CN102148710A - 一种列车通信网络拓扑生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车通信网络拓扑生成方法，包括以下步骤：进行节点分类与编号，列车编组节点和网关节点为一一对应关系，列车编组节点与非网关网络设备节点为一对多关系；生成各个节点，先生成第一个列车编组节点，再生成该列车编组对应的网关节点，然后再逐个生成该列车编组对应的非网关网络设备节点，接着按照深度优先顺序依次生成剩下的所有节点；计算各个节点的位置和大小；根据上一步的计算结果，将各个节点移动到相应位置；在相应位置生成连接；当网络结构发生变化时，重复以上五个步骤，重新生成网络拓扑图。本发明方法所描述的技术方案由软件自动实现网络拓扑图更新，显示更加直观和形象，十分便于网络数据的配置和管理。

Description

一种列车通信网络拓扑生成方法

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域的一种网络拓扑图形化显示方法，尤其是涉及一种应用于列车网络管理系统中的网络拓扑图形化自动生成方法，广泛应用于包括机车车辆和城市轨道交通车辆在内的列车网络配置与管理。

背景技术

在列车网络管理系统中，为了方便的进行网络数据配置，更直观的、形象的反映出网络拓扑连接情况，必然要在人机交互界面显示网络拓扑图。国际电联IEC制定的TCN（TCN-Train Communication Network 列车通信网络，是在列车分布式控制系统之上发展起来的列车控制、诊断信息数据通信网络）列车通信网络标准IEC61375-1：1999规定列车通信网络采用两级：列车级和车辆级。列车级总线采用绞线式WTB（WTB-Wire Trainer Bus绞线式列车总线，用于列车级的通信）总线，车辆级总线采用多功能车辆总线MVB（MVB-Multifunction Vehicle Bus多功能车辆总线，用于连接车辆内的通信控制和过程控制）。列车总线用于连接各个车辆，可用于列车级的通信控制、过程控制；车辆总线用于连接车辆内的通信控制和过程控制。WTB总线和MVB总线可以通过网关进行数据的相互转发。

目前，关于网络拓扑图形化显示方法主要有以下几种：

一种是使用固定的网络拓扑，即将网络拓扑图固化在系统中。如果网络结构一旦发生变化，那么网络拓扑图形化显示的程序也要跟着变，对于网络拓扑结构不发生变化的情况，是一个很好的解决方案，但事实是，大多数网络拓扑情况都是不时变化的，如果采用这种方法，必然会要修改程序以适应新的情况，而这个工作必须由专业技术人员才能完成，这样降低了效率，延长了产品开发周期，提高了成本。

一种是手动生成，即在网络拓扑图生成过程中有人的参与。这种情况，一般的实现方式是先生成一个基础图，由操作人员在这个基础图上进行操作，从而形成最终的拓扑图。这种方式相对第一种要灵活，能够适用一定应用领域内的网络结构变化。但提供的基础图一般都确定了大致的拓扑结构，因此还是有一定的局限性。

还有一种就是自动生成，即由系统根据网络拓扑信息自动生成网络拓扑图，当网络拓扑结构发生变化时，系统可以根据新的网络拓扑信息生成新的网络拓扑图，这样可以增加系统的普适性和实现操作的简单化。一般的实现方式是将网络中的节点分为根节点和叶节点，网络拓扑图的生成以圆为基础并辐射扩展，根节点平均分布在基础圆上，叶节点平均分布于以相连根节点为圆心的扇弧上。这种网络拓扑生成方法能够适用动态网络的拓扑显示，但对于列车网络拓扑的表示不是很适用。

对于列车网络拓扑目前更多的是采用第一种方法，即将网络拓扑固化在程序中，目前显示器中的网络拓扑程序就是这样做的。如果网络结构一旦发生变更，那么就必须更改程序，这样势必增加成本，降低了开发效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种列车通信网络拓扑生成方法，该方法能够更加直观、形象地反映出网络拓扑的连接情况，并由计算机软件自动实现网络拓扑图的更新，减少了人为操作，使得网络数据的配置过程更加方便。

本发明具体提供了一种列车通信网络拓扑生成方法的具体实施方式，一种列车通信网络拓扑生成方法，包括以下步骤：

S101：进行节点分类与编号，节点包括列车编组节点，网关节点，非网关网络设备节点，网关节点和列车编组节点为一一对应的关系，列车编组节点与非网关网络设备节点为一对多的关系；

S102：进行各个节点的生成，先生成第一个列车编组节点，再生成该列车编组对应的网关节点，然后再逐个生成该列车编组对应的非网关网络设备节点，接着按照深度优先顺序依次生成剩下的所有节点；

S103: 计算各个节点的位置和大小；

S104：根据步骤S103的计算结果，将各个节点移动到相应的位置；

S105: 根据步骤S103的计算结果，在相应的位置生成连接；

S106: 当网络结构发生变化时，重复步骤S101-S105，重新生成网络拓扑图。

按照深度优先顺序的生成过程是首先生成第一个列车编组节点，再生成该列车编组对应的网关节点，然后再逐个生成该列车编组对应的非网关网络设备节点。按照这个方法接着生成剩下的所有节点。即沿着树的深度遍历树的节点，尽可能深的搜索树的分支。当节点v的所有边都己被探寻过，搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。这一过程一直进行到已发现从源节点可达的所有节点为止。如果还存在未被发现的节点，则选择其中一个作为源节点并重复以上过程，整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，步骤S105中根据步骤S103的计算结果，在相应的位置生成连接的过程包括以下步骤：

S1051: 首先生成列车总线L，并确定列车总线L两个端点的位置；

S1052：确定第k个列车编组节点下主连接Lk的位置；

S1053：确定第k个列车编组节点下主连接与其下的第i个非网关网络设备节点之间的连接li两个端点的位置。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，如果某一列车编组无对应的网关节点，则虚拟一个网关节点，并用虚线框标注；如果某一列车编组对应的网关节点有多个，则选择一个为网关节点，其余的则归为非网关网络设备节点。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，步骤S103中第n（1=<n<=N）个列车编组节点的位置根据以下公式确定：

横坐标为：An=Xm-N/2Wt+（n-1）Wt；

纵坐标为：Bn=0；

其中，Xm为画板垂直中心线位置，Wt为列车编组节点宽度。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，步骤S103中第k（1=<k<=N）个网关节点的位置根据以下公式确定：

横坐标为：Ck=Ak+Wt/2-Wg/2；

纵坐标为：Dk=Bk+Ht+D；

其中，Ak为第k个列车编组节点的横坐标位置，Bk为第k个列车编组节点的纵坐标位置，Wg为网关节点的宽度，Ht为列车编组节点高度，D为节点与节点之间的距离。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，步骤S103中第k个列车编组节点下的第i个非网关设备节点的位置根据以下公式确定：

如果i是奇数，则：

横坐标为：Ei= Ak+Wt/2-(Wd+D)；

纵坐标为：Fi=Bk+Ht+D+Hg+D-Hd/2+(i/2)*D；

如果i是偶数，则：

横坐标为：Ei=Ak+Wt/2+D；

纵坐标为：Fi=Bk+Ht+D+Hg+D-Hd/2+(i/2)*D；

其中，Ak为第k个列车编组节点的横坐标位置，Bk为第k个列车编组节点的纵坐标位置，Wt为列车编组节点宽度，Wd为非网关网络设备节点的宽度，Hd为非网关网络设备节点的高度，Ht为列车编组节点高度，Hg为网关节点高度，D为节点与节点之间的距离。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，步骤S105中列车总线L两个端点的位置坐标为（A1，Ht），（AN+Wt，Ht）。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，步骤S105中第k个列车编组节点下主连接Lk的位置坐标为（Ak+Wt/2，Ht），（Ak+Wt/2，H）。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，步骤S105中第k个列车编组节点下主连接与第i个非网关网络设备节点之间的连接li两个端点的位置坐标根据以下公式确定：

当i为奇数时，则位置坐标为：

（Ei+Wd，Fi+Hd/2），（Ei+Wd+D，Fi+Hd/2）；

当i为偶数时，则位置坐标为：

（Ei-D，Fi+Hd/2），（Ei，Fi+Hd/2）。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法进一步的实施方式，步骤S101的节点分类与编号过程中，每个节点对应一个唯一的编号；所述步骤S103节点位置和大小计算过程中，列车编组节点宽度Wt大于列车编组节点高度为Ht；节点与节点之间的距离为D，D应该大于非网关网络设备节点的高度；网关节点的宽度Wg=Wt/2，高度Hg=Ht/3；非网关网络设备节点的宽度Wd=2Wt/5，高度Hd=Ht/3。

通过实施本发明一种列车通信网络拓扑生成方法具体实施方式所描述的技术方案，能够适应列车网络拓扑信息的实时变化，自动生成新的列车网络拓扑图，减少了人为操作。同时，网络拓扑的连接情况能够以更加直观、形象、美观的显示方式反映出来。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明列车通信网络拓扑生成方法一种具体实施方式所应用的列车通信网络结构图；

图2是本发明列车通信网络拓扑生成方法一种具体实施方式的过程示意图；

图3是采用本发明列车通信网络拓扑生成方法一种具体实施方式生成的两节编组列车网络拓扑图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明一种列车通信网络拓扑生成方法的具体实施方式，如图1该方法一种具体实施方式所应用的列车通信网络结构图所示，通常的列车通信网络包括列车编组、网关节点和车辆总线设备。其中，各个列车编组的网关节点通过列车总线相连，而某一列车编组的车辆总线设备则通过车辆总线相连。图1描述了三节列车编组的列车通信网络组成情况。

如图2所示的列车通信网络拓扑生成方法首先要进行节点分类与编号。节点包括列车编组节点NT、网关节点NG、非网关网络设备节点ND，描述列车编组的节点叫列车编组节点，描述网关设备的节点叫网关节点，描述其它非网关网络设备的节点叫网络设备节点。每个节点对应一个编号，不同的节点用不同的图标表示，这些图标可以根据实际情况进行配置。

具体步骤如下：

S101：节点分类与编号步骤。

网关节点跟列车编组节点一一对应，即一个列车编组节点对应一个网关节点，如果某个列车编组无对应的网关节点，则虚拟一个网关节点，并用虚线框标注；如果某个列车编组对应的网关节点有多个，则选择一个为网关节点，其余的则归为非网关网络设备节点。根据位置关系，确定节点之间的对应关系，列车编组节点与网关节点是一对一的关系，列车编组节点与非网关网络设备节点是一对多的关系。每个节点对应一个唯一的编号。

S102：按照深度优先搜索算法的思想生成各个节点。

其中，深度优先搜索算法（Depth-First-Search），是搜索算法的一种。是沿着树的深度遍历树的节点，尽可能深的搜索树的分支。当节点v的所有边都己被探寻过，搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。这一过程一直进行到已发现从源节点可达的所有节点为止。如果还存在未被发现的节点，则选择其中一个作为源节点并重复以上过程，整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止，属于盲目搜索。深度优先搜索算法思想具体应用到本发明具体实施方式的过程是首先生成第一个列车编组节点，再生成该列车编组对应的网关节点，然后再逐个生成该列车编组对应的非网关网络设备节点。按照这个方法接着生成剩下的所有节点。

S103：计算各个节点位置和大小的步骤。

同样是按照深度优先算法的思想进行计算。设画图面板宽度为W，高度为H，垂直中心线为Xm=W/2。列车编组节点宽度Wt，列车编组节点高度为Ht，Wt>Ht；网关节点的宽度Wg=Wt/2，高度Hg=Ht/3；非网关网络设备节点的宽度Wd=2Wt/5，高度Hd=Ht/3。节点与节点之间的距离为D，D应该大于Hd。相关参数之间的大小比例可调，以适合大众的审美为准。每个节点处于一矩形区域内，以下的位置指矩形左上角的顶点位置。

设列车编组节点数为N：

则第n（1=<n<=N）个列车编组节点的位置为：

An=Xm-N/2Wt+（n-1）Wt       ------横坐标

Bn=0                        ------纵坐标

则第k（1=<k<=N）个网关节点的位置,根据第k个列车编组节点的位置来确定，具体如下：

Ck=Ak+Wt/2-Wg/2     ---横坐标

Dk=Bk+Ht+D          ---纵坐标

非网关网络设备节点的位置，根据对应的列车编组节点来确定，第k个列车编组节点下的第i个非网关设备节点的位置具体如下：

如果i是奇数，则：

Ei=Ak+Wt/2-(Wd+D) -----横坐标

Fi=Bk+Ht+D+Hg+D-Hd/2+(i/2)*D    -----纵坐标

如果i是偶数，则：

Ei=Ak+Wt/2+D     ------横坐标

Fi=Bk+Ht+D+Hg+D-Hd/2+(i/2)*D    -----纵坐标

S104：移动各个节点到各自位置的步骤。

根据步骤S103的计算结果，将各个节点移动到合适的位置。

S105：生成连接的步骤。

根据步骤S103的计算结果，在合适的位置生成连接。

S1501：首先生成列车总线L，其两端点（起点和终点）的位置是：

（横坐标，纵坐标）=（A1，Ht），（AN+Wt，Ht）

S1502：计算第k个列车编组节点下的主连接Lk为：

（横坐标，纵坐标）=（Ak+Wt/2，Ht），（Ak+Wt/2，H）

S1503：计算第k个列车编组节点下的主连接与其对应的第i个非网关网络设备节点之间的连接li，两个端点（起点和终点）的位置为：

如果i是奇数，则：

（横坐标，纵坐标）=（Ei+Wd，Fi+Hd/2），（Ei+Wd+D，Fi+Hd/2）

如果i是偶数，则：

（横坐标，纵坐标）=（Ei-D，Fi+Hd/2），（Ei，Fi+Hd/2）

S106：当网络结构有所变化时，重复以上5个步骤，重新生成拓扑图。

以上所有步骤均由软件自动完成。图3是采用本发明具体实施方式生成的两节列车编组网络拓扑图。其中列车编组节点用一节车的图表示，其他节点用矩形框表示。实际中，所有节点都可以用相应的图表示。图3中包括两节列车编组A和B，列车编组A和B各对应一个网关模块GWM。而每个网关模块GWM均与其下的非网关网络设备相连。一个列车编组的非网关网络设备通常会包括如：智能显示单元IDU，车辆控制模块VCM，牵引控制单元DCU，数字量输入/输出模块DXM，模拟量输入/输出模块AXM，远程通信模块RCM等设备。

本发明具体实施方式所描述的机车通信网络拓扑生成方法能够适用列车网络拓扑信息的变化，自动生成新的列车网络拓扑图，减少了人为操作。图中节点的矩形框可以用跟节点相符合的图表示，更形象，更贴切；列车网络拓扑图符号TCN网络标准；同时体现了各节点之间的逻辑层次关系，也反映了一定的物理连接关系。

本发明具体实施方式所描述的机车通信网络拓扑生成方法不但能应用于机车车辆通信网络，还能应用于地铁、城轨、轻轨和磁悬浮列车等城市轨道交通列车系统。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：进行节点分类与编号，节点包括列车编组节点（NT），网关节点（NG），非网关网络设备节点（ND），列车编组节点和网关节点为一一对应的关系，列车编组节点与非网关网络设备节点为一对多的关系；

S102：进行各个节点的生成，先生成第一个列车编组节点，再生成该列车编组对应的网关节点，然后再逐个生成该列车编组对应的非网关网络设备节点，按照深度优先顺序依次生成剩下的所有节点；

S103: 计算各个节点的位置和大小；

S104：根据步骤S103的计算结果，将各个节点移动到相应的位置；

S105: 根据步骤S103的计算结果，在相应的位置生成连接；

S106: 当网络结构发生变化时，重复步骤S101-S105，重新生成网络拓扑图。

2.根据权利要求1所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：所述步骤S105中根据步骤S103的计算结果，在相应的位置生成连接的过程包括以下步骤：

S1051: 首先生成列车总线L，确定列车总线L两个端点的位置；

S1052：确定第k个列车编组节点下主连接Lk的位置；

S1053：确定第k个列车编组节点下主连接Lk与该列车编组对应的第i个非网关网络设备节点之间的连接li两个端点的位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：如果某一列车编组无对应的网关节点，则虚拟一个网关节点，并用虚线框标注；如果某一列车编组对应的网关节点有多个，则选择一个为网关节点，其余的则归为非网关网络设备节点。

4.根据权利要求3所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：所述步骤S103中第n（1=<n<=N）个列车编组节点的位置根据以下公式确定：

横坐标为：An=Xm-N/2*Wt+（n-1）Wt；

纵坐标为：Bn=0；

其中，Xm为画板垂直中心线位置，Wt为列车编组节点宽度。

5.根据权利要求4所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：所述步骤S103中第k（1=<k<=N）个网关节点的位置根据以下公式确定：

横坐标为：Ck=Ak+Wt/2-Wg/2；

纵坐标为：Dk=Bk+Ht+D；

其中，Ak为第k个列车编组节点的横坐标位置，Bk为第k个列车编组节点的纵坐标位置，Wg为网关节点的宽度，Ht为列车编组节点高度，D为列车编组节点与对应的网关节点之间的距离。

6.根据权利要求5所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：所述步骤S103中第k个列车编组节点下的第i个非网关设备节点的位置根据以下公式确定：

如果i是奇数，则：

横坐标为：Ei= Ak+Wt/2-(Wd+D)；

纵坐标为：Fi=Bk+Ht+D+Hg+D-Hd/2+(i/2)*D；

如果i是偶数，则：

横坐标为：Ei=Ak+Wt/2+D；

纵坐标为：Fi=Bk+Ht+D+Hg+D-Hd/2+(i/2)*D；

其中，Ak为第k个列车编组节点的横坐标位置，Bk为第k个列车编组节点的纵坐标位置，Wt为列车编组节点宽度，Ht为列车编组节点高度，Wd为非网关网络设备节点的宽度，Hd为非网关网络设备节点的高度，Hg为网关节点高度，D为节点与节点之间的距离。

7.根据权利要求6所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：所述步骤S105中列车总线L两个端点的位置坐标为（A1，Ht），（AN+Wt，Ht）。

8.根据权利要求7所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：所述步骤S105中第k个列车编组节点下主连接Lk的位置坐标为（Ak+Wt/2，Ht），（Ak+Wt/2，H），其中H为画板高度。

9.根据权利要求8所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：所述步骤S105中第k个列车编组节点下主连接与其下的第i个非网关网络设备节点之间的连接li两个端点的位置坐标根据以下公式确定：

当i为奇数时，则位置坐标为：

（Ei+Wd，Fi+Hd/2），（Ei+Wd+D，Fi+Hd/2）；

当i为偶数时，则位置坐标为：

（Ei-D，Fi+Hd/2），（Ei，Fi+Hd/2）。

10.根据权利要求6至9中任一权利要求所述的一种列车通信网络拓扑生成方法，其特征在于：在所述步骤S101的节点分类与编号过程中，每个节点对应一个唯一的编号；所述步骤S103节点位置和大小计算过程中，列车编组节点宽度Wt大于列车编组节点高度为Ht；节点与节点之间的距离为D，D应该大于非网关网络设备节点的高度；网关节点的宽度Wg=Wt/2，高度Hg=Ht/3；非网关网络设备节点的宽度Wd=2Wt/5，高度Hd=Ht/3。

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