JPS5820048A - デ−タ伝送ネツトワ−ク方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はディジタル伝送ネットワーク方式に係り特に実
時間の制御が必要な種々雑多な機器群を接続するに好適
なデータ伝送ネットワーク方式に関する。

種々の機器を数多く集合して制御するシステムとして鉄
道車両、船舶、航空機等の運輸機器や原子力、化学、鉄
鋼等のプラントあるいはエレベータ−１防災機器からな
るビルシステム等が掲げられる。

従来この様なシステムにおいて機器間を接続する手段と
して多芯ケーブルや同軸ケーブル等が用いられて来たが
、各システムは機能向上の為年々複雑化しており、単な
るケーブルの増設だけに依−る増加信号への対応はコス
ト、重量、布設スペース、改造等の制約から困難になり
つつある。

さて、配線数を極力少なく且多くの信号を伝達する方法
としてディジタル多重通信ネットワークの技術が近年発
達してきた。

しかしこれまでに実用化されたディジタル多重通信ネッ
ト“ワークはその多くが伝送時間のトラフィックによる
変動が犬き°〈実時間で信号を交換して動作する機器の
制御には適していない。

一方、伝送時間の変動が最も少ないパケット交換方式は
電話交換や多目的通信に用いられているが、他の従来の
ディジタル多重伝送ネットワークと同様に、伝送ステー
ションだけでなくネットワークを利用する周辺の機器に
もインテリジェンスが必要ぐあり高価で且、多くのスペ
ースを必要とする欠点があった。

本発明の目的は、従来のディジタル多重伝送ネットワー
クの欠点をなくし種々雑多な機器群が多目的に信号を交
換しながら実時間制御を行なうシステムにおいて、非イ
ンテリジェットな機器の信号を含めて容易にディジタル
多重伝送を実現することである。

その為本発明ではデータ伝送ステーションをループ状に
接続し、一定の長さのメツセージを次々と継送してルー
プ上を周回させ、伝送ステーションはメツセージを受信
する度に周辺機器からの発信信号に相当するメツセージ
部分を更新して新しいメツセージとして送信するもので
ある。

ここでは鉄道列車を例に本発明の詳細な説明を行なう。

第１図は従来の列車内の信号配線方法を示す図である。

第１図において１は架線、２はレール、３はパンタグラ
フ、４は車体、５は運転台、６は各種の機器一般、７は
引き通し線を示す。

従来、列車内の制御信号はその大部分が運転台５から発
せられ夫々専用の引き通し線を通じて各機器６に分配さ
れていた。

ま友、列車は一般に第２図の例の様に２〜４両を一つの
走行機能単位とするユニット９を連結して編成され、ユ
ニット内配線８が引き通し、１！７とは別に設けられて
いる。

車両内配線の重量、スペース、布敷コスト等は車両制御
の高度化と共に年々増大しており車体間を渡る線の数は
３００本以上になっている。

今後各機器の状態監視を含むインテリジェットな列車運
転を行なうためには更に数百以上の信号交換が必要と見
込まれるのでこれらを第１．２図の様な従来の配線で行
なうことは非常に困難である。

又、列車上の信号は個別配線の場合、極めて短時間に伝
達されるので従来は運転制御を初め各機器の制御方式が
信号遅延時間を無視して設計されているのは当然である
。

従って上述の様な数多くの信号を多重化して伝送する場
合、信号の遅延時間及びその変動が太きいと円滑な列車
運転制御を行なうことはできない。

又、車上の信号の交換対は運転台からの指令の様に一つ
の信号を多くの機器が受信する１対Ｎ形から１対Ｉ形ま
で各種のものがあるので車上信号の多重伝送においては
任意の伝送ステーションが任意の信号を受信できる回報
通信が必要となる。

第３図に本発明を実施し次列車上の信号伝送系の全体構
成の１例を示す。

第３図において１０は本発明になる伝送ステーション、
１１は直列伝送路である。１２はメツセージの伝送方向
を示す矢印である。

第４図は本発明になる伝送方式の説明・図である。

第４図において１３〜２０は伝送ステーション、２１〜
２６は伝送ステーション内の処理内容であって、２１は
受信、２２はデータ書き替え、２３は送信、２４は受信
内容の周辺機器へのダンプ、２５は周辺機器からの新出
データの受付、２６は、次の受信に備えるプリセットで
ある。第４図ａ）は第３図の伝送ステーションと伝送路
だけを抜き出して示している。第４図ｂ】は、各伝送ス
テーションの処理の推移を時間的に示している。

次に第５図に本発明になるメツセージのフレーム構成の
１例を示す。つまり、第４図ｂ）における受信時間２１
、送信時間２３は、第５図に示すデータの送受信が行わ
れる。゛第５図において２７はスタートフラグ、２８は
エンドフラグ、２９〜３６はそれぞれ伝送ステーション
１３〜２０に割当てた発信データ部、３７は誤り検出用
のフレームチェックコードである。

以下に第３〜第５図により本発明の説明を行なう。

今、仮に゛伝送ステーション１３が先頭車の運転台に属
し、これにデータ部２９が割当てられたものとする。伝
送ステーション１３は列車・電源起動後、一定の時間メ
ツセージ受信のないことを監視した後第５図に示すよう
なフレーム構成のメツセージを伝送路に送り出す。

その際データ部２９に先頭車内の機器が発信し　”た信
号のパターンを書き込んでおき、その他のデータ部は空
白としておく。

伝送ステーショｙ１４ｉＪ：ｉ送ステーション１３の送
信開始に伴ない受信を開始し、受信完了後、自車両内機
器の発信信号をデータ部３０に記入し、他のデータ部は
そのままとして次の伝送ステーション１５に送信するり 同様の動作を各伝送ステーションが次々と繰り返し実行
することにより、起動時に伝送ステーション１３を発し
たメツセージはその内容を列車上の各機器の発生する信
号の変化に合せて次々と更新しながら伝送路上を継続的
に周回することができる。

第４図ｂ）に示す様に一つの伝送ステーション内での伝
送遅延は受信動作２１とデータ書き替え２２で生ずるだ
けであり、その他の必要な動作２３〜２６はメツセージ
が次々に周回してくるまでの空き時間に行なわれるため
、メツセージの周回時間は短く、シかも常に一定である
。

又、列車を構成する機器は多くの専門製造業者がそれぞ
れ分散して製造しているため、信号多重化を行なった場
合に伝送路を利用する手続きが簡明であることは、誤り
の防止や機器側の負担増加の抑制の為重要であるが、本
発明になる第５図のメツセージフレーム構成は機器の信
号とメツセージ中のビットを１対１に対応させることが
でき極めて簡明である。

次に第６図に本発明になる伝送ステーションの構成例を
示す。第６図において３８は受信端子、３９は送信端子
、４０．４５．４７は通信制御部、４１と４８はダイレ
クトメモリアクセス（以下ＤＭＡと略〕コントローラ、
４２と４９はバッファメモリ、４３と５０はマイクロプ
ロセッサ、４４と５１′はプログラムメモリー、４６と
５３はバス、５２は入出力制御部、５４〜５６は入力バ
ッファ、５７〜５９は出力バッファである。

以上において、図の上半分が伝送制御部１００を構成し
、下半分が周辺入出力部２００を構成している。まず、
伝送制御部１００から説明する。

この部分のフローを第８図に示している。

隣接の伝送ステーションからメツセージ送信が開始され
ると通信制御部４０はスタートフラグ２７を検出してＤ
ＭＡコントローラ４１に起動をかけ、これを受けてＤＭ
Ａコントローラ４１はマイクロプロセッサ４３を停止さ
せ通信制御部４０から出力される受信メツセージの内容
をバックアメモリ４２に直接書き込む。

メツセージ長さは各伝送ステーションに割当て苑ビット
数で決まる一定の値であるからＤＭＡコントローラ４１
に第４図ｂ）に示したプリセット処理において転送語数
をマイクロプロセッサ４３からあらかじめプリセットし
ておくとメツセージ全部の受信終了と同時にバス４６の
制御権がＤＭＡコントローラ４１からマイクロプロセッ
サ４３に帰される。

通信制御部４０では受信データの誤りの有無をフレーム
チェックコードによりチェックしその結果を内部のレジ
スタに記入しておきマイクロプロセッサ４３はこのレジ
スタの内容を読み出して受信データが有効であればまず
バッファメモリ４２内に書き込まれた受信データのうち
当該伝送ステーションに割当てられたデータ部をバック
アメモリ４２の別の場所に転送し、続いてこのデータ部
の内容を更新しＤＭＡコントローラ４１と通信制御部４
０をプリセットし通信制御部４０を起動する。通信制御
部４０はＤＭＡコントローラ４１を起動し更新されたバ
ッファメモリ４２内のメツセージを全て送信する。

送信終了後、マイクロプロセッサ４３はＤＭＡコントロ
ーラ４１と通信制御部４５を用いて周辺入出力部２００
のバッファメモリ４９にバッファメモリ４２の内容を転
送する。

次に、周辺入出力部２００につき説明する。

マイクロプロセッサ５０はバッファメモリ４９の内容を
読み出し、前回送出して一巡したデータの合否をチェッ
クした後、他の車両から送信され当該車両内機器に配分
すべきデータを選択して入出力制御部５２と出力バッフ
ァ群５７〜５９により出力する。すなわち、ダンプを行
う。

次に入力バッファ５４〜５６と入出力制御部５２を通し
て当該車両内機器の出力信号を取り入れ、伝送制御部１
００側へ転送する。

以上の様に本伝送ステーション構成及び伝送処理手順に
よれば伝送制御と周辺入出力制御を２つのプロセッサに
分けて行なわせることにより送受信処理が極めて簡潔且
一定時間で行なわれしかも、各伝送ステーション仲メツ
セージ中の任意のデータを他の伝送ステーションに影響
を与えることなく受信することができ先に述べた同報通
信機能を満すことができる。

又、第６図の各構成部分は大むねＩＣ１個〜数個づつで
実現できるため、伝送ステーションの寸法、消費電力共
に小さく、列車内の限られたスペースに充分収納可能で
ある。

次に伝送性能の一例を示す。

データ部の全長を５１２ビツト、スタート及びエンドフ
ラグを夫々８ビツト、チェックコードを１６ビツトとし
、直列伝送路上への伝送速度を２Ｍビット／秒、データ
會き替え処理時間全５０フ４２０秒とすると１伝送ステ
ーション当りの遅延時間は約０．３２ミｌＪ秒である。

従って仮に８両編成の列車の各車に１台ずつこの伝送ス
テーションを搭載した場合、ある伝送ステーションの下
で発生した情報が最も遠い、即ち伝送路の上手隣の伝送
ステーションに到達する最短遅延時間は０．３２Ｘ７＝
２．２４　　（ミリ秒）である。

一方最長遅延時間は情報発生直前にその伝送ステーショ
ンをメツセージが通過した場合でありメツセージがルー
プ伝送路上を一周するまで待つことになるので、最長遅
延時間はｏ、３２ｘ　（７＋８）＝４ｓ（ミリ秒）とな
る。

即ち、信号伝送時間の変動は３．５２（ミＩＪ秒）±１
．２８Ｃミリ秒】となる。

実際に列車の各機器に用いられている信号変換素子は大
部分が継電器、電磁弁でありその応答時間は１０〜５０
ミリ秒のものが多い。

従って本発明になる車両用伝送ネットワークは従来の引
き通し配線では実現困難な５１２点の信号伝送を行なっ
ても充分実用できる性能番有しており車両内機器状態の
モニタリング情報等の追加を行う余地もある。即ち、Ｏ
Ｎ、ＯＦＦの信号（１ビツト）で十分な機器が多く、シ
かも、１つの信号を並列的に受取るべき機器も多いので
、通常この程度で十分である。

ところで、旅客列車の場合最大１６両編成程度のものが
あり仮に前後端の先頭車に各２台、中間車に各１台、そ
の外にも、外部からの自動試験用に２台を配置すると２
０台が必要となるが伝送遅延時間は伝送ステーション数
に比例するので上述の実施例の性能では不充分になる可
能性がある。

この問題を解決するにはデータ部を分割して同じ長さの
メツセージを複数個作ればよく伝送ステーションのハー
ドウェア変更の必要はないしすなわち、メツセージのフ
レーム構成は第７図に示す様にスタートフラグ２７の後
にメツセージ番号６０を設け、ループ伝送路上に間隔を
置いて、複数組のメツセージを周回させるのである。

メツセージを発行する伝送ステーションは、発行順にメ
ツセージ番号６０ｆ：つけ最初のメツセージがループ伝
送路上を一周して来る前に全てのメツセージの発行を終
了すればよい。

１つのメッセージ長を短くすることにより１伝送ステー
シヨン内の遅延時間のうち受信に要する時間が短くなる
ためメツセージのループ上の周回速度を早くすることが
できる。第６図の実施例の伝送ステーションの場合メツ
セージ番号６０の判断をマイクロプロセッサ５０が行な
うことにより１ マイクロプロセッサ４３の処理時間如メツセージ番号処
理が加わることはない。

次にメツセージの発行権について述べる。

上述の実施例では最初にメツセージを発行する伝送ステ
ーションヲ１゛うに固定しているが、万一この伝送ステ
ーションが故障して最初のメツセージの発行ができなく
なった場合伝送ネットワーク全体が機能しなくなる。

そこで本発明では他の伝送ステーションにも夫夫具なる
所定の時間以上メツセージ受信が無くなったことをチェ
ックするプログラムを設けてメツセージ発行権を引きつ
ぐことができるようにした。

この機能により、仮に運転台の伝送ステーションが故障
しても客室における照明、空調、放送等のサービス続行
が可能であり信頼性が向上する。

このほか第６図の実施例のデータ伝送ステーションでは
同じ車両内の機器の情報処理サービスをマイクロプロセ
ッサ５０により行なうことができる。

従って本発明になるデータ伝送ネットワークは車両自情
報処理方式の開発進行に伴なってインテリジェット処理
の範囲を拡大し伝送路上へ乗せる情報量を減少させつつ
リアルタイム伝送やインテリジェット化されていない機
器への信号伝送サービスも併せて行なうことができる特
長を有している。

以上述べた様に本発明は列車用データ伝送ネットワーク
として、１）伝送速度、２）経済性、３）寸法・重量、
４）同報通信、５）信頼性、６）拡張性の点ですぐれた
方式である。

また各伝送ステーシミ／ハードウェアが全く同じである
ため保守の容易さとそのコストが低いという利点も有し
ている。

なお説明の初めに述べた様に本発明になるデータ伝送ネ
ットワークは列車用の他、各種運輸機器プラント、ピル
システム等においても有用であることは言うまでもない
。

なおここで説明したループ伝送路は伝送路が１本のもの
であるが、本発明は伝送路が２本以上の多重ループ伝送
ネットワークにおいても有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は従来の車上ネットワーク構成例、第３
図は本発明の１実施例の車上ネットワーク構成図、第４
図は本発明の１実施例の機能説明図、第５図はメツセー
ジの構成例、第６図は本発明の１実施′例における伝送
ステーションの具体的構成図、第７図は本発明による他
のメツセージの構成例、第８図は、伝送制御部における
処理手順のうち伝送遅延時間に寄与する受信処理開始か
ら送信処理開始までのフロー図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の伝送ステーション間を伝送路°でループ状に
   接続したデータ伝送ネットワークにおいて、上記伝送ス
   テーションは、ステーション周辺の機器との間でデータ
   の交信を行う周辺入出力部と、上記伝送路から受信した
   メツセージ中の予め当該ステーションに割当てられた部
   分を上記周辺入出力部からの転送データに基づいて更新
   してメツセージを再構成し上記伝送路へ送出する伝送制
   御部とを備えて成るデータ伝送ネットワーク方式。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記伝送ステーシ
   ョンの特定のひとつは、伝送ネットワークの起動時に最
   初のメツセージを送出するように構成して成るデータ伝
   送ネットワーク方式。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記複数の伝送ス
   テーションは、夫々互いに異なる時間の間、伝送路から
   のメツセージを受信しないとき伝送路へメツセージを送
   出するように構成して成るデータ伝送ネットワーク方式
   。 ４、特許請求の範囲第１項において、上記伝送ステーシ
   ョンのうち少くともひとつは、上記伝送路へメツセニジ
   を送出した後、このメツセージがネットワーク上を一周
   して再受信される前に、他のメツセージを上記伝送路へ
   送出するように構成して成るデータ伝送ネットワーク方
   式。 ５、特許請求の範囲第１項において、上記伝送制御部は
   、通信制御部、マイクロプロセッサ部、ＤＭＡコントロ
   ーラ部およびバッファメモリ一部とを備え、上記ＤＭＡ
   コントローラ部は、上記通信制御部によるメツセージ受
   信開始後に起動されて受信メツセージを上記？（ソファ
   メモリ一部へ直接転送し、上記マイクロプロセッサ部は
   、受信終了後バッファメモリ一部の所定の記憶内容を更
   新したのち、上記通信制御部と上記ＤＭＡコントローラ
   部を起動して上記バックアメモリ一部の記憶内容を上記
   伝送路へ送出することを特徴とするデータ伝送ネットワ
   ーク方式。 ６、特許請求の範囲第１項において、上記周辺入出力部
   は、当＃伝送ステーションに属する周辺機器の制御に必
   要な処理手段を備えて成るデータ伝送ネットワーク方式
   。