一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统，包括：数据总线、仲裁总线、总控台、中继器和通信设备。其中数据总线由光纤组成，由连接不同的设备而分主干数据总线和次级数据总线，仲裁总线由双绞铜线构成，增加系统的传输率。总控台可以控制所有中继器和部分重要的通信设备，中继器控制所有挂接在下面的通信设备。通信设备产生的、要交互的所有数据都会通过所连中继器的安排，所述中继器则缓存通信设备产生的数据，并通过仲裁控制模块进入主干数据总线中。本发明专利技术所提供的光电混合总线系统，总线的仲裁效率高，总线的数据传输速率高，适宜用于高速行驶的列车。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统
本专利技术涉及数据传输总线
，具体地说，涉及一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统。
技术介绍
随着我国交通网络的日益成熟，其中对交通工具的需求也越来越高，使其向更高速和更高容量中靠拢。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，在现代通信中起到非常重要的作用。目前我国交通领域在国际上取得了很好的成绩，其中高铁尤为突出，无论是从技术到里程都引领着全球高速列车领域。从初期的高速运行到出于安全性官方发布降速行驶，导致无论从个人到行业甚至到国家都产生了较大负面影响。而光纤作为极其重要的通信媒介，在传输容量和抗干扰能力在通信领域中是独树一帜的。将其应用至高铁中可以进一步提高数据传送速率，并保证其可靠性。现有成熟的光纤通信系统均是点对点光纤传输系统。从列车控制室到列车各车厢的信号，在每节车厢都需要进行中继转发，每次中继都需要先从光转到电，然后再从电转回到光，必然存在一定的转发延迟。对于高铁这样的高速运行列车，过大的转发延迟很可能会造成安全隐患。如果不进行车厢中继，直接从控制室连接到各个车厢，则每个车厢之间都需要大量光纤接点，可靠性难以得到保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统，易于总线系统管理，总线利用率和数据传输速率高，可以应用于高铁或者带总控制台的瘦长型大型交通工具中。本专利技术公开的一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统所采用的技术方案是:一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统，包括：数据总线，根据连接不同的节点设备分为主干数据总线和次级数据总线，所述数据总线至少包括2根双向收发光纤，通过数据帧在时间片内传输节点设备的待发数据；由一对双绞线构成的仲裁总线，通过仲裁帧在所述时间片内的仲裁时隙中传输中继器的多进制优先级符号，一个时间片内包含的所述仲裁时隙数量不少于所述数据总线的收发光纤数量；节点设备，包括中继器、通信设备和总控台设备：所述总控台设备，根据当前列车的状态，可发送系统广播信号和与单个通信设备间的数据交互或处理突发事件帧；除此以外总控台设备需要监视部分重要的通信设备的状态；由所述中继器中的控制模块的操控下仲裁控制模块参加总线使用权的竞争，可收发主干数据总线和次级数据总线的数据，可以管理一些通信设备，扩展所述总线系统的覆盖范围；所述通信设备，在接收到其他节点设备的数据时，可做相应的动作，或者根据当前所述通信设备的状态和需求向其他发送数据；当所述通信设备异常变化时，由所述通信设备或所连的中继器产生突发事件信号；所述总控台设备与所述中继器通过仲裁总线和数据总线以总线拓扑结构来连接，所述中继器与所述通信设备通过数据总线端对端相连，所述总控台设备与所述通信设备不会直连。进一步地，所述总线系统中包含三种数据帧模式，分别为广播信号、标准数据帧和突发紧急数据信号，其中广播信号只能由总控台设备发出，突发紧急数据信息可由其它节点设备发出，总线系统上的所有节点设备均可以传送标准数据帧；总控台设备可以控制所有中继器和部分重要的通信设备，中继器可以控制所有挂接在下面的通信设备，通信设备产生的、要交互的所有数据都会通过所连中继器的安排，中继器则缓存通信设备产生的数据，并通过所述仲裁控制模块进入主干数据总线中。进一步地，所述节点设备通过所述仲裁控制模块参加总线使用权的竞争：当所述新一轮的仲裁时隙开始时，连接在仲裁总线上的节点设备，通过发送设备符号串或优先级符号串来竞争主干数据总线的使用权，连接在仲裁总线上并存在待发数据的节点设备的所述仲裁控制模块将具有优先级特性的符号串依次发送至仲裁总线，同时将自身当前发送的符号电压与所述仲裁总线上的符号电压进行比较，若所述符号串中的所有符号获得仲裁优胜，则所述节点设备在下一个仲裁帧开始时发送自身数据至主干数据总线；若所述控制模块在发送符号串时仲裁失败，则在第一个产生仲裁失败的符号后，停止发送剩余的符号串，并在下一个仲裁时隙中继续参加总线使用权的仲裁，直至成功发送数据为止。进一步地，所述总控台设备周期性的发送广播信号来检测确定总线的拓扑结构，同时检测每个中继器在从信号发送到接收所花费的时间，并以此时间确定时间片的起止定时和仲裁符号速率；收到来自最末端车厢的时间反馈信号后，总控台设备将反馈信号与上一个检测信号进行比对，若两个检测信号的反馈信号有所不同，则表示总线拓扑结构发生变化，即反馈信号的时间延迟增大表示拓扑结构延长，反馈信号的时间延迟减小则表示总线拓扑结构缩短；在检测总线拓扑结构有变化后，所述总控台设备根据具体变化来变更系统的传输数据率，若总线拓扑结构延长，降低总线符号传输数据率；若总线拓扑结构缩短，提高总线符号率的传输数据率；同样检测总线拓扑结构由变化后，所述总控台设备根据总线中增加的中继器数量，对中继器中的光耦合器的分光比率进行调整，并把此调整信号广播至每个中继器；若检测到总线拓扑结构没有变化，则保持当前设置，不做任何变更。进一步地，当所述总控台设备不发送广播信号时，即对目标设备进行单播时，要进行仲裁后才能使用主干数据总线；所述总控台设备具有最高优先级，当有数据发送时，在仲裁总线上发送其设备符号串，并准备在最近的新的时间片的起始时刻开始发送数据。进一步地，所述总控台设备的数据接收模块，除了接收作为目标设备时接收总线上的数据外，所述总控台设备检测主干数据总线上的一切数据，并根据其目标地址不同筛选来接收数据总线上传送的数据，以便了解重要通信设备的状态信息。进一步地，所述中继器还包括控制模块、缓存模块、数据接收模块、T型光耦合器和总线优先级符号生成器；所述控制模块在所述中继器接收来自其管辖内的通信设备的数据时，先对所述数据的目标设备进行检测，当检测到上述目标设备为所述中继器下的通信设备，则不对该数据分配缓存空间，并直接发送至目标设备；当检测到上述目标设备挂接在其他中继器下，则所述控制模块为其分配缓存空间，并进行存储；所述缓存模块用于存储来自挂接在所述中继器上的通信设备的数据，至少能够存储一个数据帧的大小，若存储的数据量小于一个数据帧，在数据总线上传输时，则要填充至一个数据帧长度。所述总线优先级符号生成器，根据上一个时间片仲裁期间内所述缓存模块中存储的数据量和所述中继器设备符号串产生具有唯一性的、多进制符号串构成的优先级符号串，并发送至所述仲裁控制模块，并参加下一个仲裁帧中主干数据总线的使用权的竞争；所述T型光耦合器，通过一定功率比例从主干数据总线上分离光信号至中继器的所述数据接收模块，或从所述缓存模块传送光信号至主干数据总线上，具体比例系数由所述总控台设备来决定；所述数据接收模块，接收到主干数据总线上的数据后，检测其目标地址是否为当前中继器下的通信设备，若是当前设备，则向下发送数据，若不是则不再接收其余的数据。进一步地，所述T型光耦合器：从所述T型光耦合器的中部分离出的光信号功率，应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统，其特征在于，包括：/n数据总线，根据连接不同的节点设备分为主干数据总线和次级数据总线，所述数据总线至少包括2根双向收发光纤，通过数据帧在时间片内传输节点设备的待发数据；/n由一对双绞线构成的仲裁总线，通过仲裁帧在所述时间片内的仲裁时隙中传输中继器的多进制优先级符号，一个时间片内包含的所述仲裁时隙数量不少于所述数据总线的收发光纤数量；/n节点设备，包括中继器、通信设备和总控台设备：/n所述总控台设备，根据当前列车的状态，可发送系统广播信号和与单个通信设备间的数据交互或处理突发事件帧；除此以外总控台设备需要监视部分重要的通信设备的状态；/n由所述中继器中的控制模块的操控下仲裁控制模块参加总线使用权的竞争，可收发主干数据总线和次级数据总线的数据，可以管理一些通信设备，扩展所述总线系统的覆盖范围；/n所述通信设备，在接收到其他节点设备的数据时，可做相应的动作，或者根据当前所述通信设备的状态和需求向其他发送数据；当所述通信设备异常变化时，由所述通信设备或所连的中继器产生突发事件信号；/n所述总控台设备与所述中继器通过仲裁总线和数据总线以总线拓扑结构来连接，所述中继器与所述通信设备通过数据总线端对端相连，所述总控台设备与所述通信设备不会直连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统，其特征在于，包括：
数据总线，根据连接不同的节点设备分为主干数据总线和次级数据总线，所述数据总线至少包括2根双向收发光纤，通过数据帧在时间片内传输节点设备的待发数据；
由一对双绞线构成的仲裁总线，通过仲裁帧在所述时间片内的仲裁时隙中传输中继器的多进制优先级符号，一个时间片内包含的所述仲裁时隙数量不少于所述数据总线的收发光纤数量；
节点设备，包括中继器、通信设备和总控台设备：
所述总控台设备，根据当前列车的状态，可发送系统广播信号和与单个通信设备间的数据交互或处理突发事件帧；除此以外总控台设备需要监视部分重要的通信设备的状态；
由所述中继器中的控制模块的操控下仲裁控制模块参加总线使用权的竞争，可收发主干数据总线和次级数据总线的数据，可以管理一些通信设备，扩展所述总线系统的覆盖范围；
所述通信设备，在接收到其他节点设备的数据时，可做相应的动作，或者根据当前所述通信设备的状态和需求向其他发送数据；当所述通信设备异常变化时，由所述通信设备或所连的中继器产生突发事件信号；
所述总控台设备与所述中继器通过仲裁总线和数据总线以总线拓扑结构来连接，所述中继器与所述通信设备通过数据总线端对端相连，所述总控台设备与所述通信设备不会直连。


2.如权利要求1所述的总线系统，其特征在于，所述总线系统中包含三种数据帧模式，分别为广播信号、标准数据帧和突发紧急数据信号，其中广播信号只能由总控台设备发出，突发紧急数据信息可由其它节点设备发出，总线系统上的所有节点设备均可以传送标准数据帧；
总控台设备可以控制所有中继器和部分重要的通信设备，中继器可以控制所有挂接在下面的通信设备，通信设备产生的、要交互的所有数据都会通过所连中继器的安排，中继器则缓存通信设备产生的数据，并通过所述仲裁控制模块进入主干数据总线中。


3.如权利要求1所述的总线系统，其特征在于，所述节点设备通过所述仲裁控制模块参加总线使用权的竞争：当所述新一轮的仲裁时隙开始时，连接在仲裁总线上的节点设备，通过发送设备符号串或优先级符号串来竞争主干数据总线的使用权，连接在仲裁总线上并存在待发数据的节点设备的所述仲裁控制模块将具有优先级特性的符号串依次发送至仲裁总线，同时将自身当前发送的符号电压与所述仲裁总线上的符号电压进行比较，若所述符号串中的所有符号获得仲裁优胜，则所述节点设备在下一个仲裁帧开始时发送自身数据至主干数据总线；若所述控制模块在发送符号串时仲裁失败，则在第一个产生仲裁失败的符号后，停止发送剩余的符号串，并在下一个仲裁时隙中继续参加总线使用权的仲裁，直至成功发送数据为止。


4.如权利要求1-3任意之一所述的总线系统，其特征在于，
所述总控台设备周期性的发送广播信号来检测确定总线的拓扑结构，同时检测每个中继器在从信号发送到接收所花费的时间，并以此时间确定时间片的起止定时和仲裁符号速率；
收到来自最末端车厢的时间反馈信号后，总控台设备将反馈信号与上一个检测信号进行比对，若两个检测信号的反馈信号有所不同，则表示总线拓扑结构发生变化，即反馈信号的时间延迟增大表示拓扑结构延长，反馈信号的时间延迟减小则表示总线拓扑结构缩短；
在检测总线拓扑结构有变化后，所述总控台设备根据具体变化来变更系统的传输数据率，若总线拓扑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈相宁，鲍文静，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32