用於在機車小組或其它車輛小組中傳遞數據的系統和方法

2024-02-08 11:05:15

專利名稱：用於在機車小組或其它車輛小組中傳遞數據的系統和方法
技術領域：
本申請要求2009年3月17日提交的美國臨時申請序號61/160930的優先權。本發明的實施例涉及數據通信，並且更具體地涉及機車小組(locomotive consist)或其它車輛小組(vehicle consist)中的數據通信。
背景技術：
機車「小組」是機械耦合或連結在一起以便沿路線行進的一組兩個或更多機車。列車可具有一個或多個機車小組。小組中的機車包括引導機車和一個或多個尾隨機車。列車 將具有至少一個引導小組，並且還可具有置於列車中更後面的一個或多個遠程小組。在機車小組中，各機車在機車的各端包括連接，以便將機車的電力和制動系統耦 合到相鄰機車，使得它們一起作為單個單元起作用。各機車經由埠以及在各端上包括27 個引腳的跨接線電纜連接到後續機車。這種電纜在行業中通常稱作複合電纜或「MU」電纜。 小組中的兩個或更多機車可各自包括板載控制器或其它電子器件。在某些情況下，可能期 望將板載電子器件連結在一起作為計算機網絡，使得小組中的引導機車的電子器件能與尾 隨機車的電子器件進行通信。這種小組內網絡可通過允許引導機車利用相同小組的尾隨機 車中包含的電子設備，允許使用機車電子器件中的內在冗餘來改進機車的可靠性。使用尾 隨機車中的遠程電子器件比在各機車上提供冗餘設備會更簡便並且更具成本效益。迄今為止，機車小組中的通信使用兩種方法來實現。第一種方法涉及使用無線電 設備的小組中的車輛之間的無線通信。但是，無線通信的實現成本高，並且特別易於在連接 的機車和相鄰軌道上沒有物理連接的機車之間串擾。第二種方法涉及在小組中的連結的機 車之間架設專用網絡電纜。但是，在大多數情況下，這要求用附加的電纜對現有車輛翻新， 這通常是成本高昂的。另外，由於電纜連接暴露於相鄰連結機車之間的間隔空間中，因此， 如果車輛小組在嚴酷環境條件、如惡劣天氣中操作，則電纜連接可能易於出故障。最後，存 在用專用網絡電纜來連接機車所要求的附加工作量，並且這將要求附加的訓練。

發明內容
本發明的實施例涉及用於在機車小組中傳遞數據的系統和方法。「機車小組」是指 機械耦合或連結在一起以便沿一組一個或多個鐵軌行進的一組機車。在該方法的一個實施 例中，網絡數據在機車小組中的引導機車和機車小組中的一個或多個尾隨機車之間傳送。 「網絡數據」是指以分組形式包裝為數據分組的數據。各數據分組包括接收方計算機單元或 其它電子組件的網絡地址。網絡數據通過現有機車複合(MU)電纜總線來傳送，所述MU電 纜總線互連引導機車和尾隨機車。MU電纜總線是機車小組中用於在引導機車與尾隨機車之 間傳輸非網絡控制信息的現有電總線。(MU 「電纜總線」是指實際互連相鄰機車的MU電纜 跨接線(cable jumper)和/或將電纜跨接線連接到內部機車電子器件的內部電系統和機 車任一端上的MU埠。)「非網絡」控制信息是指機車小組中用於機車控制目的的命令信 息，它不是分組數據。在另一個實施例中，非網絡控制信息不是分組數據，並且不包括接收方網絡地址。在另一個實施例中，網絡數據在機車之一轉換成調製的網絡數據以用於通過MU 電纜總線的傳送。調製的網絡數據與引導和尾隨機車之間通過MU電纜總線所傳輸的非網 絡控制信息互不相關。「互不相關」表示調製的網絡數據不幹擾非網絡控制信息，並且非網 絡控制信息不幹擾調製的網絡數據。在小組中的另一個機車(例如接收方機車)，調製的網 絡數據通過MU電纜總線來接收，並且經過解調以用於由機車中的計算機單元或其它電子 組件來使用。另一個實施例涉及一種用於在機車小組中傳遞數據的通信系統。該系統包括置於 機車小組中的引導機車和每個尾隨機車中的相應路由器收發器單元。路由器收發器單元各 自電耦合到機車小組中互連引導機車和尾隨機車的MU電纜總線。MU電纜總線是機車小組 中用於在引導與尾隨機車之間傳輸非網絡控制信息的現有電纜總線。路由器收發器單元配 置成通過MU電纜總線來傳送和/或接收網絡數據。在通信系統的另一個實施例中，各路由器收發器單元配置成將網絡數據轉換為調 制的網絡數據以用於通過MU電纜總線的傳送，並且將通過MU電纜總線所接收的調製的網 絡數據解調回到網絡數據，以用於在機車小組中的電子組件之間傳遞數據或其它方面中使 用。調製的網絡數據與引導和尾隨機車之間通過MU電纜總線所傳輸的非網絡控制信息互 不相關。在上述實施例的任一個中，網絡數據可以是TCP/IP格式化的數據；可使用其它通 信協議。另外，各機車可包括通過經由MU電纜總線傳送格式化為TCP/IP數據或其它數據 的網絡數據來與相同小組中的其它電子組件進行通信的計算機單元或其它電子組件，由此 形成計算機網絡、如乙太網類型網絡。上述實施例的任一個還可一般應用於在車輛小組中傳遞數據。「車輛小組」是指機 械耦合或連結在一起以便沿路線行進的一組車輛。


通過閱讀以下參照附圖的非限制性實施例的描述，將會更好地理解本發明，以下 附圖中圖1是根據本發明的一實施例、用於在機車小組中傳遞數據的通信系統的示意 圖；圖2是圖1的通信系統的上下文中所示的機車中的MU電纜總線的示意圖；圖3和圖7是MU電纜跨接線的示意圖；圖4是根據本發明的一實施例的路由器收發器單元的示意圖；圖5是示出根據本發明的一實施例的路由器收發器單元的信號調製器模塊部分 的功能性的示意圖；圖6是路由器收發器單元的另一個實施例的電路圖；以及圖8是與ECP列車線結合實現的通信系統的一實施例的示意圖。
具體實施例方式參照圖1，本發明的實施例涉及用於在機車小組12中傳遞數據的通信系統10和方法。「機車小組」是指機械耦合或連結在一起以便沿鐵路14行進的一組機車。在系統10 中，網絡數據16從小組12中的一個機車18a(例如引導機車18a)傳送到小組中的另一個 機車18b (例如尾隨機車18b)。各機車18a-18c與小組12中的另一個機車相鄰並且機械耦 合，使得小組中的所有機車被連接。「網絡數據」 16是指以分組形式包裝的數據，表示包含 關聯數據比特的集合20的數據分組。(各數據分組可包括數據欄位22以及與小組12中 的計算機單元或其它電子組件唯一關聯的網絡地址或其它地址24。)網絡數據16通過機 車複合(MU)電纜總線26來傳送。MU電纜總線26是互連小組中的引導機車18a和尾隨機 車18b、18c的現有電總線。MU電纜總線26在機車小組12中用於在小組中的機車之間傳輸 非網絡控制信息28。「非網絡」控制信息28是指機車小組中用於控制目的的數據或其它信 息，它不是分組數據。在另一方面，非網絡控制信息28不是分組數據，並且不包括接收方網 絡地址。在另一個實施例中，如下面更詳細所論述的，將網絡數據16轉換成調製的網絡數 據30以用於通過MU電纜總線26的傳送。調製的網絡數據30與機車之間通過MU電纜總 線26所傳輸的非網絡控制信息28互不相關，以避免幹擾。在接收方/後續機車，調製的網 絡數據30通過MU電纜總線26來接收，並且經過解調以用於由機車電子組件32a、32b、32c 來使用。對於這些功能，通信系統10可包括置於機車小組12中的引導機車18a和每個尾 隨機車18b、18c中的相應路由器收發器單元34a、34b、34c。通過將現有車輛間電纜總線用於在機車之間傳送網絡數據，本發明的系統和方法 避免與無線傳送關聯的幹擾和其它問題，並且消除了用專用網絡電纜來專門配備機車的需要。MU電纜總線26的一個示例在圖2中更詳細地示出。其它配置是可能的，取決於所涉及機車的類型。如上所述，MU電纜總線26是互連小組中的引導機車18a和尾隨機車 18b、18c的現有電總線。在各機車、如圖2所示的引導機車18a中，MU電纜總線26包括前 MU埠 36、後MU埠 38以及將前埠 36和後埠 38連接到機車18a的一個或多個電子 組件32a的內部MU電系統40。在所示示例中，內部MU電系統40包括與前MU埠 36電連 接的前端子板42、與後MU埠 38電連接的後端子板44、中央端子板46以及分別將中央端 子板46與前端子板42和後端子板44電連接的第一和第二電導管(electrical conduit) 部分48、50。機車18a的一個或多個電子組件32a可電連接到中央端子板46，並且由此一 般電連接到MU電纜總線26。雖然前MU埠 36和後MU埠 38 —般可位於機車18a的前 面和後面，但情況並非始終如此，並且例如「前」、「後」、「中央」等命名不是要進行限制，而是 相反要提供用於標識目的。如圖2和圖3所示，MU電纜總線26還包括MU電纜跨接線52。跨接線52包括第 一和第二插頭端(Plug end) 54,56以及將插頭端電和機械連接在一起的軟性電纜部分58。 插頭端54、56裝配到MU埠 36、38中。MU電纜跨接線52可以是電對稱的，表示任一插頭 端能附連到任一埠。MU電纜跨接線52用於電互連相鄰機車18a、18b的內部MU電系統 40。因此，對於每對相鄰機車18a、18b，MU電纜跨接線52的一個插頭端54附連到前面機車 18a的後MU埠 28，並且MU電纜跨接線52的另一個插頭端56附連到後面機車18b的前 MU埠 36。MU電纜跨接線52的軟性電纜部分58在兩個插頭端之間延伸，從而提供兩個機 車18a、18b之間軟性的但安全的電連接。
根據機車的特定類型和配置，電導管部分48、50和MU電纜跨接線52可在導管或 跨接線中包含的離散(discreet)電通路的數量「n」( 「n」是等於或大於1的實整數)和類 型方面以不同方式來配置。在一個示例中，各導管部分48、50和跨接線電纜部分58包括多 個離散電線，例如12-14規格銅線。在另一個示例中，(MU電纜跨接線52的)電纜部分58 包括多個離散電線，而導管部分48、50各自包括一個或多個離散電線和/或非導線電通路， 例如機車的導電結構組件、通過或包括電或電子組件的通路、電路板跡線或諸如此類。雖然 圖2中的某些元件示為包括「n」個離散的電通路，但是應當理解，各元件中的離散通路的數 量可以不同，即，「n」對於各元件可以相同或者不同。如上所述，MU電纜跨接線52的插頭端54、56裝配到MU埠 36、38中。為此目的， 插頭端和MU埠在形狀上彼此互補，都用於機械和電附連。插頭端54、56可包括多個電引 腳，其每個裝配到MU埠中的對應電插孔中。引腳和插孔的數量可取決於內部電導管40、 MU電纜跨接線52等中現存的離散電通路的數量。在一個示例中，各插頭端54、56是27引 腳插頭。中央端子板46、前端子板42和後端子板44各自包括(附連到機車的)絕緣底座， 其上安裝了用於導線或電纜的端子。這在將不同電子組件連接到MU電纜總線方面提供了 靈活性。MU電纜總線26在機車小組12中用於在小組中的機車18a、18b、18c之間傳輸非網 絡控制信息28。「非網絡」控制信息28是指機車小組中用於控制目的的數據或其它信息， 它不是分組數據。在另一個示例中，非網絡控制信息28不是分組數據，並且不包括接收方 網絡地址。非網絡控制信息28根據指定電壓載波信號(例如74伏特開/關信號，其中0V 表示數字「0」值，而+74伏特表示數字「1」值，或者0V-74V的模擬信號，其中0-74V電壓水 平可表示功能性的特定水平或百分比)通過MU電纜總線26來傳送。非網絡控制信息使用 各機車中配置用於傳送和接收目的的一個或多個電子組件32a-32c來傳送和接收。術語「MU電纜總線」是指整個MU電纜總線或者它的任何部分，例如端子板、埠、 跨接線電纜、導管部分和諸如此類。正如應當理解的，當兩個機車經由MU電纜跨接線52連 接時，這兩個機車的MU電纜跨接線52和內部MU電系統40 —起形成MU電纜總線。當後續 機車使用附加MU電纜跨接線52來附連時，後續機車的那些電纜跨接線和內部MU電系統40 也成為MU電纜總線的部分。如圖1所示，機車小組12可以是包括機車小組12、多個有軌車62以及可能的附加 機車或機車小組(未示出)的列車60的部分。小組12中的各機車18a-18c通過耦合器64 至少與小組12中的另一個相鄰機車機械耦合。有軌車62類似地機械耦合在一起以及機械 耦合到機車小組，以形成一系列連結車輛。非網絡控制信息可用於機車控制目的或者用於 列車60中的其它控制目的。如上所述，通信系統10可包括置於機車小組12中的引導機車18a和每個尾隨機 車18b、18c中的相應路由器收發器單元34a、34b、34c。路由器收發器單元34a、34b、34c各 自與MU電纜總線26電耦合。路由器收發器單元34a、34b、34c配置成通過MU電纜總線26 來傳送和/或接收網絡數據16。在一個實施例中，各路由器收發器單元從機車小組12中的 計算機單元或其它電子組件32a、32b、32c接收網絡數據16，並且將所接收的網絡數據16調 製成調製的網絡數據30以用於通過MU電纜總線26的傳送。類似地，各路由器收發器單元34a.34b.34c通過MU電纜總線26接收調製的網絡數據30，並且將所接收的調製的網絡數 據30解調為網絡數據16。「調製」表示從一種形式轉換到適合通過MU電纜總線26傳送的 第二種不同形式。「解調」表示從第二種形式轉換回到第一種形式中。調製的網絡數據30 與機車之間通過MU電纜總線26所傳輸的非網絡控制信息28互不相關。「互不相關」表示 調製的網絡數據不幹擾非網絡控制信息，並且非網絡控制信息不幹擾調製的網絡數據(至 少不會達到將破壞數據的程度)。在接收方/後續機車，調製的網絡數據30通過MU電纜總 線26來接收，並且被解調回到網絡數據16以用於由機車電子組件32a、32b、32c來使用。網絡數據16是以分組形式來包裝的數據，表示包含關聯數據比特的集合20的數 據分組。各數據分組20可包括數據欄位22以及與小組12中的計算機單元或其它電子組 件32a-32c唯一關聯的網絡地址或其它地址24。網絡數據16可以是TCP/IP格式化的或 SIP格式化的數據，但是，電子組件和/或路由器收發器單元可使用其它通信協議來傳遞網 絡數據。正如應當理解的，MU電纜總線26、電子組件32a-32c和路由器收發器單元34a_34c 一起形成區域網。在一個實施例中，這些組件配置成形成乙太網網絡。圖4更詳細地示出路由器收發器單元34a的一個實施例。路由器收發器單元34a 包括網絡適配器模塊66和信號調製器模塊68。信號調製器模塊68電連接到網絡適配器模 塊66和MU電纜總線26。在圖4所示的示例中，信號調製器模塊68通過中央端子板46 (在 機車電子組件32a附近)電連接到MU電纜總線26。網絡適配器模塊66電連接到網絡接 口單元70，它是電子組件32a的部分和/或在操作上與其連接。(電子組件32a可以是例 如用於控制機車的計算機單元。)網絡適配器模塊66和網絡接口單元70通過網絡電纜72 來電互連。例如，如果網絡適配器模塊66和網絡接口單元70配置為乙太網區域網，則網絡 電纜72可以是CAT-5E電纜。網絡接口單元70在功能上連接到電子組件32a中配置用於 網絡通信的一個或多個軟體或硬體應用74。在一個實施例中，網絡接口單元70、網絡電纜 72和軟體或硬體應用74包括標準乙太網就緒(Ethernet-ready)(或其它網絡)組件。例 如，如果電子組件32a是計算機單元，則網絡接口單元70可以是連接到計算機單元用於執 行網絡通信的乙太網適配器。網絡適配器模塊66配置成通過網絡電纜72從網絡接口單元70接收網絡數據16。 網絡適配器模塊66將網絡數據16輸送給信號調製器模塊68，它將網絡數據16調製成調製 的網絡數據30，並且通過MU電纜總線26傳送調製的網絡數據30。信號調製器模塊68還 通過MU電纜總線26接收調製的網絡數據30，並且將調製的網絡數據30解調為網絡數據 16，然後將其輸送給網絡適配器模塊66以用於傳送給網絡接口單元70。網絡適配器模塊 66和信號調製器模塊68之一或這兩者可對網絡數據16和/或解調的網絡數據30執行各 種處理步驟，以用於通過MU電纜總線26和/或通過網絡電纜72 (到網絡接口單元70)的 傳送和接收。另外，網絡適配器模塊66和信號調製器模塊68之一或這兩者可執行網絡數 據路由選擇功能。信號調製器模塊68包括用於電連接到MU電纜總線26的電輸出端(例如埠、導 線)，以及內部電路(例如電和絕緣組件、微控制器、軟體/固件)，用於從網絡適配器模塊 66接收網絡數據16、將網絡數據16調製成調製的網絡數據30、通過MU電纜總線26傳送調 制的網絡數據30、通過MU電纜總線26接收調製的網絡數據30、將調製的網絡數據30解調 為網絡數據16以及將網絡數據16傳遞給網絡適配器模塊66。內部電路可配置成使用例如VDSL或VHDSL(極高比特率數字用戶線)應用中或者電力線數字用戶線(PDSL)應用中 利用的那些方案的方案來對數據進行調製和解調。適當調製方案的一個示例是正交頻分復 用(OFDM)。OFDM是頻分復用方案，其中大量緊密間隔的正交副載波用於攜帶數據。數據劃 分到若干並行數據流或信道中，每個副載波對應一個。每個副載波用常規調製方案(例如 正交幅度調製或相移鍵控)以低符號速率來調製，由此使總數據速率保持為與相同帶寬中 的常規單載波調製方案相似。調製或通信方案可涉及應用載波(以與用於MU電纜總線中 的非網絡數據的頻率互不相關的特定頻率)，並且使用與網絡數據16對應的數位訊號來調 制載波。圖5示出根據本發明的一個實施例、按照0SI網絡模型所給出的、信號調製器模塊 68能如何起作用的一個可能示例。在這個示例中，信號調製器模塊68包括物理層76和數據 鏈路層78。數據鏈路層78分為三個子層。第一子層是應用協議匯聚(APC)層80。APC層 接受來自上面應用層(例如網絡適配器模塊66)的乙太網(或其它網絡)幀16，並且將它 們封裝成MAC (媒體訪問控制)服務數據單元，服務數據單元被傳輸到邏輯鏈路控制(LLC) 層82。LLC層82負責可能的加密、聚合、分段、自動重複請求和類似功能。數據鏈路層78 的第三子層是調度信道訪問的MAC層84。物理層76分為三個子層。第一子層是物理編碼 子層(PCS) 86，它負責生成PHY (物理層)報頭。第二子層是物理媒體附連(PMA)層88，它 負責加擾和FEC(前向糾錯)編碼/解碼。第三子層是物理媒體相關(PMD)層90，它負責 比特加載和OFDM調製。PMD層90配置用於根據MU電纜總線的特定配置(電或其它方面) 與MU電纜總線26接口。其它子層是媒體無關的，即，與MU電纜總線的配置不相關。圖6是路由器收發器單元34a的另一個實施例的電路圖。在這個實施例中，路由器 收發器單元34a包括控制單元92、交換機(switch) 94、主總線96、網絡接口部分98和VDSL 模塊100。控制單元92包括控制器102和控制單元總線104。控制器102電連接到控制單 元總線104，以用於通過總線104傳遞數據。控制器102可以是微控制器或其它基於處理 器的單元，包括用於微控制器的配套電路。交換機94是配置成處理和路由分組數據及其 它數據的網絡交換/路由器模塊。交換機94將控制單元92與主總線96接口。交換機94 可以是例如層2/3多埠交換機。網絡接口部分98電連接到主總線96，並且包括八進位 PHY (octal PHY)(物理層)部分106和網絡埠部分108。網絡埠部分108電連接到八 進位PHY部分106。八進位PHY部分106可包括10/100/1000Base T8埠乙太網(或其它 網絡)收發器電路。網絡埠部分108可包括乙太網(或其它網絡)變壓器和用於接納網 絡電纜72的關聯CAT-5E插口(或其它電纜類型插口)。VDSL模塊100還通過八進位PHY單元110連接到主總線96，其中八進位PHY單元 110可以是與八進位PHY部分106相同的單元或者是不同的八進位PHY單元。VDSL模塊100 包括電連接到八進位PHY單元110的物理接口部分(PHY)112、電連接到物理接口部分112 的VDSL控制114、電連接到VDSL控制114的VDSL模擬前端單元116以及電連接到VDSL模 塊前端單元116的VDSL埠單元118。物理接口部分112充當與八進位PHY單元110的物 理和電接口，例如，物理接口部分112可包括埠和相關的配套電路。VDSL模擬前端單元 116配置用於通過MU電纜總線26收發調製的網絡數據30 (例如發送和接收調製數據)，並 且可包括以下的一個或多個模擬濾波器、線路驅動器、模數和數模轉換器及相關的配套電 路(如電容器)。VDSL控制114配置用於轉換和/或處理網絡數據16以用於調製和解調，並且可包括微處理器單元、ATM(異步傳輸模式)和IP(網際網路協議)接口以及數位訊號處 理電路/功能性。VDSL埠單元118提供到MU電纜總線26的物理和電連接，並且可包括 變壓器電路、電路保護功能性以及用於將VDSL模塊100連接到MU電纜總線26的埠或者 其它附連或連接機制。圖6所示的路由器收發器單元34a的整體操作與針對圖1、圖2和圖 4所述的相似。本發明的另一個實施例涉及一種用於在機車小組12中傳遞數據的方法。該方法 包括在機車小組12內的機車18a-18c之間傳送網絡數據16、30。(各機車18a-18c與小組 中的一個或多個其它機車相鄰並且機械耦合。)網絡數據16、30通過互連小組12中的至 少相鄰機車18a、18b的機車複合(MU)電纜總線26來傳送。MU電纜總線12是機車小組12 中用於在小組12中的機車18a-18c之間傳輸非網絡控制信息28的現有電纜總線。在另一個實施例中，該方法還包括在機車小組12中的一個或多個機車18a-18c的 每個將網絡數據16轉換成調製的網絡數據30以用於通過MU電纜總線26的傳送。調製的 網絡數據30與通過MU電纜總線所傳輸的非網絡控制信息28互不相關。該方法還包括將通 過MU電纜總線26接收的調製的網絡數據30解調，以用於由機車的板載電子組件32a-32c 來使用。正如應當理解的，情況可以是，小組中的某些機車是根據本發明的系統和方法來 網絡裝備的、例如用路由器收發器單元來配備，而小組中的其它機車則不是。例如，可存在 由非網絡裝備的第二機車物理分隔開的第一和第三網絡裝備的機車。在這種情況下，第一 和第三機車仍然能夠傳遞和交換數據，即使它們之間存在非網絡裝備的機車。這是可能的， 因為所有機車仍然經由MU電纜總線來電連接。在一種情況下，例如，機車小組包括第一、第 二和第三機車，其中第二機車安置在第一與第三機車之間。第一路由器收發器單元置於第 一機車中，而第二路由器收發器單元置於第三機車中。但是，第二機車沒有路由器收發器單 元或者用於通過MU電纜總線傳送和/或接收網絡數據的其它功能性。然而，網絡數據通過 第二機車在第一與第三機車之間傳送，其中網絡數據經過第二機車中的MU電纜總線的部 分但沒有被第二機車傳送或接收。在另一個實施例中，該方法還包括至少部分地基於網絡數據16來控制小組中的 機車18a_18c中的至少一個。機車小組12可以是包括機車小組12和多個有軌車62的列車60的部分。此處， 非網絡控制信息28可以是根據指定電壓載波信號(例如+74V)通過MU電纜總線來傳送的 列車控制信息。參照圖7，如果MU電纜跨接線52和/或內部電系統40包括多個離散電線或其它 電通路、如圖7所示的三個離散電線120a-120c，則情況可以是，網絡數據30僅通過多個離 散電線或其它電通路之一來傳送。這可取決於每個通路在機車小組中用於什麼以及它攜帶 什麼類型的信息。例如，通過攜帶模擬非網絡數據的導線120a來傳送網絡數據可能是不合 乎需要的，而攜帶數位訊號(開+V，關0V)的導線120b對於傳送網絡數據是更合乎需要的。本發明的另一個實施例涉及一種用於在機車小組12中傳遞數據的通信系統10。 系統10包括置於機車小組12的各機車18a-18c中的相應路由器收發器單元34a-34c。各 路由器收發器單元34a-34c耦合到機車小組12中互連相鄰機車18a、18b的機車複合(MU) 電纜總線26。MU電纜總線16是機車小組中用於在機車小組內的機車之間傳輸非網絡控制信息28的現有電纜總線。各路由器收發器單元34a-34c配置成通過MU電纜總線26來傳 送和/或接收網絡數據16、30。在系統10的另一個實施例中，各路由器收發器單元34a_34c配置成將網絡數據16 轉換成調製的網絡數據30以用於通過MU電纜總線26的傳送。調製的網絡數據與機車之 間通過MU電纜總線所傳輸的非網絡控制信息互不相關。各路由器收發器單元還配置成將 通過MU電纜總線所接收的調製的網絡數據解調，以用於由小組的機車中的電子組件使用。另一個實施例涉及一種用於在機車小組12中傳遞數據的通信系統。在這個實施 例中，該系統包括置於小組12中的多個機車18a-18c的每個中的相應路由器收發器單元 34a-34c。系統在多個機車的每個中還包括置於機車中並且在操作上耦合到機車中的路由 器接收器單元的相應電子組件32a-32c (例如，計算機單元)。路由器收發器單元34a_34c 電耦合到機車複合(MU)電纜總線26，它是小組中用於在多個機車之間傳輸非網絡控制信 息28的現有電纜總線。路由器收發器單元34a-34c配置成通過MU電纜總線16來傳送 和/或接收網絡數據16、30，網絡數據在電子組件32a-32c之一始發，並且尋址到電子組件 32a-32c中的另一個。各路由器收發器單元可配置成將網絡數據轉換成調製的網絡數據以 用於通過MU電纜總線的傳送(調製的網絡數據與機車之間通過MU電纜總線所傳輸的非網 絡控制信息互不相關)，並且配置成將通過MU電纜總線接收的調製的網絡數據解調，以用 於電子組件之一中的使用。另一個實施例涉及一種用於在機車小組12中傳遞數據的通信系統。該系統包括 小組中的計算機網絡。該計算機網絡包括置於小組12中的多個機車18a-18c的每個中的相 應電子組件32a-32c以及機車複合(MU)電纜總線26。MU電纜總線26互連電子組件，並且 是小組中用於在機車之間傳輸非網絡控制信息28的現有電纜總線。電子組件配置成通過 經由MU電纜總線26傳送網絡數據16、30來進行通信，網絡數據16在電子組件之一始發， 並且尋址到電子組件中的另一個。正如應當理解的，在這個實施例中，電子組件配置成執行 如上所述的路由器收發器單元34a-34c的功能性，和/或路由器收發器單元34a_34c是電 子組件的部分(或者包括電子組件)。該計算機網絡可以是乙太網網絡。另一個實施例涉及一種用於為網絡數據通信而翻新機車的方法。該方法包括用路 由器收發器單元來配備機車，將路由器收發器單元與機車的電子組件接口，並且將路由器 收發器單元與機車的複合(MU)電纜總線接口。MU電纜總線是用於在小組中的機車之間傳 輸非網絡控制信息的現有電纜總線。路由器收發器單元配置成通過MU電纜總線來傳送和 /或接收網絡數據。另一個實施例涉及一種用於為網絡數據通信而翻新機車小組的方法。該方法包括 在小組12中的多個機車18a-18c的每個用相應路由器收發器單元34a-34c來配備機車， 將路由器收發器單元34a-34c與機車的電子組件32a_32c接口，並且將路由器收發器單元 34a-34c與機車的複合(MU)電纜總線26接口。MU電纜總線是用於在小組中的機車之間傳 輸非網絡控制信息的現有電纜總線。各路由器收發器單元配置成通過MU電纜總線26來傳 送和/或接收網絡數據16、30。本文所述實施例的任一個還可一般應用於在車輛小組中傳遞數據。「車輛小組」是 指機械耦合或連結在一起以便沿路線行進的一組車輛。例如，本發明的一個實施例涉及用於在車輛小組12中傳遞數據的系統和方法。在這個實施例中，網絡數據16、30從車輛小組12中的第一車輛18a傳送給該車輛小組中的第 二車輛1 8b。網絡數據16、30通過互連第一車輛18a和第二車輛18b的現有電纜總線26來 傳送。現有電纜總線26在車輛小組12中用於在第一車輛與第二車輛之間傳輸非網絡控制 信息28。正如應當理解的，這種方法和系統可應用於在連結的車輛18a-18c的任一個之間 傳遞數據，並且由此術語「第一」和「第二」車輛用於標識車輛小組中的相應車輛，而不是旨 在表徵車輛的順序或位置，除非另加指明。也就是說，情況可以是，第一和第二車輛彼此相 鄰並且機械耦合。在本文陳述的實施例的任一個中，網絡數據可以是TCP/IP格式化的或者SIP格式 化的數據。另外，各車輛可包括計算機單元，其中計算機單元32a-32c通過經由現有電纜總 線26傳送格式化為TCP/IP數據或SIP數據或其它數據的網絡數據來相互通信，並且計算 機單元由此形成計算機網絡、如乙太網類型網絡。在本文陳述的實施例的任一個中，通過MU電纜總線或其它現有電纜總線所傳送 的數據可以附加地或備選地是「高帶寬」數據，表示以10M比特/秒或更大的平均速率來傳 送的數據。(在一個方面，數據是高帶寬數據。在另一個方面，數據是網絡數據。在另一個 方面，數據是高帶寬數據以及網絡數據，在本文中稱為「高帶寬網絡數據」，表示以分組形式 包裝為數據分組並且通過MU電纜總線以10M比特/秒或更大的平均速率來傳送的數據。) 這反映了通信系統(及關聯方法)可應用於在機車小組中實現高信息密度通信環境，即，有 可能在機車之間以及時的方式交換較大量的數據。相反，「低帶寬」數據是以小於10M比特 /秒的平均速率所傳送的數據，並且「極低帶寬」數據(一種類型的低帶寬數據)是以1200 比特/秒或更低的平均速率所傳送的數據。在本文所述的實施例的任一個中，現有電纜總線26可以是ECP(電控制的空氣制 動器)列車線。列車上的ECP制動器通過美國鐵道協會的4200系列規範來定義。這個標 準描述延伸列車長度的230VDC電力線(用於向遠程單元提供DC電力)、操作在230V電力 線上部的在132kHz的收發器以及符合ANSI/EIA 709. 1和709. 2協議的通信鏈路(使用收 發器通過電力線來實現)。根據4200系列規範，通信鏈路用於在有軌車之間傳遞制動數據， 以用於制動控制的目的。在一個實施例中，參照圖8，用於在機車小組或其它車輛小組中傳遞數據的系統 300配置成通過ECP列車線304以與通過ECP列車線304所傳送的ECP制動數據306互不 相關的方式來傳送網絡和/或高帶寬數據302。系統300包括小組312中的多個車輛310a、 310b的每個上的路由器收發器單元308a、308b。(多個如此裝備的車輛可少於小組中的所 有車輛。)在每個車輛上，除了 ECP收發器314之外，路由器收發器單元308a、308b也在車 輛上。備選的是，ECP收發器可重新配置成包括路由器收發器308a、308b的功能性。各路 由器收發器單元308a、308b電連接到ECP列車線304，並且配置成通過ECP列車線304以一 個或多個頻率f2來傳送網絡和/或高帶寬數據302，其中一個或多個頻率f2是(i)與ECP 制動數據306的132kHz頻率不同；(ii)不幹擾ECP制動數據306 (或者接收來自ECP制動 數據306的顯著幹擾)；以及(iii)不幹擾ECP列車線304上存在的230V DC信號316 (或 者接收來自230V DC信號316的顯著幹擾)。(也就是說，數據302與數據306和DC信號 316互不相關。)例如，可將網絡和/或高帶寬數據調製成通過ECP列車線以兆赫茲(MHz) 範圍中的頻率所傳送的載波/RF信號。路由器收發器單元308a、308b可與上述路由器收發器單元34相似。圖8的實施例可結合本文所述的其它實施例的任一個來實現。同樣，在小 組中的某些車輛沒有裝備路由器收發器308a、308b的情況下，數據302將仍然通過延伸經 過這類車輛的ECP列車線來傳送，以用於由裝備了路由器收發器308a、308b的車輛最終接 收。正如應當理解的，系統300建立高帶寬數據網絡，它與4200系列規範中為機車與 有軌車之間的ECP制動業務指明的132kHz通信鏈路疊加和分離地操作。在一個方面，數 據網絡用於在小組中的車輛之間傳遞非制動數據(例如，採取網絡和/或高帶寬數據的形 式)。可傳輸的數據的示例包括指示車輛健康的車輛傳感器數據、物品條件(commodity condition)數據、溫度數據、重量數據、安全數據、本文中在其它方面指明的數據和/或其 它數據。在另一個方面，作為對132kHz通信鏈路的附加或備選，數據網絡用於傳遞制動數 據。制動數據可附加到通過數據網絡所傳送的其它數據。要理解，以上描述旨在說明性而非限制性。例如，上述實施例(和/或其方面)可 相互結合使用。另外，可進行多種修改以使特定情況或材料適應本發明的教導，而不脫離其 範圍。雖然本文所述材料的尺寸和類型旨在定義本發明的參數，但是它們決不是限制性的， 而只是示範實施例。通過閱讀以上描述，本領域的技術人員將會明白許多其它實施例。因 此，本發明的範圍應當參照所附權利要求以及這些權利要求對其享有權利的等效體的完整 範圍來確定。在所附權利要求中，術語「包含」和「在其中」用作相應術語「包括」和「其中」 的普通英語等效體。此外，在所附權利要求中，術語「第一」、「第二」和「第三」等只用作標 記，而不是旨在對其對象施加數字要求。此外，所附權利要求的限制不是以部件加功能的格 式來撰寫的，並且不是旨在基於35U. S. C. § 112第六段來解釋，除非並且直到這類權利要 求限制明確使用短語「部件，用於」之後跟隨沒有進一步結構的功能的陳述。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發明的若干實施例，並且還使本領 域的技術人員能夠實施本發明的實施例，包括製作和使用任何裝置或系統，以及執行任何 結合的方法。本發明的可取得專利的範圍由權利要求來定義，並且可包括本領域的技術人 員可想到的其它示例。如果這類其它示例具有未與權利要求的字面語言不同的結構元件， 或者如果它們包括具有與權利要求的字面語言的非實質差異的等效結構元件，則它們旨在 處於權利要求的範圍之內。當結合附圖進行閱讀時，將會更好地理解本發明的某些實施例的以上描述。對於 附圖示出各個實施例的功能塊的圖的程度，功能塊不一定指示硬體電路之間的劃分。因此， 例如，功能塊的一個或多個(例如處理器或存儲器)可在單塊硬體(例如，通用信號處理 器、微控制器、隨機存取存儲器、硬碟和諸如此類)中實現。類似地，程序可以是獨立程序、 可以結合為作業系統中的子例程、可以是已安裝軟體包中的功能，以及諸如此類。各個實施 例不限於附圖中所示的布置和手段。當在本文中使用時，以單數形式記載並且之前具有詞語「一」或「一個」的元件或 步驟應該被理解為不排除多個所述元件或步驟，除非明確說明此類排除。此外，本發明的對 「一個實施例」的引用並非旨在解釋為排除同樣結合所記載的特徵的附加實施例的存在。此 外，除非相反地明確說明，否則，「包括」、「包含」或「具有」帶有特定性質的元件或多個元件 的實施例可包括不帶有那種性質的附加的這類元件。由於在用於在車輛小組中傳遞數據的上述系統和方法中可進行某些變更而未脫離本文所涉及的本發明的精神和範圍，所以意圖在於以上描述的或附圖中所示的主題的全 部應該僅理解為說明本文的發明概念的示例，而不應理解為限制本發明。
權利要求
一種用於在機車小組中傳遞數據的方法，所述方法包括在機車小組內的機車之間傳送網絡數據，其中各機車與所述小組中的一個或多個其它機車相鄰並且機械耦合；其中所述網絡數據通過互連所述小組中的至少相鄰機車的機車複合(MU)電纜總線來傳送，所述MU電纜總線是所述機車小組中用於在所述小組中的機車之間傳輸非網絡控制信息的現有電纜總線。
2.如權利要求1所述的方法，還包括在所述機車小組中的一個或多個機車的每個 將所述網絡數據轉換成調製的網絡數據以用於通過所述MU電纜總線的傳送，其中所調製的網絡數據與通過所述MU電纜總線所傳輸的所述非網絡控制信息互不相關；以及 將通過所述MU電纜總線所接收的所調製的網絡數據解調，以用於由所述機車的板載 電子組件來使用。
3.一種用於在機車小組中傳遞數據的通信系統，所述系統包括置於機車小組的至少兩個機車的每個中的相應路由器收發器單元，其中所述機車小組 內的各機車與所述小組中的一個或多個其它機車相鄰並且機械耦合；其中各路由器收發器單元耦合到所述機車小組中互連相鄰機車的機車複合(MU)電纜 總線，所述MU電纜總線是所述機車小組中用於在所述機車小組內的機車之間傳輸非網絡 控制信息的現有電纜總線；以及其中各路由器收發器單元配置成通過所述MU電纜總線來傳送和/或接收網絡數據。
4.如權利要求3所述的系統，其中，各路由器收發器單元配置成將所述網絡數據轉換 成調製的網絡數據以用於通過所述MU電纜總線的傳送，所調製的網絡數據與機車之間通 過所述MU電纜總線所傳輸的所述非網絡控制信息互不相關，並且配置成將通過所述MU電 纜總線所接收的所調製的網絡數據解調，以用於由所述機車小組的機車中的電子組件來使 用。
5.如權利要求3所述的系統，其中，所述網絡數據是高帶寬網絡數據。
6.如權利要求3所述的系統，其中所述機車小組包括第一、第二和第三機車，所述第二機車安置在所述第一機車與所述 第三機車之間；第一和第二路由器收發器單元分別置於所述第一和第三機車中； 所述第二機車沒有路由器收發器單元或者用於通過所述MU電纜總線來傳送和/或接 收網絡數據的其它功能性；以及所述網絡數據在所述第一與第三機車之間經過所述第二機車來傳送，所述網絡數據經 過位於所述第二機車中的MU電纜總線的部分但沒有由所述第二機車來傳送或接收。
7.一種用於在機車小組中傳遞數據的通信系統，所述系統包括所述小組中的計算機網絡，所述計算機網絡包括置於所述小組中的多個機車中的至少 兩個的每個中的相應電子組件和機車複合(MU)電纜總線，所述MU電纜總線互連所述電子 組件，並且是所述小組中用於在所述機車之間傳輸非網絡控制信息的現有電纜總線；其中，所述電子組件配置成通過經由所述MU電纜總線傳送網絡數據來通信，所述網絡 數據在所述電子組件之一始發，並且選址到所述電子組件的另一個，其中所述網絡數據是 高帶寬網絡數據。
8.一種用於在車輛小組中傳遞數據的方法，所述方法包括將網絡數據從所述車輛小組中的第一車輛傳送給所述車輛小組中的第二車輛，所述第 一車輛與所述第二車輛相鄰並且機械耦合；其中，所述網絡數據通過ECP列車線或者互連所述第一車輛和所述第二車輛的另一個 現有電纜總線來傳送，所述現有電纜總線在所述車輛小組中用於在所述第一車輛與所述第 二車輛之間傳輸非網絡和/或低帶寬控制信息。
9.如權利要求8所述的方法，還包括在所述第一車輛，將所述網絡數據轉換成調製的網絡數據以用於通過所述現有電纜總 線的傳送，其中所調製的網絡數據與所述第一與第二車輛之間通過所述現有電纜總線所傳 輸的所述非網絡控制信息互不相關；以及在所述第二車輛，將通過所述現有電纜總線所接收的所調製的網絡數據解調，以用於 由所述第二車輛中的計算機單元來使用； 其中，所述網絡數據是高帶寬網絡數據。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述車輛小組是列車，所述第一車輛是第一機車，而所述第二車輛是第二機車； 所述現有電纜總線是互連所述第一機車和所述第二機車的機車複合(MU)電纜總線；以及所述非網絡控制信息包括根據指定的電壓載波信號通過所述MU電纜總線來傳送的列 車控制信息。
全文摘要
本發明名稱為「用於在機車小組或其它車輛小組中傳遞數據的系統和方法」。機車小組包括引導機車、一個或多個尾隨機車以及互連第一機車和尾隨機車的複合(MU)電纜總線，它在機車小組中用於在引導車輛與尾隨機車之間傳輸非網絡控制信息。在用於在機車小組中傳遞數據的系統和方法中，網絡數據從機車小組中的引導機車傳送到機車小組中的尾隨機車的一個或多個。網絡數據通過MU電纜總線來傳送。各機車可包括計算機單元或其它電子組件，它們連同MU電纜總線一起形成列車中的網絡、如乙太網網絡。
文檔編號H04L29/06GK101841448SQ20101015725
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月17日 優先權日2009年3月17日
發明者E·A·史密斯, J·K·庫珀, T·W·古德穆斯 申請人:通用電氣公司