[发明专利]一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统

权利要求书

1.一种应用于高速列车的长距离通信的光电混合总线系统，其特征在于，包括：

数据总线，根据连接不同的节点设备分为主干数据总线和次级数据总线，所述数据总线至少包括2根双向收发光纤，通过数据帧在时间片内传输节点设备的待发数据；

由一对双绞线构成的仲裁总线，通过仲裁帧在所述时间片内的仲裁时隙中传输中继器的多进制优先级符号，一个时间片内包含的所述仲裁时隙数量不少于所述数据总线的收发光纤数量；

节点设备，包括中继器、通信设备和总控台设备：

所述总控台设备，根据当前列车的状态，可发送系统广播信号和与单个通信设备间的数据交互或处理突发事件帧；除此以外总控台设备需要监视部分重要的通信设备的状态；

由所述中继器中的控制模块的操控下仲裁控制模块参加总线使用权的竞争，中继器可收发主干数据总线和次级数据总线的数据，可以管理一些通信设备，扩展所述总线系统的覆盖范围；

所述通信设备，在接收到其他节点设备的数据时，可做相应的动作，或者根据当前所述通信设备的状态和需求向所述总线系统中的除当前通信设备以外的其他节点设备发送数据；当所述通信设备异常变化时，由所述通信设备或所连的中继器产生突发事件信号；

所述总控台设备与所述中继器通过仲裁总线和数据总线以总线拓扑结构来连接，所述中继器与所述通信设备通过数据总线端对端相连，所述总控台设备与所述通信设备不会直连。

2.如权利要求1所述的总线系统，其特征在于，所述总线系统中包含三种数据帧模式，分别为广播信号、标准数据帧和突发紧急数据信号，其中广播信号只能由总控台设备发出，突发紧急数据信息可由其它节点设备发出，总线系统上的所有节点设备均可以传送标准数据帧；

总控台设备可以控制所有中继器和部分重要的通信设备，中继器可以控制所有挂接在下面的通信设备，通信设备产生的、要交互的所有数据都会通过所连中继器的仲裁结果安排：中继器则缓存通信设备产生的数据，并通过所述仲裁控制模块进入主干数据总线中。

3.如权利要求1所述的总线系统，其特征在于，所述节点设备通过所述仲裁控制模块参加总线使用权的竞争：当新一轮的所述仲裁时隙开始时，连接在仲裁总线上的节点设备，通过发送设备符号串或优先级符号串来竞争主干数据总线的使用权，连接在仲裁总线上并存在待发数据的节点设备的所述仲裁控制模块将具有优先级特性的符号串依次发送至仲裁总线，同时将自身当前发送的符号电压与所述仲裁总线上的符号电压进行比较，若所述符号串中的所有符号获得仲裁优胜，则所述节点设备在下一个仲裁帧开始时发送自身数据至主干数据总线；若所述控制模块在发送符号串时仲裁失败，则在第一个产生仲裁失败的符号后，停止发送剩余的符号串，并在下一个仲裁时隙中继续参加总线使用权的仲裁，直至成功发送数据为止。

4.如权利要求1-3任意之一所述的总线系统，其特征在于，

所述总控台设备周期性的发送广播信号来检测确定总线的拓扑结构，同时检测每个中继器在从信号发送到接收所花费的时间，并以此时间确定时间片的起止定时和仲裁符号速率；

收到来自最末端车厢的时间反馈信号后，总控台设备将反馈信号与上一个检测信号进行比对，若两个检测信号的反馈信号有所不同，则表示总线拓扑结构发生变化，即反馈信号的时间延迟增大表示拓扑结构延长，反馈信号的时间延迟减小则表示总线拓扑结构缩短；

在检测总线拓扑结构有变化后，所述总控台设备根据具体变化来变更系统的传输数据率，若总线拓扑结构延长，降低总线符号传输数据率；若总线拓扑结构缩短，提高总线符号率的传输数据率；

同样检测总线拓扑结构有变化后，所述总控台设备根据总线中增加的中继器数量，对中继器中的光耦合器的分光比率进行调整，并把此调整信号广播至每个中继器；

若检测到总线拓扑结构没有变化，则保持当前设置，不做任何变更。

5.如权利要求4所述的总线系统，其特征在于，当所述总控台设备不发送广播信号时，即对目标设备进行单播时，要进行仲裁后才能使用主干数据总线；

所述总控台设备具有最高优先级，当有数据发送时，在仲裁总线上发送其设备符号串，并准备在最近的新的时间片的起始时刻开始发送数据。