навигационной системы (Кравцов Ю.А. «Системы железнодорожной автоматики и телемеханики». М.: Транспорт, 1996, с. 293-294).
К недостаткам системы следует отнести ограничения по протяженности участка централизованного управления из-за значительных затрат при реализации линий связи до удаленных линейных пунктов, избыточный расход аппаратуры и потребляемой электроэнергии при малой интенсивности движения поездов через контролируемые пункты.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по своей технической сущности, выбранное в качестве прототипа является устройство регистрации сигналов автоматической локомотивной сигнализации и комплекс контроля кодирования сигналов автоматической системы сигнализации RU 118935, B61L 25/00 от 28.12.2011, содержащее установленные в корпусе микроконтроллер, блок аналого-цифрового преобразования, включенный между первым входом устройства, предназначенным для подключения устройства к выводам локомотивных катушек приема сигналов системы АЛС и первым информационным входом микроконтроллера, соответствующими выходами подключенного к входам съемного носителя памяти и блока индикации, элементы индикации которого расположены на лицевой панели корпуса, а также комплекс контроля кодирования сигналов АЛС, содержащий установленный на локомотиве с бортовым локомотивным устройством безопасности, устройство регистрации и стационарное устройство дешифрации данных, включающее центральный процессор с блоком отображения, блоком считывания данных съемного носителя памяти устройства регистрации и блоком ввода-вывода.
Недостатками известного устройства являются невозможность производить запись в независимые блоки памяти, осуществлять взаимодействие со стационарными системами по радиоканалу, низкая пропускная способность и отказоустойчивость, что влияет на время получения ответственной информации, увеличивает время на обработку информации, снижает надежность управления и безопасность движения поездов, влияние человеческого фактора при управлении подвижным составом на безопасность движения.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение отказоустойчивости устройства и достоверности передачи ответственных команд по радиоканалу.
Технический результат достигается тем, что комплексное устройство безопасного информационного обмена и контроля локомотивных и стационарных устройств, содержащее стационарное устройство, канал которого состоит из центрального процессора, соединенного портами с блоком ввода/вывода, блоком памяти, первый вход центрального процессора соединен с выходом блока ввода информации, а второй вход соединен с выходом блока принятия решения, вход которого соединен с выходом блока анализа, подключенного к первому выходу центрального процессора, второй выход которого соединен с входом блока отображения, и бортовое устройство, канал которого состоит из микроконтроллера, соединенного портами с блоком памяти и гальванической развязкой, и разъема, соединенного через CAN шину с локомотивным устройством безопасности, согласно изобретению стационарное устройство выполнено двухканальным, причем в каждом канале введены и подключены к центральному процессору блок шифрации и блок связи, при этом блок связи каждого канала соединен с криптографическим шлюзом, а также блок ввода информации первого канала соединен с первым входом центрального микропроцессора, бортовое устройство выполнено двухканальным, причем в каждом канале введены блок дешифрации и трансивер, который подключен к разъему, а через блок гальванической развязки соединен с микроконтроллером, к которому подключен блок дешифрации, блок памяти выполнен в виде двух независимых модулей, а микроконтроллеры каналов соединены между собой через блок межканальной гальванической развязки, с CAN шиной соединена система автоведения, один из микроконтроллеров бортового устройства и один из центральных процессоров стационарного устройства соединены между собой каналом связи через соответствующие модули радиоканала.
На чертеже представлена схема комплексного устройства безопасного информационного обмена и контроля локомотивных и стационарных устройств безопасности на железнодорожном транспорте.
Комплексное устройство безопасного информационного обмена и контроля локомотивных и стационарных устройств безопасности на железнодорожном транспорте, содержащее стационарное устройство 2, канал которого состоит из центрального процессора 25, соединенного портами с блоком ввода/вывода 29, блоком памяти 28, первый вход центрального процессора 25 соединен с выходом блока ввода информации 24, а второй вход соединен с выходом блока принятия решения 26, вход которого соединен с выходом блока анализа 27, подключенного к первому выходу центрального процессора 25, второй выход которого соединен с входом блока отображения 23, и бортовое устройство 1, канал которого состоит из микроконтроллера 14, соединенного портами с блоком памяти 17 и гальванической развязкой 11, и разъема 7, соединенного через CAN шину 5 с локомотивным устройством безопасности 4, стационарное устройство выполнено двухканальным, причем в каждом канале введены и подключены к центральному процессору 25 (35) блок шифрации 22 (40), блок связи 30 (32), при этом блок связи каждого канала соединен с криптографическим шлюзом 31, а также блок ввода информации 24 (33) соединен с первым входом центрального микропроцессора 25 (35), бортовое устройство 1 выполнено двухканальным, причем в каждом канале введены блок дешифрации 21 (20) и трансивер 9 (8), который подключен к разъему 7 (6), а через блок гальванической развязки 11 (10) соединен с микроконтроллером 14 (15), к которому подключен блок дешифрации 21 (20), блок памяти 19 (16) который выполнен в виде двух независимых модулей, а микроконтроллеры 14 (15) каналов соединены между собой через блок межканальной гальванической развязки 18, с CAN шиной 5 соединена система автоведения 3, один из микроконтроллеров 14 бортового устройства 1 и один из центральных процессоров 35 стационарного устройства 2 соединены между собой каналом связи через соответствующие модули радиоканала 34, 13.
Комплексное устройство безопасного информационного обмена и контроля локомотивных и стационарных устройств безопасности на железнодорожном транспорте работает следующим образом.
Ответственная информация поступает на вход комплекса с сервера или вводится оператором через блок ввода информации 24 и далее поступает в центральный процессор 25 для обработки, с помощью блока шифрации 22 центральный процессор 25 шифрует полученные данные определенной в блоке памяти 28 кодовой последовательностью. Центральный процессор 25 передает зашифрованную информацию в блок анализа 27, где проверяется корректность шифрования и полнота информации. По завершении операции обработанная информация поступает в блок принятия решений 26, который определяет, действительно ли блок анализа 27 корректно выполнил проверку, а также пригоден ли зашифрованный пакет информации для дальнейшей передачи. Центральный процессор 25 передает зашифрованный пакет информации в блок связи 30, который передает полученную информацию в криптографический шлюз 31, где полученная информация проходит проверку на целостность, соответствие протоколу передачи, корректность сетевых параметров адресата. После прохождения проверки достоверности в криптографическом шлюзе 31, пакет информации поступает в блок связи 32, размещенный во втором канале стационарного устройства связи 2. В свою очередь блок связи 32 передает информационный пакет центральному процессору 35 для дальнейшей обработки. Центральный процессор 35 обрабатывает и передает полученный пакет информации в модуль шифрации 40, где происходит повторная шифрация информационного пакета кодовой последовательностью, расположенной в блоке памяти 36. Повторно зашифрованный пакет поступает в блок анализа 39 на предмет проверки корректности шифрования и полноты информации. Проверив информационный пакет, блок анализа 39 передает зашифрованную информацию в блок принятия решений 37, который контролирует, действительно ли блок анализа 39 корректно выполнил проверку, а также пригоден ли зашифрованный пакет данных для дальнейшей передачи. Центральный процессор 35, получив информационный пакет данных от блока принятия решений 37, передает его повторно в модуль радиоканала 34, данный модуль осуществляет взаимодействие с модулем радиоканала 13 бортового устройства связи 1, который, обработав пакет данных, передает его в микроконтроллер 14 и сохраняет зашифрованный пакет в независимых блоках памяти 17, 19, после чего транслирует данный пакет другому микроконтроллеру 15 через гальваническую развязку 18. Получив данные, микроконтроллер 15 сохраняет их в независимых блоках памяти 12, 16. Получив информацию, микроконтроллеры 14, 15 начинают дешифрацию зашифрованных пакетов. Блок дешифрации 21 первого канала бортового устройства связи 1 содержит ключ блока шифрации 22 стационарного устройства связи 2, а блок дешифрации 20 второго канала бортового устройства связи 1 содержит ключ блока шифрации 40 второго канала стационарного устройства связи 2.
При успешном декодировании информации блоки дешифрации 20, 21 уведомляют микроконтроллеры 14, 15, после чего независимо каждый из микроконтроллеров уведомляет локомотивные системы 3, 4 о наличии новых данных. При ответном запросе от локомотивных систем каждый канал устройства независимо начинает передачу полученной информации через гальванические развязки 10, 11, трансиверы 8, 9, разъемы 6, 7 и CAN шину 5 в локомотивные устройства безопасности. Корректность информации проверяется локомотивными системами на внутренних блоках безопасного сравнения. При необходимости системы безопасности могут запрашивать информацию из бортового устройства связи 1. Микроконтроллеры 15, 14 бортового устройства связи 1, используя свои блоки памяти 12, 16, и 17, 19, фиксируют корректность передачи и диагностическую информацию, уведомляя локомотивные системы безопасности о количестве сбоев.
Таким образом, дублирование каналов бортового и стационарного устройств связи, независимое шифрование и дешифрация информации устройствами связи, контроль и анализ локомотивных устройств безопасности и сохранение ее в независимых блоках памяти бортового устройства связи, информационного обмена шины CAN с его последующим программным анализом посредством микроконтроллеров, обмен пакетом данных ответственной информации с внешними устройствами путем независимой двухканальной передачи информации бортовым устройством связи в CAN шину локомотивных устройств позволило повысить отказоустойчивость устройства и достоверность передачи ответственных команд по радиоканалу, а также позволило снизить человеческий фактор при управлении подвижным составом путем безопасной передачи ответственной информации бортовым устройством связи в локомотивные устройства для последующей обработки без участия человека.