用于CBTC型铁路信号传输系统的无线电通信基础设施本发明涉及一种用于CBTC型铁路信号传输系统的无线电通信基础设施，从而允许
位于地面上的计算机和位于在轨道上循环的列车上的车载计算机之间的通信，所述无线电
通信基础设施通过沿着第一路径建立第一通信和沿着第二路径建立第二通信来实现位于
地面上的计算机和车载计算机之间的通信的冗余，所述基础设施包括：通信网络；第一多个
接入点和第二多个接入点，沿着轨道布置并连接到通信网络；专用于与第一接入点建立第
一无线连接的第一调制解调器以及专用于与第二接入点建立第二无线连接的第二调制解
调器，第一调制解调器和第二调制解调器位于列车上。
CBTC(基于通信的列车控制)型铁路信号传输系统基于位于在铁路网上循环的列
车上的车载计算机和位于地面上负责控制交通的计算机之间的连续通信。
信号传输系统例如包括位于地面上的ATS(列车自动监控)系统和ATC(列车自动控
制)系统，ATS系统用于定位和监控路网上的列车，ATC系统用于管理列车并产生运动授权，
运动授权传输到列车以授权列车在路网的接下来的路段上前进。
位于列车上的计算机通过优选为Wi-Fi型的无线电通信基础设施与位于地面上的
计算机通信。无线电通信基础设施包括沿着铁路网的轨道分布的多个接入点，以确保沿着
轨道的连续覆盖。该基础设施包括使彼此接近地布置的一组接入点成为一体的多个本地网
络，以及与所述多个本地网络中的每个本地网络连接的通信网络(主干网)。
物理地，这种通信网络是沿着轨道部署的。
通信网络应该满足较强的功能约束。通信网络对于故障应当尤其可靠和稳健，而
不管故障和沿着轨道发生该故障的位置，以确保地面和车载设备之间的连续通信。“连续”
的意思是车载设备/地面通信的每次中断的持续时间应该小于200ms。
为了满足这种类型的功能约束，通常应用物理冗余。因此已知的是，如何应用彼此
平行的两个无线电通信基础设施并装备每个列车，使得列车包括第一传输/接收装置(第一
调制解调器)和第二传输/接收装置(第二调制解调器)，第一传输/接收装置(第一调制解调
器)通常置于列车头部，能够与第一基础设施的接入点建立暂时的连接，第二传输/接收装
置(第二调制解调器)通常置于列车尾部，能够与第二基础设施的接入点建立暂时的连接。
位于列车上的在第一调制解调器和第二调制解调器与车载计算机之间的帧复制
器，以及位于地面上的在第一基础设施和第二基础设施与位于地面上的计算机之间的帧复
制器，给予了如下可能性：同时通过第一基础设施和第二基础设施将数据帧从地面传输到
车载设备或从车载设备传输到地面。
数据帧所遵循的第一通信路径和第二通信路径通常被本领域技术人员指定为“红
色”和“蓝色”。
通过这种架构，在基础设施的通信网络出故障的情况下保证了车载设备/地面通
信，可进一步通过其他基础设施的通信网络确保车载设备/地面通信。更通常地，即使通信
路径削弱了数据帧的传输，其他路径也将允许车载设备/地面通信以规定的方式发生。故障
在同一时刻影响两个通信路径的概率较低。
这种物理层的结构给予了保证通信的连续的可能性。
目前，根据在欧洲生效的标准，部署的通信网络是SDH(同步数字系列)型的，该标
准等同于在美国生效的SONET(同步光纤网络)标准。
SDH型通信网络提供不同的服务。
SDH网络是确定性的，给予了明确限定恢复和延迟时间以及带通的可能性。
SDH网络尤其应用MS-SP协议，该协议提供故障检测服务，从而自动地恢复服务，以
允许保证在故障的检测和回到网络的正常状态之间的短的恢复时间。该协议基于监控被引
入到SDH帧的头部部分中的数据。在发生故障的情况下，恢复时间短，这使得这些通信网络
极好地适合于铁路信号传输应用。
进一步地，通过应用时分多路复用机制还保证了这些网络的带通和延迟时间。
它们还提供给予了配置虚拟信道和使每个信道专用于特定应用的可能性的服务，
以保证给每个应用分配固定带通，尤其是给信号传输应用分配固定带通。
然而，用于扩展SDH型网络的过程是易于处理的。例如，在通信网络扩展的情况下，
需要重新配置整个网络。一旦扩展了网络，则随后需要再次且完全地对网络进行测试。
进一步地，在没有整个扩展网络的情况下，不能离线准备配置。因此扩展的网络的
启动消耗大量的时间，在这段时间期间不能使用铁路网。
还需要部署复杂度随着网络的规模而增加的架构。
因此，需要在保留具有两个冗余通信路径的物理架构的同时升级现有的网络。
因此本发明的对象是一种基础设施，其特征在于，通信网络是MPLS型的，优选地是
IP-MPLS型的，并具有环拓扑，通信网络包括：多对本地交换机，每对交换机与轨道的路段相
关并包括第一本地交换机和第二本地交换机，第一本地交换机专用于与所述路段相关的第
一组接入点通信，第二本地交换机专用于与所述路段相关的第二组接入点通信；以及第一
中央交换机和第二中央交换机，所述交换机彼此串联连接，位于地面上的计算机连接到中
央交换机，每个交换机应用用于限定路径的服务、故障检测服务及重新配置服务，路径限定
服务给予了在由中央交换机和本地交换机组成的每对交换机中的两个交换机之间预先限
定通信路径的可能性，使得沿着由所述网络形成的环的单独部分实现第一中央交换机和一
对交换机中的第一本地交换机之间的路径以及第二中央交换机和所述一对交换机中的第
二本地交换机之间的路径。
根据具体实施例，基础设施包括独立地或根据所有技术上可能的组合实施的以下
特征中的一个或数个：
-所述基础设施包括多个区段，每个区段包括融合了多个路段的本地网络的通信
网络；
-所述通信网络或每个通信网络的每个中央交换机是MPLS型盖式通信网络的节
点，所述盖式通信网络也具有环拓扑；
-通信网络的第一中央交换机和第二中央交换机集成到集成式电交换机中；
-通信网络的第一本地交换机和第二本地交换机在所述网络内是交替地放置的；
-所述基础设施包括管理接口；
-所述基础设施应用优先级/隔离服务，在所述或每个通信网络上允许用于施加信
号传输的数据和其他类型的应用的数据的通信；
-每个交换机应用用于配置SDP路径的服务，从而给予了在基础设施的同一网络的
两个交换机之间配置隧道连接的可能性；
-值“Spoke SDP”被分配给融合网络的本地交换机和中央交换机之间的每个连接，
值“Mesh SDP”被分配给盖式网络上一个区段的中央交换机和另一区段的中央交换机之间
的每个隧道连接。
通过阅读跟随仅作为非限制性示例给出的具体实施例的详细描述，将更好地理解
本发明及其优点，参照附图作出该描述，在附图中：
-图1是根据本发明的基础设施的示意图；以及
-图2是图1的应用多个服务的基础设施的交换机的示意图。
根据本发明的基础设施应用MPLS型通信网络，尤其是IP-MPLS型网络。IP-MPLS网
络是已知的。然而，与SDH网络不同，IP-MPLS网络不是确定性的。
通过IP-MPLS网络，先验地，在发生故障之后不能保证恢复时间。
因此，将IP-MPLS网络应用于铁路信号传输应用不是显而易见的，铁路信号传输应
用要求保证带通、延迟时间和恢复时间，以遵守车载设备/地面通信的连续性的约束。
如果极其明确地配置所应用的IP-MPLS网络的物理层和逻辑层，则在信号传输应
用中使用IP-MPLS网络才是可行的。
按照图1中的示意性方式，示出了用于CBTC型铁路信号传输系统的无线电通信基
础设施10。
在图1中，铁路网一条轨道示意性地示出，总体上被标记为标号2。
轨道2被细分成多个连续的路段4，5，6和7。
基础设施10允许位于地面上的计算机12和13与车载计算机(例如位于在轨道2上
循环的列车16上的车载计算机14)之间的通信。
地面计算机12和13例如运行ATC(列车自动控制)信号传输应用。
基础设施10通过沿着第一路径建立第一通信和平行地沿着第二路径建立第二通
信来实现地面计算机12和13与车载计算机14之间的通信冗余。
根据本技术领域中使用的惯例，形容词“蓝色”随后将用于描述基础设施10的形成
第一通信路径的组件，形容词“红色”用于描述基础设施10的形成第二通信路径的组件。
基础设施10包括多个蓝色接入点20和多个红色接入点40。
接入点给予了与合适的传输/接收模块或调制解调器建立无线链路的可能性。优
选地，该无线链路遵守Wi-Fi协议。由于接入点Wi-Fi的范围短，所以接入点靠近轨道2放置。
多个蓝色接入点20被细分成多组蓝色接入点24，25，26和27，每一组与轨道2的区
段相关。
同一组的蓝色接入点给予了沿着对应的区段限定连续无线电覆盖的可能性。与相
邻的区段相关的两组蓝色接入点的覆盖部分地重叠，以当列车16经过两个区段之间的边界
时，保证沿着蓝色路径的通信的连续性。
同一组的蓝色接入点20连接到LAN(局域网)型蓝色本地通信网络。
对于多个红色接入点30，可作出相似的描述，多个红色接入点30被细分成多组红
色接入点44，45，46和47，每一组与轨道2的区段相关。同一组的红色接入点40连接到LAN型
红色本地通信网络。
基础设施10包括位于在轨道2上循环的每个列车16上的蓝色调制解调器22或红色
调制解调器42。
蓝色调制解调器22专用于与蓝色接入点20建立第一无线Wi-Fi链路，而红色调制
解调器42专用于与红色接入点40建立第二无线Wi-Fi链路。
车载计算机14包括帧复制器15，帧复制器15具有复制由车载计算机14传输到地面
计算机12或13的帧的功能，以通过基础设施10上在蓝色路径传输蓝色帧和在红色路径上传
输红色帧。
在地面上，基础设施10包括包含第一通信网络100和第二通信网络200的下层级以
及包含第三通信网络300或盖式网络的上层级。
第一通信网络100和第二通信网络200彼此相同。
第一网络100允许路段4和5的蓝色本地网络和红色本地网络的融合，以在基础设
施10中限定第一区段101，同时第二网络200允许路段6和7的蓝色本地网络和红色本地网络
的融合，以在基础设施10中限定第二区段201。
第一网络100是IP-MPLS型网络。
第一网络100由节点和节点之间的链路组成。第一网络100具有形成其本身闭合的
单个环的特定拓扑。因此，网络的每个节点串联连接到两个相邻的节点。
网络100的节点由MPLS交换机组成。
交换机是在OSI(开放系统互连)模型的第二连接层上操作的网络设备件，与作为
在该模型的第三网络层上操作的设备件的根程序相对。
交换机通过两个单向光链路连接到相邻的交换机。对于交换机和相邻的交换机之
间的通信，光链路中的一个操作以用于相关的交换机的传输，光链路中的另一个操作以用
于相关的交换机的接收。
第一网络100包括一对中央交换机110和两对本地交换机120和130。网络包括其在
轨道2的多个路段中所融合的本地交换机相同对数的本地交换机。
一对中央交换机110包括蓝色中央交换机112和红色中央交换机114。
一对本地交换机120，130分别包括蓝色本地交换机122，132和红色本地交换机
124，134。
这多对交换机彼此跟随地连接，使得在第一网络100内蓝色交换机和红色交换机
一个接一个地交替放置。
第一对120中的蓝色本地交换机122连接到路段4的蓝色本地网络。第一对120中的
红色本地交换机124连接到路段4的红色本地网络。
应该注意的是，每个本地交换机包括允许其连接到下层通信网络的一对端口以及
允许其连接到本地网络的本地端口。
第二对130中的蓝色本地交换机132连接到路段5的蓝色本地网络。第二对130中的
红色本地交换机134连接到路段5的红色本地网络。
对于第二网络200，可作出类似的描述，第二网络200连续地包括蓝色中央交换机
212、红色中央交换机214、连接到路段6的蓝色本地网络的蓝色本地交换机222、连接到路段
6的红色本地网络的红色本地交换机224、连接到路段7的蓝色本地网络的蓝色本地交换机
232、以及连接到路段7的红色本地网络的红色本地交换机234。
盖式网络300是IP-MPLS型网络。盖式网络300也具有形成环的拓扑，交换机串联放
置并连接在一起，以形成闭环。盖式网络300包括与盖式网络300融合下层级通信网络的中
央交换机相同对数的中央交换机。
盖式网络300给予了在基础设施10的每个区段的通信网络之间进行连接的可能
性。
应该注意的是，每个中央交换机包括允许其连接到下层通信网络的一对下通信端
口以及允许其连接到上层盖式网络的一对上通信端口。
在这里描述的实施例中，位于地面上的每个计算机直接连接到单对中央交换机。
因此，计算机12连接到一对中央交换机112和114，同时计算机13连接到一对中央交换机212
和214。在该架构中，地面计算机因此专用于具体区段的管理。
帧复制器集成到每个地面计算机。计算机12的复制器310允许复制由地面计算机
12传输到车载计算机14的帧，使得在基础设施10上，在蓝色路径上传输蓝色帧和在红色路
径上传输红色帧。计算机13的复制器311允许复制由地面计算机13传输到车载计算机14的
帧，使得在基础设施10上，在蓝色路径上传输蓝色帧和在红色路径上传输红色帧。
有利地，每个通信网络100，200，300包括管理接口(未在图1中示出)，从而允许操
作者通过对由每个网络的交换机应用的服务进行参数化来配置该网络的逻辑层。
应该注意的是，由每个通信网络形成的环对于蓝色路径和红色路径是共用的。
在一个可选项中，通信网络的一对中央交换机集成在MPLS电交换机型的同一网络
设备件中，该网络设备件是本来就冗余的设备件。
在独立于前述可选项的进一步的另一可选项中，诸如列车的蓝色调制解调器之类
的调制解调器能够在例如在蓝色接入点出故障的情况下使用红色路径来传递蓝色帧。下层
级通信网络的一对中央交换机中的红色交换机随后能够检测在红色路径上循环的蓝色帧，
并在上层级通信网络的蓝色路径上重新传输检测到的蓝色帧。
由于已经检测了物理层，现在将详细介绍逻辑层。在图2中，示意性地示出了基础
设施10的MPLS网络的通用交换机(本地或中央)及其运行的不同的服务。
MPLS协议包括作为基础的能够由每个交换机MPLS运行的多个服务。
根据MPLS协议，每个交换机尤其应用用于通过MPLS网络限定路径即所谓的LSP(标
签交换路径)路径的服务1000。该服务给予了如下可能性：限定帧必须遵循以通过通信网络
MPLS在源交换机和目标交换机之间传递的路径。
根据MPLS协议，每个交换机还应用用于检测故障的服务1100。
根据MPLS协议，每个交换机应用用于自动重新配置的服务1200，从而给予了解决
简单故障的可能性。
然而，实际上，这些最新的协议服务中都需要约300ms来检测故障并执行需要的重
新配置(即使严格来说，重新配置被规定为仅消耗50ms)。这种恢复时间与要求中断不应持
续超过200ms的信号传输应用不相容。
为了满足这种约束，在用于配置基础设施10的阶段期间，对于同一网络内的可能
的每对交换机限定单个LSP路径，对于组成基础设施的每个网络100，200，300也是这样。
进一步地，在第一蓝色交换机和第二蓝色交换机之间限定的蓝色LSP路径与在与
第一蓝色交换机相关的第一红色交换机和与第二蓝色交换机相关的第二红色交换机之间
限定的红色LSP路径互补。以这种方式，同一通信的蓝色帧和红色帧不会经过任何链路或任
何共用的交换机来输送。
例如，对于位于地面上的计算机和位于路段5上的车载计算机之间的通信，在蓝色
中央MPLS节点112和蓝色本地MPLS节点132之间静态地限定蓝色路径B，以及在红色中央
MPLS节点114和红色本地MPLS节点134之间静态地限定红色路径R。将确保蓝色路径B沿着逆
时针方向，将确保红色路径R沿着顺时针方向，使得同一通信的蓝色帧和红色帧不会经过任
何链路或任何共用的交换机来输送。
当在交换机122和124之间的链路上检测到故障(由图1的对应段上的交叉示意)而
防止沿着蓝色LSP路径B传递蓝色帧时，用于检测故障的服务1100和用于交换机的自动重新
配置的服务1200迫使蓝色帧在蓝色中央交换机112和蓝色本地交换机132之间沿着穿过中
间交换机134的蓝色路径B*传输，在由网络100形成的环中沿着顺时针方向执行帧沿着蓝色
路径B*的循环。这给蓝色通信引入了最大300ms的中断。然而，平行的红色LSP路径R不被故
障削弱，在该红色路径上将不会观察到通信中断，使得在车载计算机和地面计算机之间将
存在连续的通信。
根据MPLS协议，每个交换机还应用用于限定SDP(服务分配点)路径的服务1400。
通常，将在MPLS网络中在源节点和目标节点之间传输的数据封装在特定数据报
中，该数据报的帧能够通过MPLS网络在源节点和目标节点之间路由。通过特定封装在源节
点和目标节点之间进行的这种传输还被称为源节点和目标节点之间的隧道链路。
在基础设施10中，用于限定SDP路径的服务1400给予了在源交换机和目标交换机
之间限定隧道链路的可能性，对于基础设施的同一网络内的可能的每对交换机也是如此。
有利地，网络100，200或300的SDP路径形成在该网络上限定的LSP路径的子集。因
此SDP路径被配置为限制MPLS节点上的资源的使用。例如，对于网络，隧道链路是在给定颜
色的中央交换机和每个本地交换机之间提供的，但是在给定颜色的两个本地交换机之间不
直接产生任何隧道链路。
一般来说，SDP路径具有可采取值“Spoke SDP”或值“Mesh SDP”的属性。在SDP路径
“Spoke SDP”上循环的帧可朝着另一SDP路径输送，而不管该另一SDP路径的属性的值。另一
方面，在SDP路径“Mesh SDP”上循环的帧只能朝着SDP路径“Spoke SDP”输送。
在基础设施10中，本地交换机和中央交换机之间的SDP路径配置为采取值“Spoke
SDP”，以授权在同一区段的两个路段例如4和5之间通过网络100进行点对点通信。
不同区段的两个中央交换机之间的SDP路径配置为采取值“Mesh SDP”，以授权在
不同区段的两个路段例如5和6之间通过网络100，300随后通过网络200进行多点通信。
以这种方式，当列车16物理地经过两个相邻的路段之间的边界时，不管两个相邻
的路段是属于同一区段还是属于两个不同的区段，可在这些相邻的路段之间建立通信，从
而在经过边界期间允许车载设备-地面通信的连续。
应该注意的是，如果所有SDP路径配置为具有值“Spoke SDP”的属性，则在基础设
施10上存在产生环路的风险。目前，以太网上的环路意味着交通扩散的放大和网络饱和(广
播风暴)。此外，如果所有SDP路径都配置为具有值“Mesh SDP”的属性，则会禁止在不同区段
的两个站之间通信的可能性。
此外，通过MPLS服务的质量特性(QoS)确保基础设施10的带通和延迟。
将基础设施10的物理层细分成多个区段给予了如下可能性：当与区段相关的网络
出故障(严重故障)时，不影响基础设施的其他区段的正常操作。等效地，容易实现在路径延
伸和增加新的区段期间基础设施的增加。
MPLS网络具有许多优点。
MPLS网络的应用给予了如下可能性：在同样的服务质量的情况下获得比SDH网络
的数据传输率大的数据传输率(高达10Gbps的带宽)。
MPLS网络的应用给予了如下可能性：实现更灵活的拓扑，尤其允许扩展基础设施，
而无需重新配置整个网络只需在铁路网的扩展期间重新配置与新的轨道路段相关的新的
网络，或者只需重新配置用于将新的本地网络与现有的网络融合的单独的蓝色和红色本地
连接器。尤其可行的是，准备路线的配置以及快速地配置或修改现有的网络的配置，因此最
小化铁路网的使用的中断时间。
将MPLS网络应用于环中从而融合每个轨道区段的本地网络给予了如下可能性：减
少用于将网络设备件彼此连接的线缆(在这种情况下是光纤)的长度，除此之外，还降低部
署基础设施的成本。
有利地，IP-MPLS网络给予了应用优先级/数据隔离服务的可能性，从而授权网络
用于传递除了信号传输数据之外的数据。
这些数据例如是多媒体应用的数据，从而允许通过连接到与轨道的路段相关的本
地网络的计算机来在站中显示信息片段或广播合适的声音消息。
隔离服务的应用给予了如下可能性：尤其在不具有优先级的数据溢出期间，确保
具有高优先级属性的信号传输应用数据的通信不被具有低优先级属性的其他应用的数据
的通信所影响。
MPLS网络的应用允许在不同的应用之间分配带通的某种灵活性。这给予了如下可
能性：保证用于每个应用的带通，且在带通可用的情况下，给应用动态地分配带通的增加，
直到对于该应用预先限定的最大数。
使异类帧在同一网络上循环的这种可能性允许铁路网的操作者避免必须部署专
用于这些附加应用的独立的通信网络。
本领域技术人员将理解的是，为了清楚起见，图1中示出的实施例特别简单。在路
段的数量、区段的数量、如何将路段融合在区段内、管理一个或数个区段的地面计算机的数
量等方面，许多可选项是可行的。