用於乙太網的具有切換功能的單元的製作方法

2023-09-23 19:43:05 2

用於乙太網的具有切換功能的單元的製作方法
【專利摘要】用於乙太網的切換功能單元的配置結構具有：乙太網的多個有源元件(32)，所述有源元件藉助於切換功能單元(34)組合為一個功能單元；和至少三個相互獨立的用於給所述有源元件(32)供電的電源(40、41、42)，其中，所述至少三個電源(40、41、42)中的第一個電源構成為切換功能單元(34)的本地電源(40)，所述至少三個電源(40、41、42)中的第二個電源構成為經由切換功能單元(34)的乙太網(42)的第一外來電源，而所述至少三個電源中的第三個電源構成為經由切換功能單元(34)的乙太網(41)的第二外來電源。
【專利說明】用於乙太網的具有切換功能的單元
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於乙太網的具有切換功能的單元，並且特別是涉及一種包括多個具有切換功能的有源元件的單元，該單元用於具有長的空間延展的基於乙太網的並且高度可用的網絡。
【背景技術】
[0002]也稱為實時乙太網的工業乙太網是用於追求使乙太網標準可用於在工業環境中、例如在工業製造中應用的儀器的聯網的概念。
[0003]在這樣的環境中，一般可以將多個相互通信並且交換數據的儀器相網際網路。特別是在此通常必須將控制儀器相互連接，終端設備或通信參與者又可連接到這些控制儀器上。經常地為此將多個具有控制功能(控制儀器)的網絡儀器共同連接在一個環形拓撲中，並且終端設備或通信參與者又與相應的控制儀器連接。
[0004]在環形拓撲的情況下，冗餘已經由其基本的功能方式產生，根據此(簡言之)數據包或所謂的幀或令牌沿著環移動並且首先在環的每個節點處停止。假如一個節點想要傳輸數據，則該節點給數據包添加目標節點的目標地址以及數據。數據包隨後繼續繞該環循環，尋求目標節點。如果找到目標節點，那麼將相應的數據從數據包交出，並且如所述那樣繼續該循環周期。
[0005]在環單重中斷的情況下，例如由於布線中的故障，數據包也可以沿反方向通過所述環並且由此還總是到達所有的環節點。雙環結構對此進一步保護，其方式是可以利用雙環的至少一部分作為單重環的中斷的部段的橋接，或者雙環的每個環可以具有中斷，而總體上不中斷網絡。
[0006]在一個這樣的網絡中主要的注意力在於藉助於該網絡有待實現的可用性。此外，隨著越來越多待相網際網路的元件而上升的複雜度要求越來越高的帶寬和/或比特率。
[0007]用於在空間上分布的設備或可耦聯的車輛的控制儀器的製造者、例如軌道車輛或用於軌道車輛的系統的製造者在增多數量的待聯網的儀器或控制儀器和/或變長的電纜長度的情況下觸及到至今使用的總線系統的極限，該極限在例如對於各個網絡參與者不再足夠的帶寬和/或網絡的要求的高可用性的實現中表現出來。
[0008]圖1簡化地示出了軌道車輛的示例性的組合體，該組合體也稱為編組，包括在兩個端部上的各一個驅動車2例如機車以及在驅動車2之間的多個車廂或車皮4。電纜長度L的總線或網絡結構6延伸通過整個的耦聯的軌道車輛組合體，該總線或網絡結構包括參與者8例如至少一個在驅動車2的至少之一內的控制儀器以及在車廂4中的至少之一內的至少一個另外的網絡參與者例如另一控制儀器、通信參與者和/或終端設備。
[0009]簡言之，至今的通常基於總線結構例如CAN的聯網形式的帶寬問題導致在衝突情況下通常必須考慮在總線上的運行時間。因為只有在運行時間過去之後才可以在評價裝置、例如具有主機功能的位置或用於仲裁或衝突解決的機構上決定例如網絡部段或網絡儀器的正常工作或故障。如果總線由於更大的聯網長度變得更長，例如通過由於更大量的網絡儀器而要供給的更大範圍和/或通過變大的電纜或聯網長度決定地，如其可能例如在軌道車輛組合體中由於各個車廂耦聯成長列車而出現的那樣，那麼可用的數據傳輸率或比特率由於變得更長的運行時間而下降。增多數量的網絡參與者一它們附加地生成數據傳輸率一進一步加劇了對於網絡參與者可用的數據傳輸率的降低。
[0010]根據圖1，在假定車廂4的長度為25米和例如16輛車耦聯、也就是說列車長度為大約400米的情況下，總線或網絡結構的電纜長度L包括敷設餘量在內由例如適合的或需要的布線或安全因素、由總的軌道車輛組合體決定地可以毫無問題地達到800米。
[0011]迄今為止的總線系統和網絡技術、例如04「控制器區域網路)、？1'0打13118、1^8(多功能車輛總線)和類似技術在這樣的電纜長度時可能不再保障需要的帶寬，並且因此在必要時必須被分區並且設計成具有用於連接各分區的附加的等級架構。由此可以在必要時保持必要的數據傳輸率。但是，由於附加的耗費和又與之相關的更高的故障概率，網絡的可用性不期望地下降。
[0012]而基於乙太網的聯網因其寬的分布和經濟的可用性、從原則上可能的數據傳輸率的角度是適合的，還提供改善的功能，並且此外可以成本經濟地實現。
[0013]實時能力在這樣的乙太網中可藉助於所謂的被切換的乙太網或工業乙太網或者說開關的乙太網實現。為了避免衝突，在此所有網絡元件以點對點的方式連接。
[0014]然而乙太網通常受到將100米的電纜長度作為元件間的最大可能的間距的限制並且由此僅僅有條件地適合作為總線系統。電纜長度為100米以上的網絡通常必須藉助於中間連接的用於連接局域 網中的多個網絡參與者或網絡分區的電子轉換儀器、所謂的開關或開關集線器以具有切換功能的有源的(切換或轉換)元件建立。但是作為乙太網相對於沒有有源元件的經典總線系統的缺點，一個有源元件的失靈中斷通信連接。有源元件如開關和類似物以及其基本的功能方式充分已知，從而在這此處不再贅述。
[0015]圖2簡化地示出了用於在軌道車輛中例如在列車中應用的基本的乙太網示例拓撲。在此，所謂的基於列車的網絡ZBN通常延伸通過軌道車輛組合體。環形線路是與基於列車的網絡ZBN耦聯的並且包含多個有源元件SK。在各個有源元件SK上例如以星形拓撲又連接有多個終端設備例如元件、制動器、門、空調設備、廁所裝置、架空線路集電器以及類似物。
[0016]如果現在基於乙太網的網絡在例如一個鐵路列車、亦即由多輛相互耦聯的軌道車組成的組合體或編組中代替迄今為止的總線系統或網絡技術，那麼出發點可以是，軌道車輛組合體的每個車廂如此構造，使得每個車廂可耦聯在組合體中的每個任意的位置處(亦即已經基於受限的電纜長度而不必注意，在組合體中的哪個位置處可以或必須耦聯一個車廂，以便產生可控的整個系統)。因此，例如在一個組合體的每個一那麼「獨立的」一車廂中分別存在至少一個有源(開關)元件和至少一個通信參與者，所述至少一個有源元件和至少一個通信參與者供給和控制相應車廂的相應的(子)設備和系統，例如制動系統、空調設備、通信和顯示或娛樂系統和類似物。換言之因此確保，在軌道車輛組合體的各個車廂的任意組裝中不超越在基於乙太網的網絡中為100米的最大分區電纜長度。應該說明，車廂也可以沒有通信參與者地存在。在這種情況下，有源元件可以作為所謂的中繼器工作。
[0017]不過，在軌道車輛組合體的運行中可能出現如下的運行情況，在所述運行情況下至少短時間地不能確保各個車廂的供電。這樣的運行情況是例如在兩個車廂之間經由插拔連接器或離合器引導的供電線上出現的中斷或接觸故障或者架空線路的集電裝置的故障。在這樣的情況下，整個供電包括車廂的有源元件在內並由此還有其系統例如行車制動器的控制可能至少短時是有故障的或甚至持續更長時間地崩潰。
[0018]特別是在用於具有對於安全重要的功能的敏感設備和系統例如在軌道車輛中的制動器和門的網絡中，這是不可忍受的，並且因此要求高的可用性。
[0019]一種用於成本經濟地至少給參與乙太網的儀器和裝置供以電能或功率的方案是稱為乙太網供電(PoE)的技術，在該技術中，乙太網的(信號)線也可以引導用於連接的乙太網設備的運行電壓並且將功率提供給這些乙太網儀器。通常，在此乙太網終端設備由具有單向供電方向(也就是說從有源元件向終端設備)的有源元件供電。乙太網供電自身在語言慣用法中導入、標準化並且同樣是已知的，從而在此不再贅述。
[0020]由於乙太網供電的單向性，如上所述從有源元件向終端設備沒有其他自身的或者局部的供電連接，以及由於在利用乙太網供電的情況下在終端設備自身上取消自身供電的常見優點，乙太網供電單獨地還不是適合的用以確保有源元件的防失靈的供電或其切換功能的措施。

【發明內容】

[0021]因此，本發明的任務在於，成本經濟地實現一種單元，該單元具有用於高度可用的基於乙太網的網絡的切換功能，具有改善的防失靈性並且同時具有在網絡延展長的情況下高的帶寬。
[0022]此外，本發明一般地應該在工業設備的分布式網絡中以及在耦聯的車輛的組合體例如軌道車輛的組合體中是可應用的。
[0023]按照本發明，該任務通過權利要求1的特徵解決。本發明有利的進一步改進方案是所附從屬權利要求的技術方案。
[0024]本發明的總構思在於，分別給在各乙太網網絡分區的最大允許的電纜長度之內交互供電的有源元件設置切換功能。多個這樣的有源元件統一為一個具有切換功能的功能單元或者說切換功能單元。每個這樣的單元由三個相互獨立的電源供電，其中這三個相互獨立的電源分別在需要的範圍中操作單元的有源元件。這三個獨立的電源涉及相應單元的各一個本地電源或自身電源，涉及經由來自乙太網的第一方向的信號線的單向的第一乙太網供電電源(來自相鄰的第一單元)，和涉及經由來自乙太網的第二方向的信號線的單向的第二乙太網供電電源(來自相鄰的第二單元)。換言之，切換功能單元並且由此還有其有源元件分別具有本地電源，並且可以附加地從兩個不同的方向分別單向地並且由此通過一個總體上交互的雙向的供給經由乙太網供電來饋給。即使一個切換功能單元的直至兩個電源失靈，其內部的有源元件由此仍不會停止運行，並且由此在乙太網上仍不存在通信限制。由此極大地改善和提高乙太網的可用性。
[0025]按照該總的構思，本發明在具有大或長的空間延展的任意工業乙太網網絡中是可用的，在所述工業乙太網網絡中要求高帶寬和高度可用性。
[0026]本發明的基本優點在此在於可能的大的空間延展、同時高的帶寬、相對於已知拓撲低的成本、由於經由信號線實現的冗餘供電而降低的布線耗費、以及儘可能少量的網絡元件。[0027]該任務由此通過一種具有切換功能的單元或用於乙太網的切換功能單元的配置結構解決，其特徵在於:乙太網的多個有源元件，所述有源元件藉助於切換功能單元組合為一個功能單元；以及至少三個相互獨立的用於給所述有源元件供電的電源，其中，所述至少三個電源中的第一個電源構成為切換功能單元的本地電源，所述至少三個電源中的第二個電源構成為通過切換功能單元的乙太網的第一外來電源，而所述至少三個電源中的第三個電源構成為通過切換功能單元的乙太網的第二外來電源。
[0028]優選地，所述切換功能單元具有至少四個乙太網埠作為接口，所述至少四個乙太網埠中的至少兩個乙太網埠能夠向切換功能單元之外提供乙太網供電作為外來功率，而所述至少四個乙太網埠中的至少兩個乙太網埠能夠從切換功能單元之外接收乙太網供電作為外來功率。 [0029]由此，切換功能單元有利地在正常運行下由本地電源供電，而在本地電源的故障情況下由第一和第二外來電源中的至少之一供以乙太網供電。
[0030]由此，如果通過例如架空線路實現的切換功能單元的本地主電源或自身電源具有故障並且不能提供對於乙太網元件的運行及其通信必要的功率，那麼有利地提供備選的電源可用，藉助於所述備選的電源的電能即使在故障情況下也可以至少維持乙太網上的通?目。
[0031]在此，所述切換功能單元可以經由第一乙太網線由相鄰的第一切換功能單元的第一有源元件供以乙太網供電；所述切換功能單元可以經由第二乙太網線由相鄰的第二切換功能單元的第二有源元件供以乙太網供電；以及可以通過相鄰的第一和第二切換功能單元的第一和第二有源元件為切換功能單元的所有有源元件提供供電。
[0032]第一和第二外來電源因此經由乙太網在切換功能單元上藉助於通過乙太網信號線的乙太網供電形成切換功能單元的交互的雙向供電。
[0033]由此格外有利地通過本就存在的乙太網布線為整個切換功能單元連同其中組合的切換元件以及為由這些切換元件供電的終端設備提供方向無關的交互雙向的供電。
[0034]在優選在電纜通道中和作為電纜束引導的布線中優選的是，切換功能單元的所述多個有源元件中的至少一部分容納在切換功能單元的一個共同的殼體中。
[0035]由此實現了具有最小可能的耗費和材料應用以及儘可能最好的成本設計的其餘優點。
[0036]在特別的空間條件下或者例如對於現有布線、網絡、設備或系統的改造有利的可以是，切換功能單元的所述多個有源元件中的至少一部分在切換功能單元的周圍環境中分布地設置並且通過至少共同的供電線路統一為切換功能單元。對於提出的解決方案的功能方式不必強制將各個元件安置在一個唯一的殼體中。
[0037]用於切換功能單元的配置結構的一個特別的優點在於，藉助於切換功能單元的有源元件分別能給至少一個乙太網終端設備供給乙太網供電，其中，有源元件在正常運行下由本地電源獲得用於所述至少一個終端設備的乙太網供電，並且在本地電源的故障情況下由第一和第二外來電源中的至少之一經由乙太網為所述至少一個終端設備獲得乙太網供電。
[0038]由此對於故障情況也直接確保終端設備的供電，並且然後也不需要設定用於終端設備的另外的措施或耗費。[0039]用於切換功能單元的配置結構的另一特別的優點在於，所述切換功能單元的每個有源元件具有一個獨立於相應其他有源元件的用於乙太網供電的電源，這些電源向外對於相鄰的切換功能單元構成切換功能單元的一個交互的並且雙向的外來電源；以及在至少一個相鄰的切換功能單元的本地電源的故障情況下，所述切換功能單元藉助於乙太網供電給所述至少一個相鄰的切換功能單元供電。
[0040]換言之，一個切換功能單元有利地同時不僅是可能的外來功率接收器(對於在自身位置上的故障情況)、而且是外來功率發出器(對於其他位置的故障情況)，方式是:單元的有源元件，至少具有開關或切換功能的有源元件，由自身的本地電源經由乙太網供電在需要的情況下給其他切換單元提供功率。由此，優選地有源元件分別是具有切換功能的有源乙太網-開關-元件。
[0041]特別是當乙太網具有直線拓撲、至少部分單重環形拓撲或至少部分雙環形拓撲，以及至少一個乙太網終端設備在星形拓撲中可連接到有源元件中的構成為有源開關的至少一個有源元件上和/或經由該有源元件可通過乙太網供電進行供給時，便是有利的。
[0042]基於在網絡拓撲和連接可能性方面的廣泛散布的可應用性和自由度，提出的解決方案有利地不僅可應用於幾乎任意長度的車輛組合體和任意數量的單元的車輛組合體中，而且可應用於具有高度可用性要求的在空間上廣泛分布的固定安裝的網絡中。
[0043]例如用於切換單元的配置結構可以以模塊結構方式構成並且例如出於安全目的、延展目的和/或改造的目的在戰略上和/或成預定間隔分別帶有自身的本地電源地設置。
[0044]在這種情況下，可以有利地構造一種具有多個用於切換功能單元的配置結構或模塊的實時乙太網，其中，切換功能單元在乙太網中如此依次地設置，使得至少兩個彼此相鄰的切換功能單元的本地電源的故障情況從與所述至少兩個彼此相鄰的切換功能單元又相鄰的切換功能單元通過乙太網供電是可橋接的，所述又相鄰的切換功能單元的本地電源無故障或者說無故障地工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]以下根據優選實施例參照附圖進一步描述本發明。其中:
[0046]圖1示出具有電纜長度L的網絡結構的例如軌道車輛的例如車輛組合體的簡化視圖；
[0047]圖2示出在根據圖1的車輛組合體中乙太網應用的簡化視圖；
[0048]圖3示出按照一個實施例的在一個乙太網拓撲中切換功能單元的配置結構和供電的簡化原理圖；以及
[0049]圖4示出用於闡明在一個具有乙太網拓撲和在其中設置的按照本實施例的切換功能單元的車輛組合體中的故障行為的簡化視圖。
【具體實施方式】
[0050]圖3示出按照一個實施例的在一個乙太網拓撲中切換功能單元的配置結構和供電的簡化原理圖。該乙太網拓撲可以為此構成為例如直線拓撲或環形拓撲。
[0051]在圖3中示出了延伸通過車輛組合體、例如軌道車輛組合體或列車或者說編組的乙太網布線30的一部分。乙太網布線30在該實施例中是延伸通過軌道車輛組合體的乙太網拓撲的一部分。乙太網的各兩個電纜束延伸通過車輛組合體的一個車廂。原則上，不僅一個環形線、而且網絡拓撲的至少兩個電纜束的任何其他的至少部分平行延伸的設置也是可想到的。
[0052]沿著乙太網布線30並且在該乙太網布線中以小於100米(沒有有源元件的最大乙太網電纜長度)的預定間隔分別設置有有源元件(SK)32，例如以切換或開關元件、也就是具有切換功能的元件的形式。
[0053]此外，按照切換功能單元的本實施例，有源元件32中的多個——在本實施例中為兩個一組合為一個(多重)切換功能單元(MSKE) 34。
[0054]切換功能單元34可以在一個唯一的殼體中容納組合在該切換功能單元中的有源元件32。備選地，在多個容納部上，例如在多個殼體、模塊或其他組件中，在不同的安裝位置或電纜長度上分布的設置也是可能的。這部分地取決於電源的類型，下面將對此詳細論述。
[0055]可組合的有源元件32的類型不進一步受限，只要遵循基本的乙太網兼容性。例如，具有不同數量的用於可連接的終端設備的接口或埠和不同結構大小及結構形狀的有源元件32是可能的。可組合的元件32的數量也不限於兩個。
[0056]總之，提出的解決方案不受原理上的限制，只要切換功能單元34的所有內部或者說有源元件32從兩個不同的方向藉助於乙太網供電並且附加地藉助於本地的自身電源是可供電的，並且切換功能單元34具有至少四個乙太網埠，所述至少四個乙太網埠中的至少兩個可以提供乙太網供電，而所述至少四個乙太網埠中的至少兩個可藉助於乙太網供電而被供電。
[0057]此外，有源元件32也可以具有在其供電方面的不同參數，只要在切換功能單元34中設有適合的轉換和/或匹配裝置用於根據需要轉換或匹配用於各個有源元件32的功率、電流和/或電壓。
[0058]在圖3中示意地示出，至少一個乙太網終端設備(EG) 36可以分別經由一個連接電纜38在例如星形拓撲(其他拓撲是可能的)中與各個切換功能單元34連接。為此可以設定，切換功能單元34的有源元件32的各個接口或埠被引導到切換功能單元34的一個殼體部段上並且在那兒與所述至少一個終端設備36可連接，或者相應的連接電纜38被引導穿過切換功能單元34的殼體壁並且在其中在內部與有源元件32的接口可連接。關於終端設備36在有源元件32或切換功能單元34上的連接不存在限制，從而在圖2中的終端設備36在切換功能單元34上的示意圖示應該足以代表。
[0059]每個切換功能單元34具有至少三個相互獨立的能量供給裝置或者說電源(電壓和/或電流)40至42。
[0060]電源40在此是直接在切換功能單元34上的本地電源或自身電源。電源40從例如經由架空線路和/或發電機饋電的車載電網為整個切換功能單元34提供運行功率並且由此也為所有在該切換功能單元中組合的有源元件32提供運行功率，並且此外可以藉助於用於短時間橋接車載電網失靈的緊急電源例如緩衝蓄電池或電容器裝置被附加地保護。電源40在無故障的正常情況下給切換功能單元34供電並且與乙太網供電不同地僅僅受基本車載電網的功率能力的限制。
[0061]電源41、42是乙太網供電電源，它們在乙太網布線之內單向地(通過箭頭標明)經由乙太網的(信號)線為其他裝置提供運行功率。[0062]按照該實施例，例如圖3所示，每個切換功能單元34可以藉助於乙太網供電從至少一個相鄰的、例如在乙太網的延伸中鄰接的切換功能單元34接收功率和/或藉助於乙太網供電功率提供功率給至少一個另外的相鄰的、例如在乙太網的繼續延伸中鄰接的切換功能單元34。因為每個切換功能單元34具有自身的本地電源40，由該本地電源也取得用於乙太網供電電源41、42的功率，所以每個切換功能單元34為其分別在兩側相鄰的切換功能單元34形成附加的(非本地的、因為遠離而經由乙太網布線實現的)供電。儘管乙太網供電自身看來單向供電，但是通過經由乙太網供電從相鄰的切換功能單元34供應功率的可能性產生了切換功能單元34的從第一方向和第二方向的交互的雙向供電可能性。
[0063]如果例如給予乙太網線(其在圖2中通過虛線連接線標明地可以是環形線)一個環行方向，則在圖2中在中間設置的切換功能單元34可以不僅由其本地電源40而且從一個第一方向(例如從右經由上面的第一乙太網線部段、也就是由在圖2中在右側的切換功能單元34)並且從一個第二方向(例如從左經由下面的第二乙太網線部段、也就是由在圖3中在左側的切換功能單元34)供電。該電路配置結構按照本實施例為每個切換功能單元34設定，從而提出的供電原理在整個乙太網(環形)線上並且在軌道車輛組合體或列車的例子情況下在整個軌道車輛組合體上延伸。
[0064]圖4示出了用於闡明在一個具有乙太網環形拓撲和在其中設置的按照本實施例的切換功能單元34的軌道車輛組合體中的故障行為的簡化視圖。
[0065]在圖4中軌道車輛組合體或編組包括例如16個車廂Cl至C16。車廂Cl至C16中的每個包含至少一個如圖3所示的切換功能單元34。在圖4中出於更好的清晰度的目的不重複已經參照圖3描述的元件和附圖標記。
[0066]車廂Cl和C16可以涉及由車輛駕駛員或藉助於遠程控制可控的驅動車、例如機動車、機車或一般地牽引車，其除了所述至少一個切換功能單元34之外分別具有至少一個適合地設計的主控制儀器或網絡控制儀器50。根據需要設計的網絡控制儀器50設定用於，以預定的方式控制和協調軌道車輛組合體的乙太網和位於其中並且與之連接的元件。軌道車輛組合體的乙太網的在此考慮的部分是環形線或環形拓撲，其具有冗餘特徵並且可以構成為單環結構和/或至少部分地構成為雙環結構。
[0067]車廂C2至C15在該實施例中是如上所述分別具有至少一個(多重)切換功能單元34的耦聯的車廂，所述切換功能單元又包含至少兩個有源元件32，該有源元件具有乙太網供電能力、也就是經由乙太網的(信號)線給連接到有源元件32上的終端設備36供電的能力。車廂C2至C15可以在此是無驅動的或被驅動的車廂。
[0068]每個有源元件32在輸入接口或輸入埠之一上與一個來自相鄰的第一有源元件32的乙太網線連接並且在輸出接口或輸出埠之一上與一個通到相鄰的第二有源元件32的乙太網線連接。此外，每個有源元件32具有多個另外的輸出接口，相應數量的終端設備36可與這些另外的輸出接口連接和/或必要時可經由乙太網供電從有源元件32供以功率。同樣可以設有從另外的有源元件32和到另外的有源元件32 (在語言慣用法中稱為上行鏈路)的連接可能性。
[0069]每個切換功能單元34另外具有根據圖3描述的所述至少三個相互獨立的電源，它們同時對於在一個切換功能單元34之內的所有有源元件32可用。
[0070]根據圖4以下闡述對於示例性考慮的軌道車輛組合體的幾個可能的故障情況。[0071]例如如果在車廂C2和C3中本地電源40中斷(在相應的本地電源40上通過(閃電形的)中斷符號標明)，那麼第一種故障情況可能出現。如上所提及的那樣，這樣的中斷可能隨時例如由於在各個車廂之間車載電網中的電纜斷開或接觸故障或者由於單個車廂的架空線路缺少集電裝置而出現。
[0072]在該情況下，在沒有另外的措施時，軌道車輛組合體的兩個車廂C2和C3至少暫時沒有電流。由此，這些車廂C2和C3的有源元件32以及所有連接在其上的終端設備36也失靈，不依賴於它們是通過同樣在終端設備上的自身電源還是經由乙太網供電由這些車廂C2和C3的有源元件32來供電。此外，在該第一故障情況下，經由軌道車輛的乙太網的通信是受故障的，因為數據包、幀或令牌一不依賴於其在網絡拓撲中的環行方向一不再能到達網絡的相應位於車廂C2或C3另一側上的部分。在這種情況下，乙太網也不再可用。
[0073]按照該實施例，通過如下方式避免這樣的故障情況，即，在車廂C2和C3的本地電源40失靈的情況下車廂C2的切換功能單元34的供電並且由此還有包含在其中的有源元件32以及必要時連接到其上的終端設備36的供電從車廂C2之外、亦即從車廂Cl通過乙太網供電經由乙太網的信號線承擔(通過在圖4中從車廂Cl指向車廂C2的箭頭標明)；車廂C3的切換功能單元34的供電並且由此還有包含在其中的有源元件32以及必要時連接到其上的終端設備36的供電從車廂C3之外、亦即從車廂C4通過乙太網供電經由乙太網的信號線承擔(通過在圖4中從車廂C4指向車廂C3的箭頭標明)。
[0074]按照該實施例，由此兩個車廂C2、C3的切換功能單元34的本地電源40的中斷可以通過該切換功能單元34的交互的雙向備用供電從軌道車輛組合體的相鄰的車廂Cl、C4經由乙太網供電(圖3中的41、42)解決。
[0075]經由乙太網的信號線的該備用供電可以連續地提供，或者備選地藉助於例如適合的(未示出的)自身電源監控裝置和乙太網供電接通裝置僅僅在實際的故障情況下自動地或自主地足夠快速地接入或者說接通。
[0076]因為由此在第一故障情況下至少兩個車廂C2、C3的對於軌道車輛組合體的整個乙太網必要的元件保持能夠運行，所以連接到乙太網上的元件和儀器的控制也繼續保持可能，並且連接到各個有源元件32上的終端設備36例如元件、制動器、門、空調設備、廁所裝置、架空線路集電器和類似物保持可供電、有反應能力並且可控。
[0077]類似於上述情況，可以在第二故障情況下確保乙太網的功能能力，在該第二故障情況下軌道車輛組合體的另外的車廂的本地電源40例如不僅車廂C2和C3的本地電源40而且車廂C5和C6的本地電源40中斷。
[0078]在一種改型中也可以設定，首先暫時地並且無過渡地例如在車廂Cl至C16的每一個中或每一部分中設置的緊急蓄能裝置、如在切換功能單元34中或上的例如適合確定大小的緩衝蓄電池或適合確定大小的電容器裝置無過渡地承擔該備用供電，並且僅僅當故障情況持續預定的時間和/或緊急蓄能裝置的能量儲備耗盡時，才藉助於乙太網供電從相鄰車廂接通備用供電。
[0079]換言之，按照該實施例實現了一種配置結構、一種儀器和/或一種元件，在該配置結構、儀器和/或元件中設有至少四個乙太網埠，其中，這至少四個乙太網埠中的至少兩個埠可以提供乙太網供電並且至少兩個埠可以接收乙太網供電，所述配置結構、儀器和/或元件將多個具有切換功能的有源元件32統一在一個儀器中或在操作和功能上組合在一個儀器中。關於網絡功能，有源元件32在該配置結構、該儀器或該元件中是相互獨立的。該配置結構、該儀器或該元件作為切換功能單元34由三個相互獨立的電源40、41和42供電，這三個相互獨立的電源在地點上和空間上是分離的(例如位於三個不同的車廂中、也就是自身的車廂和兩個其他車廂中，並且不是一定位於直接相鄰的車廂中，但是在乙太網的最大可能的分區長度之內)。在自身車廂之外的電源41、42經由乙太網信號線實現。由此有利地實現了布線費用大幅降低和成本大幅降低。因為有源元件32藉助於乙太網供電分別給其他有源元件32供電，所以通過乙太網供電實現了交互的雙向供電。通過兩個有源元件32共同地由一個外來電源經由信號線供電，有利地提高了元件和通信在乙太網上的可用性。
[0080]有利地，由此按照本實施例實現，一個涉及兩個相鄰切換功能單元34的雙重故障(例如在C2、C3 ;C5、C6 ;C8、C9中)還沒有在乙太網上導致通信限制。此外，多次雙重故障也不導致通信限制，只要在兩個雙重故障(例如C2、C3和C5、C6)之間存在至少一個無故障性(C4)。
[0081]根據作為實施例的軌道車輛組合體描述了本發明。然而本發明不限於軌道車輛組合體，特別是不限於一個如下這樣的軌道車輛組合體，在該軌道車輛組合體中一個切換功能單元將正好兩個有源元件組合為一個單元，而是可直接明顯地應用到每個任意的乙太網直線結構上，並且總體上作為關於網絡特徵的優點實現:在高帶寬和高可用性的同時實現長的空間延展；提出一種相對於已知拓撲成本經濟的可實現性；通過經由信號線的冗餘供電，需要降低的布線耗費；並且需要總體上最小數量的網絡元件。
[0082]與本發明的前面詳述的描述類似的改型對於本領域內技術人員來說可毫無問題地推斷出並且因此不應該視為偏離本發明的技術方案並且脫離本發明的僅僅通過權利要求確定的保護範圍。
【權利要求】
1.用於乙太網的切換功能單元的配置結構，其特徵在於: 乙太網的多個有源元件(32)，所述有源元件藉助於切換功能單元(34)組合成一個功能單元；以及 至少三個相互獨立的用於給所述有源元件(32)供電的電源(40、41、42)，其中，所述至少三個電源(40、41、42)中的第一個電源構成為切換功能單元(34)的本地電源(40)，所述至少三個電源(40、41、42)中的第二個電源構成為經由切換功能單元(34)的乙太網(42)的第一外來電源，而所述至少三個電源中的第三個電源構成為經由切換功能單元(34)的乙太網(41)的第二外來電源。
2.根據權利要求1所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於，所述切換功能單元(34)具有至少四個乙太網埠作為接口，所述至少四個乙太網埠中的至少兩個乙太網埠能夠向切換功能單元(34)之外提供乙太網供電作為外來功率，而所述至少四個乙太網埠中的至少兩個乙太網埠能夠從切換功能單元(34)之外接收乙太網供電作為外來功率。
3.根據權利要求1或2所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於，所述切換功能單元(34)在正常運行中由本地電源(40)供以功率，而在本地電源(40)的故障情況下由第一和第二外來電源中的至少之一供以乙太網供電(41、42)。
4.根據上述權利要求之一所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於， 所述切換功能單元(34)經由第一乙太網線由相鄰的第一切換功能單元(34)的第一有源元件(32)供以乙太網供電； 所述切換功能單元(34)經由第二乙太網線由相鄰的第二切換功能單元(34)的第二有源元件(32)供以乙太網供電；以及 通過相鄰的第一和第二切換功能單元(34)的第一和第二有源元件(32)為切換功能單元(34)的所有有源元件(32)提供供電。
5.根據上述權利要求之一所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於，第一和第二外來電源經由乙太網(41、42)在切換功能單元(34)上藉助於乙太網供電經由乙太網的信號線形成切換功能單元(34)的交互的雙向供電。
6.根據上述權利要求之一所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於，所述切換功能單元(34)的所述多個有源元件(32)中的至少一部分容納在切換功能單元(34)的一個共同的殼體中。
7.根據權利要求1至5之一所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於，所述切換功能單元(34)的所述多個有源元件(32)中的至少一部分在切換功能單元(34)的周圍環境中分布地設置並且通過至少共同的供電線統一為切換功能單元(34)。
8.根據上述權利要求之一所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於，藉助於切換功能單元(34)的有源元件(32)分別能給至少一個乙太網終端設備(36)供給乙太網供電，其中，有源元件(32)在正常運行中由本地電源(40)獲得用於所述至少一個終端設備 (36)的乙太網供電，並且在本地電源(40)的故障情況下由第一和第二外來電源中的至少之一經由乙太網(41、42)獲得用於所述至少一個終端設備(36)的乙太網供電。
9.根據上述權利要求之一所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於， 所述切換功能單元(34)的有源元件(32)中的每個具有一個獨立於相應另一個有源元件的用於乙太網(41、42)供電的電源，這些電源向外為相鄰的切換功能單元構成切換功能單元(34)的交互並且雙向的外來電源；以及 在至少一個相鄰的切換功能單元的本地電源(40)的故障情況下，切換功能單元(34)藉助於乙太網供電給所述至少一個相鄰的切換功能單元供電。
10.根據上述權利要求之一所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於，有源元件(32)分別是具有切換功能的有源乙太網-開關-元件。
11.根據上述權利要求之一所述的用於切換功能單元的配置結構，其特徵在於， 所述乙太網具有直線拓撲、至少部分單重環形拓撲或至少部分雙環形拓撲；以及 至少一個乙太網終端設備(36)在星形拓撲中可連接到有源元件(32)中的構成為有源開關的至少一個有源元件上和/或經由該有源元件通過乙太網供電可被供電。
12.實時乙太網，其特徵在於多個根據權利要求1至9之一所述的用於切換功能單元(34)的配置結構，其中，切換功能單元(34)在所述乙太網中如此依次地設置，使得至少兩個彼此相鄰的切換功能單元(34)的本地電源(40)的故障情況從與所述至少兩個彼此相鄰的切換功能單元又相鄰的切換功能單元(34)通過乙太網供電是可橋接的，所述又相鄰的切換功能單元的本地電源(4 0)無故障地工作。
【文檔編號】H04L12/10GK103975555SQ201280059785
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月30日 優先權日:2011年11月3日
【發明者】K·卡斯特納, A·布朗, R·富特文勒, O·裡迪格 申請人:克諾爾-布裡姆斯軌道車輛系統有限公司