CN105262645A - 一种tcn列车通信网络分析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TCN列车通信网络分析装置，包括控制单元和TCN数据采集单元，控制单元与TCN数据采集单元通讯连接，TCN数据采集单元与TCN列车通信网络的TCN总线通讯相连；TCN数据采集单元在列车网络正常运行时实时采集TCN总线上的数据后并进行解析，经解析后的数据发送至控制单元进行数据的分析处理以判断TCN列车通信网络是否通讯异常。本发明还相应公开了一种分析方法，包括S01、在列车正常运行时，实时采集TCN总线上的数据，并进行解析；S02、对解析后的数据进行分析处理以判断TCN列车通信网络是否通讯异常。本发明的装置及方法均具有功能丰富、及时性好、携带方便以及分析效率高等优点。

Description

一种TCN列车通信网络分析装置及方法

技术领域

本发明主要涉及列车通信网络技术领域，特指一种TCN列车通信网络分析装置及方法。

背景技术

TCN是专门为列车通信网络制定的标准，该标准将列车通信网络分成列车级通信网络WTB（绞线式列车总线）和车辆通信网络MVB（多功能列车总线），得到了众多铁路公司和设备供应商的支持，被广泛的应用到了全世界各种机车、动车和地铁上。而研制一套方便携带的TCN协议分析装置，用来在应用现场监视TCN网络中的数据交换过程，判断网络通信质量，捕捉和存储通信过程中出现的错误，对于指导TCN网络设计人员分析和解决现场出现的各种问题，改进TCN网络通信相关设计有着积极的作用。

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，本发明提供一种结构简单、体积小、实时性好的TCN列车通信网络分析装置，并相应提供一种操作简便的TCN列车通信网络分析方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种TCN列车通信网络分析装置，包括控制单元和TCN数据采集单元，所述控制单元与所述TCN数据采集单元通讯连接，所述TCN数据采集单元与TCN列车通信网络的TCN总线通讯相连；所述TCN数据采集单元在列车网络正常运行时实时采集TCN总线上的数据后并进行解析，经解析后的数据发送至控制单元进行数据的分析处理以判断TCN列车通信网络是否通讯异常。

作为上述技术方案的进一步改进：

还包括波形采集单元，所述波形采集单元分别与所述TCN总线和控制单元通讯连接，所述波形采集单元的触发指令输入接口与TCN数据采集单元的触发指令输出接口相连。

所述控制单元包括存储组件以及显示组件，所述控制单元将接收到的数据存储至存储组件内，并经显示组件进行显示。

所述控制单元包括远程控制端口，所述控制单元通过远程控制端口与远程监控中心进行无线通讯。

所述控制单元为具有充电电池的笔记本电脑，所述TCN数据采集单元安装在所述笔记本电脑内。

本发明还公开了一种TCN列车通信网络分析方法，包括以下步骤：

S01、在列车网络正常运行时，实时采集TCN列车通信网络的TCN总线上的数据，并进行解析；

S02、对解析后的数据进行分析处理以判断TCN列车通信网络是否通讯异常。

作为上述技术方案的进一步改进：

对TCN总线上的波形信号进行实时采集并存储，当判断TCN列车通信网络通讯异常时，调取通讯异常前后一段时间内的波形信号进行显示。

步骤S01中，采用嗅探的方式采集TCN总线上的数据。

在步骤S01中，所述解析的过程为：将采集的数据识别为0和1的序列，并将此序列划分为多个通信帧，并标记通信帧中的地址位、数据位、校验位和状态位。

在步骤S02中，对解析后的数据进行分析处理的过程为：依次对数据帧格式异常、CRC校验错误、重复主帧、重复从帧、总线超时进行判断。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的TCN列车通信网络分析装置，包括控制单元以及TCN数据采集单元，结构简单，体积小易于携带、方便在现场进行作业；另外本分析装置在列车正常时实时采集数据并进行分析，实时性好。通过波形采集单元对TCN总线的波形信号进行实时采集并存储，在判断TCN总线异常时，通过调取异常时刻前后一段时间的波形信号进行显示，以方便对总线进行观察及诊断，提高分析效率。本发明包括存储组件以及显示组件，通过对数据的存储及显示，方便对历史数据的查询。本分析装置具有远程控制端口，能与远程监控中心进行无线通讯，实现远程控制及监控。本发明的TCN列车通信网络分析方法不仅具有如上分析装置所述的优点，而且通过嗅探的方式对TCN总线上的数据进行采集，不会对正常的网络通信产生影响，因此本发明的TCN列车通信网络分析方法操作简便、安全可靠且分析效率高。

附图说明

图1为本发明的分析装置在具体实施例中的结构示意图。

图2为本发明的分析方法流程示意图。

图3为本发明的分析方法中数据解析的流程图。

图4为本发明的分析方法中数据监视的流程图。

图5为本发明的分析方法中波形信号存储及调取的流程图。

图中标号表示：1、控制单元；2、TCN数据采集单元；3、波形采集单元；4、TCN总线。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图5所示，本实施例的TCN列车通信网络分析装置，包括控制单元1和TCN数据采集单元2，控制单元1与TCN数据采集单元2通讯连接，TCN数据采集单元2与TCN列车通信网络的TCN总线4通讯相连；TCN数据采集单元2在列车网络正常运行时实时采集TCN总线4上的数据后并进行解析，经解析后的数据发送至控制单元1进行数据的分析处理以判断TCN列车通信网络是否通讯异常。本发明的TCN列车通信网络分析装置结构简单、体积小、方便现场使用；另外实时进行数据采集，因此实时性好。

如图5所示，本实施例中，还包括波形采集单元3，波形采集单元3分别与TCN总线4和控制单元1通讯连接，波形采集单元3的触发指令输入接口与TCN数据采集单元2的触发指令输出接口相连。其中波形采集单元3通过BNC接口与TCN总线4连接，实时存储当前TCN总线4的波形信号；波形采集单元3通过USB接口上传数据至控制单元1，并且通过USB接口从控制单元1进行取电。波形采集单元3实时对TCN总线4的波形数据进行采集并存储，其中波形采集单元3为便携式简易示波器，通过其BNC接口与TCN总线4进行物理连接，实时监视和记录当前一段时间内的TCN总线4波形信号。TCN数据采集单元2同步对总线波形进行识别和解码，获取总线数据，判断TCN总线4是否异常。用户可通过应用软件对TCN数据采集单元2设定触发条件，触发条件可以是：TCN数据采集单元2监视到TCN总线4中某个特定变量值的出现，或者某种可被TCN数据采集单元2识别的TCN总线4异常。一旦触发条件满足，TCN数据采集单元2通过触发指令输出接口输出触发指令至示波器的触发指令输入接口，示波器则将触发时刻前后一段时间内记录的波形信号转换为数字化波形，上传至控制单元1并通过人机界面进行显示，用户可以对获取的异常波形进行观察和测量，从而能够方便及时、精确的对故障情况进行分析判断。

如图1所示，本实施例中，控制单元1为具有充电电池的笔记本电脑，TCN数据采集单元2安装在笔记本电脑内。便携式笔记本电脑具备有强大的数据运算能力，内部安装有图形化操作系统，可在操作系统上开发和运行应用程序；另外还具备有PCI接口卡扩展的能力，能够安装用户定制的扩展卡，用于扩展笔记本电脑功能；笔记本电脑自带可充电电池，在没有外部电源供电的情况下，能够依靠自带的电池维持工作。TCN数据采集卡安装在便携式笔记本电脑内部，通过PCI总线与电脑进行数据交换。笔记本电脑此体积小、携带方便、易于在现场进行作业。另外控制单元1自带显示组件（显示屏）、键盘和存储组件（存储器），控制单元1将接收到的数据存储至存储组件内，并经显示组件进行显示，实现与用户的人机交互以及数据的存储。

如图3所示，本实施例中，TCN数据采集单元2为TCN数据采集卡，包含有转换电路和FPGA芯片，通过转换电路和FPGA芯片对信号进行采样和解析，将总线数据解析结果通过PCI接口传递给笔记本电脑，FPGA芯片同时负责实现PCI接口协议；TCN数据采集卡具备触发信号输出接口，该接口与外置的波形采集设备触发输入接口连接，控制其将当前存储的波形信号上传笔记本电脑。

本实施例中，控制单元1包括远程控制端口，控制单元1通过远程控制端口与远程监控中心进行无线通讯。该远程控制端口可接收来自远程的控制指令，当前的用户视图信息也通过该远程控制端口发送至远程端。远程端计算机安装有远程控制应用软件，通过远程控制软件，发送远程控制指令，并接收本分析装置发送过来的用户视图信息，用以显示，此功能可适用于使用者无法进入现场操作的场合。在物理接口层面，远程控制端口可以是RJ45以太网接口或者是无线以太网。

本实施例中，应用软件安装在笔记本电脑的操作系统上，通过IO接口模块控制笔记本电脑与TCN数据采集单元2和波形采集单元3进行数据交换，控制远程控制端口与远端控制计算机进行数据交换；通过数据处理模块对接收的数据进行分析加工；通过人机界面将数据展示给用户，同时人机界面接收用户的指令，该指令用来改变应用程序和受控设备的行为。控制单元1内部安装有图形化操作系统，基于操作系统提供的丰富的图形接口函数和控件，在该操作系统基础上开发的应用软件具备图形化特征。

本实施例中，本发明的TCN列车通信网络分析装置具有数据监视、存储和回放功能；电脑端的应用软件将TCN数据采集单元2发送过来的总线数据，以端口号为索引，有序的排列在内存空间中，并实时更新。用户告诉应用软件需要监视的数据所在总线端口号、端口偏移、数据长度等信息，应用软件将这些信息映射成内存地址，实时读出数据并展示给用户。同时总线数据也会被完整的保存到电脑硬盘中，以便后续应用程序对这些数据进行回放。

本发明还公开了一种基于如上所述TCN列车通信网络分析装置的方法，包括以下步骤：

S01、在列车网络正常运行时，实时采集TCN列车通信网络的TCN总线4上的数据，并进行解析，其中解析的过程如下：

如图3所示，转换电路将TCN总线4信号进行电平转换；在FPGA芯片中设置有符合TCN协议标准的采样状态机，该状态机将总线信号识别为0、1序列，并将这些序列依据协议划分为一个个的总线通信帧，标记出这些通信帧中包含的地址、数据、校验、状态等信息，TCN数据采集卡将识别出的帧数据通过PCI总线传输至控制单元1；

S02、对解析后的数据进行分析处理以判断TCN列车通信网络是否通讯异常；其中分析处理的过程如下：

如图2所示，通过设置TCN数据采集卡中FPGA的采样状态机识别总线的帧信息，判断总线当前是否出现总线帧；识别帧类型是主帧、从帧以及其他控制帧，判断是否存在帧格式异常、CRC校验错误；为每个帧进行定时，判断是否存在重复主帧、重复从帧；判断是否存在总线超时异常和其它异常。

本实施例中，波形采集单元3（示波器）对TCN总线4上的波形信号进行实时采集并存储，当判断TCN列车通信网络通讯异常时，波形采集单元3将触发时刻前后一段时间内记录的波形信号转换为数字化波形，上传至控制单元1并通过人机界面进行显示，用户可以对获取的异常波形进行观察和测量，从而能够方便及时、精确的对故障情况进行分析判断。

本实施例中，步骤S01中，采用嗅探的方式窃取TCN总线4上的数据，不会对TCN总线4产生影响。

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 (10)

1.一种TCN列车通信网络分析装置，其特征在于，包括控制单元（1）和TCN数据采集单元（2），所述控制单元（1）与所述TCN数据采集单元（2）通讯连接，所述TCN数据采集单元（2）与TCN列车通信网络的TCN总线（4）通讯相连；所述TCN数据采集单元（2）在列车网络正常运行时实时采集TCN总线（4）上的数据后并进行解析，经解析后的数据发送至控制单元（1）进行数据的分析处理以判断TCN列车通信网络是否通讯异常。

2.根据权利要求1所述的TCN列车通信网络分析装置，其特征在于，还包括波形采集单元（3），所述波形采集单元（3）分别与所述TCN总线（4）和控制单元（1）通讯连接，所述波形采集单元（3）的触发指令输入接口与TCN数据采集单元（2）的触发指令输出接口相连。

3.根据权利要求2所述的TCN列车通信网络分析装置，其特征在于，所述控制单元（1）包括存储组件以及显示组件，所述控制单元（1）将接收到的数据存储至存储组件内，并经显示组件进行显示。

4.根据权利要求1或2或3所述的TCN列车通信网络分析装置，其特征在于，所述控制单元（1）包括远程控制端口，所述控制单元（1）通过远程控制端口与远程监控中心进行无线通讯。

5.根据权利要求1或2或3所述的TCN列车通信网络分析装置，其特征在于，所述控制单元（1）为具有充电电池的笔记本电脑，所述TCN数据采集单元（2）安装在所述笔记本电脑内。

6.一种TCN列车通信网络分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、在列车网络正常运行时，实时采集TCN列车通信网络的TCN总线（4）上的数据，并进行解析；

S02、对解析后的数据进行分析处理以判断TCN列车通信网络是否通讯异常。

7.根据权利要求6所述的TCN列车通信网络的分析方法，其特征在于，对TCN总线（4）上的波形信号进行实时采集并存储，当判断TCN列车通信网络通讯异常时，调取通讯异常前后一段时间内的波形信号进行显示。

8.根据权利要求6或7所述的TCN列车通信网络的分析方法，其特征在于，步骤S01中，采用嗅探的方式采集TCN总线（4）上的数据。

9.根据权利要求6或7所述的TCN列车通信网络的分析方法，其特征在于，在步骤S01中，所述解析的过程为：将采集的数据识别为0和1的序列，并将此序列划分为多个通信帧，并标记通信帧中的地址位、数据位、校验位和状态位。

10.根据权利要求9所述的TCN列车通信网络的分析方法，其特征在于，在步骤S02中，对解析后的数据进行分析处理的过程为：依次对数据帧格式异常、CRC校验错误、重复主帧、重复从帧、总线超时进行判断。