軌道車輛用車載以太網交換機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種交換機裝置，具體的說，涉及一種可用于列車控制網絡和信息網絡的軌道車輛用車載以太網交換機。
【背景技術】
[0002]隨著列車不斷朝著安全、可靠和智能化的方向發展，現有的軌道車輛控制網絡的帶寬小，無法滿足列車控制與信息服務傳輸的大帶寬需求。且傳統的動車組控制網絡主要采用WTB總線和MVB總線，其帶寬分別只有IMbps和1.5Mbps，主要傳輸列車控制(如牽引控制、制動控制、輔助控制、車門控制等)數據，而對于列車狀態數據、列車診斷數據、列車維護等數據由于帶寬限制無法及時傳輸，極大的影響了列車信息傳輸的可維護性和可用性。且隨著列車網絡應用的不斷擴展，例如列車信息服務的多樣化，使得列車網絡上需要傳輸的信息越來越多，傳統的列車WTB/MVB網絡的帶寬已不能支持如此大容量數據的傳輸要求。
[0003]近年來，隨著通信技術的發展，工業以太網技術越來越成熟，與傳統的列車網絡控制系統相比，工業以太網具有更高的數據傳輸速率(不低于100兆/秒)和帶寬，使大量信息傳輸、智能診斷、故障精確定位、專家診斷系統等功能成為可能，且組網靈活方便，是列車網絡控制系統的發展趨勢。而交換機作為工業以太網的核心設備，自然成為軌道車輛列車控制與信息服務網絡的重要組成設備。
[0004]列車控制與信息服務網絡的功能要求交換機具有實時控制和支持列車重聯功能。這兩種特性是普通軌道車輛用交換機所不具備的特性。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種適用于高速列車、機車和城市軌道車輛用車載以太網交換機和信號收發及列車重聯方法，具有實時數據傳輸協議、支持列車重聯功能、車輛網和列車網以太網數據轉換功能，可根據實際應用靈活擴展和配置，傳輸速率快且可靠性高，大大簡化列車動態網絡配置和維護操作。
[0006]本實用新型的技術方案是:軌道車輛用車載以太網交換機，應用于高速列車、機車和城市軌道車輛，其特征在于:該以太網交換機包括電源模塊、CPU模塊、交換模塊、以太網收發器模塊、前背板模塊和后背板模塊；
[0007]所述CPU模塊與所述交換模塊、所述前背板模塊和所述后背板模塊連接，
[0008]所述CPU模塊通過PCIE接口與所述交換模塊進行雙向通訊，
[0009]所述CPU模塊通過USB接口或以太網接口進行程序升級，
[0010]所述CPU模塊通過RTC時鐘電路提供實時時鐘信號；
[0011]所述交換模塊與所述后背板模塊、所述前背板模塊和所述以太網收發器模塊連接，
[0012]所述交換模塊通過24路介質無關接口與所述以太網收發器模塊進行雙向通訊，
[0013]所述交換模塊通過端口狀態接口控制所述前背板模塊的LED燈的閃爍狀態；
[0014]所述以太網收發器模塊與所述后背板模塊和所述前背板模塊連接，
[0015]所述以太網收發器模塊通過8路介質無關接口與所述交換模塊進行雙向通訊，
[0016]所述以太網收發器模塊通過8路以太網接口與所述前背板模塊連接；
[0017]所述電源模塊與后背板模塊連接，為所述CPU模塊、所述交換模塊和所述以太網收發器模塊供電；
[0018]所述前背板模塊與所述CPU模塊和所述以太網收發器模塊連接；且設有電源接口、USB端口、串口端口、調試用以太網端口、多路以太網端口和用于顯示多路以太網端口狀態的LED燈。
[0019]該以太網交換機支持冗余供電，所述電源模塊包含2路獨立的電磁兼容保護電路和前端電源模塊，具有2路冗余輸入，當一路供電電路故障時，可由另一供電電路進行供電。
[0020]為確保該以太網交換機的精確控制，所述CPU模塊包含高速微處理器芯片，對外提供USB接口、串口接口、以太網接口、RTC時鐘電路和PCIE接口 ；所述高速微處理器芯片通過PCIE接口與所述交換模塊進行雙向通訊。
[0021]為保證該以太網交換機的數據傳輸的高速率，所述交換模塊包含高密度端口交換芯片，對外提供PCIE接口、24路介質無關接口和端口狀態接口 ；所述高密度端口交換芯片通過PCIE接口與所述高速微處理器芯片進行雙向通訊。
[0022]進一步，為提高該以太網交換機的通用性，該以太網交換機至少包含I個以太網收發器模塊，每個以太網收發器模塊內均設有以太網收發器，所述以太網收發器對外提供至少8路介質無關接口和至少8路以太網接口 ；所述以太網收發器模塊的以太網收發器與8路以太網接口之間設有網絡變壓器。
[0023]根據實際需求，該以太網交換機可對外提供16路介質無關接口和16路以太網接口，該以太網交換機包含2個以太網收發器模塊，每個以太網收發器模塊內均設有以太網收發器，2個以太網收發器對外提供共2個8路介質無關接口和2個8路以太網接口，即提供16路介質無關接口和16路以太網接口 ；所述以太網收發器模塊的每個以太網收發器與每個8路以太網接口之間均設有網絡變壓器。
[0024]更進一步，可對外提供24路介質無關接口和24路以太網接口，該以太網交換機還設有旁路模塊，與所述以太網收發器模塊的結構和功能大體相同，所述旁路模塊包含以旁路模塊太網收發器，對外提供8路介質無關接口、4路旁路接口和4路以太網接口 ；所述旁路模塊與所述交換模塊、所述后背板模塊和所述前背板模塊連接，所述旁路模塊通過8路介質無關接口與所述交換模塊進行雙向通訊，所述旁路模塊通過4路以太網接口和4路旁路接口與所述前背板模塊連接，所述前背板模塊設有4路旁路端口 ；所述旁路模塊以太網收發器與4路以太網接口之間設有網絡變壓器；所述旁路模塊以太網收發器與4路旁路接口之間設有網絡變壓器和繼電器。
[0025]為增加該以太網交換機的通用性和可擴展性，所述前背板模塊上還設有電源接口、CPU模塊接口、交換模塊接口、以太網收發器模塊接口和旁路模塊接口。
[0026]所述前背板模塊通過電源接口與所述電源模塊相連，為電源模塊提供電能；
[0027]所述前背板模塊通過CPU模塊接口與所述CPU模塊相連，且提供USB端口、串口端口和調試用以太網端口；
[0028]所述前背板模塊通過交換模塊接口與所述交換模塊相連，用于控制所述LED燈的閃爍狀態；
[0029]所述前背板模塊通過以太網收發器模塊接口和旁路模塊接口與所述以太網收發器模塊和所述旁路模塊相連，且提供24路以太網端口和4路旁路端口。
[0030]本實用新型還公開一種軌道車輛用車載以太網交換機信號收發方法，包括以下方法步驟:
[0031]I) CPU模塊配置交換模塊，實時協議數據包格式；
[0032]2)多路以太網端口接收實時協議數據包，并依次經以太網收發器模塊和交換模塊將接收到的實時協議數據包傳遞給CPU模塊；
[0033]3) CPU模塊實時協議數據幀，并將處理后的實時協議數據包依次經交換模塊和以太網收發器模塊發送至多路以太網端口輸出。
[0034]軌道車輛用車載以太網交換機信號收發及列車重聯方法，包括列車實時數據傳輸方法，即CPU模塊控制數據進行周期性和偶發性傳輸，并提供透明時鐘；步驟2)中多路以太網端口接收的實時協議數據包包括牽引系統和制動系統的周期性數據和偶發性數據；數據傳輸過程中CPU模塊在規定的時間內對未傳輸的數據進行檢測，并通過多路以太網端口發出應用提示。
[0035]軌道車輛用車載以太網交換機信號收發及列車重聯方法包括列車重聯方法，即步驟2)中多路以太網端口接收的實時協議數據包為鄰居列車節點報文，CPU模塊通過鄰居列車節點報文獲取相鄰交換機的節點信息；且將接收到鄰居列車節點報文發送給全列車輛的交換機，并根據接收到的鄰居列車節點報文獲取全列車輛的拓撲信息；根據獲取的拓撲信息設置以太網交換機各模塊參數，并將獲取的全列車輛拓撲信息發送至列車顯示節點經用戶確認后，通過多路以太網端口發送至所有車載設備，實現全列車輛的列車重聯。
[0036]軌道車輛用車載以太網