用于CBTC型鐵路信號傳輸系統的無線電通信基礎設施的制作方法

CBTC(基于通信的列車控制)型鐵路信號傳輸系統基于位于在鐵路網上循環的列車上的車載計算機和位于地面上負責控制交通的計算機之間的連續通信。

信號傳輸系統例如包括位于地面上的ATS(列車自動監控)系統和ATC(列車自動控制)系統，ATS系統用于定位和監控路網上的列車，ATC系統用于管理列車并產生運動授權，運動授權傳輸到列車以授權列車在路網的接下來的路段上前進。

位于列車上的計算機通過優選為Wi-Fi型的無線電通信基礎設施與位于地面上的計算機通信。無線電通信基礎設施包括沿著鐵路網的軌道分布的多個接入點，以確保沿著軌道的連續覆蓋。該基礎設施包括使彼此接近地布置的一組接入點成為一體的多個本地網絡，以及與所述多個本地網絡中的每個本地網絡連接的通信網絡(主干網)。

物理地，這種通信網絡是沿著軌道部署的。

通信網絡應該滿足較強的功能約束。通信網絡對于故障應當尤其可靠和穩健，而不管故障和沿著軌道發生該故障的位置，以確保地面和車載設備之間的連續通信。“連續”的意思是車載設備/地面通信的每次中斷的持續時間應該小于200ms。

為了滿足這種類型的功能約束，通常應用物理冗余。因此已知的是，如何應用彼此平行的兩個無線電通信基礎設施并裝備每個列車，使得列車包括第一傳輸/接收裝置(第一調制解調器)和第二傳輸/接收裝置(第二調制解調器)，第一傳輸/接收裝置(第一調制解調器)通常置于列車頭部，能夠與第一基礎設施的接入點建立暫時的連接，第二傳輸/接收裝置(第二調制解調器)通常置于列車尾部，能夠與第二基礎設施的接入點建立暫時的連接。

位于列車上的在第一調制解調器和第二調制解調器與車載計算機之間的幀復制器，以及位于地面上的在第一基礎設施和第二基礎設施與位于地面上的計算機之間的幀復制器，給予了如下可能性：同時通過第一基礎設施和第二基礎設施將數據幀從地面傳輸到車載設備或從車載設備傳輸到地面。

數據幀所遵循的第一通信路徑和第二通信路徑通常被本領域技術人員指定為“紅色”和“藍色”。

通過這種架構，在基礎設施的通信網絡出故障的情況下保證了車載設備/地面通信，可進一步通過其他基礎設施的通信網絡確保車載設備/地面通信。更通常地，即使通信路徑削弱了數據幀的傳輸，其他路徑也將允許車載設備/地面通信以規定的方式發生。故障在同一時刻影響兩個通信路徑的概率較低。

這種物理層的結構給予了保證通信的連續的可能性。

目前，根據在歐洲生效的標準，部署的通信網絡是SDH(同步數字系列)型的，該標準等同于在美國生效的SONET(同步光纖網絡)標準。

SDH型通信網絡提供不同的服務。

SDH網絡是確定性的，給予了明確限定恢復和延遲時間以及帶通的可能性。

SDH網絡尤其應用MS-SP協議，該協議提供故障檢測服務，從而自動地恢復服務，以允許保證在故障的檢測和回到網絡的正常狀態之間的短的恢復時間。該協議基于監控被引入到SDH幀的頭部部分中的數據。在發生故障的情況下，恢復時間短，這使得這些通信網絡極好地適合于鐵路信號傳輸應用。

進一步地，通過應用時分多路復用機制還保證了這些網絡的帶通和延遲時間。

它們還提供給予了配置虛擬信道和使每個信道專用于特定應用的可能性的服務，以保證給每個應用分配固定帶通，尤其是給信號傳輸應用分配固定帶通。

然而，用于擴展SDH型網絡的過程是易于處理的。例如，在通信網絡擴展的情況下，需要重新配置整個網絡。一旦擴展了網絡，則隨后需要再次且完全地對網絡進行測試。

進一步地，在沒有整個擴展網絡的情況下，不能離線準備配置。因此擴展的網絡的啟動消耗大量的時間，在這段時間期間不能使用鐵路網。

還需要部署復雜度隨著網絡的規模而增加的架構。

因此，需要在保留具有兩個冗余通信路徑的物理架構的同時升級現有的網絡。

因此本發明的對象是一種基礎設施，其特征在于，通信網絡是MPLS型的，優選地是IP-MPLS型的，并具有環拓撲，通信網絡包括：多對本地交換機，每對交換機與軌道的路段相關并包括第一本地交換機和第二本地交換機，第一本地交換機專用于與所述路段相關的第一組接入點通信，第二本地交換機專用于與所述路段相關的第二組接入點通信；以及第一中央交換機和第二中央交換機，所述交換機彼此串聯連接，位于地面上的計算機連接到中央交換機，每個交換機應用用于限定路徑的服務、故障檢測服務及重新配置服務，路徑限定服務給予了在由中央交換機和本地交換機組成的每對交換機中的兩個交換機之間預先限定通信路徑的可能性，使得沿著由所述網絡形成的環的單獨部分實現第一中央交換機和一對交換機中的第一本地交換機之間的路徑以及第二中央交換機和所述一對交換機中的第二本地交換機之間的路徑。

根據具體實施例，基礎設施包括獨立地或根據所有技術上可能的組合實施的以下特征中的一個或數個：

-所述基礎設施包括多個區段，每個區段包括融合了多個路段的本地網絡的通信網絡；

-所述通信網絡或每個通信網絡的每個中央交換機是MPLS型蓋式通信網絡的節點，所述蓋式通信網絡也具有環拓撲；

-通信網絡的第一中央交換機和第二中央交換機集成到集成式電交換機中；

-通信網絡的第一本地交換機和第二本地交換機在所述網絡內是交替地放置的；

-所述基礎設施包括管理接口；

-所述基礎設施應用優先級/隔離服務，在所述或每個通信網絡上允許用于施加信號傳輸的數據和其他類型的應用的數據的通信；

-每個交換機應用用于配置SDP路徑的服務，從而給予了在基礎設施的同一網絡的兩個交換機之間配置隧道連接的可能性；

-值“Spoke SDP”被分配給融合網絡的本地交換機和中央交換機之間的每個連接，值“Mesh SDP”被分配給蓋式網絡上一個區段的中央交換機和另一區段的中央交換機之間的每個隧道連接。

通過閱讀跟隨僅作為非限制性示例給出的具體實施例的詳細描述，將更好地理解本發明及其優點，參照附圖作出該描述，在附圖中：

-圖1是根據本發明的基礎設施的示意圖；以及

-圖2是圖1的應用多個服務的基礎設施的交換機的示意圖。

根據本發明的基礎設施應用MPLS型通信網絡，尤其是IP-MPLS型網絡。IP-MPLS網絡是已知的。然而，與SDH網絡不同，IP-MPLS網絡不是確定性的。

通過IP-MPLS網絡，先驗地，在發生故障之后不能保證恢復時間。

因此，將IP-MPLS網絡應用于鐵路信號傳輸應用不是顯而易見的，鐵路信號傳輸應用要求保證帶通、延遲時間和恢復時間，以遵守車載設備/地面通信的連續性的約束。

如果極其明確地配置所應用的IP-MPLS網絡的物理層和邏輯層，則在信號傳輸應用中使用IP-MPLS網絡才是可行的。

按照圖1中的示意性方式，示出了用于CBTC型鐵路信號傳輸系統的無線電通信基礎設施10。

在圖1中，鐵路網一條軌道示意性地示出，總體上被標記為標號2。

軌道2被細分成多個連續的路段4，5，6和7。

基礎設施10允許位于地面上的計算機12和13與車載計算機(例如位于在軌道2上循環的列車16上的車載計算機14)之間的通信。

地面計算機12和13例如運行ATC(列車自動控制)信號傳輸應用。

基礎設施10通過沿著第一路徑建立第一通信和平行地沿著第二路徑建立第二通信來實現地面計算機12和13與車載計算機14之間的通信冗余。

根據本技術領域中使用的慣例，形容詞“藍色”隨后將用于描述基礎設施10的形成第一通信路徑的組件，形容詞“紅色”用于描述基礎設施10的形成第二通信路徑的組件。

基礎設施10包括多個藍色接入點20和多個紅色接入點40。

接入點給予了與合適的傳輸/接收模塊或調制解調器建立無線鏈路的可能性。優選地，該無線鏈路遵守Wi-Fi協議。由于接入點Wi-Fi的范圍短，所以接入點靠近軌道2放置。

多個藍色接入點20被細分成多組藍色接入點24，25，26和27，每一組與軌道2的區段相關。

同一組的藍色接入點給予了沿著對應的區段限定連續無線電覆蓋的可能性。與相鄰的區段相關的兩組藍色接入點的覆蓋部分地重疊，以當列車16經過兩個區段之間的邊界時，保證沿著藍色路徑的通信的連續性。

同一組的藍色接入點20連接到LAN(局域網)型藍色本地通信網絡。

對于多個紅色接入點30，可作出相似的描述，多個紅色接入點30被細分成多組紅色接入點44，45，46和47，每一組與軌道2的區段相關。同一組的紅色接入點40連接到LAN型紅色本地通信網絡。

基礎設施10包括位于在軌道2上循環的每個列車16上的藍色調制解調器22或紅色調制解調器42。

藍色調制解調器22專用于與藍色接入點20建立第一無線Wi-Fi鏈路，而紅色調制解調器42專用于與紅色接入點40建立第二無線Wi-Fi鏈路。

車載計算機14包括幀復制器15，幀復制器15具有復制由車載計算機14傳輸到地面計算機12或13的幀的功能，以通過基礎設施10上在藍色路徑傳輸藍色幀和在紅色路徑上傳輸紅色幀。

在地面上，基礎設施10包括包含第一通信網絡100和第二通信網絡200的下層級以及包含第三通信網絡300或蓋式網絡的上層級。

第一通信網絡100和第二通信網絡200彼此相同。

第一網絡100允許路段4和5的藍色本地網絡和紅色本地網絡的融合，以在基礎設施10中限定第一區段101，同時第二網絡200允許路段6和7的藍色本地網絡和紅色本地網絡的融合，以在基礎設施10中限定第二區段201。

第一網絡100是IP-MPLS型網絡。

第一網絡100由節點和節點之間的鏈路組成。第一網絡100具有形成其本身閉合的單個環的特定拓撲。因此，網絡的每個節點串聯連接到兩個相鄰的節點。

網絡100的節點由MPLS交換機組成。

交換機是在OSI(開放系統互連)模型的第二連接層上操作的網絡設備件，與作為在該模型的第三網絡層上操作的設備件的根程序相對。

交換機通過兩個單向光鏈路連接到相鄰的交換機。對于交換機和相鄰的交換機之間的通信，光鏈路中的一個操作以用于相關的交換機的傳輸，光鏈路中的另一個操作以用于相關的交換機的接收。

第一網絡100包括一對中央交換機110和兩對本地交換機120和130。網絡包括其在軌道2的多個路段中所融合的本地交換機相同對數的本地交換機。

一對中央交換機110包括藍色中央交換機112和紅色中央交換機114。

一對本地交換機120，130分別包括藍色本地交換機122，132和紅色本地交換機124，134。

這多對交換機彼此跟隨地連接，使得在第一網絡100內藍色交換機和紅色交換機一個接一個地交替放置。

第一對120中的藍色本地交換機122連接到路段4的藍色本地網絡。第一對120中的紅色本地交換機124連接到路段4的紅色本地網絡。

應該注意的是，每個本地交換機包括允許其連接到下層通信網絡的一對端口以及允許其連接到本地網絡的本地端口。

第二對130中的藍色本地交換機132連接到路段5的藍色本地網絡。第二對130中的紅色本地交換機134連接到路段5的紅色本地網絡。

對于第二網絡200，可作出類似的描述，第二網絡200連續地包括藍色中央交換機212、紅色中央交換機214、連接到路段6的藍色本地網絡的藍色本地交換機222、連接到路段6的紅色本地網絡的紅色本地交換機224、連接到路段7的藍色本地網絡的藍色本地交換機232、以及連接到路段7的紅色本地網絡的紅色本地交換機234。

蓋式網絡300是IP-MPLS型網絡。蓋式網絡300也具有形成環的拓撲，交換機串聯放置并連接在一起，以形成閉環。蓋式網絡300包括與蓋式網絡300融合下層級通信網絡的中央交換機相同對數的中央交換機。

蓋式網絡300給予了在基礎設施10的每個區段的通信網絡之間進行連接的可能性。

應該注意的是，每個中央交換機包括允許其連接到下層通信網絡的一對下通信端口以及允許其連接到上層蓋式網絡的一對上通信端口。

在這里描述的實施例中，位于地面上的每個計算機直接連接到單對中央交換機。因此，計算機12連接到一對中央交換機112和114，同時計算機13連接到一對中央交換機212和214。在該架構中，地面計算機因此專用于具體區段的管理。

幀復制器集成到每個地面計算機。計算機12的復制器310允許復制由地面計算機12傳輸到車載計算機14的幀，使得在基礎設施10上，在藍色路徑上傳輸藍色幀和在紅色路徑上傳輸紅色幀。計算機13的復制器311允許復制由地面計算機13傳輸到車載計算機14的幀，使得在基礎設施10上，在藍色路徑上傳輸藍色幀和在紅色路徑上傳輸紅色幀。

有利地，每個通信網絡100，200，300包括管理接口(未在圖1中示出)，從而允許操作者通過對由每個網絡的交換機應用的服務進行參數化來配置該網絡的邏輯層。

應該注意的是，由每個通信網絡形成的環對于藍色路徑和紅色路徑是共用的。

在一個可選項中，通信網絡的一對中央交換機集成在MPLS電交換機型的同一網絡設備件中，該網絡設備件是本來就冗余的設備件。

在獨立于前述可選項的進一步的另一可選項中，諸如列車的藍色調制解調器之類的調制解調器能夠在例如在藍色接入點出故障的情況下使用紅色路徑來傳遞藍色幀。下層級通信網絡的一對中央交換機中的紅色交換機隨后能夠檢測在紅色路徑上循環的藍色幀，并在上層級通信網絡的藍色路徑上重新傳輸檢測到的藍色幀。

由于已經檢測了物理層，現在將詳細介紹邏輯層。在圖2中，示意性地示出了基礎設施10的MPLS網絡的通用交換機(本地或中央)及其運行的不同的服務。

MPLS協議包括作為基礎的能夠由每個交換機MPLS運行的多個服務。

根據MPLS協議，每個交換機尤其應用用于通過MPLS網絡限定路徑即所謂的LSP(標簽交換路徑)路徑的服務1000。該服務給予了如下可能性：限定幀必須遵循以通過通信網絡MPLS在源交換機和目標交換機之間傳遞的路徑。

根據MPLS協議，每個交換機還應用用于檢測故障的服務1100。

根據MPLS協議，每個交換機應用用于自動重新配置的服務1200，從而給予了解決簡單故障的可能性。

然而，實際上，這些最新的協議服務中都需要約300ms來檢測故障并執行需要的重新配置(即使嚴格來說，重新配置被規定為僅消耗50ms)。這種恢復時間與要求中斷不應持續超過200ms的信號傳輸應用不相容。

為了滿足這種約束，在用于配置基礎設施10的階段期間，對于同一網絡內的可能的每對交換機限定單個LSP路徑，對于組成基礎設施的每個網絡100，200，300也是這樣。

進一步地，在第一藍色交換機和第二藍色交換機之間限定的藍色LSP路徑與在與第一藍色交換機相關的第一紅色交換機和與第二藍色交換機相關的第二紅色交換機之間限定的紅色LSP路徑互補。以這種方式，同一通信的藍色幀和紅色幀不會經過任何鏈路或任何共用的交換機來輸送。

例如，對于位于地面上的計算機和位于路段5上的車載計算機之間的通信，在藍色中央MPLS節點112和藍色本地MPLS節點132之間靜態地限定藍色路徑B，以及在紅色中央MPLS節點114和紅色本地MPLS節點134之間靜態地限定紅色路徑R。將確保藍色路徑B沿著逆時針方向，將確保紅色路徑R沿著順時針方向，使得同一通信的藍色幀和紅色幀不會經過任何鏈路或任何共用的交換機來輸送。

當在交換機122和124之間的鏈路上檢測到故障(由圖1的對應段上的交叉示意)而防止沿著藍色LSP路徑B傳遞藍色幀時，用于檢測故障的服務1100和用于交換機的自動重新配置的服務1200迫使藍色幀在藍色中央交換機112和藍色本地交換機132之間沿著穿過中間交換機134的藍色路徑B*傳輸，在由網絡100形成的環中沿著順時針方向執行幀沿著藍色路徑B*的循環。這給藍色通信引入了最大300ms的中斷。然而，平行的紅色LSP路徑R不被故障削弱，在該紅色路徑上將不會觀察到通信中斷，使得在車載計算機和地面計算機之間將存在連續的通信。

根據MPLS協議，每個交換機還應用用于限定SDP(服務分配點)路徑的服務1400。

通常，將在MPLS網絡中在源節點和目標節點之間傳輸的數據封裝在特定數據報中，該數據報的幀能夠通過MPLS網絡在源節點和目標節點之間路由。通過特定封裝在源節點和目標節點之間進行的這種傳輸還被稱為源節點和目標節點之間的隧道鏈路。

在基礎設施10中，用于限定SDP路徑的服務1400給予了在源交換機和目標交換機之間限定隧道鏈路的可能性，對于基礎設施的同一網絡內的可能的每對交換機也是如此。

有利地，網絡100，200或300的SDP路徑形成在該網絡上限定的LSP路徑的子集。因此SDP路徑被配置為限制MPLS節點上的資源的使用。例如，對于網絡，隧道鏈路是在給定顏色的中央交換機和每個本地交換機之間提供的，但是在給定顏色的兩個本地交換機之間不直接產生任何隧道鏈路。

一般來說，SDP路徑具有可采取值“Spoke SDP”或值“Mesh SDP”的屬性。在SDP路徑“Spoke SDP”上循環的幀可朝著另一SDP路徑輸送，而不管該另一SDP路徑的屬性的值。另一方面，在SDP路徑“Mesh SDP”上循環的幀只能朝著SDP路徑“Spoke SDP”輸送。

在基礎設施10中，本地交換機和中央交換機之間的SDP路徑配置為采取值“Spoke SDP”，以授權在同一區段的兩個路段例如4和5之間通過網絡100進行點對點通信。

不同區段的兩個中央交換機之間的SDP路徑配置為采取值“Mesh SDP”，以授權在不同區段的兩個路段例如5和6之間通過網絡100，300隨后通過網絡200進行多點通信。

以這種方式，當列車16物理地經過兩個相鄰的路段之間的邊界時，不管兩個相鄰的路段是屬于同一區段還是屬于兩個不同的區段，可在這些相鄰的路段之間建立通信，從而在經過邊界期間允許車載設備-地面通信的連續。

應該注意的是，如果所有SDP路徑配置為具有值“Spoke SDP”的屬性，則在基礎設施10上存在產生環路的風險。目前，以太網上的環路意味著交通擴散的放大和網絡飽和(廣播風暴)。此外，如果所有SDP路徑都配置為具有值“Mesh SDP”的屬性，則會禁止在不同區段的兩個站之間通信的可能性。

此外，通過MPLS服務的質量特性(QoS)確保基礎設施10的帶通和延遲。

將基礎設施10的物理層細分成多個區段給予了如下可能性：當與區段相關的網絡出故障(嚴重故障)時，不影響基礎設施的其他區段的正常操作。等效地，容易實現在路徑延伸和增加新的區段期間基礎設施的增加。

MPLS網絡具有許多優點。

MPLS網絡的應用給予了如下可能性：在同樣的服務質量的情況下獲得比SDH網絡的數據傳輸率大的數據傳輸率(高達10Gbps的帶寬)。

MPLS網絡的應用給予了如下可能性：實現更靈活的拓撲，尤其允許擴展基礎設施，而無需重新配置整個網絡只需在鐵路網的擴展期間重新配置與新的軌道路段相關的新的網絡，或者只需重新配置用于將新的本地網絡與現有的網絡融合的單獨的藍色和紅色本地連接器。尤其可行的是，準備路線的配置以及快速地配置或修改現有的網絡的配置，因此最小化鐵路網的使用的中斷時間。

將MPLS網絡應用于環中從而融合每個軌道區段的本地網絡給予了如下可能性：減少用于將網絡設備件彼此連接的線纜(在這種情況下是光纖)的長度，除此之外，還降低部署基礎設施的成本。

有利地，IP-MPLS網絡給予了應用優先級/數據隔離服務的可能性，從而授權網絡用于傳遞除了信號傳輸數據之外的數據。

這些數據例如是多媒體應用的數據，從而允許通過連接到與軌道的路段相關的本地網絡的計算機來在站中顯示信息片段或廣播合適的聲音消息。

隔離服務的應用給予了如下可能性：尤其在不具有優先級的數據溢出期間，確保具有高優先級屬性的信號傳輸應用數據的通信不被具有低優先級屬性的其他應用的數據的通信所影響。

MPLS網絡的應用允許在不同的應用之間分配帶通的某種靈活性。這給予了如下可能性：保證用于每個應用的帶通，且在帶通可用的情況下，給應用動態地分配帶通的增加，直到對于該應用預先限定的最大數。

使異類幀在同一網絡上循環的這種可能性允許鐵路網的操作者避免必須部署專用于這些附加應用的獨立的通信網絡。

本領域技術人員將理解的是，為了清楚起見，圖1中示出的實施例特別簡單。在路段的數量、區段的數量、如何將路段融合在區段內、管理一個或數個區段的地面計算機的數量等方面，許多可選項是可行的。