專利名稱：列車控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
'
本發(fā)明涉及，采用除了在列車與通信基站之間設(shè)置多個(gè)無線通信路并 實(shí)現(xiàn)沒有中斷的穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信的技術(shù)之外，在無線通信路上的數(shù)據(jù)加密 技術(shù)、對(duì)無線控制實(shí)施區(qū)間的進(jìn)入時(shí)所必需的安全認(rèn)證技術(shù)時(shí)的通過無線 進(jìn)行的列車控制方法以及通過多個(gè)無線通信所進(jìn)行的穩(wěn)定且安全的數(shù)據(jù) 通信系統(tǒng)技術(shù)。
背景技術(shù)：
實(shí)施在一個(gè)區(qū)域中只許可一個(gè)列車運(yùn)行的"封閉方式"，為了進(jìn)行列 車控制而利用通信系統(tǒng)。
近年來通過導(dǎo)入無線通信系統(tǒng)而存在實(shí)現(xiàn)鐵道通信系統(tǒng)的成本降低 的趨勢(shì)。在美國和中國中，越來越推行通過無線通信實(shí)行列車控制的
CBTC(Communication Based Train Control)系統(tǒng)的導(dǎo)入。
另一方面，在歐州圈中越來越盛行稱作ERTMS/ETCS的系統(tǒng)的導(dǎo)入。 ERTMS/ETCS在無線系統(tǒng)中使用將GSM網(wǎng)作為基礎(chǔ)(base)的 GSM-R(GSM-Railway)。
在實(shí)現(xiàn)進(jìn)行使用作為開放式網(wǎng)絡(luò)的無線頻帶的列車無線控制的列車 地上控制裝置與列車車上控制裝置所生成的相互的控制信息的雙方向通 信的列車控制系統(tǒng)中，為了確保數(shù)據(jù)的隱匿性而在無線發(fā)送前實(shí)施加密， 通過對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，保護(hù)來自外部的數(shù)據(jù)信息。
在專利文獻(xiàn)l中，記載有在鐵道中通過無線將用于安全地使列車運(yùn)行 的控制信息向列車傳輸，控制列車的方法。通過提出將無線通信用于列車 控制時(shí)的無線控制方式/數(shù)據(jù)加密/無線機(jī)故障檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)安全度高的列車 控制系統(tǒng)。
在專利文獻(xiàn)2中，記載有通過無線通信進(jìn)行的列車控制系統(tǒng)中的列車 認(rèn)證技術(shù)。通信路上的數(shù)據(jù)的加密/解密中使用的密鑰按列車單位規(guī)定，
這是由地上控制裝置通過列車的認(rèn)證處理被通知的。認(rèn)證處理針對(duì)在地上 控制裝置中通過來自車上控制裝置的車上無線控制裝置的認(rèn)證請(qǐng)求而被 實(shí)施。認(rèn)證處理以防止對(duì)系統(tǒng)全體的冒充訪問為目的而被實(shí)行。此外，認(rèn) 證處理除了在列車的加速(立^上tf)時(shí)、進(jìn)入列車控制區(qū)間之外，通過 行駛中定期地實(shí)施并更新加密密鑰來交換列車的數(shù)據(jù)的加密模式，防止來 自外部的讀取。
專利文獻(xiàn)1國際公開98/41435號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2006-129432號(hào)公報(bào)
在1列車的車上控制裝置與地上控制裝置之間具有多個(gè)無線通信路的 結(jié)構(gòu)，以通過無線通信路的冗余性實(shí)現(xiàn)車上控制裝置-地上控制裝置間沒 有中斷的數(shù)據(jù)通信為目的。這種技術(shù)是，即使在(l)都市部的建筑物管道 (匕、-卜:4、^， building tunnel)內(nèi)的電波的多路衰減(W/、。"工-、W) 所引起的干涉回避、(2)來自其他的無線通信系統(tǒng)的噪聲所引起的干涉回 避、(3)列車移動(dòng)所引起的電波狀況變化、的無線通信環(huán)境下，通過不同 的CH/不同的天線與無線控制裝置的設(shè)置所產(chǎn)生的多個(gè)無線通信路來實(shí)現(xiàn) 冗余性，來實(shí)現(xiàn)高可靠的數(shù)據(jù)通信的技術(shù)。
地上控制裝置識(shí)別列車的加速或系統(tǒng)進(jìn)入，每次對(duì)列車通知系統(tǒng)進(jìn)入 許可、按列車分別分配的加密密鑰的信息時(shí)，按每一列車由多個(gè)無線通信 路全部實(shí)施該認(rèn)證處理時(shí)，在掌握1路線上的多個(gè)列車的認(rèn)證處理的地上 統(tǒng)轄裝置中，由于發(fā)生列車數(shù)X無線通信路的處理，因此存在處理負(fù)荷變 大的問題。
此外，通過認(rèn)證處理將在車上控制裝置一地上控制裝置間決定的加密 規(guī)則按每1列車規(guī)定無線通信路的數(shù)目個(gè)，存在在數(shù)據(jù)通信中處理負(fù)荷變 大的問題。
此外，如上述所示出的無線通信路的冗余性的目的，即使一個(gè)無線通
信路中斷，由于其他的無線通信路連接，因此能夠防止數(shù)據(jù)的缺少的本系
統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，存在在初期加速時(shí)等列車的位置或電波環(huán)境/無線控制裝置的
機(jī)器狀態(tài)的情形下不能實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路的可能性。這種無線通 信路具有隨著列車的行駛/移動(dòng)而反復(fù)連接無線通信路的可能性。反復(fù)連
接之后實(shí)施認(rèn)證處理時(shí)，多個(gè)無線通信路中由于列車控制而實(shí)施數(shù)據(jù)通信
的無線通信路與實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路發(fā)生，通過在地上控制裝置中 相同的列車中的多個(gè)無線通信路而處理模式不同，因此在地上控制裝置中 存在處理的復(fù)雜化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，在列車控制裝置中的車上控制裝置一地上控制裝 置間的雙方向無線通信中，由于按照控制數(shù)據(jù)的通信沒有中斷那樣進(jìn)行，
因此在列車的車上控制裝置以及地上控制裝置間采用使用不同的CH(信道) 的多個(gè)無線通信路并使數(shù)據(jù)通信路冗余化的列車控制系統(tǒng)中，使各無線通 信路有效地作為安全且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信路。
本發(fā)明的列車控制系統(tǒng)的特征在于，在規(guī)定的路徑上移動(dòng)的多個(gè)車上 無線控制裝置與在規(guī)定的路徑沿線上設(shè)置的多個(gè)地上無線控制裝置之間 進(jìn)行無線通信，在上述多個(gè)車上無線控制裝置與上述多個(gè)地上無線控制裝 置間使不同的通信頻率的多個(gè)無線通信路并行并同時(shí)進(jìn)行無線通信，選擇 上述多個(gè)無線通信路中的一個(gè)無線通信路并實(shí)施認(rèn)證請(qǐng)求以及認(rèn)證處理， 在上述多個(gè)車上無線控制裝置中將在上述認(rèn)證處理時(shí)得到的加密密鑰作 為公共的加密密鑰，來進(jìn)行上述多個(gè)車上無線控制裝置與上述多個(gè)地上無 線控制裝置間的數(shù)據(jù)通信的加密。
本發(fā)明還具有下述特征，切換上述所選擇的無線通信路來實(shí)施上述車 上無線控制裝置的對(duì)上述列車控制系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)入時(shí)、或者上述車上無線控 制裝置的初期加速時(shí)所必需的上述認(rèn)證請(qǐng)求以及認(rèn)證處理。
本發(fā)明還具有下述特征，選擇一個(gè)無線通信路來實(shí)施認(rèn)證請(qǐng)求的上述 車上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置，為了上述認(rèn)證處理而生成隨機(jī)數(shù)，將該隨 機(jī)數(shù)僅傳送給進(jìn)行認(rèn)證請(qǐng)求并實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路。
本發(fā)明還具有下述特征，多個(gè)位于無線通信路上的數(shù)據(jù)，采用地上統(tǒng) 轄裝置生成并經(jīng)由上述地上無線控制裝置而向上述車上無線控制裝置進(jìn) 行通知的加密密鑰來實(shí)施加密，該加密密鑰在由一個(gè)無線通信路實(shí)施認(rèn)證 時(shí)由上述地上無線控制裝置被通知，上述地上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置， 按照將該加密密鑰也使用于不實(shí)施認(rèn)證的其他的無線通信路中的數(shù)據(jù)加 密中的方式使該加密密鑰在各車上無線控制裝置中共享，從而能對(duì)上述車
上無線控制裝置以及上述地上無線控制裝置間的所有的多個(gè)無線通信路 上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
本發(fā)明還具有下述特征，上述車上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置監(jiān)視上述 多個(gè)無線通信路的無線電波狀態(tài)以及車上無線控制裝置的機(jī)器狀態(tài)，決定 實(shí)施上述認(rèn)證處理的一個(gè)無線通信路并使上述認(rèn)證處理開始。
本發(fā)明還具有下述特征，具有認(rèn)證重試功能，其在上述認(rèn)證處理在一 定時(shí)間內(nèi)沒有完成的情況下或無線通信在上述認(rèn)證處理中中斷的情況下， 使上述認(rèn)證中的處理中斷/結(jié)束，上述統(tǒng)轄裝置選擇其他的無線通信路并 使上述認(rèn)證處理重新開始，切換上述無線通信路來重新進(jìn)行上述認(rèn)證請(qǐng)求 以及上述認(rèn)證處理。
本發(fā)明還具有下述特征，經(jīng)由一個(gè)無線通信路來完成上述認(rèn)證處理 時(shí)，上述車上無線控制裝置的上述列車控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信被許可，上 述車上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置使認(rèn)證結(jié)束信息以及加密密鑰在其他的 無線通信路中共享，從而剩余的無線通信路的數(shù)據(jù)通信被許可/開始，上 述列車控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信開始工作。
通過本發(fā)明，通過多個(gè)無線通信路在1列車的車上控制裝置與地上控 制裝置間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而確保數(shù)據(jù)通信的冗余性，此外通過執(zhí)行釆用 具有多個(gè)的無線通信路中的一個(gè)無線通信路的列車一地上控制裝置間的 安全認(rèn)證，實(shí)施可靠/適當(dāng)?shù)恼J(rèn)證，將在此得到的加密密鑰在其他的無線 通信路中也共享并開始數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)在冗余化的無線通信路中保証 數(shù)據(jù)的安全性的效果。
此外，通過本發(fā)明，與所有的無線通信路實(shí)施認(rèn)證處理的方式相比， 通過將認(rèn)證處理集中到一個(gè)無線通信路，從而對(duì)每1列車的認(rèn)證處理施加 的負(fù)荷可變小。這一動(dòng)作，也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)行一路線上的多個(gè)編成的列車的管 理的地上控制裝置側(cè)的負(fù)荷降低的效果。
此外，通過本發(fā)明，切換上述選擇的無線通信路來實(shí)施在上述車上無 線控制裝置的進(jìn)入上述列車控制系統(tǒng)內(nèi)時(shí)或者上述車上無線控制裝置在 初期加速時(shí)所必需的上述認(rèn)證請(qǐng)求以及認(rèn)證處理，從而在無線通信狀態(tài)或 無線機(jī)/天線的狀態(tài)差的情況下也切換到其他的無線通信路并執(zhí)行認(rèn)證處 理，因此該認(rèn)證處理在必要的狀況下實(shí)現(xiàn)能夠有效地使用多個(gè)無線通信路
的效果。
此外，通過本發(fā)明，選擇一個(gè)無線通信路并實(shí)施認(rèn)證請(qǐng)求的上述車上 無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置為了上述認(rèn)證處理而生成隨機(jī)數(shù)，將該隨機(jī)數(shù)僅 向進(jìn)行認(rèn)證請(qǐng)求并實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路傳送，從而實(shí)現(xiàn)能夠在統(tǒng)轄 裝置與實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路中自身有效地實(shí)施認(rèn)證請(qǐng)求和認(rèn)證處 理的效果。
此外，通過本發(fā)明，多個(gè)位于無線通信路上的數(shù)據(jù)，采用地上統(tǒng)轄裝 置生成并經(jīng)由上述地上無線控制裝置而向上述車上無線控制裝置通知的 加密密鑰來實(shí)施加密，在該加密密鑰由一個(gè)無線通信路實(shí)施認(rèn)證時(shí)，由上 述地上無線控制裝置被通知，上述地上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置，按照將 該加密密鑰也使用于沒有實(shí)施認(rèn)證的其他的無線通信路中的數(shù)據(jù)加密中 的方式使該加密密鑰在各車上無線控制裝置中共享，從而通過能夠?qū)ι鲜?車上無線控制裝置以及上述地上無線控制裝置間的所有的多個(gè)無線通信 路上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而與所有的無線通信路實(shí)施認(rèn)證處理的方式相 比，認(rèn)證處理集中到一個(gè)無線通信路，在每一列車的認(rèn)證處理施加的負(fù)荷 變小，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一路線上的多個(gè)編成的列車的管理的地上控制裝置側(cè)的負(fù) 荷減小的效果。
此外，通過本發(fā)明，上述車上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置監(jiān)視上述多個(gè) 無線通信路的無線電波狀態(tài)以及車上無線控制裝置的機(jī)器狀態(tài)，決定實(shí)施 上述認(rèn)證處理的一個(gè)無線通信路并開始上述認(rèn)證處理，從而與多個(gè)車上無 線控制裝置分別進(jìn)行監(jiān)視的方式相比，實(shí)現(xiàn)能夠有效地進(jìn)行多個(gè)無線通信 路的無線電波狀態(tài)以及車上無線控制裝置的機(jī)器狀態(tài)的監(jiān)視、與實(shí)施認(rèn)證 處理的開始的效果。
此外，通過本發(fā)明，具有認(rèn)證重試功能，其在一定時(shí)間內(nèi)沒有完成上 述認(rèn)證處理的情況下或在上述認(rèn)證處理中無線通信中斷的情況下，使上述 認(rèn)證中的處理中斷/結(jié)束，上述統(tǒng)轄裝置選擇其他的無線通信路并重新開 始上述認(rèn)證處理，切換上述無線通信路并再次執(zhí)行上述認(rèn)證請(qǐng)求以及上述 認(rèn)證處理，從而在無線通信狀態(tài)或無線機(jī)/天線的狀態(tài)差的情況下也切換 到其他的無線通信路并執(zhí)行認(rèn)證處理，因此在該認(rèn)證處理為必要的狀況 下，實(shí)現(xiàn)能夠有效地使用多個(gè)無線通信路的效果。
此外，通過本發(fā)明，經(jīng)由一個(gè)無線通信路完成上述認(rèn)證處理時(shí)，許可 上述車上無線控制裝置的上述列車控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信，上述車上無線 控制裝置的統(tǒng)轄裝置使認(rèn)證結(jié)束信息以及加密密鑰在其他的無線通信路 中共享，剩余的無線通信路的數(shù)據(jù)通信被許可/開始，上述列車控制系統(tǒng) 中的數(shù)據(jù)通信開始工作，從而實(shí)現(xiàn)沒有實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路的數(shù)據(jù) 加密也確保安全性的效果。也即，地上控制裝置以及l(fā)列車間的多個(gè)無線 通信路的數(shù)據(jù)全部，通過與認(rèn)證處理相同的加密密鑰被保護(hù)，分別分配其 他的加密密鑰，實(shí)現(xiàn)消除地上控制裝置側(cè)的解密處理變大的問題的效果。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的車上一地上間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1的無線通信路中的數(shù)據(jù)通信流程圖。 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1的各機(jī)器間的認(rèn)證處理時(shí)的流序圖。 圖4為本發(fā)明的實(shí)施例1的無線通信路中的認(rèn)證處理時(shí)的數(shù)據(jù)通信流 程圖。
符號(hào)的說明 8天線
10地上控制裝置
11地上無線控制裝置(AP)
12車上控制裝置
13車上無線控制裝置(STA)
14 AP主機(jī)(master)
20從地上控制裝置10向AP1H， 112， 113， 114的數(shù)據(jù)通信
21從STA131向車上控制裝置12的數(shù)據(jù)傳輸
22從STA132向車上控制裝置12的數(shù)據(jù)傳輸
23從STA133向車上控制裝置12的數(shù)據(jù)傳輸
24從STA134向車上控制裝置12的數(shù)據(jù)傳輸
30從車上控制裝置12向STA131， 132， 133， 134的數(shù)據(jù)傳輸
31從APlll向地上控制裝置10的數(shù)據(jù)傳輸
32從API 12向地上控制裝置10的數(shù)據(jù)傳輸
33從AP113向地上控制裝置10的數(shù)據(jù)傳輸 34從AP114向地上控制裝置10的數(shù)據(jù)傳輸
41 STA131與API 11間的無線通信路
42 STA132與API 12間的無線通信路
43 STA133與AP113間的無線通信路
44 STA134與API 14間的無線通信路 60認(rèn)證處理時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸流程
61認(rèn)證處理后的加密密鑰共享時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸流程
111 API
112 AP2
113 AP3
114 AP4
131 STA1
132 STA2
133 STA3
134 STA具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
本發(fā)明的代表的實(shí)施方式中，無線通信路上的數(shù)據(jù)為了具有隱匿性而 被加密。1列車一地上控制裝置間的各無線通信路中，通過相同的加密密 鑰對(duì)相同的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，在各無線通信路中傳輸相同的信息。從地 上控制裝置看時(shí)在與1列車之間具有多個(gè)通信路，但由于相同的控制數(shù)據(jù) 由相同的加密密鑰被加密，因此各無線通信路中裝載的數(shù)據(jù)是相同的數(shù) 據(jù)。預(yù)先決定優(yōu)先地使用數(shù)據(jù)的無線通信路，在無線通信路陷入中斷時(shí)或 非有效的數(shù)據(jù)到來時(shí)通過釆用控制地使用其他無線通信路上的數(shù)據(jù)的方 式，能夠防止多個(gè)無線通信路所進(jìn)行的數(shù)據(jù)的接收發(fā)送/列車控制/列車管 理數(shù)據(jù)的長(zhǎng)大化/復(fù)雜化。
為了防止來自系統(tǒng)外部的對(duì)無線通信路的冒充訪問，進(jìn)行認(rèn)證處理。 通過該認(rèn)證處理，由地上控制裝置所生成的加密密鑰被向車上控制裝置通
知。每當(dāng)列車起動(dòng)(立6上tf、)時(shí)、系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)、行駛中的定期的加密密 鑰更新時(shí)，認(rèn)證處理在列車一地上控制裝置間被實(shí)施。
認(rèn)證處理識(shí)別經(jīng)由無線通信路的來自列車的認(rèn)證請(qǐng)求，判斷是否許可 對(duì)列車的系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)入。在許可時(shí)，將用于無線通信路上數(shù)據(jù)的加密的加 密密鑰對(duì)列車進(jìn)行通知。該處理，從地上控制裝置側(cè)看時(shí)，在位于與l列 車之間的多個(gè)無線通信路中從各無線通信路產(chǎn)生認(rèn)證請(qǐng)求時(shí)，僅為了 l列 車認(rèn)證而認(rèn)證請(qǐng)求受理無線通信路的數(shù)目，在多個(gè)列車的認(rèn)證時(shí)，地上控 制裝置側(cè)的處理變得復(fù)雜化/負(fù)荷大。進(jìn)行認(rèn)證處理的無線通信路變?yōu)槎?個(gè)中的一個(gè)，從而通過每1列車進(jìn)行1無線通信路的認(rèn)證請(qǐng)求，來減少地 上控制裝置中的處理負(fù)荷。
無線通信路，由于噪聲所產(chǎn)生的電波干涉、天線設(shè)置位置所引起的電 波特性的不同、與地上基站之間的距離、無線控制裝置/天線等的故障而 有產(chǎn)生不進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的現(xiàn)象的可能性。在本系統(tǒng)中，通過具有多個(gè)無線 通信路，與這些數(shù)據(jù)通信不可相對(duì)應(yīng)。
認(rèn)證處理由一個(gè)無線通信路進(jìn)行實(shí)施，但對(duì)于由于上述那樣的無線通 信不可的現(xiàn)象而無線控制裝置不能實(shí)施認(rèn)證處理的可能性，通過實(shí)施下述 的多個(gè)無線通信路的切換處理來進(jìn)行對(duì)應(yīng)(A)如果認(rèn)證處理在一定時(shí)間 內(nèi)沒有結(jié)束，則車上控制裝置對(duì)其他無線控制裝置切換認(rèn)證處理/認(rèn)證請(qǐng) 求。(B)通過車上控制裝置掌握無線控制裝置的機(jī)器狀態(tài)/無線狀態(tài)的數(shù)據(jù) 通信狀態(tài)，來指定實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路。
通過本發(fā)明的代表的實(shí)施方式，由于1列車的車上控制裝置與地上控 制裝置間通過多個(gè)無線通信路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因此確保數(shù)據(jù)通信的冗余 性，此外執(zhí)行通過采用具有多個(gè)無線通信路中的一個(gè)無線通信路的列車一 地上控制裝置間的安全認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)可靠/適當(dāng)?shù)恼J(rèn)證，通過將在此得到的 加密密鑰在其他的無線通信路中也共享并開始數(shù)據(jù)通信，保證在冗余性的 充線通信路中的數(shù)據(jù)的安全性。
列車加速時(shí)、系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)、加密密鑰更新時(shí)進(jìn)行的認(rèn)證處理，選擇多 個(gè)無線通信路中的一個(gè)無線通信路來實(shí)施，因此在無線通信狀態(tài)或無線機(jī) /天線的狀態(tài)差的情況下也切換到其他無線通信路并執(zhí)行認(rèn)證處理，因此 該認(rèn)證處理在必要的狀況下，能夠有效地使用于多個(gè)無線通信路。
與所有的無線通信路實(shí)施認(rèn)證處理的方式相比，通過將認(rèn)證處理集中 到一個(gè)無線通信路，從而可對(duì)每一列車的認(rèn)證處理所施加的負(fù)荷變小。這 可以說進(jìn)行一路線上的多個(gè)編成的列車的管理的地上控制裝置側(cè)中的負(fù) 荷降低的效果大。
在所有多個(gè)無線通信路中進(jìn)行認(rèn)證處理時(shí)，分別分配其他的加密密 鑰，地上控制裝置側(cè)的解密處理變大，但通過本發(fā)明的一個(gè)無線通信路認(rèn) 證列車的方式中，車上控制裝置使通過該認(rèn)證處理得到的加密密鑰對(duì)其他 車上無線控制裝置進(jìn)行分配共享，從而也確保了沒有實(shí)施認(rèn)證處理的無線 通信路的數(shù)據(jù)加密。也即地上控制裝置一l列車間的多個(gè)無線通信路的數(shù) 據(jù)全部通過與認(rèn)證處理相同的加密密鑰來被保護(hù)。
以下，采用圖面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)地進(jìn)行說明。實(shí)施例1
圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例1的車上一地上間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖1中，設(shè) 置列車90、隨著雙方向的數(shù)據(jù)通信生成對(duì)列車90的信息的地上控制裝置
10和用于實(shí)施無線通信的地上無線控制裝置AP111(以下、地上無線控制 裝置:AP)，作為地上設(shè)備。在地上控制裝置10與AP111之間，在路線沿 線上配置有幾個(gè)地上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置AP主機(jī)14。
在圖1中，設(shè)置有成為列車90的統(tǒng)轄裝置的車上控制裝置12與用于 實(shí)施無線通信的車上無線控制裝置STA 131(以下稱為車上無線控制裝 置STA。)作為車上設(shè)備。在本實(shí)施例中，采用下述結(jié)構(gòu)，即將4臺(tái)即 STA131、 STA132、 STA133、 STA134搭載在列車90中，在車上控制裝置12 以及地上控制裝置10之間存在4條無線通信路。在此，各個(gè)STA與APlll、 AP112、 AP113、 AP114確立無線通信路。
各個(gè)無線通信路使用不同的CH(信道)，通過分別具有天線8的車上無 線控制裝置STA131， 132， 133， 134與分別具有天線8的設(shè)置環(huán)境不同的 基站APlll， 112， 113， 114進(jìn)行通信，從而按照無線通信路的環(huán)境不同 的方式被設(shè)定，在根據(jù)無線電波環(huán)境或車上無線控制裝置STA的動(dòng)作狀態(tài) 而無線傳輸路已切斷時(shí)，將來自其他的車上無線控制裝置STA的數(shù)據(jù)使用 于車上控制裝置12的數(shù)據(jù)處理中。
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1的無線通信路中的數(shù)據(jù)通信流程圖。圖2中，
列車90與地上設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。地上控制裝置10想要向一個(gè)列車發(fā)送
的信息首先向AP主機(jī)14發(fā)送。由該AP主機(jī)14實(shí)施了加密處理的信息向 各AP111 U4發(fā)送。各AP111 114發(fā)送對(duì)確立了無線通信的各STA131 134加密后的列車控制信息，接收它們后的各STA131 134向?qū)?shù)據(jù)解密 后的車上控制裝置12發(fā)送。
此外，列車90側(cè)對(duì)地上發(fā)送信息時(shí)，車上控制裝置12在各STA131 134傳送向要對(duì)地上發(fā)送的信息。各STA131 134向確立加密后的無線通 信路的AP111 114發(fā)送。AP111 114將已接收的數(shù)據(jù)通知AP主機(jī)14， 由AP主機(jī)14實(shí)施解密。來自被解密的車上控制裝置12的信息從AP主機(jī) 14向地上控制裝置IO通知。
車上控制裝置12通常采用來自一個(gè)STA的信息并使用于控制，但引 起信息的缺少或沒有信息更新的非有效的信息接收的現(xiàn)象、無線通信路中 的數(shù)據(jù)通信中斷的現(xiàn)象時(shí)，采用其他的STA所接收的信息并用于控制。通 過該無線通信路的冗余化，避免來自地上控制裝置10的信息中斷。
由于無線通信路為開放式網(wǎng)絡(luò)，因此實(shí)施數(shù)據(jù)的加密，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隱 匿化。為了加密而必需的加密密鑰由地上控制裝置10按每個(gè)列車90生成， 通過列車加速時(shí)或者列車的系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)的認(rèn)證處理而從地上控制裝置10 傳送到車上控制裝置12。
圖3表示本發(fā)明的實(shí)施例1的各機(jī)器間的認(rèn)證處理時(shí)的流程圖。首先， 由車上控制裝置12生成沒有規(guī)則性的隨機(jī)數(shù)。車上控制裝置12選擇實(shí)施 認(rèn)證的STA13，通過傳送所生成的隨機(jī)數(shù)，來進(jìn)行認(rèn)證請(qǐng)求。STA13經(jīng)由 無線通信路向AP主機(jī)14發(fā)送隨機(jī)數(shù)。采用預(yù)先在STA13、 AP主機(jī)14雙 方中被共享的認(rèn)證用的認(rèn)證密鑰，AP主機(jī)14對(duì)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密。將該數(shù) 據(jù)發(fā)送給STA13， STA13實(shí)施解密。STA13再次從車上控制裝置12獲取先 獲取的隨機(jī)數(shù)，通過認(rèn)證密鑰與加密/解密后的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行比較，來確認(rèn) 是否一致。
接下來，由地上控制裝置10生成沒有規(guī)則性的隨機(jī)數(shù)。地上控制裝 置10向AP主機(jī)14傳送所生成的隨機(jī)數(shù)。AP主機(jī)14經(jīng)由確保認(rèn)證處理中 的無線通信路的AP11向STA13發(fā)送隨機(jī)數(shù)。采用預(yù)先在STA13， AP主機(jī) 14雙方中共享的認(rèn)證用的認(rèn)證密鑰，STA13對(duì)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密。將該數(shù)據(jù)
向AP主機(jī)14發(fā)送，AP主機(jī)14實(shí)施解密。AP主機(jī)14再次從地上控制裝 置10獲取先獲取隨機(jī)數(shù)，通過認(rèn)證密鑰與加密/解密后的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行比較， 來確認(rèn)是否一致。
上述兩個(gè)隨機(jī)數(shù)加密/解密順序中確認(rèn)隨機(jī)數(shù)的一致后，認(rèn)證結(jié)束， 通過地上控制裝置10加密按每個(gè)列車規(guī)定的加密密鑰，經(jīng)由由AP主機(jī)14、 STA13所構(gòu)成的無線通信路，向車上控制裝置12通知。
車上控制裝置12將伴隨認(rèn)證結(jié)束所獲取的密鑰對(duì)沒有實(shí)施認(rèn)證處理 的其他STA進(jìn)行共享處理，通知認(rèn)證結(jié)束。伴隨與此，開始4臺(tái)STA全部 的無線通信。
圖4表示本發(fā)明的實(shí)施例1的無線通信路的認(rèn)證處理時(shí)的數(shù)據(jù)通信流 程圖。圖4中，使STA131進(jìn)行認(rèn)證處理。在一個(gè)無線通信路41中，由圖 3中所示的流程進(jìn)行認(rèn)證處理。在認(rèn)證處理在一定時(shí)間以內(nèi)沒有完成的情 況下或者中途無線狀態(tài)的惡化、STA131的故障發(fā)生了的情況下，車上控制 裝置12實(shí)施認(rèn)證處理中斷/結(jié)束處理，通過對(duì)STA132提出認(rèn)證處理請(qǐng)求， 切換實(shí)施認(rèn)證處理的STA。由此，能夠構(gòu)成認(rèn)證重試(retry)功能。
通過認(rèn)證處理由地上控制裝置10通知的加密密鑰，通過車上控制裝 置12在其他的STA(132， 133， 134)中被共享。由此，由于任一個(gè)無線通 信路能夠進(jìn)行完成認(rèn)證處理并采用所分配的加密密鑰的數(shù)據(jù)通信，因此能 夠保護(hù)四個(gè)無線通信路所有的數(shù)據(jù)通信不被外部竊聽。
認(rèn)證由一個(gè)無線通信路/STA實(shí)施。如果在一定時(shí)間以內(nèi)完成了認(rèn)證的 加密密鑰沒有對(duì)車上控制裝置12通知，則實(shí)施認(rèn)證中斷/結(jié)束處理，具有 對(duì)其他的STA切換認(rèn)證請(qǐng)求的進(jìn)行重試(retry)的功能。
通過本發(fā)明的該方式，即使在實(shí)施認(rèn)證的無線通信路為一個(gè)的情況 下，假設(shè)即使電波狀態(tài)的惡化或STA故障產(chǎn)生也切換進(jìn)行認(rèn)證的STA而能 實(shí)施認(rèn)證處理。
在不使用本發(fā)明的情況下，在每個(gè)無線通信路實(shí)施認(rèn)證處理時(shí)，盡管 為一個(gè)列車認(rèn)證，但需要進(jìn)行4次認(rèn)證處理，AP主機(jī)14/地上控制裝置10 的處理負(fù)荷變大。
在不使用本發(fā)明時(shí)，進(jìn)而在列車加速時(shí)無線通信路的狀態(tài)變差，在不 能實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路中，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信直到無線狀態(tài)變?yōu)榱?br> 好為止。在這方面，除了車上控制裝置12隨著數(shù)據(jù)通信的列車控制等，
按照無線狀況的認(rèn)證處理也成為需要的作為系統(tǒng)的執(zhí)行(performance) 負(fù)荷變大。
采用本發(fā)明的實(shí)施例1的列車控制系統(tǒng)，由掌握一個(gè)無線通信路的 STA實(shí)施認(rèn)證處理，并且使通過認(rèn)證處理得到的加密密鑰在掌握其他無線 通信路的STA中共享，從而在不實(shí)施認(rèn)證處理的STA中也使加密密鑰共享 化，從而實(shí)施數(shù)據(jù)的加密/解密。由此，認(rèn)證時(shí)即使不能確立無線通信的 STA由其他一臺(tái)的STA完成認(rèn)證時(shí)，為了共享加密密鑰而在行駛中確立無 線通信時(shí)，實(shí)現(xiàn)能夠直接實(shí)施加密的數(shù)據(jù)所引起的數(shù)據(jù)通信的效果。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明能利用于鐵道'單軌'路面電車(LRT:Light Rail Transit)等的 移動(dòng)體中的信號(hào)安全系統(tǒng)中，但不限于鐵道車輛，能夠適用于在開放式網(wǎng) 絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)無線通信路數(shù)據(jù)通信的冗余化、想要高可靠傳輸?shù)南到y(tǒng)中。
權(quán)利要求
1. 一種列車控制系統(tǒng)，在規(guī)定的路徑上移動(dòng)的多個(gè)車上無線控制裝置與在規(guī)定的路徑沿線上設(shè)置的多個(gè)地上無線控制裝置之間進(jìn)行無線通信，在上述多個(gè)車上無線控制裝置與上述多個(gè)地上無線控制裝置間使不同的通信頻率的多個(gè)無線通信路并行并同時(shí)進(jìn)行無線通信，上述列車控制系統(tǒng)的特征在于，選擇上述多個(gè)無線通信路中的一個(gè)無線通信路并實(shí)施認(rèn)證請(qǐng)求以及認(rèn)證處理，在上述多個(gè)車上無線控制裝置中將在上述認(rèn)證處理時(shí)得到的加密密鑰作為公共的加密密鑰，來進(jìn)行上述多個(gè)車上無線控制裝置與上述多個(gè)地上無線控制裝置間的數(shù)據(jù)通信的加密。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的列車控制系統(tǒng)，其特征在于， 切換上述所選擇的無線通信路來實(shí)施上述車上無線控制裝置在對(duì)上述列車控制系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)入時(shí)、或者上述車上無線控制裝置在初期加速時(shí)所 必需的上述認(rèn)證請(qǐng)求以及認(rèn)證處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車控制系統(tǒng)，其特征在于，選擇一個(gè)無線通信路來實(shí)施認(rèn)證請(qǐng)求的上述車上無線控制裝置的統(tǒng) 轄裝置，為了上述認(rèn)證處理而生成隨機(jī)數(shù)，將該隨機(jī)數(shù)僅傳送給進(jìn)行認(rèn)證 請(qǐng)求并實(shí)施認(rèn)證處理的無線通信路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車控制系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)位于無線通信路上的數(shù)據(jù)，采用地上統(tǒng)轄裝置生成并經(jīng)由上述地 上無線控制裝置而向上述車上無線控制裝置進(jìn)行通知的加密密鑰來實(shí)施 加密，該加密密鑰在由一個(gè)無線通信路實(shí)施認(rèn)證時(shí)由上述地上無線控制裝 置被通知，上述地上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置，按照將該加密密鑰也使用 于不實(shí)施認(rèn)證的其他的無線通信路中的數(shù)據(jù)加密中的方式使該加密密鑰 在各車上無線控制裝置中共享，從而能對(duì)上述車上無線控制裝置以及上述 地上無線控制裝置間的所有的多個(gè)無線通信路上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的列車控制系統(tǒng)，其特征在于，上述車上無線控制裝置的統(tǒng)轄裝置監(jiān)視上述多個(gè)無線通信路的無線 電波狀態(tài)以及車上無線控制裝置的機(jī)器狀態(tài)，決定實(shí)施上述認(rèn)證處理的一 個(gè)無線通信路并使上述認(rèn)證處理開始。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的列車控制系統(tǒng)，其特征在于， 具有認(rèn)證重試功能，其在上述認(rèn)證處理在一定時(shí)間內(nèi)沒有完成的情況下或無線通信在上述認(rèn)證處理中中斷的情況下，使上述認(rèn)證中的處理中斷 /結(jié)束，上述統(tǒng)轄裝置選擇其他的無線通信路并使上、述認(rèn)證處理重新開始， 切換上述無線通信路并重新進(jìn)行上述認(rèn)證請(qǐng)求以及上述認(rèn)證處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的列車控制系統(tǒng)，其特征在于，經(jīng)由一個(gè)無線通信路來完成上述認(rèn)證處理時(shí)，上述車上無線控制裝置 的上述列車控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信被許可，上述車上無線控制裝置的統(tǒng)轄 裝置使認(rèn)證結(jié)束信息以及加密密鑰在其他的無線通信路中共享，從而剩余 的無線通信路的數(shù)據(jù)通信被許可/開始，上述列車控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信 開始工作。
全文摘要
一種列車控制系統(tǒng)，采用在列車的車上控制裝置以及地上控制裝置間使用了不同的CH(信道)的多個(gè)無線通信路來使數(shù)據(jù)通信路冗余化，從而將各無線通信路有效地活用為安全且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信路。在規(guī)定的路徑上移動(dòng)的多個(gè)車上無線控制裝置與在規(guī)定的路徑沿線上設(shè)置的多個(gè)地上無線控制裝置之間進(jìn)行無線通信，在上述多個(gè)車上無線控制裝置與上述多個(gè)地上無線控制裝置間使不同的通信頻率的多個(gè)無線通信路并行并同時(shí)進(jìn)行無線通信，該列車控制系統(tǒng)選擇上述多個(gè)無線通信路中的一個(gè)無線通信路并實(shí)施認(rèn)證請(qǐng)求以及認(rèn)證處理，在多個(gè)車上無線控制裝置中將在認(rèn)證處理時(shí)得到的加密密鑰作為公共的加密密鑰，來進(jìn)行多個(gè)車上無線控制裝置與上述多個(gè)地上無線控制裝置間的數(shù)據(jù)通信的加密。
文檔編號(hào)B61L23/14GK101391616SQ20081021107
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者永次由英, 田岡浩志, 賴重毅, 酒井憲一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所