Procedimiento de redundancia para una red de datos especializada.

Red de datos ferroviarios jerárquicamente estructurados para la comunicación en tiempo determinista y altamente fiable de paquetes de datos de control del tráfico ferroviario desde un puesto de enclavamiento (Stw) a los elementos de campo descentralizados (DFE) y/o desde los elementos de campo descentralizado (DFE) al puesto de enclavamiento (Stw),

que comprende:

a) una o más redes troncales de alta disponibilidad (OTN),

b) el puesto de enclavamiento que está conectado de forma redundante a la red troncal o las redes troncales (OTN) por al menos dos interfaces,

c) por lo menos dos elementos del campo descentralizados (DFE) interconectados para constituir una línea y que se acoplan a través respectivamente de una unidad funcional descentralizada (SU) a la línea, en donde los dos extremos de la línea respectivamente terminan en una puerta de enlace (UCOM) y son interconectados sobre la red troncal o las redes troncales (OTN) para constituir un anillo;

d) un ordenador central del puesto de enclavamiento independiente del emplazamiento, que a través de varios puertos envía paquetes de datos que están dirigidos de manera redundante a la unidad funcional descentralizada (SU) dependiente del emplazamiento a través de las dos puertas de enlace (UCOM), en donde la unidad funcional descentralizada (SU) envía del mismo modo paquetes de datos al ordenador central del puesto de enclavamiento a través de dos puertos y donde el ordenador central del puesto de enclavamiento dirige, a través de varios puertos diferentes, los paquetes de datos redundantes a una unidad funcional descentralizada determinada (SU) la cual recibe los paquetes de datos redundantes a través de varios puertos diferentes, en donde las puertas de enlace (UCOM) situadas entre una red troncal y una línea retransmiten sólo los paquetes de datos que se dirigen a los elementos del campo descentralizados (DFE) situados sobre la línea, en el que los paquetes de datos que presentan una dirección desconocida a nivel de la puerta de enlace (UCOM) son rechazados por la puerta de enlace respectiva (UCOM).

Procedimiento de redundancia para una red de datos especializada La presente invención se refiere a un sistema y un procedimiento para la comunicación en tiempo determinista y altamente fiable en una red creada jerárquicamente, que consiste en una o más redes troncales y líneas disponibles para una unidad funcional descentralizada.

Estas unidades funcionales descentralizadas se utilizan sobre todo en las redes de transporte por ferrocarril, donde se utilizan para controlar las unidades de influencia en el vehículo y/o en la ruta y/o las unidades de vigilancia del vehículo y respectivamente de la ruta y para vigilar la funcionalidad y establecer un procesamiento de datos e informar. Como unidades de influencia en el tren, que dan instrucciones al conductor, o incluso efectúan directamente controles en el vehículo ferroviario o establecen directamente una ruta segura, pueden ser considerados por ejemplo, las señales, los desvíos, las balizas, las líneas piloto, los imanes de vía y similares, así como los sensores para detectar los parámetros del proceso del tren en movimiento, tales como el consumo de energía, la velocidad y similares. Como unidades de vigilancia de un tramo de la vía y de las partes del tren se pueden nombrar también las balizas y las líneas piloto pero también los contadores de ejes y los circuitos de vía.

Por lo general, estas unidades funcionales descentralizadas son controladas por un puesto de enclavamiento o un ordenador a distancia. Para la transferencia de datos entre el puesto de enclavamiento y las unidades funcionales en el área de las vías hoy en día generalmente se utilizan cables de cobre estandarizados, cuya longitud de distancia clásica, debido a los parámetros de transmisión físicos y los revestimientos del cable (RLC) , en la practica el limite superior esta en 10 km. En ciertos tipos de unidades funcionales, sin embargo, este límite superior puede también ser sólo de un máximo de 6, 5 kilómetros.

Actualmente, sin embargo, ya están operando redes de datos en vías férreas, que se utilizan, por ejemplo para el intercambio de datos entre puestos de enclavamientos adyacentes o puestos de enclavamiento y sistemas de control. Sin embargo, no se utilizan con la finalidad de controlar y vigilar la unidad funcional de influencia en los trenes y/o la unidad funcional de vigilancia de trenes, permitiendo de este modo un acercamiento a casi cualquier punto de distancia. Estas redes son más bien del tipo de una red de transporte de datos (DTN) , por ejemplo, una red de transporte óptico, configurada y utilizada para la transmisión de datos para el nivel operacional y similares. Este tipo de redes de transporte de datos también se conocen por la publicación "ANONYMOUS: DIN TEC 62439, (DRAFT) Digital data communication for measurement and control -High availability automation networks", INTERNATIONAL STANDARD ISO/IEC, Nr. 62439 de 1de abril de 2007 (2007. 04-01) , páginas 1 a 138, XP008087015.

Tales redes de datos proporcionan un número mucho mayor de grados de libertad con respecto a:

- determinar la posición de los puntos de acoplamiento para la conexión de las instalaciones del puesto de enclavamiento y del puesto de control o de partes de los mismos y por lo tanto de sus instalaciones, -el procedimiento de transmisión aplicada y las distancias de comunicación entre las diferentes partes de la instalación.

Esta red de datos permite así en ocasiones una mejora significativa en la relación precio/rendimiento y, no obstante un intercambio de datos altamente confiable y seguro de las instalaciones de seguridad del tren a lo largo de las vías férreas.

Ejemplos ilustrativos de este tipo de redes de datos son líneas secundarias o líneas con ETCS nivel 2 o túneles largos, para los que hoy debido al límite en las longitudes de distancia de ajuste con los cables del puesto de enclavamiento convencionales todavía se requiere una disposición por el ordenador del puesto de enclavamiento dentro de los túneles. Las duras condiciones operativas vigentes requieren que el ordenador del puesto de enclavamiento este encapsulado en subterráneos o contenedores y operen con aire acondicionado. Por lo que el mantenimiento en estos casos es complicado.

Todo el problema consiste en el hecho de que por la limitada distancia de posicionamiento del puesto de enclavamiento y las partes externas arbitrariamente no pueden estar lejos unas de las otras.

Sin embargo, las nuevas redes de datos tienen la desventaja de que, básicamente, de manera adecuada cada unidad funcional centralizada y descentralizada debe estar conectada de manera redundante y por razones de disponibilidad a una red de datos de este tipo sobre un punto de acceso. Por lo tanto actualmente para la conexión de una unidad funcional en un único nodo de red es necesario un gasto relativamente alto para el acoplamiento con la red de datos, para al mismo tiempo obtener solo una tasa de transferencia de datos relativamente pequeña en relación a la capacidad de la red. Mientras que hoy en día las redes de fibra de vidrio permiten capacidad de

transferencia por ejemplo tasas de transferencia de Gigabyte a TeraBit, sin embargo esas tasas de transferencia se utilizan de forma muy marginal en estas aplicaciones de técnica de seguridad.

Al mismo tiempo más allá de un interés económico por parte de los operadores de la infraestructura ferroviaria se puede observar, que el denominado cable del puesto de enclavamiento duradero vigente (el cable de cobre adaptado a las vías) , el cual hoy en día se instala para el funcionamiento de la unidad funcional a través del puesto de emplazamiento y además se usa para el direccionamiento de las instalaciones externas.

Por las razones anteriormente mencionadas, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un dispositivo y un procedimiento para controlar y/o vigilar unidades funcionales descentralizadas dispuestas a lo largo de una red de transporte que de una parte utiliza los beneficios de una red digital de transporte de datos y de otra parte reduce de manera significativa los costes asociados, tales como los costos de cableado, teniendo al mismo tiempo un alto funcionamiento.

La presente invención resuelve además los siguientes problemas técnicos.

- Entrega múltiple (redundante) de paquetes a través de rutas diferentes (independientes) ;

- A pesar de la gran flexibilidad con respecto a la configuración y el diseño, antes del montaje los componentes no deberán estar preconfigurados. (Para la instalación no se necesita ningún especialista en TI) ;

- Los componentes de la línea de campo (unidades funcionales descentralizadas) pueden ser sustituidos durante el funcionamiento, sin que los componentes deban de ser preconfigurados antes o después de su uso, o la totalidad de la red deba de ser apagada;

- Se suprime el riesgo de paquetes en movimiento circular en sistemas redundantes.

Se pueden lograr también tiempos de transmisión de datos deterministas con bajas tasas de datos (<2 Mb/s) de las líneas de campo.

El problema de la redundancia se resuelve en casi todas las redes de datos al ser definido por mecanismos de redundancia, por ejemplo, Ethernet, FDDI, DQDB, Token Ring, SDH. Estos mecanismos de redundancia y el estándar IEC "Industrial communication networks: high availability automation networks" están al mismo tiempo altamente estandarizados. Se han elaborado redes de datos de alta disponibilidad sobre rutas de datos paralelas y dispositivos de red con puertos redundantes. Una configuración separada se logra con la ayuda de protocolos adicionales y con ello altos costes de transporte, lo que requiere altas velocidades de transferencia de datos y restringe las distancias a los medios de transmisión eléctricos. En el intercambio de los componentes de señalización, se tenía que desactivar una gran parte del sistema. Para evitar paquetes en movimiento circular, se detectaron conexiones redundantes a través de protocolos adicionales y se sacan de la red las correspondientes conexiones de red en no uso (Spanning Tree) . Los tiempos de transmisión de datos deterministas se lograron por una mayor velocidad de transferencia de datos, lo que repercutía en la distancia máxima entre los dos componentes del sistema y el costo de los medios de transmisión.

Conforme a la presente invención se prevé una red de datos ferroviarios jerárquicamente estructurados y un procedimiento para la comunicación en tiempo determinista y altamente fiable de paquetes de datos de control del tráfico ferroviario desde un puesto de enclavamiento a los elementos de campo descentralizados y/o desde los elementos de campo descentralizado al puesto de enclavamiento, que comprende:... [Seguir leyendo]

1. Red de datos ferroviarios jerárquicamente estructurados para la comunicación en tiempo determinista y altamente fiable de paquetes de datos de control del tráfico ferroviario desde un puesto de enclavamiento (Stw) a los elementos de campo descentralizados (DFE) y/o desde los elementos de campo descentralizado (DFE) al puesto de enclavamiento (Stw ) , que comprende:

a) una o más redes troncales de alta disponibilidad (OTN) , b) el puesto de enclavamiento que está conectado de forma redundante a la red troncal o las redes troncales (OTN) por al menos dos interfaces, c) por lo menos dos elementos del campo descentralizados (DFE) interconectados para constituir una línea y que se acoplan a través respectivamente de una unidad funcional descentralizada (SU) a la línea, en donde los dos extremos de la línea respectivamente terminan en una puerta de enlace (UCOM) y son interconectados sobre la red troncal o las redes troncales (OTN) para constituir un anillo;

d) un ordenador central del puesto de enclavamiento independiente del emplazamiento, que a través de varios puertos envía paquetes de datos que están dirigidos de manera redundante a la unidad funcional descentralizada (SU) dependiente del emplazamiento a través de las dos puertas de enlace (UCOM) , en donde la unidad funcional descentralizada (SU) envía del mismo modo paquetes de datos al ordenador central del puesto de enclavamiento a través de dos puertos y donde el ordenador central del puesto de enclavamiento dirige, a través de varios puertos diferentes, los paquetes de datos redundantes a una unidad funcional descentralizada determinada (SU) la cual recibe los paquetes de datos redundantes a través de varios puertos diferentes, en donde las puertas de enlace (UCOM) situadas entre una red troncal y una línea retransmiten sólo los paquetes de datos que se dirigen a los elementos del campo descentralizados (DFE) situados sobre la línea, en el que los paquetes de datos que presentan una dirección desconocida a nivel de la puerta de enlace (UCOM) son rechazados por la puerta de enlace respectiva (UCOM) .

2. Red de datos ferroviarios según la reivindicación 1, en el que los paquetes de datos redundantes tienen diferentes direcciones de red, pero idénticos números de secuencia gracia a los cuales el ordenador central del puesto de enclavamiento o la unidad funcional descentralizada (SU) identifica los paquetes de datos redundantes.

3. Red de datos ferroviarios según la reivindicación 1 o 2, en el que la unidad funcional descentralizada (SU) recibe los paquetes de datos redundantes a través de los dos puertos y también utiliza los puertos para reenviar los paquetes de datos dentro de la línea.

4. Red de datos ferroviarios según una de las reivindicaciones precedentes, en el que las puertas de enlace están diseñadas para ser autoconfigurables y mediante las direcciones del remitente aprender que unidades funcionales descentralizadas (SU) se encuentran sobre la línea.

5. Red de datos ferroviarios según la reivindicación 4, en el que las puertas de enlace aprenden la dirección de las unidades funcionales descentralizadas (SU) situadas sobre la línea por medio de paquetes "Hello" emitidos periódicamente por los ordenadores conectados a la unidad funcional descentralizada (SU) .

6. Procedimiento para la comunicación en tiempo determinista y altamente fiable de paquetes de datos de control del tráfico ferroviario desde un puesto de enclavamiento (Stw) a los elementos de campo descentralizados (DFE) y/o desde los elementos de campo descentralizado (DFE) al puesto de enclavamiento (Stw ) , en una red de datos ferroviarios jerárquicamente estructurados, que comprende las siguientes etapas:

a) configuración de una o más redes troncales de alta disponibilidad (OTN) , b) configuración de un puesto de enclavamiento que está conectado de forma redundante a la red troncal o a las redes troncales (OTN) por al menos dos interfaces, c) configuración de por lo menos dos elementos del campo descentralizados (DFE) interconectados para constituir una línea y que se acoplan respectivamente sobre una unidad funcional descentralizada (SU) en la línea, en donde los dos extremos de la línea respectivamente terminan en una puerta de enlace (UCOM) y son interconectadas sobre la red troncal o las redes troncales (OTN) para constituir un anillo;

d) configuración de un ordenador central del puesto de enclavamiento independiente del emplazamiento, que a través de varios puertos envía paquetes de datos que están dirigidos de manera redundante a la unidad funcional descentralizada (SU) dependiente del emplazamiento sobre las dos puertas de enlace (UCOM) , en donde la unidad

funcional descentralizada (SU) envía del mismo modo paquetes de datos al ordenador central del puesto de enclavamiento a través de dos puertos y donde el ordenador central del puesto de enclavamiento dirige, a través de varios puertos diferentes, los paquetes de datos redundantes a una unidad funcional descentralizada determinada (SU) la cual recibe los paquetes de datos redundantes a través de varios puertos diferentes, en donde las puertas de enlace (UCOM) situadas entre una red troncal y una línea retransmiten sólo los paquetes de datos que se dirigen a los elementos del campo descentralizados (DFE) situados sobre la línea, en el que los paquetes de datos que presentan una dirección desconocida a nivel de la puerta de enlace (UCOM) son rechazados por la puerta de enlace respectiva (UCOM) .

7. Procedido según la reivindicación 6, en el que los paquetes de datos redundantes disponen de direcciones de red diferentes, pero de números de secuencia idénticos gracia a los cuales el ordenador central del puesto de enclavamiento o la unidad funcional descentralizada (SU) identifica los paquetes de datos redundantes.

8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, en el que la unidad funcional descentralizada (SU) recibe los paquetes de datos redundantes a través de los dos puertos y también utiliza los puertos para reenviar los paquetes de datos en los límites de la línea.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que las puertas de enlace están concebidas para que se autoconfiguren y aprendan, mediante las direcciones de remitentes, que unidades funcionales descentralizadas (SU) se encuentran sobre la línea.

10. Procedido según la reivindicación 9, en el que las puertas de enlace aprenden la dirección de las unidades funcionales descentralizadas (SU) situadas sobre la línea, a través de paquetes "Hello" enviados periódicamente por 20 los ordenadores conectados a la unidad funcional descentralizada (SU) .