Frontal analógico robusto para un dispositivo de comunicación por red en un entorno de tipo ferroviario.

Un frontal analógico para interconectar un dispositivo de comunicación por red (2) con una red basada en dos conductores (4),

que comprende:

hilos de entrada y salida (6, 8) para una conexión al dispositivo de comunicación por red (2);

hilos de red (10) para una conexión a la red basada en dos conductores (4);

un circuito de acoplamiento (12) que tiene un primer, un segundo y un tercer conjuntos de terminales (17, 19, 21), un primer canal de acoplamiento entre el primer y segundo conjuntos de terminales (17, 19) y un segundo canal de acoplamiento entre el primer y el tercer conjuntos de terminales (17, 21), proporcionando el primer y el segundo canales de acoplamiento (17, 19) aislamiento, adaptación de impedancias y transferencia de energía entre conjuntos de terminales (17, 19, 21) correspondientes;

un amplificador (20) que tiene una entrada conectada a los hilos de entrada (6), y una salida conectada al segundo conjunto de terminales (19) del circuito de acoplamiento;

un circuito de filtro en modo común (24) para filtrar ruido generado por el modo común, comprendiendo el circuito de filtro en modo común un filtro en modo común de baja frecuencia (34) para filtrar señales de baja frecuencia en el modo común, conectado a un filtro en modo común de alta frecuencia (36) para filtrar señales de alta frecuencia en el modo común, estando el circuito en modo común acoplado entre el primer conjunto de terminales (17) del circuito de acoplamiento (12) y los hilos de red (6, 8);

un atenuador (26) que consiste en dispositivos pasivos, teniendo el atenuador una entrada conectada al tercer conjunto de terminales (19) del circuito de acoplamiento, y una salida conectada directamente a los hilos de salida (8); y

un circuito de suministro de alimentación (28) para un suministro de alimentación operativo de componentes electrónicos del frontal analógico.

Frontal analógico robusto para un dispositivo de comunicación por red en un entorno de tipo ferroviario [0001] La presente invención se refiere a un frontal analógico para interconectar un dispositivo de comunicación por red con una red basada en dos conductores, y a un sistema de red que puede funcionar en un entorno severo, tal como en un tren o un vehículo de transporte, o en un arcén.

TÉCNICA RELACIONADA

La mayoría de los sistemas de banda ancha del mercado utilizan una red troncal ferroviaria basada en el estándar Ethernet o en una adaptación de Ethernet. Desde luego, Ethernet es una de las tecnologías más utilizadas para aplicaciones de alta velocidad a bordo de vehículos de transporte. Sin embargo, Ethernet no puede cumplir una serie de requisitos.

Ethernet es un tipo de tecnología de red para redes de área local. Los datos son fracturados en paquetes y cada uno se transmite utilizando el algoritmo de acceso múltiple por detección de portadora/detección de colisión (CSMA, Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) hasta que llega al destino sin colisionar con ningún otro paquete. Un nodo está transmitiendo o bien recibiendo en cualquier instante. El ancho de banda es de 10 Mbps o 100 Mbps. Los cables Ethernet utilizados más comúnmente son 10/100baseT.

Ethernet proporciona una calidad de servicio (QoS, Quality of Service) de mejor esfuerzo. Una red Ethernet no distingue entre paquetes que llevan un mensaje de emergencia, contenido de video de entretenimiento o imágenes de cámaras de vigilancia por video CCTV. En una red Ethernet, cualquier nodo puede transmitir en la red si ningún otro nodo la está utilizando. Si dos o más nodos comienzan simultáneamente una transmisión (antes del comienzo de la transmisión la red estaba en reposo) se produce una colisión y los nodos intentan retransmitir a la misma velocidad binaria. La QoS se degrada cuando el número de nodos aumenta y se producen potencialmente colisiones. Además, los paquetes Ethernet son de longitud variable. Un nodo que transmite un archivo grande no crítico puede acaparar la red, mientras que otro nodo que desea transmitir datos críticos tiene que esperar. Ethernet

no garantiza que un paquete se entregue dentro de un tiempo específico.

Además, Ethernet introduce el peligro de un punto único de fallo. Por ejemplo, en el caso de una red troncal que pasa a través de múltiples vagones de un tren, si el fallo se produce en un conmutador de Ethernet, por ejemplo, un fallo en el vagón 2, tal como se muestra en la figura 2, toda la red se interrumpe hasta que se restablece el conmutador. Aunque se pueden implementar otros mecanismos para superar el punto único de fallo (por ejemplo, red redundante, repetidores, etc.) , dichos mecanismos introducen más equipamiento, costes adicionales y están asimismo sujetos a fallo.

Ethernet no satisface los requisitos para desplegar IP sobre un cable de dos conductores existente a bordo de vehículos ferroviarios. Ethernet requiere dos pares de cables dedicados. Ethernet no funciona con aplicaciones existentes sobre el mismo cable. No soporta una red de comunicación de bus multipunto. Las redes Ethernet se pueden desplegar en una configuración de estrella, en una configuración de bus de cadena margarita o en una mezcla de ambas. Pero las redes Ethernet no son multipunto. Se utiliza cadena margarita en la configuración de bus Ethernet. Ethernet necesita dispositivos de terminación en las configuraciones de bus. Ethernet tiene un punto único 45 de fallo, ya sea en configuración de bus o de estrella. Carece de disponibilidad y fiabilidad en el entorno ferroviario severo, salvo que se modifique. Con el fin de adaptar su caudal en función de la calidad del cable, del ruido, del número de dispositivos en la red, etc., se requieren sobre Ethernet protocolos de nivel superior. No se puede adaptar a topologías arbitrarias sin una degradación del rendimiento.

El estándar HomePNA fue desarrollado para el mercado residencial doméstico. Éste utiliza los cables telefónicos existentes en un hogar para compartir una única conexión de internet con varios dispositivos de red (por ejemplo ordenadores, impresoras, receptores de audio digital, centros de entretenimiento multimedia, pasarelas, etc.) en el hogar. Pueden coexistir varias señales en el mismo cable: voz analógica, xDSL y señales HomePNA.

HomePNA 2.0 introduce ocho niveles de prioridad y utiliza un nuevo algoritmo de resolución de colisiones

denominado asignación de colas por prioridad equitativa distribuida (DFPQ, distributed fair priority queuing) . HomePNA 2.0 soporta transmisiones de unidifusión, multidifusión y difusión. A diferencia de Ethernet, HomePNA

2.0 no pone restricciones sobre el tipo de cableado, la topología del cableado o la terminación. HomePNA 2.0 utiliza un medio físico compartido sin la necesidad de un conmutador o un concentrador.

Dos ventajas significativas de HomePNA sobre Ethernet son que HomePNA utiliza solamente un cable de dos conductores en lugar de los dos de Ethernet, y HomePNA puede compartir cables existentes mientras que Ethernet no puede.

HomePNA es una tecnología adaptativa. Cuando la calidad de la transmisión desciende, el conjunto de circuitos integrados se adapta a la velocidad de transmisión. El circuito integrado soporta velocidades binarias de 1 Mbps (HomePNA 1.0) , y desde 4 Mbps (HomePNA 2.0, difusión) hasta 32 Mbps (HomePNA 2.0) en incrementos de 2 Mbps. Esto permite una rápida retransmisión de paquetes a baja velocidad. Estadísticamente, los reintentos tienen más probabilidades de ser satisfactorios a bajas velocidades. La tecnología de Ethernet lleva a cabo reintentos en el caso de errores de transmisión a la misma velocidad binaria. La retransmisión será satisfactoria solamente cuando cese la perturbación.

Otra ventaja de HomePNA sobre Ethernet es la capacidad de soportar acoplamiento y desacoplamiento dinámico de trenes sin el inconveniente de la reconfiguración. Ambos trenes se pueden conectar al mismo cable físico sin equipamiento intermedio. Además, Ethernet requeriría la adición de encaminadores/puentes en cada extremo de los trenes, lo que añade equipamiento y un punto único de fallo potencial.

HomePNA 3.0 mejora sensiblemente las capacidades de la versión 2.0 añadiendo soporte de QoS determinista para datos en tiempo real. La tecnología permite a los usuarios asignar intervalos de tiempo específicos para cada flujo de datos, garantizando que los datos en tiempo real serán entregados cuando se requiera, con latencia predeterminada y sin interrupción. HomePNA 3. 0 soporta 128 Mbps o más.

Debido a que HomePNA fue desarrollado para el mercado residencial, no tiene la solidez, fiabilidad y robustez para su despliegue en el entorno del transporte público, especialmente en vagones ferroviarios. Utilizar "tal cual" la tecnología HomePNA a bordo de un tren produciría malos resultados debido al exigente entorno a bordo del tren: golpes, vibraciones, ruidos, perturbaciones, etc. Es necesario un fortalecimiento de la capa física. Lo mismo aplica al estándar HomePlug.

La solicitud de patente internacional WO 01/84806 da a conocer la adaptación de un módem telefónico a una comunicación por línea de alimentación. El dispositivo es adecuado para conectar un dispositivo de comunicación en red a una red basada en dos conductores. A este respecto, el dispositivo comprende hilos de entrada y de salida, hilos de red, un filtro en modo común, un acoplador que proporciona aislamiento, adaptación de impedancias y transferencia de energía, y amplificadores para la transmisión hacia y la recepción desde la línea de alimentación.

Se conoce en la técnica la patente U.S.A. número 6.212.263 (Sun, et al.) que muestra un frontal analógico para interconectar un CODEC a una línea telefónica. El frontal analógico incluye hilos de entrada y de salida, hilos de red para la conexión a una línea telefónica y un amplificador diferencial, que tiene una entrada conectada a los hilos de entrada y una salida conectada a un transformador. Sun, et al. muestran un distribuidor de línea en la parte 45 de recepción del incidente, pero este distribuidor de línea no lleva a cabo atenuación.

RESUMEN

Un objetivo de la invención es dar a conocer un frontal analógico robustecido para interconectar un 50 dispositivo de comunicación por red con una red basada en dos conductores.

Otro objetivo de la invención es dar a conocer dicho frontal que tenga mayor fiabilidad y protección de la integridad de los datos.

Otro objetivo de la invención es dar a conocer dicho frontal que aumente la relación señal/ruido y el filtrado

en modo común,... [Seguir leyendo]

1. Un frontal analógico para interconectar un dispositivo de comunicación por red (2) con una red basada en dos conductores (4) , que comprende:

hilos de entrada y salida (6, 8) para una conexión al dispositivo de comunicación por red (2) ;

hilos de red (10) para una conexión a la red basada en dos conductores (4) ;

un circuito de acoplamiento (12) que tiene un primer, un segundo y un tercer conjuntos de terminales (17, 19, 21) , un primer canal de acoplamiento entre el primer y segundo conjuntos de terminales (17, 19) y un segundo canal de acoplamiento entre el primer y el tercer conjuntos de terminales (17, 21) , proporcionando el primer y el segundo canales de acoplamiento (17, 19) aislamiento, adaptación de impedancias y transferencia de energía entre conjuntos de terminales (17, 19, 21) correspondientes;

un amplificador (20) que tiene una entrada conectada a los hilos de entrada (6) , y una salida conectada al segundo conjunto de terminales (19) del circuito de acoplamiento;

un circuito de filtro en modo común (24) para filtrar ruido generado por el modo común, comprendiendo el circuito de filtro en modo común un filtro en modo común de baja frecuencia (34) para filtrar señales de baja frecuencia en el modo común, conectado a un filtro en modo común de alta frecuencia (36) para filtrar señales de alta frecuencia en el modo común, estando el circuito en modo común acoplado entre el primer conjunto de terminales (17) del circuito de acoplamiento (12) y los hilos de red (6, 8) ;

un atenuador (26) que consiste en dispositivos pasivos, teniendo el atenuador una entrada conectada al tercer conjunto de terminales (19) del circuito de acoplamiento, y una salida conectada directamente a los hilos de salida (8) ; y un circuito de suministro de alimentación (28) para un suministro de alimentación operativo de componentes 30 electrónicos del frontal analógico.

2. El frontal analógico acorde con la reivindicación 1, en el que el circuito de acoplamiento (12) comprende un transformador (12) que tiene una bobina principal (14) y una primera y una segunda bobinas secundarias (16, 18) , estando conectada la bobina principal (14) al primer conjunto de terminales (17) , estando conectadas la primera y la segunda bobinas secundarias (16, 18) respectivamente al segundo y al tercer conjuntos de terminales (19, 21) , proporcionando el transformador (12) el primer y el segundo canales de acoplamiento.

3. El frontal analógico acorde con la reivindicación 1, en el que el primer y el segundo canales de acoplamiento comprenden amplificadores aislados ópticamente (13, 15) . 40

4. El frontal analógico acorde con la reivindicación 1, en el que el amplificador (20) comprende un amplificador diferencial para amplificar una diferencia de tensión entre dos señales de entrada recibidas por los hilos de entrada.

5. El frontal analógico acorde con la reivindicación 1, que comprende además un circuito de protección (30) acoplado entre la salida del amplificador y el segundo conjunto de terminales (19) del circuito de acoplamiento.

6. El frontal analógico acorde con la reivindicación 5, en el que el circuito de protección (30) comprende una disposición de circuito que tiene diodos y condensadores. 50

7. El frontal analógico acorde con la reivindicación 1, que comprende además un circuito de protección (32) acoplado entre la entrada del atenuador y el tercer conjunto de terminales (21) del circuito de acoplamiento.

8. El frontal analógico acorde con la reivindicación 7, en el que el circuito de protección (32) comprende 55 una disposición de circuito que tiene diodos y condensadores.

9. El frontal analógico acorde con la reivindicación 1, que comprende además un filtro de paso banda (22) acoplado entre el primer conjunto de terminales del circuito de acoplamiento y el circuito del filtro en modo común.

10. El frontal analógico acorde con la reivindicación 9, en el que:

el circuito de acoplamiento (12) comprende un transformador (12) que tiene una bobina principal (14) y una primera y una segunda bobinas secundarias (16, 18) , estando conectada la bobina principal (14) al primer conjunto de terminales (17) , estando conectadas la primera y la segunda bobinas secundarias (16, 18) respectivamente al segundo y al tercer conjuntos de terminales (19, 21) , proporcionando el transformador (12) el primer y el segundo canales de acoplamiento; y el filtro de paso banda (22) y el transformador (12) están combinados juntos en un circuito integrado (40) alimentado mediante el circuito de suministro de alimentación.

11. El frontal analógico acorde con la reivindicación 1, que comprende además un circuito de protección (38) acoplado entre el circuito (24) del filtro en modo común y los hilos de red (10) .

12. El frontal analógico acorde con la reivindicación 11, en el que el circuito de protección (38) comprende una disposición de circuito con diodos Zener para la protección en modo diferencial de señales enviadas hacia y recibidas desde la red basada en dos conductores.

13. Un sistema de red que comprende:

un par de conductores (42) que forman, por lo menos, una parte de una red basada en dos conductores (4) ;

por lo menos un dispositivo de comunicación por red (2) ; y por lo menos un dispositivo de acceso (44) interconectable entre dicho par de conductores y dicho por lo menos un dispositivo de comunicación por red, teniendo dicho por lo menos un dispositivo de acceso un frontal analógico según la reivindicación 1.

14. El sistema de red acorde con la reivindicación 13, en el que el sistema de red está instalado en un tren.

15. El sistema de red acorde con la reivindicación 13, en el que el par de conductores (42) tienen, por lo menos, un extremo dotado de un conector para su conexión con un par análogo de conductores de la red basada en dos conductores (4) .

16. El sistema de red acorde con la reivindicación 13, en el que dicho por lo menos un dispositivo de comunicación por red (2) comprende múltiples dispositivos de comunicación por red, y dicho por lo menos un dispositivo de acceso comprende múltiples dispositivos de acceso, cada uno interconectable entre el par de conductores y un cierto número de los dispositivos de comunicación por red.

17. El sistema de red acorde con la reivindicación 13, en el que dicho por lo menos un dispositivo de 45 comunicación por red (2) comprende una unidad de aplicación (52) conectable al dispositivo de acceso, para desempeñar una aplicación.

18. El sistema de red acorde con la reivindicación 17, en el que el dispositivo de comunicación por red (2)

comprende además un controlador (54) para la comunicación de datos entre la unidad de aplicación y la red basada 50 en dos conductores.

19. El sistema de red acorde con la reivindicación 17, en el que el dispositivo de comunicación por red (2) comprende además un controlador (54) que controla el funcionamiento de la unidad de aplicación (52) en respuesta a señales de control recibidas en la red basada en dos conductores.

20. El sistema de red acorde con la reivindicación 17, en el que dicho por lo menos un dispositivo de acceso (44) tiene una funcionalidad de conversión para la conversión entre protocolos de comunicación utilizados por el dispositivo de comunicación por red (2) y sobre la red basada en dos conductores (4) .

21. El sistema de red acorde con la reivindicación 17, en el que dicho por lo menos un dispositivo de acceso (44) tiene una funcionalidad de conmutación para la comunicación entre el dispositivo de comunicación por red (2) y un dispositivo de comunicación por red adicional conectado a dicho por lo menos un dispositivo de acceso.

22. El sistema de red acorde con la reivindicación 13, en el que dicho por lo menos un dispositivo de 10 comunicación por red (2) comprende un dispositivo HomePNA.

23. El sistema de red acorde con la reivindicación 13, en el que dicho por lo menos un dispositivo de comunicación por red (2) comprende un dispositivo compatible con comunicación por línea de alimentación.