Способ функционирования повторителя сообщений

(51) 04 7/14 (2011.01) 61 3/00 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Описан способ функционирования повторителя системы распределенного управления тягой поезда. Способ включает (а) мониторинг всего радиотрафика на канале радиосвязи, используемом повторителем для передачи команд системы распределенной тяги между множеством передатчиков и приемников, расположенных на множестве поездов для управления поездами с распределенной тягойопределение уровня нагрузки канала связи (с) сравнение нагрузки канала с предопределенным пределомесли нагрузка канала меньше предопределенного предела, передачу сообщений по каналу радиосвязи на первом уровне активности и (е) если нагрузка канала превышает предопределенный предел,передачу сообщений по каналу радиосвязи на втором уровне активности меньшем, чем первый уровень активности.(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна Тагбергенова Алма Таишевна Касабекова Найля Ертисовна(54) СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОВТОРИТЕЛЯ СООБЩЕНИЙ Изобретение относится, в общем, к поездам и другим рельсовым транспортным средствам и в частности к системам и способам радиосвязи с железнодорожным транспортом. Как известно, для дистанционного управления торможением, дросселем и другими функциями поезда используют систему распределенного управления тягой для локомотивов (далее распределенная тяга или система РТ или просто РТ),в которой действиями одного или более удаленных локомотивов(или группой локомотивов,формирующих удаленный локомотив) дистанционно управляют из ведущего локомотива поезда или внешнего участка, такого как контрольно-диспетчерский пункт, посредством систем радиосвязи или проводной связи. Одна из таких основанных на радиосвязи систем РТ известна под товарным знакоми описана в патенте 4,582,280 (далее патент 280). Такие системы часто используют повторители радиосигнала, чтобы помочь ведущим единицам техники в режиме распределенной тяги связываться и управлять удаленными единицами техники поезда. Например, повторители могут использоваться на холмистой местности, в туннелях или других географических условиях, где имеют место потери сигнала между ведущей и удаленными единицами техники. Эти повторители добавляют дополнительный радио-трафик к каналу связи. В местах с интенсивным радио-трафиком,таких как сортировочные станции, работа повторителя может вызвать пресыщение уже максимально перегруженного канала и мешать поездам связываться или управлять удаленными единицами техники. Перегрузка радио-трафика может быть исключена полным отказом от использования повторителей однако это неэффективное решение,потому что оно отрицает саму необходимость наличия повторителей в любом месте. Настоящее изобретение направлено на устранение указанных и других недостатков, при этом оно относится к способу анализа трафика сообщений и регулирования режима работы повторителей сигналов или сообщений для снижения перегрузок на радиоканале. Согласно одному аспекту изобретение относится к способу функционирования повторителя сигналов системы распределенного управления тягой для железнодорожного транспорта. Способ включает(а) мониторинг всего радио-трафика на канале радиосвязи, используемом повторителем для передачи команд системы распределенной тяги между множеством передатчиков и приемников,расположенных на множестве поездов для управления поездами с распределенной тягойопределение уровня нагрузки канала связи (с) сравнение нагрузки канала с предопределенным пределомесли нагрузка канала меньше предопределенного предела, передачу сообщений по каналу радиосвязи на первом уровне активности и(е) если нагрузка канала превышает предопределенный предел, передачу сообщений по 2 каналу радиосвязи на втором уровне активности меньшем, чем первый уровень активности. Согласно другому аспекту изобретение относится к повторителю системы распределенной тяги для поездов. Повторитель запрограммирован(а) контролировать весь текущий радио-трафик на канале радиосвязи, используемом повторителем для передачи команд распределенной тяги между множеством передатчиков и приемников,расположенных на множестве поездов для управления поездами с распределенной тягойопределять уровень нагрузки канала связи (с) сравнивать нагрузку канала с предопределенным пределомесли нагрузка канала меньше предопределенного предела, передавать сообщения по каналу радиосвязи на первом уровне активности и(е) если нагрузка канала превышает предопределенный предел, передавать сообщения по каналу радиосвязи на втором уровне активности меньшем, чем первый уровень активности. Для более полного понимания и эффективного осуществления изобретения ниже приводится подробное описание со ссылками на приложенные чертежи Фиг. 1 - схематический вид поезда с распределенной тягой и повторитель сообщений системы, демонстрирующие настоящее изобретение и Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая работу повторителя сообщений согласно настоящему изобретению. Со ссылкой на фигуры, где ссылки,обозначенные одними и теми же цифрами, означают одни и те же элементы на различных чертежах. На фиг. 1 изображен поезд 10 с системой распределенной тяги, которая в свою очередь включает повторитель сообщений системы,сформированный согласно одному аспекту настоящего изобретения. Поезд 10 включает множество сцепленных вагонов 12 и два или более локомотивов или других единиц техники, которые обеспечивают силу тяги, далее единицы тяги. Отдельные вагоны 12 соединены вместе тормозной магистралью 16, которая сообщает об изменениях давления воздуха, определяемых индивидуальными контроллерами пневматических тормозов в единицах тяги. Термин контроллер пневматического тормоза относится в основном к одному или более компонентам,которые объединены для избирательного поддерживания или сброса давления в тормозной магистрали 16 и которые могут включать механические клапаны,электрические или электронные средства управления, связанные с этими клапанами, или их комбинации. Каждый из вагонов 12 снабжен известным типом системы пневматического тормоза, которая предназначена для приложения пневматических тормозов на вагон 12 после падения давления в тормозной магистрали 16 и отпуске пневматических тормозов после повышения давления. Одна из единиц тяги, обычно находящаяся впереди поезда 10, является ведущей единицей или ведущей 14 А, в то время как оставшиеся единицы тяги являются удаленными единицами или ведомыми 14 В. Ведущая единица 14 А включает ведущий радио-приемопередатчик 20 А,который предназначен для получения и передачи радиочастотных (РЧ) сообщений по радиоканалу внутренней связи. (Внутренней является группа из одного или более локомотивов или других единиц тяги в поезде). Определенный формат диапазона частот и данных канала связи не требуется. Одним из возможных примеров могут быть четыре доступных одновременно дискретных ЧМполудуплексных каналов в УВЧдиапазоне, и сообщения посылают по выбранному использующемуся последовательному двоичному коду, который является закодированным частотной манипуляцией (ЧМн). Ведущая единица 14 А также включает ведущий процессор 22 А распределенной тяги (РТ), который в рабочем состоянии связан с ведущим приемопередатчиком(трансивером) 20 А,со средствами управления тягой единицы тяги(например, дроссель и реверс) и ведущим контроллером тормоза 18 А. Как представлено на фигурах линии,изображающие соединение отдельных устройств или компонентов,представляют их логические или функциональные взаимосвязи и не должны рассматриваться в качестве физических связей. Например, в некоторых случаях эти связи могут принимать форму сообщений в сети передачи данных. Удаленная единица 14 В оборудована удаленным приемопередатчиком 20 В, удаленным процессором РТ 22 В и удаленным контроллером тормоза 18 В,которые соответствуют подобным составляющим в ведущей единице 14 А. Безусловно, единицы тяги могут быть идентично оборудованы и любая из единиц тяги может функционировать в качестве ведущей единицы 14 А или удаленной единицы 14 В в зависимости от вида устанавливаемых на них средств управления. Кроме того, последующие ссылки на действия или операции ведущей единицы 14 А и/или удаленных единиц 14 В также будут охватывать операции, которые выполняются приемопередатчиками 20, процессорами РТ 22 и/или контроллерами тормозов 18. Один или более небортовых повторителей 24 располагают в пределах диапазона радиосвязи поезда 10 для передачи сообщений между ведущей единицей 14 А и одной из удаленных единиц 14 В. Небортовой повторитель 24 обычно используется в случае прерывания прямой связи между ведущей единицей 14 А и удаленными единицами 14 В,которое происходит во время прохождения поезда 10 по туннелю или другой местности, где радиосообщение между единицами техники утрачено по каким либо другим причинам. Небортовые повторители также иногда вводят в действие в местах с насыщенным движением рельсового транспорта, таких как сортировочные станции, чтобы помочь с передачей внутренних сообщений. Повторитель 24 включает приемопередатчик 26, который работает под контролем одного или более процессоров 28 на интеллектуальной основе передачи (например,получить и повторно передать) сообщения от ведущих единиц 14 А к удаленным единицам 14 В по каналу радиосвязи. Контрольно-диспетчерский пункт 30 или другая стационарная структура также может быть снабжена приемопередатчиком 32 для двухсторонней связи с повторителями 24 или поездом 10. Как отмечено выше,радиосообщения передаются в виде двоичного кода. Сообщения форматируются и передаются при помощи протокола, который гарантирует безопасность сообщения и предотвращает реагирование удаленных единиц 14 В на ложные сообщения. Один неограничивающий пример подходящего протокола описан в вышеупомянутом патенте 280. Детали протокола связи не входят в объем настоящего описания, но они будут кратко изложены ниже. Вначале ведущая единица 14 А передает сообщение соединение, которое закодировано специфическими идентификаторами ведущей единицы 14 А и удаленной единицы 14 В и предназначено для связи с удаленной единицей 14 В. Идентификаторами могут быть, например, серийные номера единиц. Как только ведущая единица 14 А проверит возвращенный ответ на сигнал соединение, что соответствующее сообщение на соединение получено вызываемой единицей, между ведущей единицей 14 А и удаленной единицей 14 В устанавливается специально опознаваемая сессия связи. После этого, ведущая единица 14 А начинает посылать закодированные команды удаленной единице 14 В по каналу связи. Примеры команд включают параметры настройки отметок дросселя,команды коммутаторам,приложение эксплуатационного торможения,приложение экстренного торможения и т.п. Система удаленной РТ 22 В в удаленной единице 14 В получает и расшифровывает эти сообщения и приводит в действие средства управления удаленной единицей 14 В, соответственно. Она также посылает ответ на команду на ведущую единицу 14 А по каналу связи. Сессия продолжается до тех пор, пока она не будет специально закончена или она может быть прервана, если (1) ни одно сообщение не было получено удаленной единицей 14 В в определенный для прерывания связи период времени или (2) удаленная единица 14 В не отвечает на команду ведущей единицы в указанный промежуток времени. Если ведущая единица 14 А не может изначально связаться с удаленной единицей 14 В или сессия связи прервана, она повторяет сообщение команды или связи. После определенного числа неудачных попыток передать сообщение ведущая единица 14 А посылает сообщение, запрашивающее повторитель 24 содействовать в передаче сообщения. По получении этого запроса помощи повторитель 24 начинает передавать сообщения от ведущей единицы 14 А к удаленной единице 14 В. Повторитель 24 представляет собой 3 интеллектуальный повторитель, который не повторяет все сообщения диапазона приема, а только те, где требуется помощь. Система распределенной тяги также включает систему соединения канала связи для минимизирования вероятности передачи сообщений множеству единиц техники по одному тому же каналу связи в одно и то же время и для гарантирования того, что высокоприоритетные сообщения в каждом поезде 10 будут переданы первыми за время, отсчитываемое от конца последней передачи на канале радиосвязи. Например, комбинация фиксированных и рандомизированных временных интервалов,отсчитываемых от конца последней передачи,может быть задана для выработки различных типов соединений в системе. Рандомизированные временные интервалы формируются в микропроцессоре каждой единицы генератором случайных чисел. Результаты генератора случайных чисел в конце последней передачи используются для расчета задержек передачи, основанных на текущем состоянии единицы. Считается, что задержка начинается сразу же, как только требуется передать сообщение. Если таймер продолжает отсчитывать время, передача отсрочена. Как только таймер остановится, передача считается выполненной. Каждая единица осуществляет свою передачу на основе реального времени, как только условие,гарантирующее передачу,произошло и необходимый временной интервал тишины радиоканала истек от последней передачи на канале. Главный принцип действия системы соединения канала связи состоит в том, что первая единица с началом передачи сообщения препятствует передаче сообщений другими единицами как следствие вышеописанного времени передачи, определяющего систему, в которой вновь наступает временной интервал тишины радиоканала. Однако даже с этой системой соединения канала связи, существует ограниченное число приемлемых для использования каналов и сессий. При наличии значительного числа поездов 10, сконцентрированных в одном месте,таком как сортировочная станции или подобное место, существует возможность насыщенности канала. Повторитель 24 запрограммирован так,чтобы управлять посредством процесса, которым минимизируется любой его вклад в радио-трафик,который может привести к насыщенности. Фиг. 2 - блок-схема процесса. Начиная с блока 100, повторитель 24 контролирует весь текущий радио-трафик в пределах его области приема. Трафик может быть зарегистрирован или занесен,например, в картотеку данных на жестком диске,магнитной ленте или другой подходящей запоминающей среде. Повторитель 24 контролирует не только радио-трафик от поездов 10, требующих помощи, а весь текущий трафик на всех каналах,которые он обслуживает, чтобы иметь точную картину общей нагрузки канала. Повторитель 24 выполняет текущий анализ на контролируемом радио-трафике (см. блок 102) для определения уровня нагрузки каждого канала. Процессор 28 для 4 этой цели может включать встроенную модель радио-трафика. Повторитель исследует информацию, ограниченную описанными выше стандартными двоичными закодированными сообщениями, для определения сколько поездов,находящихся на линии, могут попытаться связаться и запросить помощь от повторителя. Например,сообщение связи содержит специфический идентификатор и является поэтому предназначенным для определенной ведущей единицы 14 А, которая пытается связаться. Кроме того, сообщение команд и соответствующие ответы на них также содержат специфические идентификаторы ведущей единицы 14 А и удаленной единицы 14 В, и такая пара сообщений является поэтому предназначенной для определенного поезда 10, который находится на линии. Число попыток связи и/или связанных поездов 10 может быть сравнено со стандартом, созданным по моделям радио-трафика и/или эмпирическим наблюдениям за пропускной способностью канала связи. Повторитель 24 может также быть запрограммирован на поиск одного или более дискретных маркеров чрезмерной нагрузки канала. Например, если радио-трафик содержит множество сообщений связи или команд, посланных без возврата соответствующих ответов, это указывает на многократные повторные попытки ведущих единиц 14 А. В местах, таких как сортировочные станции, не должно быть большого количества повторов, если нет перегрузок канала связи. Соответственно, избыток повторных попыток может сообщать о возможном насыщении канала. Другой дискретный маркер представляет собой наличие запросов помощи. Запросы помощи идентичны повторным попыткам, поэтому они должны быть относительно ограничены в числе в таком месте, как сортировочная станция, где, как правило,радиопокрытие хорошее в виду отсутствияформ рельефа, вызывающих потерю или глушение сигнала. Точное число повторных попыток или запросов помощи,которые составляют ограничитель, может быть определено многими способами,удовлетворяющими конкретному применению, например, на основе эмпирических исследований или теоретических моделях радиотрафика. В блоке 104 повторитель 24 проверяет нагрузку канала по предварительно заданному уровню нагрузки канала. Заданный предел может быть определен путем простого подсчета числа повторных попыток запросов или запросов помощи,имеющих место в данный период времени. Альтернативно, предел может быть основан на теоретической или эмпирической модели радиотрафика. Например, анализ может показать, что канал может поддержать максимальное число связанных поездов и/или максимальное число запросов связи в данном периоде времени. В любом случае цель предварительной установки предела состоит в определении уровня радио-трафика,дополнение которого действиями повторителя вызовет или вероятно вызовет насыщенность канала с сопутствующими блокированием и потерей связи. Если радио-трафик не превышает установленный уровень, передача сообщения на стандартном уровне активности (например, по требованию) разрешается (блок 106) и цикл повторяется с блока 100. В блоке 108, если нагрузка канала связи превышает установленный предел, повторитель 24 предпринимает одно или более действий по снижению уровня активности повторителя для уменьшения нагрузки канала и/или предотвращения дополнительной нагрузки. Например, повторитель 24 может остановить передачу сообщений, которые идентифицированы как низкоприоритетные сообщения,продолжая передавать другие сообщения трафика. Одним примером низкоприоритетного сообщения является команда на соединение. Обрыв сообщений на соединение предпочтительно помогает гарантировать высококачественную связь на уже установленных сессиях связей. Может быть установлено множество уровней приоритета сообщения, при этом каждый уровень будет иметь соответствующую категорию ответа от повторителя 24. Например, другим, более сдерживающим действием должно быть прекращение передачи всех сообщений, которые не являются срочными (например, приложение дополнительного торможения) или чрезвычайно важными. В худшем случае повторитель 24 может быть запрограммирован отвечать полной остановкой всех активных передач сообщений. Как правило,если нагрузка канала меньше предопределенного предела, повторитель передает сообщения по каналу радиосвязи на первом уровне активности. В ином случае, если нагрузка канала превышает предопределенный предел, повторитель передает сообщения по каналу радиосвязи на втором уровне активности меньшем, чем первый уровень. Стратегия ответа может быть осуществлена различными способами,удовлетворяющими конкретному применению. Например, разность между нагрузкой канала и предопределенным пределом может быть определена количественно и использоваться для вызова различных ответов. Например, если нагрузка канала чуть больше заданного предела, то будет использован умеренный ответ, но если нагрузка канала существенно превышает заданный предел, то будет использован более сильный ответ. Альтернативно, ответы повторителя могут быть организованы поэтапно. Другими словами, когда заданный предел немного превышен, повторитель 24 может принимать по умолчанию использование умеренного ответа, продолжая контролировать радио-трафик. Если нагрузка канала не улучшается в последующих контрольных циклах,то повторитель произведет более сильный ответ, в конечном счете, остановит все действия по передаче сообщений в случае необходимости. В любом случае повторитель 24 может быть запрограммирован на посылку сообщений по каналу связи или другим радио или проводным видам связям удаленному пользователю в контрольнодиспетчерском пункте 30, центральном офисе или другом месте, указывающих, что произошла перегрузка канала, для того чтобы могли быть предприняты соответствующие действия. Цикл контроля и анализа повторяется с блока 10. Гистерезис или мертвая зона могут быть включены в тестирование нагрузки канала в блоке 104 для предотвращения нерегулярных колебаний или быстрого изменения в ответах повторителя. Например, заданный предел может быть выражен как предел остановки повторов и предел продолжения повторов, при этом предел остановки повторов устанавливается при более высокой нагрузке канала по сравнению с пределом продолжения повторов. Кроме того, пределы остановки повторов и продолжения повторов могут быть конфигурируемыми пользователем по данному диапазону. Вышеописанный способ позволяет уменьшить скопление сообщений на специфическом канале связи из-за многократного соединения, прибытия и убытия поездов в пределах покрытия радиосигналом сортировочной станции. Он раскрывает преимущества использования повторителя, расположенного на сортировочной станции или другом критическом месте, который улучшает радиопокрытие в критических зонах и безопасность работы в случае утраты радиосообщения. Описаны повторитель сообщений системы и способ его функционирования. Хотя в подробном описании приведен лишь предпочтительный вариант, после ознакомления с изобретением специалистам будет ясно, что возможны различные другие варианты в пределах сущности и объема изобретения. Например,хотя повторитель сообщения был описан в контексте управления поездом, находящимся на сортировочной станции,принципы его функционирования одинаково применимы к другим типам систем связи и транспортных средств. Соответственно, описания предпочтительных вариантов изобретения и лучшего способа выполнения изобретения представлены только с иллюстративной целью, а не с целью ограничения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ функционирования повторителя системы распределенного управления тягой железнодорожного транспорта, включающий(а) мониторинг всего радио-трафика на канале радиосвязи, используемом повторителем для передачи команд системы распределенной тяги между множеством передатчиков и приемников,расположенных на множестве поездов для управления поездами с распределенной тягой,отличающийся тем,что дополнительно включает определение уровня нагрузки канала связи(с) сравнение нагрузки канала с предопределенным пределом 5 если нагрузка канала меньше предопределенного предела, передачу сообщений по каналу радиосвязи на первом уровне активности и(е) если нагрузка канала превышает предопределенный предел, передачу сообщений по каналу радиосвязи на втором уровне активности меньшем, чем первый уровень активности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что далее включает(а) определение разности между наблюдаемым уровнем нагрузки канала связи и предопределенным пределом и определение величины второго уровня активности на основе разности между наблюдаемым уровнем нагрузки канала связи и предопределенным пределом. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что чем больше уровень нагрузки канала связи превышает предопределенный предел, тем ниже второй уровень активности. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй уровень активности соответствует полной остановке передач сообщений. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что предопределенный предел включает неравные верхний и нижний пределы, сравнение на стадиивыполняют, используя нижний предел, и сравнение на стадии (е) выполняют, используя верхний предел. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что далее включает(а) получение, по меньшей мере, одного запроса помощи от одного или более передатчиков, и определение нагрузки канала, по меньшей мере, частично основано на числе запросов помощи, происходящих в выбранный период времени. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что далее включает(а) определение как часто один или более передатчиков повторно пытаются послать сообщения и определение нагрузки канала связи, по меньшей мере, частично основано на числе повторных попыток, происходящих в выбранный период времени. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждое из сообщений является специально опознаваемым,и способ далее включает определение нагрузки канала связи, по меньшей мере, частично по числу сообщений, посылаемых в выбранный период времени. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что группы связанных сообщений составляют опознаваемые сессии связи, и способ далее включает определение нагрузки канала связи, по меньшей мере, частично по числу одновременно осуществляемых сессий связи. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что далее включает выполнение стадий (а)- в повторившемся цикле, в котором если нагрузка канала связи продолжает составлять или превышать предопределенный предел в последующие циклы времени, несмотря на осуществление действий на втором уровне активности, повторитель уменьшает величину второго уровня активности в последующих циклах. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что повторитель контролирует множество каналов связи одновременно. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что(а) повторитель размещают на железнодорожной сортировочной станции каждый из передатчиков установлен на ведущей единице поезда и(с) каждый из приемников установлен на удаленной единице поезда.