车载无线传输装置的制作方法

1.本发明车载数据传输技术领域，具体而言，涉及一种车载无线传输装置。


背景技术：

2.随着高速铁路的蓬勃发展，路网规模的迅速扩大，越来越多的动车组投入使用，为应对安全运营、日常检修维护工作面临的巨大挑战，全路动车组通过车载无线传输装置(wtd)实现列车运行数据落地，为地面应急指挥、故障监测等提供技术保障。
3.车载无线传输装置(wtd)落地数据包含两部分，一是车地实时数据，包括部分列车运行参数、定位数据、故障数据等；二是车地非实时数据，包括各车载设备产生的完整的运行数据等。
4.然而，随着智能化及设备健康管理技术的发展，车载设备所产生的数据高速增长。目前，车载无线传输装置(wtd)配置了4g/2g接入装置，车地实时数据主要通过4g/2g网络实现传输，受限于网络带宽，只能周期性的传输小部分列车运行数据；车载无线传输装置(wtd)还配置了wifi板卡，同样受限于带宽，车地非实时数据主要依靠wifi传输甚至手工下载方式获取，逐渐暴露出数据传输实时性差、效率低等不足之处，不能有效发挥列车运行数据在故障分析、健康管理等发面的潜力。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述背景技术中的技术问题，提出了一种车载无线传输装置，该车载无线传输装置包括：trdp板卡、cpu板卡、防火墙板卡、5g板卡以及5g毫米波板卡；所述trdp板卡与列车控制网络连接，所述cpu板卡与所述trdp板卡连接，所述5g板卡和所述5g毫米波板卡均通过所述防火墙板卡与所述cpu板卡连接；
6.所述trdp板卡，用于根据trdp协议实现与所述列车控制网络的数据交互；
7.所述cpu板卡，用于通过所述trdp板卡从所述列车控制网络获取车地实时数据以及车地非实时数据；
8.所述防火墙板卡，用于将所述5g板卡和所述5g毫米波板卡与所述cpu板卡隔离；
9.所述5g毫米波板卡，用于在列车移动至5g毫米波网络覆盖的区域时通过毫米波天线接入所述5g毫米波网络，并根据所述cpu板卡的指令将所述车地非实时数据通过所述5g毫米波网络传输到地面数据工作站；
10.所述5g板卡，用于通过5g天线建立5g无线传输通道，并根据所述cpu板卡的指令将所述车地实时数据通过所述5g无线传输通道传输到地面数据中心。
11.可选的，该车载无线传输装置，还包括：第一交换机板卡；所述第一交换机板卡通过所述防火墙板卡与所述cpu板卡连接，所述第一交换机板卡包含多个用于连接外部设备的以太网接口。
12.可选的，该车载无线传输装置，还包括：phm板卡；所述phm板卡与所述列车控制网络连接，用于从所述列车控制网络获取列车运行数据，并根据所述列车运行数据进行故障
预测。
13.可选的，该车载无线传输装置，还包括：第二交换机板卡；所述第二交换机板卡与所述cpu板卡连接。
14.可选的，该车载无线传输装置，还包括：phm板卡；所述phm板卡与所述第二交换机板卡连接，用于通过所述第二交换机板卡从所述cpu板卡获取列车运行数据，并根据所述列车运行数据进行故障预测。
15.可选的，所述5g板卡与北斗天线连接；所述5g板卡，还用于通过所述北斗天线得到列车的北斗卫星定位信息以及速度信息。
16.可选的，该车载无线传输装置，还包括：电源板卡，所述电源板卡用于为所述trdp板卡、所述cpu板卡、所述防火墙板卡、所述5g板卡以及所述5g毫米波板卡进行供电。
17.可选的，所述5g无线传输通道具体为5g sub6频段无线传输通道。
18.可选的，所述cpu板卡主频至少为1.2ghz，所述5g板卡和所述5g毫米波板卡的主频至少为1ghz。
19.可选的，所述电源板卡提供24v dc电源为所述cpu板卡、所述防火墙板卡、所述5g板卡以及所述5g毫米波板卡进行供电；所述电源板卡提供5v dc电源为所述trdp板卡进行供电。
20.本发明的有益效果为：
21.本发明通过5g毫米波板卡在列车移动至5g毫米波网络覆盖的区域时将车地非实时数据通过所述5g毫米波网络传输到地面数据工作站，以及通过5g天线建立5g无线传输通道，将车地实时数据通过所述5g无线传输通道传输到地面数据中心，本发明利用5g技术传输速度快的优点，提高了车辆数据传输的实时性以及传输效率，有助于发挥列车运行数据在故障分析、健康管理等发面的潜力。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
23.图1是本发明实施例车载无线传输装置的第一示意图；
24.图2是本发明实施例车载无线传输装置的第二示意图；
25.图3是本发明实施例车载无线传输装置的主视图。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具
有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
29.目前，通过高效、安全、可靠的无线端数据传输技术，实现车载数据落地，辅助地面应急指挥、故障监测、日常检修，是中国高铁安全运营亟待解决的问题。本发明通过提供一种基于无线端接入技术的车载数据无线传输设备来满足这种需求，能够支持5g网络，实现车载实时和非实时数据的高速落地。
30.如图1和图2所示，在本发明一个实施例中，本发明的车载无线传输装置(wtd)包括：trdp板卡、cpu板卡、防火墙板卡、5g板卡以及5g毫米波板卡。
31.所述trdp板卡与列车控制网络连接，所述cpu板卡与所述trdp板卡连接，所述5g板卡和所述5g毫米波板卡均通过所述防火墙板卡与所述cpu板卡连接。
32.所述trdp板卡，用于根据trdp协议实现与所述列车控制网络的数据交互。
33.在本发明一个实施例中，所述trdp板卡采用硬件方式实现trdp协议，实现车载无线传输装置(wtd)与列车控制网络的数据交互。所述trdp板卡包含3个m12以太网接口，连接列车控制网络。
34.所述cpu板卡，用于通过所述trdp板卡从所述列车控制网络获取车地实时数据以及车地非实时数据。
35.在本发明一个实施例中，所述cpu板卡是整个装置的中央处理单元，该板卡扩展有两个以太网接口(m12)；并可通过trdp板卡获取列车控制网络数据，实现系统设计的各项功能。
36.所述防火墙板卡，用于将所述5g板卡和所述5g毫米波板卡与所述cpu板卡隔离。
37.在本发明一个实施例中，防火墙板卡又称为fw板卡，用于将列车控制网络与5g毫米波板卡、5g板卡和第一交换机板卡(外部交换机板卡)这些和外部网络有接口的子设备隔离，保证控制网络的数据通讯安全。防火墙板卡包含1个m12以太网接口连接列车控制网络。
38.所述5g毫米波板卡，用于在列车移动至5g毫米波网络覆盖的区域时通过毫米波天线接入所述5g毫米波网络，并根据所述cpu板卡的指令将所述车地非实时数据通过所述5g毫米波网络传输到地面数据工作站。
39.在本发明一个实施例中，5g毫米波板卡用于在列车移动至5g毫米波网络覆盖的区域后，建立无线连接，将车地非实时数据高速传输到地面数据工作站。5g毫米波板卡包含1个带poe功能的千兆m12以太网接口，用于连接毫米波天线；1个m12以太网接口连接列车控制网络；1个110v dc电源接口。
40.在本发明一个实施例中，本发明在车站设置有5g毫米波基站，用于生成5g毫米波网络覆盖车站区域，当列车移动到车站时，自动与车站的5g毫米波网络建立无线连接，以此来进行数据传输。
41.所述5g板卡，用于通过5g天线建立5g无线传输通道，并根据所述cpu板卡的指令将所述车地实时数据通过所述5g无线传输通道传输到地面数据中心。
42.在本发明一个实施例中，所述5g板卡中装配有sim卡，所述5g板卡负责建立5g sub6频段无线传输通道，按cpu板卡的控制命令，将列车运行过程中的车地实时数据先发送到移动公网，再传输到地面数据中心。
43.在本发明一个实施例中，所述5g板卡与北斗天线连接；所述5g板卡，还用于通过所述北斗天线得到列车的北斗卫星定位信息、时间信息以及速度信息。
44.在本发明一个实施例中，所述5g板卡同时集成北斗卫星导航系统(bds功能)，为系统提供列车的bds定位、时间以及速度等信息。
45.在本发明一个实施例中，所述5g板卡具备2个sma接口，一个连接车顶5g天线，一个连接车顶北斗天线，还扩展有一个rj45以太网接口，用于配置或调试。
46.在本发明一个实施例中，第一交换机板卡；所述第一交换机板卡通过所述防火墙板卡与所述cpu板卡连接，所述第一交换机板卡包含多个用于连接外部设备的以太网接口。
47.在本发明一个实施例中，第一交换机板卡又称为内部交换机板卡，第一交换机板卡的面板包含7个m12以太网接口，为外部设备和控制网络进行安全通信使用。
48.在本发明一个实施例中，本发明的车载无线传输装置，还包括：phm板卡；所述phm板卡与所述列车控制网络连接，用于从所述列车控制网络获取列车运行数据，并根据所述列车运行数据进行故障预测。
49.在本发明一个实施例中，所述phm板卡负责接收、存储、运用其他设备发送过来的数据，并实现故障预测及健康管理相关功能，该板卡包含1个m12以太网接口连接列车控制网络。
50.在本发明一个实施例中，本发明的车载无线传输装置，还包括：第二交换机板卡；所述第二交换机板卡与所述cpu板卡连接。
51.在本发明一个具体实施例中，所述第二交换机板卡与所述防火墙板卡连接，所述第二交换机板卡通过所述防火墙板卡与所述cpu板卡连接。
52.在本发明一个实施例中，所述第二交换机板卡又称为外部交换机板卡，所述第二交换机板卡包括：非网管型以太网交换机。所述第二交换机板卡符合ieee802.3标准，以及符合iec61375-3-4标准，该板卡包含一个rj45以太网接口，用于配置或调试。
53.在本发明一个实施例中，所述phm板卡与所述第二交换机板卡连接，用于通过所述第二交换机板卡从所述cpu板卡获取列车运行数据，并根据所述列车运行数据进行故障预测。
54.在本发明一个实施例中，本发明的车载无线传输装置，还包括：为各板卡供电的电源板卡。所述电源板卡将110vdc转换为24vdc和5vdc；24vdc供5g毫米波板卡、5g板卡、第一交换机板卡、防火墙板卡、phm板卡、第二交换机板卡和cpu卡使用，5vdc供trdp板卡使用。
55.在本发明一个实施例中，所述cpu板卡主频至少为1.2ghz，5g板卡和5g毫米波板卡主频至少为1ghz，为车地高速数据传输提供算力支撑。所述phm板卡主频至少为4核1.5ghz，为故障预测及健康管理相关功能提供算力支持。
56.在本发明一个实施例中，所述电源板卡为110v dc/dc隔离电源模块，外部电源输入范围为-30％至+25％。所述cpu板卡包括至少1gb的内存和4gb工业级宽温cfast卡，5g毫米波板卡包括至少128gb工业级宽温ssd，这样提供了稳定可靠的高速传输数据缓存，提高车地数据传输的效率，确保了整个车地通信链路的稳定运行。
57.在本发明一个实施例中，电源板卡为110v dc/dc高可靠车载隔离电源模块，外部电源输入范围为-30％至+25％。具有极高的转换效率和良好的热设计，满足gb/t25119电磁兼容的相关要求。
58.5个主要板卡5g毫米波板卡、5g板卡、fw板卡(防火墙板卡)、msd板卡(phm板卡)、cpu板卡性能及配置如下：
59.5g毫米波板卡：
60.1)主频：arm单核，1ghz主频；
61.2)板载512m内存：1路独立通道8gb板载存储；1路标准sata接口128gb存储；
62.3)前面板1路m12电源接口，1路100m以太网m12接口，1路1g以太网m12接口，背板1路100m以太网接口；
63.4)操作系统：linux。
64.5g板卡：
65.1)主频：arm单核，1ghz主频；
66.2)板载512m内存：1路独立通道8gb板载存储；
67.3)前面板1路100m以太网rj45接口，2路sma天线接口，背板1路100m以太网接口；
68.4)操作系统：linux。
69.fw板卡(防火墙板卡)：
70.1)主频：x86四核1.6ghz；
71.2)板载8gb内存；1路独立通道64gb板载存储；
72.3)前面板1路100m以太网rj45接口；背板4路100m以太网rj45接口；
73.msd板卡(phm板卡)：
74.1)主频：背板1个千兆网口，面板1个百兆网口，1个usb口；
75.2)带512g 2.5寸sata盘，在前面板开孔，容易丢失；
76.3)前面板1路100m以太网rj45接口；
77.4)操作系统：linux。
78.cpu板卡：
79.1)主频：x86单核1.46ghz；
80.2)板载2gb内存；1路独立通道8gb板载存储；1路标准sata接口可扩展cfast存储；
81.3)前面板2路100m以太网rj45接口；1路2线制串口、1路can接口；1路usb2.0接口；
82.4)操作系统：qnx6.5。
83.trdp板卡：
84.1)主频：arm双核0.8ghz；
85.2)板载1gb内存；1路独立通道8gb板载存储；
86.3)前面板3路100m以太网m12接口；
87.4)操作系统：qnx6.5。
88.本发明上述5种主要板卡从无线传输设备的功能划分上，可分为5个部分数据接入层、数据处理层、数据安全层、数据持久化层、数据传输层。
89.其中，trdp板卡属于数据接入层，基于trdp网络协议，完成所有tcms网络数据的统一收发。
90.cpu板卡属于数据处理层，通过trdp板卡获取tcms网络列车运行数据，利用高效处理能力实现对tcms网络数据的解析，并按照数据转发层、数据持久化层所需要的格式打包实时数据和非实时数据。
91.fw板卡(防火墙板卡)属于数据安全层，负责tcms网络和外部网络(5g网络)的安全隔离，实现cpu板卡和5g板卡、5g毫米波板卡之间的安全通信。
92.msd板卡(phm板卡)、5g毫米波板卡属于数据持久化层，通过大容量高速存储模块，实现对数据处理层(cpu板卡)产生的非实时数据的持久化存储，以供后续的分析处理工作使用。
93.5g板卡和5g毫米波板卡属于数据传输层，实现将数据处理层(cpu板卡)产生的实时数据和非实时数据高速传输到对应的地面系统中，并确保确保数据发送的安全、实时、准确、完整。其中，5g板卡负责实时数据落地5g毫米波板卡负责非实时数据落地。
94.图3是本发明车载无线传输设备的一个具体实施例，在本实施例中，5g毫米波板卡采用airflash板卡。如图3所示，在本发明实施例中，本发明的车载无线传输设备采用标准3u机箱，共由9块板卡构成，共包含：airflash板卡、ptu板卡(第一交换机板卡)、5g板卡、fw板卡(防火墙板卡)、msd板卡(phm板卡)、emgr板卡(第二交换机板卡)、cpu板卡、trdp板卡和电源板卡。各板卡牢固的固定在机箱内，使得抗震性能良好。
95.由以上实施例可以看出，本发明提供一种基于无线端接入技术的车载数据无线传输设备，能够接入列车控制网络获取运行数据，同时支持5g等新型无线端接入技术，通过车地高速无线传输通道，将列车运行参数及事件/故障，按照既定格式发送到地面系统，有助于提高列车数据传输的实时性以及传输效率。
96.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。