CN103825791A - 一种mvb总线主控并联冗余控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MVB总线主控并联冗余控制的方法，采用两个完全一致的VCM模块做为总线主控模块，两个VCM模块同时连接到网络系统中，两个VCM模块同时对MVB总线的状态进行监视；当MVB总线上的主控模块故障或丢失的情况下，备用主模块进行冗余切换，成为总线主控并接管MVB总线。本发明具有原理简单、能够提高整个网络系统的可靠性和可用性等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到车辆网络控制技术领域，特指一种适用于车辆网络控制的MVB总线主控并联冗余控制的方法。
背景技术
目前，在机车、地铁、城轨、动车等车型中，通过网络控制车辆的运营已是趋势，且网络控车的需求也越来越多，要求也越来越高，网络的可靠性和可用性也相对要求较高。列车通信网络TCN按功能结构分为绞线式列车总线WTB (Wire Train Bus)和多功能车辆总线MVB (Multifunction Vehicle Bus)。而MVB总线主控（VCM模块）作为网络控制系统的车载逻辑主控、网络总线管理者，其可靠性和可用性直接决定了网络控制系统的可靠性和可用性。
MVB总线为串行总线，其通信方式采用了主从的轮询机制，整个网络中的所有数据通信都依赖于MVB总线主的轮询，总线主多总线的网络负荷、时序等进行调度，由总线主对所有的通信端口进行管理，总线主的稳定性直接决定了网络的稳定性。而一般总线主除了完成对整个网络的管理外，同时还负责整个车辆控制的逻辑主控，负责对车辆的牵引系统、制动系统、信号系统等的控制，所以在车辆主控上的应用程序对整车的控制启到关键性的作用。
因MVB是串行总线，其链路的稳定性直接决定了通道的稳定性，串行总线均有同样的问题，单个节点的故障将会影响到整个串行网络。因此，上述结构形式存在以下的不足：
（1）采用单个MVB总线主控（VCM模块）的网络系统中，当MVB总线主控故障时，整个网络将无法进行通信，无法实现对车辆的控制。
（2）采用了单链路的总线构造的网络系统中，如线路出现故障后，因是总线型的通信拓扑，将会影响到整个车辆的数据交付。
（3）MVB总线是串行总线，一旦网络中某个点出现故障后，将会影响到其他所有的设备通信，其网络的可靠性和可用性将大大的降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、能够提高整个网络系统的可靠性和可用性的MVB总线主控并联冗余控制的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种MVB总线主控并联冗余控制的方法，采用两个完全一致的VCM模块做为总线主控模块，两个VCM模块同时连接到网络系统中，两个VCM模块同时对MVB总线的状态进行监视；当MVB总线上的主控模块故障或丢失的情况下，备用主控模块进行冗余切换，成为总线主控并接管MVB总线。
作为本发明的进一步改进：当MVB总线上存在多个主控时，依据主控冗余切换策略确定自己是否继续成为总线主控；所述主控冗余切换的策略为：
（1）若MVB总线中无主帧时，则配置为主的设备自动设置为总线主控，管理MVB总线；
（2）若MVB总线中如同时存在多个主控时，则根据总线主控的设备地址大小进行主选择，设备地址小的为总线主，设备地址大的为备用主；
（3）若MVB总线中已存在主帧，则自动为总线备用主控。
作为本发明的进一步改进：采用双线路并联冗余的设计，即整个网络的所有通道均采用了两条链路的形式，包括信任线和冗余线，在故障时链路进行冗余切换。
作为本发明的进一步改进：在进行链路冗余切换时依据以下策略进行：
（1）当信任线的物理链路断开或线路的阻抗不匹配时，切换到冗余线上；
（2）当信任线受到其他外部设备的干扰时，切换到冗余线上；
（3）当信任线在某个时间段内存在大量的错帧时，切换到冗余线上。
作为本发明的进一步改进：两个互为冗余的总线主控模块都运行相同的控制逻辑程序，配置相同的通信端口。
作为本发明的进一步改进：在网络系统运行时，由底层程序根据当前模块的状态是否为总线主控或备用主控来决定应用的逻辑运算后的结果是否输出，作为总线备用主模块在监视总线状态的同时，接收与主控模块相同的网络数据，并进行同样的数据逻辑运算；当总线主控模块故障时，备用主控模块马上切换工作模式，并根据原的运算逻辑进行输出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用了总线主与备用主的冗余方法，当总线主故障时，备用主可实现冗余切换，保证在单个总线主设备故障时，网络依旧可以稳定运行，保证了网络各个部件间的数据传输。
2、本发明采用了MVB总线链路冗余的方法，当总线上单根链路出现故障后，备用链路可以实现冗余设计，单链路故障后，网络的通信依旧正常，能实现网络数据的交互。
3、本发明采用了MVB总线主控应用冗余的方法，当网络主控的应用程序故障后，可由备用主进行网络控制，因程序和输入数据都保持一致，所以应用程序切换后的输出保持一致，从而实现了网络应用控制的冗余。
4、本发明采用了总线主控并联冗余设计、链路采用了双线冗余设计和系统应用采用并联控制的冗余设计，实现了系统的多重冗余设计，提高了系统的可靠性和可用性。
附图说明
图1是本发明方法应用时的逻辑框图。
图2是本发明在具体应用实例中的主控冗余切换策略示意图。
图3是本发明本发明方法应用时MVB主控切换时的端口转换原理示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的MVB总线主控并联冗余控制的方法，采用两个完全一致的VCM模块做为总线主控模块，两个模块同时连接到网络系统中，实现热冗余功能，构造并联冗余系统，即形成MVB总线主控并联冗余设计，从而实现了两个VCM模块同时对MVB总线的状态进行监视。当MVB总线上的主控模块故障或丢失的情况下，备用主模块可以在10ms内进行冗余切换，成为总线主控并接管MVB总线；当MVB总线上存在多个主控时，各个模块间各自根据冲突竞争算法确定自己是否继续成为总线主。
如图2所示，本实施例中，主控冗余切换的策略为：
（1）若MVB总线中无主帧时，则配置为主的设备自动设置为总线主，管理MVB总线；
（2）若MVB总线中如同时存在多个主时，则根据总线主的设备地址大小进行主选择，设备地址小的为总线主，设备地址大的为备用主；
（3）若MVB总线中已存在主帧，则自动为总线备用主。
为保证整个网络的链路的可靠性，本实施例中，本发明进一步采用了双线路并联冗余的设计，整个网络的所有通道均采用了A线和B线两条链路的形式，即信任线和冗余线，这样即可进行故障时冗余切换，构造线路的并联冗余系统。在本实施例中，可根据以下线路状态进行通信链路的冗余切换：
（1）当信任线的物理链路断开或线路的阻抗不匹配时，切换到冗余线上；
（2）当信任线受到其他外部设备的干扰时，切换到冗余线上；
（3）当信任线在某个时间段内存在大量的错帧时，切换到冗余线上。
在本实施例中，除了在总线上的采用了冗余设计外，本发明还实现了应用控制的并联冗余设计，即：两个互为冗余的主控模块都运行相同的控制逻辑程序，配置相同的通信端口：源端口和宿端口。如图3所示，由底层程序根据当前模块的状态是否为总线主（备用主）来决定应用的逻辑运算后的结果是否输出，作为总线备用主模块在监视总线状态的同时，接收与主控模块相同的网络数据，并进行同样的数据逻辑运算；当总线主模块故障时，备用主模块可马上切换工作模式，并根据原的运算逻辑进行输出，这样对于应用被控设备来说无法感知故障，实现了系统的应用串联控制冗余系统。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种MVB总线主控并联冗余控制的方法，其特征在于，采用两个完全一致的VCM模块做为总线主控模块，两个VCM模块同时连接到网络系统中，两个VCM模块同时对MVB总线的状态进行监视；当MVB总线上的主控模块故障或丢失的情况下，备用主控模块进行冗余切换，成为总线主控并接管MVB总线。
2.根据权利要求1所述的MVB总线主控并联冗余控制的方法，其特征在于，当MVB总线上存在多个主控时，依据主控冗余切换策略确定自己是否继续成为总线主控；所述主控冗余切换策略为：
（1）若MVB总线中无主帧时，则配置为主的设备自动设置为总线主控，管理MVB总线；
（2）若MVB总线中如同时存在多个主控时，则根据总线主控的设备地址大小进行主选择，设备地址小的为总线主，设备地址大的为备用主；
（3）若MVB总线中已存在主帧，则自动为总线备用主控。
3.根据权利要求1所述的MVB总线主控并联冗余控制的方法，其特征在于，采用双线路并联冗余的设计，即整个网络的所有通道均采用了两条链路的形式，包括信任线和冗余线，在故障时链路进行冗余切换。
4.根据权利要求3所述的MVB总线主控并联冗余控制的方法，其特征在于，在进行链路冗余切换时依据以下策略进行：
（1）当信任线的物理链路断开或线路的阻抗不匹配时，切换到冗余线上；
（2）当信任线受到其他外部设备的干扰时，切换到冗余线上；
（3）当信任线在某个时间段内存在大量的错帧时，切换到冗余线上。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的MVB总线主控并联冗余控制的方法，其特征在于，两个互为冗余的总线主控模块都运行相同的控制逻辑程序，配置相同的通信端口。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的MVB总线主控并联冗余控制的方法，其特征在于，在网络系统运行时，由底层程序根据当前模块的状态是否为总线主控或备用主控来决定应用的逻辑运算后的结果是否输出，作为总线备用主模块在监视总线状态的同时，接收与主控模块相同的网络数据，并进行同样的数据逻辑运算；当总线主控模块故障时，备用主控模块马上切换工作模式，并根据原的运算逻辑进行输出。
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