一种基于MESH组网模式的无线重联控制系统的制作方法

一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统
技术领域
1.本发明涉及铁路运输技术领域，具体为一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统。


背景技术：

2.随着国内货运铁路运输的重载要求日益提高，为了满足在有限的线路运输条件下进一步提高线路运输效率，这就需要将多台货运机车重联运输提高运能，结合我国经济发展的需要和铁路技术的现状，发展重载运输是我国未来铁路的主要方向之一，重载运输机车无线重联控制系统发展的趋势是网络的无线化、状态监测的系统化和诊断与安全导向技术的集成化。
3.目前，国内重载货运列车已有的重联同步控制系统，主要采gsm-r或lte的无线传输方式补充400mhz无线电台。400mhz无线电台建设年代久远，通信技术落后，带宽低，可靠性差，存在干扰和衰落严重的问题，不适合对安全性要求较高的应用场合，gsm-r和lte方式需建立地面基站和设计车载终端，对基础设施的投入和维护成本较大，系统造价昂贵，改造复杂。不利于在重载货运线路上大面积实施。
4.基于上述技术问题，迫切的需要提供一种满足现有的车辆编组及重载牵引的实际情况，结合具有网络控制系统的hxd3c型交流传动电力机车的特点，以不改变机车原有功能为前提，高可靠性、低成本的hxd3c型机车无线重联系统，以实现多台机车之间的无线重联及互联互通。
5.因此，本领域的技术人员有必要研发一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统。


技术实现要素：

6.本发明目的是提供一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，包括控制终端、重联控制单元、交换机、显示屏、天线以及mesh组网通信单元，所述控制终端与重联控制单元相连接，所述重联控制单元连接机车控制系统，其中主控车重联控制单元将从机车控制系统获取操作指令，从控车重联控制单元主要将收到的指令传送给从控车控制系统，从而实现主控车与从控车的同步控制和相关运行状态的实时显示，所述重联控制单元通过交换机、显示屏与mesh组网通信单元相连接，重联控制单元通过交换机接收mesh组网通信单元的机车车辆编组信息，选择所需的机车车辆，完成编组确认，所述mesh组网通信单元用于监测临近的机车车辆无线通信单元信息并提供给重联控制单元进行编组决策，依据应用需求，将可用频段划分为合适带宽的多个独立信道，无线通信单元实时监测cqi和snr，一旦判断出性能恶化，立即进行跳频。
8.优选的，所述mesh组网通信单元初始化各mesh组网通信模块后，逻辑主重联控制
单元发送同步信息，逻辑从重联控制单元收到适配的同步信息后完成自己的信道设置，并与逻辑主重联控制单元建立无线通信链路，最终完成机车mesh组网建立。
9.优选的，所述mesh组网通信单元组网建立完成后，系统通过显示器提示司机再次核对相应机车，并确认是否进行编组，司机通过显示器界面相应的按键可以进入无线重联主界面，在无线重联主界面具备“编组解编”界面。通过“编组解编”界面的按键可进行机车连接与断开操作。
10.优选的，所述控制终端通过重联控制单元，主控车可向从控车传输司机操作命令、故障诊断信息、语音数字信息等，从控车也可向主控车反馈从控车状态信息、故障诊断信息、语音数字信息等。
11.优选的，所述重联控制单元能够接收无线通信单元的cqi和snr等参数，并能协调和同步设置信道参数，优化无线通信质量。
12.优选的，所述mesh组网通信单元是建立自组网的核心模块，每台车设2个通信单元，建立好的自组网无严格的控制中心，单个无线通信单元故障后，该节点自动退出，不影响整列车无线通信网络，每个通信单元兼有路由器和主机两种功能，支持数据转发。
13.优选的，所述重联控制单元采集到该信号后，通知位于同一机车车辆内默认的1个或多个通信单元并将其自动配置为逻辑主无线通信单元，未收到该信号的主控车的另1个通信单元和从控车的无线通信单元均被自动配置为逻辑从无线通信单元，依据编组机车车辆数量、传输数据带宽等应用需求，将可用频段划分为合适带宽的多个独立信道。
14.优选的，所述mesh组网通信单元配置成功后，通过扫频选择干净的信道进行自组网的建立，组网时优先选用默认信道，如检测到该默认信道已经被确认好的无线重联组网所占用，或者该默认信道的信号不佳，无法承载业务，则启用自动跳频功能，选用下一信道。
15.优选的，所述mesh组网通信单元信道选定后，将自动发送同步信息(包含选用的信道、主控车机车号、从控车机车号等)，以便该自组网其他节点收到后及时接入，逻辑从通信单元配置完成后便直接作为接入节点，采用轮询方式收集不同信道的同步信息当收到的同步信息包含主控车机车号或从控车机车号时，确认该同步信号适配自己，按同步信息配置自身的使用信道，建立与逻辑主无线通信单元的无线连接通道当所有从无线通信单元均与逻辑主无线通信单元的无线连接通道建立完成后，该自组网建立完成。
16.优选的，所述mesh组网通信单元的通信信道被干扰或因其他因素导致某节点与自组网通信中断时，原来需通过该节点传输的数据将通过相邻节点进行转发，该通信中断的节点也会不断尝试搜索，直至重新接入网络。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明为一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，基于mesh组网的无线重联控制系统，可以直接应用于需要增加无线重联功能的在段运用机车，无需通过地面基站就可很好的完成多台机车的无线同步控制，mesh组网技术具有“自感知”、“自决策”、“自愈合”等特点，能够减小通信中断几率，或者中断后自动恢复，提高通信网络的可用性，应用此类技术，可有效降低机车加装无线重联系统的成本和改造费用，提高无线重联系统的冗余性和可靠性。
附图说明
19.图1为本发明的模块结构示意图；
20.图2是mesh组网通讯连接方式的示意图；
21.图3是无线重联机车mesh组网建立的示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
23.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
24.实施例
25.请参阅图1和图2所示，本发明提供一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统技术方案：包括控制终端、重联控制单元、交换机、显示屏、天线以及mesh组网通信单元，控制终端与重联控制单元相连接，重联控制单元连接机车控制系统，其中主控车重联控制单元将从机车控制系统获取操作指令，从控车重联控制单元主要将收到的指令传送给从控车控制系统，从而实现主控车与从控车的同步控制和相关运行状态的实时显示，重联控制单元通过交换机、显示屏与mesh组网通信单元相连接，重联控制单元通过交换机接收mesh组网通信单元的机车车辆编组信息，选择所需的机车车辆，完成编组确认，mesh组网通信单元用于监测临近的机车车辆无线通信单元信息并提供给重联控制单元进行编组决策，依据应用需求，将可用频段划分为合适带宽的多个独立信道，无线通信单元实时监测cqi和snr，一旦判断出性能恶化，立即进行跳频，mesh组网通信单元初始化各mesh组网通信模块后，逻辑主重联控制单元发送同步信息，逻辑从重联控制单元收到适配的同步信息后完成自己的信道设置，并与逻辑主重联控制单元建立无线通信链路，最终完成机车mesh组网建立，mesh组网通信单元组网建立完成后，系统通过显示器提示司机再次核对相应机车，并确认是否进行编组，司机通过显示器界面相应的按键可以进入无线重联主界面，在无线重联主界面具备“编组解编”界面。通过“编组解编”界面的按键可进行机车连接与断开操作，控制终端通过重联控制单元，主控车可向从控车传输司机操作命令、故障诊断信息、语音数字信息等，从控车也可向主控车反馈从控车状态信息、故障诊断信息、语音数字信息等，重联控制单元能够接收无线通信单元的cqi和snr等参数，并能协调和同步设置信道参数，优化无线通信质量，mesh组网通信单元是建立自组网的核心模块，如图3所示，每台车设2个通信单元，建立好的自组网无严格的控制中心，单个无线通信单元故障后，该节点自动退出，不影响整列车无线通信网络，每个通信单元兼有路由器和主机两种功能，支持数据转发，重联控制单元采集到该信号后，通知位于同一机车车辆内默认的1个或多个通信单元并将其自动配置为逻辑主无线通信单元，未收到该信号的主控车的另1个通信单元和从控车的无线通信单元均被自动配置为逻辑从无线通信单元，依据编组机车车辆数量、传输数据带宽等应用需求，将可用频段划分为合适带宽的多个独立信道，mesh组网通信单元配置成功后，通过扫频选择干净的信道进行自组网的建立，组网时优先选用默认信道，如检测到该默认信道已经被确认好的无线重联组网所占用，或者该默认信道的信号不佳，无法承载业务，则启用自动跳频
功能，选用下一信道，mesh组网通信单元信道选定后，将自动发送同步信息(包含选用的信道、主控车机车号、从控车机车号等)，以便该自组网其他节点收到后及时接入，逻辑从通信单元配置完成后便直接作为接入节点，采用轮询方式收集不同信道的同步信息当收到的同步信息包含主控车机车号或从控车机车号时，确认该同步信号适配自己，按同步信息配置自身的使用信道，建立与逻辑主无线通信单元的无线连接通道当所有从无线通信单元均与逻辑主无线通信单元的无线连接通道建立完成后，该自组网建立完成，mesh组网通信单元的通信信道被干扰或因其他因素导致某节点与自组网通信中断时，原来需通过该节点传输的数据将通过相邻节点进行转发，该通信中断的节点也会不断尝试搜索，直至重新接入网络。
26.请参阅图2所示，进一步的，以4台机车为例(n1、n2、n3以及n4)，建立了6条双向通信通道，利用mesh组网的“多跳”性，任2条通道断开，不影响列车级通信，图示的n2,n3在列车级网络中，即是一个通信节点，也相当于一个中继，保证了无线通信的距离和信号质量。
27.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，包括控制终端、重联控制单元、交换机、显示屏、天线以及mesh组网通信单元，所述控制终端与重联控制单元相连接，所述重联控制单元连接机车控制系统，其中主控车重联控制单元将从机车控制系统获取操作指令，从控车重联控制单元将收到的指令传送给从控车控制系统，从而实现主控车与从控车的同步控制和相关运行状态的实时显示，所述重联控制单元通过交换机、显示屏与mesh组网通信单元相连接，重联控制单元通过交换机接收mesh组网通信单元的机车车辆编组信息，选择所需的机车车辆，完成编组确认，所述mesh组网通信单元用于监测临近的机车车辆无线通信单元信息并提供给重联控制单元进行编组决策，依据应用需求，将可用频段划分为合适带宽的多个独立信道，无线通信单元实时监测cqi和snr，一旦判断出性能恶化，立即进行跳频。2.根据权利要求1所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述mesh组网通信单元初始化各mesh组网通信模块后，逻辑主重联控制单元发送同步信息，逻辑从重联控制单元收到适配的同步信息后完成自己的信道设置，并与逻辑主重联控制单元建立无线通信链路，最终完成机车mesh组网建立。3.根据权利要求2所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述mesh组网通信单元组网建立完成后，系统通过显示器提示司机再次核对相应机车，并确认是否进行编组，司机通过显示器界面相应的按键可以进入无线重联主界面，在无线重联主界面具备“编组解编”界面。通过“编组解编”界面的按键可进行机车连接与断开操作。4.根据权利要求1所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述控制终端通过重联控制单元，主控车可向从控车传输司机操作命令、故障诊断信息、语音数字信息等，从控车也可向主控车反馈从控车状态信息、故障诊断信息、语音数字信息等。5.根据权利要求1所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述重联控制单元能够接收无线通信单元的cqi和snr等参数，并能协调和同步设置信道参数，优化无线通信质量。6.根据权利要求1所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述mesh组网通信单元是建立自组网的核心模块，每台车设两个通信单元，建立好的自组网无严格的控制中心，单个无线通信单元故障后，该节点自动退出，不影响整列车无线通信网络，每个通信单元兼有路由器和主机两种功能，支持数据转发。7.根据权利要求1所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述重联控制单元采集到该信号后，通知位于同一机车车辆内默认的一个或多个通信单元并将其自动配置为逻辑主无线通信单元，未收到该信号的主控车的另一个通信单元和从控车的无线通信单元均被自动配置为逻辑从无线通信单元，依据编组机车车辆数量、传输数据带宽等应用需求，将可用频段划分为合适带宽的多个独立信道。8.根据权利要求1所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述mesh组网通信单元配置成功后，通过扫频选择干净的信道进行自组网的建立，组网时优先选用默认信道，如检测到该默认信道已经被确认好的无线重联组网所占用，或者该默认信道的信号不佳，无法承载业务，则启用自动跳频功能，选用下一信道。9.根据权利要求1所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述mesh组网通信单元信道选定后，将自动发送同步信息，以便该自组网其他节点收到后及
时接入，逻辑从通信单元配置完成后便直接作为接入节点，采用轮询方式收集不同信道的同步信息当收到的同步信息包含主控车机车号或从控车机车号时，确认该同步信号适配自己，按同步信息配置自身的使用信道，建立与逻辑主无线通信单元的无线连接通道当所有从无线通信单元均与逻辑主无线通信单元的无线连接通道建立完成后，该自组网建立完成。10.根据权利要求1所述的一种基于mesh组网模式的无线重联控制系统，其特征在于，所述mesh组网通信单元的通信信道被干扰或因其他因素导致某节点与自组网通信中断时，原来需通过该节点传输的数据将通过相邻节点进行转发，该通信中断的节点也会不断尝试搜索，直至重新接入网络。

技术总结
本发明涉及铁路运输技术领域，公开了一种基于MESH组网模式的无线重联控制系统，包括控制终端、重联控制单元、交换机、显示屏、天线以及MESH组网通信单元，基于MESH组网的无线重联控制系统，可以直接应用于需要增加无线重联功能的在段运用机车，无需通过地面基站就可很好的完成多台机车的无线同步控制，MESH组网技术具有“自感知”、“自决策”、“自愈合”等特点，能够减小通信中断几率，或者中断后自动恢复，提高通信网络的可用性，应用此类技术，可有效降低机车加装无线重联系统的成本和改造费用，提高无线重联系统的冗余性和可靠性。无线重联系统的冗余性和可靠性。无线重联系统的冗余性和可靠性。


技术研发人员：侯强 张彦民 余丹 江山 陈宇阳 刘卓洋 陶红杰 周天翔 王莹 姚国旗
受保护的技术使用者：中车大连机车车辆有限公司
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2023/1/13