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EP1118185B1 - Kommunikationssystem für den funk-fahrbetrieb - Google Patents

Kommunikationssystem für den funk-fahrbetrieb Download PDF

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Publication number
EP1118185B1
EP1118185B1 EP99959193A EP99959193A EP1118185B1 EP 1118185 B1 EP1118185 B1 EP 1118185B1 EP 99959193 A EP99959193 A EP 99959193A EP 99959193 A EP99959193 A EP 99959193A EP 1118185 B1 EP1118185 B1 EP 1118185B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radio
route
communication system
gateway computer
vehicle
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99959193A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1118185A2 (de
Inventor
Holm HOFESTÄDT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1118185A2 publication Critical patent/EP1118185A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1118185B1 publication Critical patent/EP1118185B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/125—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves using short-range radio transmission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L11/00—Operation of points from the vehicle or by the passage of the vehicle
    • B61L11/08—Operation of points from the vehicle or by the passage of the vehicle using electrical or magnetic interaction between vehicle and track
    • B61L2011/086—German radio based operations, called "Funkfahrbetrieb" [FFB]

Definitions

  • the invention relates to a communication system for radio operation according to the preamble of claim 1 and is applicable, for example, for rail services.
  • Control of rail operations is often done using punctiform or linear train control.
  • punctiform train control z. B. at stationary Route facilities Information from and to the passing vehicle Vehicles transmitted.
  • linear Train control is a quasi-constant transmission of information from the route to the vehicles and vice versa possible.
  • Information transmission has already been proposed to be carried out by radio (inter alia known as radio train interference - FZB).
  • the data to be transmitted provided by signal boxes or control centers, which also the complete control of the route facilities (level crossings, Turnouts, station facilities), taking the current Location of one or more trains as the most important Information is processed.
  • a communication device is known from DE 197 21 246, with which with only a single transmission channel both the data from decentralized control devices as well as the data of central services transmitted to a train can be. To do this, all this data is provided to a central gateway computer. This causes then the data transfer to the vehicle. By using it a central gateway computer assigned to the train it is possible to transmit all data in the multiplex, without the move of the train by changing into one new route area a new transmission route between train and central rail services got to.
  • This method enables the multiplexing of several logical ones Connections from a vehicle via a physical Radio channel to a landline gateway that the Connections to any endpoints within the fixed network can pass on.
  • the invention has for its object a communication system to create for the radio driving operation, which with simple Means reliable traffic through effective Communication paths with only one radio transmission channel between vehicles and possibly several track elements and the effort for system setup, system update and system maintenance minimized.
  • a particular advantage of the invention is that a only mobile device on the vehicle is sufficient to Communicate with multiple track elements simultaneously can by the radio connections for data transmission from the vehicles to the track elements in places, d. H. where there is a high density of track elements is present, not manufactured directly, but via one Gateway computers are conveyed. The price of this is that for communication with n route elements (n + 1) radio communications required are. Without multiplexing this requires n radio communications.
  • n route elements n + 1
  • the gateway functionality during radio operation double-track or multi-track routes consists of the Communication with level crossings generally via the gateway computer to convey. This is the only way that two or multiple trains communicate with the level crossing at the same time. Without a gateway computer, this would have to be done one after the other can lead to operational disabilities.
  • Another advantage of the method is that immediate stop instructions, from the radio control center if required be sent to the vehicles by radio, in areas with high track element density via the multiplex channel can be transmitted immediately. This also applies for high-priority data sent to all receiving entities of the multiplex channel can be sent by radio.
  • Figure 1 illustrates the mechanism using an example of a Section consisting of two switches W1, W2 and a level crossing BÜ.
  • a gateway computer FBS After the first connection request from vehicle F to one of these three track elements (e.g. to the level crossing level crossing) via a gateway computer FBS every additional connection request has been realized from the vehicle F to another route element W1, W2 via the same physical connection to the gateway computer FBS "multiplexed" and relayed from there to the desired one Track element W1 or W2 or level crossing.
  • connection to the route elements W1, W2 or BÜ can be optimized in this way. So would have to be without multiplexing the three communications carried out one after the other become. Multiplexing enables communication phases of the individual Communications take place largely overlapping in time.
  • multiplexing is via Gateway computer completely transparent; i.e. it is not visible the way the connection is conveyed.
  • the telegrams differ at the interface to the safe Do not use telegrams directly (without the detour via the gateway computer) to a route element become.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem für den Funk-Fahrbetrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ist anwendbar beispielsweise für Bahndienste.
Die Steuerung des Bahnbetriebs geschieht häufig unter Verwendung der punkt- oder linienförmigen Zugbeeinflussung. Bei der punktförmigen Zugbeeinflussung werden z. B. an ortsfesten Streckeneinrichtungen Informationen von und an die vorüberfahrenden Fahrzeuge übermittelt. Bei der moderneren linienförmigen Zugbeeinflussung ist eine quasi ständige Informationsübermittlung von der Strecke an die Fahrzeuge und umgekehrt möglich. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Informationsübermittlung per Funk vorzunehmen (u. a. bekannt als Funkzugbeeinflussung - FZB). Die zu übermittelnden Daten werden von Stellwerken oder Leitstellen bereitgestellt, die auch die gesamte Steuerung der Streckeneinrichtungen (Bahnübergänge, Weichen, Bahnhofseinrichtungen) übernehmen, wobei der augenblickliche Aufenthaltsort eines bzw. mehrerer Züge als wichtigste Information verarbeitet wird.
Bekannt ist hierfür aus der DE 197 21 246 eine Kommunikationseinrichtung, mit welcher mit nur einem einzigen Übertragungskanal sowohl die Daten von dezentralen Steuereinrichtungen als auch die Daten zentraler Dienste an einen Zug übermittelt werden können. Dazu ist vorgesehen, alle diese Daten einem zentralen Gatewayrechner zuzuführen. Dieser veranlasst dann die Datenübermittlung an das Fahrzeug. Durch die Verwendung eines zentralen Gatewayrechners, der dem Zug zugeordnet ist, ist es möglich, sämtliche Daten im Multiplex zu übertragen, ohne dass beim Vorrücken des Zuges durch Wechsel in einen neuen Streckenbereich eine neue Übertragungsstrecke zwischen dem Zug und den zentralen Bahndiensten aufgebaut werden muss.
Weiterhin wird für eine funkgestützte, linienförmige Zugbeeinflussung zur Vermeidung langer Kommunikationswege in der DE 198 32 594 ein optimiertes Kommunikationssystem beschrieben, welches neben den ortsfesten zentralen Diensten und den ortsfesten dezentralen Steuerstellen in dem Verkehrsnetz ein oder mehrere dezentrale Gatewayrechner aufweist. Die Kommunikation zwischen den mobilen Instanzen und den ortsfesten Instanzen wird über die Gatewayrechner realisiert, indem für die mobilen Instanzen, die mit den Gatewayrechnern kommunizieren, im Gatewayrechner und in den ortsfesten Instanzen je eine Stellvertreterinstanz und für die ortsfesten Instanzen, die mit den Gatewayrechnern kommunizieren, im Gatewayrechner direkt oder über mindestens einen Informationsserver indirekt Stellvertreterinstanzen eingerichtet werden. Über ein Updateverfahren zwischen den Stellvertreterinstanzen im Gatewayrechner und den ortsfesten Instanzen direkt oder zwischen Gatewayrechner und Informationsserver werden die Stellvertreterinformationen im Gatewayrechner und in den ortsfesten Instanzen aktualisiert.
Dieses Verfahren ermöglicht das Multiplexen mehrerer logischer Verbindungen von einem Fahrzeug über einen physikalischen Funkkanal zu einem festnetzseitigen Gateway, das die Verbindungen zu beliebigen Endpunkten innerhalb des Festnetzes weitervermitteln kann.
Funkgestützte Systeme zur linienförmigen Zugbeeinflussung erfordern wegen ihrer zentralen Einrichtungen indessen einen hohen technischen, insbesondere rechentechnischen Aufwand.
Es ist deshalb unter dem Begriff "Funk-Fahrbetrieb (FFB)" ein weiteres Betriebsverfahren entwickelt worden, welches die Funktionen "Fahrwegeinstellung" und "Fahrwegsicherung" auf dem Fahrzeug, und nicht wie bisher zentralisiert im Streckennetz, realisiert. Der Befehl zur Betätigung einer Streckeneinrichtung (Weiche, Bahnübergang etc.) erfolgt hierbei per Funk durch das Fahrzeug selbst. Eine Verbindung zu zentralen Einrichtungen erfolgt höchstens noch hinsichtlich zentraler Dispositionsaufgaben (Fahrwegzuteilung, Fahrplanüberwachung, Notinformationen u. ä.). Ein Problem stellt dabei die beschränkte Ressource an Funkkanälen vom Fahrzeug zur Strecke und die zugehörigen langen Verbindungsaufbauzeiten (20-25 sec. inklusive Aufbau der Sicherungsschicht) dar. Abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Dichte von Fahrwegelementen, die das Fahrzeug einstellen und sichern muss, müssen mehrere Funkkommunikationen gleichzeitig vom Fahrzeug durchgeführt werden. Der vorgesehene Funkstandard für Bahn-Anwendungen stellt pro Endgerät nur einen Funkanal für die Datenkommunikation zur Verfügung. Selbst wenn zwei mobile Funk-Endgeräte auf dem Fahrzeug verwendet werden, kann es zu Engpässen kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikationssystem für den Funk-Fahrbetrieb zu schaffen, welches mit einfachen Mitteln einen zuverlässigen Datenverkehr über effektive Kommunikationswege mit nur einem Funkübertragungskanal zwischen Fahrzeugen und ggf. mehreren Fahrwegelementen ermöglicht und den Aufwand für die Systemeinrichtung, Systemaktualisierung und Systemwartung minimiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein einziges mobiles Endgerät auf dem Fahrzeug ausreicht, um gleichzeitig mit mehreren Fahrwegelementen kommunizieren zu können, indem die funktechnischen Verbindungen zur Datenübertragung von den Fahrzeugen zu den Fahrwegelementen stellenweise, d. h. dort, wo eine hohe Dichte von Fahrwegelementen vorhanden ist, nicht direkt hergestellt, sondern über einen Gatewayrechner vermittelt werden. Der Preis hierfür ist, dass für die Kommunikation mit n Fahrwegelementen (n+1) Funkkommunikationen erforderlich sind. Ohne Multiplexing sind hierfür n Funkkommunikationen erforderlich. Eine weitere Anwendung der Gateway-Funktionalität beim Funkfahrbetrieb auf zweigleisigen oder mehrgleisigen Strecken besteht darin, die Kommunikation mit Bahnübergängen generell über den Gatewayrechner zu vermitteln. Nur so ist es möglich, dass zwei oder mehrere Züge gleichzeitig mit dem Bahnübergang kommunizieren. Ohne Gatewayrechner müsste dies nacheinander erfolgen und kann zu betrieblichen Behinderungen führen.
Die Kommunikationscharakteristik des Funkfahrbetriebs mit schnell wechselnden, kurzen Kommunikationen ist völlig verschieden von der der Funkzugbeeinflussung. Letztere ist dadurch geprägt, dass jeder Zug eine permanente Verbindung zu einer Zentrale besitzt. Das Kommunikationsmuster ist also quasi statisch. Hierfür ist die verbindungsorientierte Kommunikation der Funkzugbeeinflussung ideal geeignet, die vergleichsweise langen Verbindungsaufbauzeiten fallen nicht ins Gewicht. Dies gilt für den Funkfahrbetrieb nicht. Mit der vorliegenden Erfindung ist nun ein Weg geschaffen worden, mittels Teilelementen, wie sie - in anderer Funktionsweise - auf die Funkzugbeeinflussung verwendet werden, zu einer individuellen Datenübertragung zwischen den Zügen und den orstfesten Stellelementen auf Streckenabschnitten mit hoher Dichte von Fahrwegelementen zu kommen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass Soforthaltanweisungen, die bei Bedarf von der Funkfahrbetriebzentrale per Funk an die Fahrzeuge geschickt werden, in Bereichen mit hoher Fahrwegelementdichte über den Multiplex-Kanal sofort übermittelt werden können. Dies gilt ebenfalls für hochpriore Daten, die an alle empfangsseitigen Instanzen des Multiplexkanals per Funk geschickt werden.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von einem zumindest teilweise in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Es zeigt:
Figur 1
eine Variante einer Multiplexverbindung vom Fahrzeug zu einem Gatewayrechner und die Weitervermittlung zu Fahrwegelementen.
Figur 1 veranschaulicht den Mechanismus an einem Beispiel eines Streckenabschnitts, bestehend aus zwei Weichen W1, W2 und einem Bahnübergang BÜ. Nachdem die erste Verbindungsanforderung vom Fahrzeug F zu einem dieser drei Fahrwegelemente (z. B. zum Bahnübergang BÜ) über einen Gatewayrechner FBS realisiert wurde, wird jede weitere Verbindungsanforderung vom Fahrzeug F an ein anderes Fahrwegelement W1, W2 über dieselbe physikalische Verbindung an den Gatewayrechner FBS "gemultiplext" und von dort weitervermittelt an das gewünschte Fahrwegelement W1 oder W2 oder BÜ.
Der Verbindungsaufbau zu den Fahrwegelementen W1, W2 oder BÜ kann auf diese Weise optimiert werden. So müssten ohne Multiplexing die drei Kommunikationen nacheinander durchgeführt werden. Mit Multiplexing können Kommunikationsphasen der einzelnen Kommunikationen weitgehend zeitlich überlappend stattfinden.
Jede Kommunikation besteht aus den drei folgenden Zeitanteilen:
  • a) vermittlungstechnischer Kommunikationsaufbau, T(GSM) ca. 10 sec mtm oder ca. 5 sec moc, mtc
  • b) Aufbau der Sicherungsschicht, T(Sicherung): ca. 15 sec
  • c) Datenübertragung, T(Übertragung): ca. 2 sec.
    • Hierbei bedeuten:
    mtm:
    mobile to mobile call (von einem Mobile zu einem anderen)
    moc:
    mobile originated call (vom Mobile ins ISDN-Festnetz)
    mtc:
    mobile terminated call (vom ISDN-Festnetz zum Mobile)
    Die gesamte Kommunikationsdauer beträgt also:
  • Ohne Gatewayrechner und Multiplexing: 3 (T(GSM, mtm) +T (Sicherung) + T(Übertragung)) = ca. 81 sec
  • Mit Gatewayrechner und Multiplexing: T(GSM zum Gateway, moc) + T(GSM zum BÜ, mtc) + T(Sicherung BÜ) + T(Übertragung zum BÜ) = ca. 27 sec
    • Für die Funk-Fahrbetrieb-Anwendung ist das Multiplexen via Gatewayrechner völlig transparent; d.h. es ist nicht sichtbar, über welchen Weg die Verbindung vermittelt wird. Die Telegramme unterscheiden sich an der Schnittstelle zur sicheren Anwendung nicht von Telegrammen, die direkt (ohne den Umweg über den Gatewayrechner) an ein Fahrwegelement vermittelt werden.
    Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

    Claims (4)

    1. Kommunikationssystem für den Funk-Fahrbetrieb zur funktechnischen Übermittlung von Daten zwischen Fahrzeugen (F) und Fahrwegelementen (W1, W2, BÜ) eines Streckennetzes,
      dadurch gekennzeichnet, dass im Streckennetz für die Vermittlung einer funktechnischen Verbindung zwischen den Fahrzeugen (F) und den Fahrwegelementen (W1, W2, BÜ) ein Gatewayrechner (FBS) vorgesehen ist und dass zur funktechnischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug (F) und dem Gatewayrechner (FBS) ein Multiplex-Kanal vorhanden ist.
    2. Kommunikationssystem für den Funk-Fahrbetrieb nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuge und die Fahrwegelemente (W1, W2, BÜ) mit Funkendgeräten, letztere stattdessen aber auch mit leitungsgebundenen Kommunikationsendgeräten ausgestattet sind.
    3. Kommunikationssystem für den Funk-Fahrbetrieb nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuge (F) Züge und die Fahrwegelemente (W1, W2, BÜ) Weichen (W1, W2), Gleissperren, Schlüsselsperren, Blockoder Bahnübergänge (BÜ) sind.
    4. Kommunikationssystem für den Funk-Fahrbetrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Gatewayrechner (FBS) für eine bedarfsweise gleichzeitige Kommunikation mehrerer Züge (F) mit einem Fahrwegelement (W1, W2, BÜ) ausgestattet ist.
    EP99959193A 1998-10-07 1999-09-30 Kommunikationssystem für den funk-fahrbetrieb Expired - Lifetime EP1118185B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19847292 1998-10-07
    DE19847292A DE19847292A1 (de) 1998-10-07 1998-10-07 Kommunikationssystem für den Funk-Fahrbetrieb
    PCT/DE1999/003239 WO2000021243A2 (de) 1998-10-07 1999-09-30 Kommunikationssystem für den funk-fahrbetrieb

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1118185A2 EP1118185A2 (de) 2001-07-25
    EP1118185B1 true EP1118185B1 (de) 2004-11-17

    Family

    ID=7884403

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP99959193A Expired - Lifetime EP1118185B1 (de) 1998-10-07 1999-09-30 Kommunikationssystem für den funk-fahrbetrieb

    Country Status (4)

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    EP (1) EP1118185B1 (de)
    AT (1) ATE282916T1 (de)
    DE (2) DE19847292A1 (de)
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