CN106230679A - Tcn网络中网关冗余控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种TCN网络中网关冗余控制方法及装置，该方法包括：1）预先在每节机车中设置两台网关设备；两台网关设备分别配置为MVB总线主设备、MVB总线备用主设备；2）当机车上电时，MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均执行TCN初运行；3）筛选出MVB总线主设备的数据作为WTB总线有效数据；4）当MVB总线主设备发生故障时，切换备用主设备，若发生初运行，对WTB数据执行保持；该装置包括网关配置模块、双网关激活控制模块、双网关通信控制模块以及冗余切换控制模块。本发明能够避免网关切换时对机车运行状态影响，提高TCN网络可靠性，且具有实现控制方法简单、所需成本低、控制实现效率高等优点。

Description

TCN网络中网关冗余控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力机车控制技术领域，尤其涉及一种TCN（Train CommunicationNetwork，列车控制网络）网络中网关冗余控制方法及装置。
背景技术
交流传动电力机车中，网关单元通过采用双网关冗余配置可以提高运行可靠性，但目前通常均是基于单网关激活的控制模式，即正常工作时由主网关设备处于工作状态，备用网关处于休眠状态，当主网关设备故障时，控制切换备用网关。由于正常工作时只有一个网关设备成为WTB（Wire Train Bus，绞线式列车总线）总线节点，当网关发生冗余切换时，休眠网关将加入WTB总线而引起TCN初运行。
网关的初运行是机车WTB总线重新组态的一个必要过程，TCN初运行时WTB 数据就会因为WTB总线的特性被清零，引起网关初运行的条件包括以下几种：1）WTB总线端节点网关设备故障；2）有新的网关节点加入WTB总线；3) WTB强主所在设备故障。如上述基于单网关激活的控制模式，在机车蓄电池上电时刻，成为MVB（Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线）主设备（激活网关）的网关将成为WTB总线节点，TCN初运行完成后，会被分配相应的TCN地址和节点索引号，能与WTB上的其它网关设备进行数据的交换，而成为MVB备用主的网关设备将休眠（休眠网关），不参与WTB数据的交互；当发生网关的冗余切换时，成为备用主的网关设备将被激活，加入WTB总线引起初运行。上述基于单网关激活的控制模式一旦发生网关的冗余切换，网关初运行的概率为100%，使得列车级网络通信中断，从而导致列车主断路器断开、受电弓降下。因此亟需提供一种能够避免网关冗余切换时对机车的运行状态造成影响，提高TCN网络可靠性的网关冗余控制方法。
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，本发明提供一种能够避免网关切换时对机车运行状态影响，提高TCN网络可靠性，且实现控制方法简单、所需成本低、控制实时性及实现效率高的TCN网络中网关冗余控制方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种TCN网络中网关冗余控制方法，步骤包括：
1）预先在每节机车中设置两台互为冗余的网关设备，且所述网关设备配置为同时作为WTB总线管理设备、MVB总线管理设备；两台所述网关设备分别配置为MVB总线主设备、MVB总线备用主设备；
2）当机车上电时，将每节机车冗余配置的MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均执行TCN初运行，以使得所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均处于WTB总线激活工作状态；
3）参与WTB总线通信时，筛选出WTB数据中所述MVB总线主设备所传输的数据作为WTB总线有效数据；
4）当所述MVB总线主设备发生故障时，若未发生初运行，切换所述MVB备用主设备为MVB总线主设备，返回执行步骤3）；若发生初运行，对WTB数据执行保持，返回执行步骤3）。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤3）中具体通过MVB总线主设备、MVB总线备用主设备的网关标识筛选出WTB总线有效数据。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3）中与WTB总线通信的具体步骤为：
3.1）所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备分别将对应的网关标识与当前节机车的节标识一并发送至WTB总线；
3.2）对WTB数据帧进行筛选，将其中对应为MVB总线主设备的网关标识的数据帧作为WTB总线有效数据，并赋值给机车重联端口；
3.3）将机车重联端口的数据帧中节标识与机车本地的节标识进行比较，确定列车的节点索引号以用于执行数据通信。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤2）中执行TCN初运行时，将所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均设置为WTB节点并分配节点索引号；所述节点索引号的分配步骤为：以WTB总线主节点所在网关设备的第一方向上的末端节点作为起始节点索引号，沿着所述MVB总线主设备的第二方向依次递增，直至所述MVB总线主设备的第二方向上末端节点终止。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤4）中若发生初运行，具体将WTB数据保持WTB总线8节点的初运行时间后，返回执行步骤3）。
一种TCN网络中网关冗余控制装置，包括：
网关配置模块，用于预先在每节机车中设置两台互为冗余的网关设备，且所述网关设备配置为同时作为WTB总线管理设备、MVB总线管理设备；两台所述网关设备分别配置为MVB总线主设备、MVB总线备用主设备；
双网关激活控制模块，用于当机车上电时，将每节机车冗余配置的MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均执行TCN初运行，以使得所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均处于WTB总线激活工作状态；
双网关通信控制模块，用于参与WTB总线通信时，筛选出WTB数据中所述MVB总线主设备所传输的数据作为WTB总线有效数据；
冗余切换控制模块，用于当所述MVB总线主设备发生故障时，若未发生初运行，切换所述MVB备用主设备为MVB总线主设备，返回执行双网关通信控制模块；若发生初运行，返回执行双网关通信控制模块。
作为本发明装置的进一步改进：所述双网关通信控制模块中，具体通过MVB总线主设备、MVB总线备用主设备的网关标识筛选出WTB总线有效数据。
作为本发明装置的进一步改进，所述双网关通信控制模块包括：
数据发送单元，用于所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备分别将对应的网关标识与当前节机车的节标识一并发送至WTB总线；
有效数据筛选单元，用于对WTB数据帧进行筛选，将其中对应为MVB总线主设备的网关的数据帧作为WTB总线有效数据，并赋值给机车重联端口；
节点索引号确定单元，用于将机车重联端口的数据帧中节标识与机车本地的节标识进行比较，确定列车的节点索引号以用于执行数据通信。
作为本发明装置的进一步改进：所述冗余切换控制模块中，若发生初运行，具体将WTB数据保持WTB总线8节点的初运行时间后，返回执行双网关通信控制模块。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）本发明通过将网关设备既作为WTB总线管理设备，又作为了MVB总线管理设备，结合在机车上电时，将每节机车配置的MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均执行TCN初运行，使得均处于WTB总线激活工作状态，WTB总线通信时筛选出MVB总线主设备的数据作为WTB总线有效数据，实现双网关激活工作模式，当主设备发生故障时，可以自动切换至备用主设备，且切换过程不会引起系统初运行，有效降低了网关设备切换时引起的初运行概率，从而避免网关设备故障时冗余切换对机车运行状态造成影响，实现控制简单，无需增加硬件成本，同时有效提高了TCN网络可靠性；
2）本发明通过配置网关设备既作为列车级总线管理设备，又作为车辆级控制单元，基于网关功能与车辆中央控制单元集为一体的应用模式实现双网关激活工作模式，可以有效降低初运行的概率，且若不发生初运行，则可以实现无缝切换；当发生初运行时，通过对WTB数据帧执行保持，能够避免WTB总线数据被清零后列车通信中断，同时可以基于网关同时是MVB与WTB总线管理主，筛选出MVB总线管理主的数据作为WTB总线有效数据，从而可以实现快速切换；
3）本发明基于网关功能与车辆中央控制单元集为一体的应用模式，结合双网关激活的工作模式，相比于双网关和双中央控制单元CCU的应用模式，所需的应用成本低，无需配置WTB/MVB数据转换的逻辑端口，且过程数据的实时性高。
附图说明
图1是本实施例TCN网络中网关冗余控制方法的实现流程示意图。
图2是本发明具体实施例中应用于机车中实现网关冗余控制的结构原理示意图。
图3是本实施例TCN网络中网关冗余控制装置的结构原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例TCN网络中网关冗余控制方法，包括：
1）预先在每节机车中设置两台互为冗余的网关设备，且网关设备配置为同时作为WTB总线管理设备、MVB总线管理设备；两台网关设备分别配置为MVB总线主设备、MVB总线备用主设备；
2）当机车上电时，将每节机车冗余配置的MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均执行TCN初运行，以使得MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均处于WTB总线激活工作状态；
3）参与WTB总线通信时，筛选出WTB数据中MVB总线主设备所传输的数据作为WTB总线有效数据；
4）当MVB总线主设备发生故障时，若未发生初运行，切换MVB备用主设备为MVB总线主设备，返回执行步骤3）；若发生初运行，对WTB数据执行保持，返回执行步骤3）。
如图2所示，本发明具体实施例中网络控制系统采用TCN二级总线式网络结构，包括A/B、C/D 两节机车，两节机车之间通过绞线式列车总线WTB实现控制命令、状态数据以及故障数据等过程数据的交互，单节车辆中有互操作性和互换性要求的各设备之间的通信采用多功能车辆总线。每节机车配置有互为冗余的GMM1、GMM2网关设备，GMM1、GMM2作为WTB与MVB过程数据转换单元以及车辆的中央控制单元，同时执行了列车级以及车辆级的总线管理，将GMM1、GMM2分别配置为MVB总线主设备、MVB总线备用主设备；当机车上电时，GMM1、GMM2均执行一次初运行，MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均处于WTB总线激活工作状态；参与WTB总线通信时，筛选出WTB数据中MVB总线主设备的数据作为WTB总线有效数据；当GMM1发生故障时，若未发生初运行，切换为GMM2作为WTB总线管理主设备，又作为了MVB总线管理主设备；若发生初运行，则对WTB数据执行保持，以避免WTB总线数据被清零。
本实施例通过将网关设备即作为WTB总线管理设备，又作为了MVB总线管理设备，结合在机车上电时，将每节机车配置的MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均执行TCN初运行，使得均处于WTB总线激活工作状态，WTB总线通信时筛选出MVB总线主设备的数据作为WTB总线有效数据，实现双网关激活工作模式，当主设备发生故障时，可以自动切换至备用主设备，且切换过程不会引起系统初运行，有效降低了网关设备切换时引起的初运行概率，从而避免网关设备故障时冗余切换对机车运行状态造成影响，实现控制简单，无需增加硬件成本，同时有效提高了TCN网络可靠性。
本实施例通过配置网关设备既作为列车级总线管理设备，又作为车辆级控制单元，基于网关功能与车辆中央控制单元集为一体的应用模式实现双网关激活工作模式，可以有效降低初运行的概率，且若不发生初运行，则可以实现无缝切换；当发生初运行时，通过对WTB数据帧执行保持，能够避免WTB总线数据被清零后列车通信中断，同时可以基于网关同时是MVB与WTB总线管理主，筛选出MVB总线管理主的数据作为有效数据，从而可以实现快速切换。
本实施例基于网关功能与车辆中央控制单元集为一体的应用模式，结合双网关激活的工作模式，相比于双网关和双CCU的应用模式，所需的应用成本低，无需配置WTB/MVB数据转换的逻辑端口，且过程数据的实时性高。
本实施例中，步骤3）中具体通过MVB总线主设备、MVB总线备用主设备的网关标识筛选出WTB总线有效数据。如图2所示结构，GMM1、GMM2具体将获取的MVB总线主设备、MVB总线备用主设备作为首选网关标识与备选网关标识，筛选数据时由带有首选网关标识的WTB数据作为有效数据。GMM1通过配置为MVB总线主设备，具有MVB总线管理主权，GMM2通过配置为MVB总线备用主设备，具有总线管理能力，同时实时监控总线主设备状态。
网关作为MVB 5类设备，本实施例将网关设备作为重联车的数据通信单元，也作为WTB/MVB 的数据转换单元以及车辆控制单元，结合网关标识可以方便的筛选出MVB 总线管理主设备的数据作为有效的车辆控制数据，保持了WTB 与MVB 数据的同步，同时基于网关标识可以实现快速切换（具体大约为10ms），且对WTB数据筛选影响较小。
本实施例中，步骤3）中与WTB总线通信的具体步骤为：
3.1）MVB总线主设备、MVB总线备用主设备分别将对应的网关标识与当前节机车的节标识一并发送至WTB总线；
3.2）对WTB数据帧进行筛选，将其中对应为MVB总线主设备的网关标识的数据帧作为WTB总线有效数据，并赋值给机车重联端口；
3.3）将机车重联端口的数据帧中节标识与机车本地的节标识进行比较，确定列车的节点索引号以用于执行数据通信。
本实施例通过MVB主设备、MVB备用主设备分别作为WTB总线节点进行WTB数据的发送与接收，发送数据时将网关标识与机车的节标识一并发送至WTB总线，通过网关标识即可筛选出WTB总线有效数据，同时由筛选的有效数据确定列车的节点索引号。如图2所示，机车的A/B/C/D 四节车中A/B为固定编组、C/D 为固定编组，且两个固定编组重联在一起，TCN初运行完成后，由于每节车中MVB总线主设备、MVB备用主设备均处于激活状态，因而机车共包含8个WTB节点，通过网关标识即可确定4个有效WTB节点，进一步由列车节标识（A/B/C/D）即可确定具体的节点位置，从而执行数据通信。
本实施例中，步骤1）中执行TCN初运行时，将MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均设置为WTB节点并分配节点索引号；节点索引号的分配步骤为：以WTB总线主节点所在网关设备的第一方向上的末端节点作为起始节点索引号，沿着MVB总线主设备的第二方向依次递增，直至MVB总线主设备的第二方向上末端节点终止。如图2所示，每个网关设备包含1、2接线方向，其中第一方向如方向1所示，第二方向如方向2所示，由接线方向确定WTB总线节点的拓扑地址，再通过映射机制即可确定机车的节点索引号，从而确定本车的节点位置；本实施例TCN初运行时，将MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均加入WTB总线中作为节点，分配相应的TCN地址和节点索引号节点索引号时，具体由WTB总线主节点所在网关设备方向1上的末端节点设置为01，沿着MVB总线主设备方向2依次递增，直至主设备方向2上的末端节点为止。
本实施例中，步骤4）中若发生初运行，具体将WTB数据保持WTB总线8节点的初运行时间后，返回执行步骤3）。WTB数据保持时间具体设置为稍大于WTB总线8节点的初运行时间，且低于1S，所需保持的时间较短，不会对列车的运行状态造成影响。本实施例若主设备故障引起初运行时，通过对WTB数据帧执行保持，避免WTB总线数据被清零后列车通信终端，提高列车网络通信的可靠性。
本发明在具体实施例中实现网关冗余控制的流程为：
①在每节机车配置两个互为冗余的MVB网关设备（GWM1、GWM2），并由其中一个MVB网关设备配置为主设备、另一个配置为备用主设备；
②蓄电池上电时，GWM1、GWM2均执行一次TCN运行，TCN初运行完成后将获得网关设备的拓扑地址以及节点索引号；
③GWM1、GWM2分别获取MVB总线主与MVB总线备用主作为网关标识，将网关标识与本地机车A/B节标识一起发往WTB总线；
④根据网关标识对所有的WTB数据帧进行筛选，将带有首选网关标识的数据帧作为有效数据帧，得到筛选后的WTB数据帧，并将筛选过后的WTB数据帧赋值给机车重联数组端口；
⑤将重联端口数据帧中的A/B节标识与机车本地的A/B节标识做比较，确定列车的节点索引号；
⑥当首选网关设备需要切换网关设备时，修改MVB主设备与MVB备用主设备的网关标识，返回执行步骤④；
当首选网关设备引起初运行时，对WTB数据帧进行保持，保持时间稍大于WTB总线8节点的初运行时间，低于1S，保持时间结束后，执行步骤④。
如图3所示，本实施例提高TCN网络可靠性的网关冗余控制装置，包括：
网关配置模块，用于预先在每节机车中设置两台互为冗余的网关设备，且网关设备配置为同时作为WTB总线管理设备、MVB总线管理设备；两台网关设备分别配置为MVB总线主设备、MVB总线备用主设备；
双网关激活控制模块，用于当机车上电时，将每节机车冗余配置的主设备、备用主设备均执行TCN初运行，以使得主设备、备用主设备均处于WTB总线激活工作状态；
双网关通信控制模块，用于参与WTB总线通信时，筛选出WTB数据中所述MVB总线主设备所传输的数据作为WTB总线有效数据；
冗余切换控制模块，用于当MVB总线主设备发生故障时，若未发生初运行，切换MVB备用主设备为MVB总线主设备，返回执行双网关通信控制模块；若发生初运行，对WTB数据执行保持，返回执行双网关通信控制模块。
本实施例中，冗余切换控制模块中，具体通过MVB总线主设备、MVB总线备用主设备的网关标识筛选出WTB数据中有效数据。
本实施例中，双网关通信控制模块包括：
数据发送单元，用于MVB总线主设备、MVB总线备用主设备分别将对应的网关标识与当前节机车的节标识一并发送至WTB总线；
有效数据筛选单元，用于对WTB数据帧进行筛选，将其中对应为MVB总线主设备的网关的数据帧作为WTB总线有效数据，并赋值给机车重联端口；
节点索引号确定单元，用于将机车重联端口的数据帧中节标识与机车本地的节标识进行比较，确定列车的节点索引号以用于执行数据通信。
本实施例中，冗余切换控制模块中，若发生初运行，具体将WTB数据保持WTB总线8节点的初运行时间后，返回执行双网关通信控制模块。冗余切换控制模块中WTB数据保持时间具体设置为稍大于WTB总线8节点的初运行时间，且低于1S。
上述只是本发明的较佳实施例，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。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种TCN网络中网关冗余控制方法，其特征在于，步骤包括：
1）预先在每节机车中设置两台互为冗余的网关设备，且所述网关设备配置为同时作为WTB总线管理设备、MVB总线管理设备；两台所述网关设备分别配置为MVB总线主设备、MVB总线备用主设备；
2）当机车上电时，将每节机车冗余配置的MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均执行TCN初运行，以使得所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均处于WTB总线激活工作状态；
3）参与WTB总线通信时，筛选出WTB数据中所述MVB总线主设备所传输的数据作为WTB总线有效数据；
4）当所述MVB总线主设备发生故障时，若未发生初运行，切换所述MVB备用主设备为MVB总线主设备，返回执行步骤3）；若发生初运行，对WTB数据执行保持，返回执行步骤3）。
2.根据权利要求1所述的TCN网络中网关冗余控制方法，其特征在于，所述步骤3）中具体通过MVB总线主设备、MVB总线备用主设备的网关标识筛选出WTB总线有效数据。
3.根据权利要求2所述的TCN网络中网关冗余控制方法，其特征在于，所述步骤3）中与WTB总线通信的具体步骤为：
3.1）所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备分别将对应的网关标识与当前节机车的节标识一并发送至WTB总线；
3.2）对WTB数据帧进行筛选，将其中对应为MVB总线主设备的网关标识的数据帧作为WTB总线有效数据，并赋值给机车重联端口；
3.3）将机车重联端口的数据帧中节标识与机车本地的节标识进行比较，确定列车的节点索引号以用于执行数据通信。
4.根据权利要求3所述的TCN网络中网关冗余控制方法，其特征在于：所述步骤2）中执行TCN初运行时，将所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均设置为WTB节点并分配节点索引号；所述节点索引号的分配步骤为：以WTB总线主节点所在网关设备的第一方向上的末端节点作为起始节点索引号，沿着所述MVB总线主设备的第二方向依次递增，直至所述MVB总线主设备的第二方向上末端节点终止。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的TCN网络中网关冗余控制方法，其特征在于，所述步骤4）中若发生初运行，具体将WTB数据保持WTB总线8节点的初运行时间后，返回执行步骤3）。
6.一种TCN网络中网关冗余控制装置，其特征在于包括：
网关配置模块，用于预先在每节机车中设置两台互为冗余的网关设备，且所述网关设备配置为同时作为WTB总线管理设备、MVB总线管理设备；两台所述网关设备分别配置为MVB总线主设备、MVB总线备用主设备；
双网关激活控制模块，用于当机车上电时，将每节机车冗余配置的MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均执行TCN初运行，以使得所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备均处于WTB总线激活工作状态；
双网关通信控制模块，用于参与WTB总线通信时，筛选出WTB数据中所述MVB总线主设备所传输的数据作为WTB总线有效数据；
冗余切换控制模块，用于当所述MVB总线主设备发生故障时，若未发生初运行，切换所述MVB备用主设备为MVB总线主设备，返回执行双网关通信控制模块；若发生初运行，对WTB数据执行保持，返回执行双网关通信控制模块。
7.根据权利要求6所述的TCN网络中网关冗余控制装置，其特征在于：所述冗余切换控制模块中，具体通过MVB总线主设备、MVB总线备用主设备的网关标识筛选出WTB总线有效数据。
8.根据权利要求7所述的TCN网络中网关冗余控制装置，其特征在于，所述双网关通信控制模块包括：
数据发送单元，用于所述MVB总线主设备、MVB总线备用主设备分别将对应的网关标识与当前节机车的节标识一并发送至WTB总线；
有效数据筛选单元，用于对WTB数据帧进行筛选，将其中对应为MVB总线主设备的网关的数据帧作为WTB总线有效数据，并赋值给机车重联端口；
节点索引号确定单元，用于将机车重联端口的数据帧中节标识与机车本地的节标识进行比较，确定列车的节点索引号以用于执行数据通信。
9.根据权利要求6或7或8所述的TCN网络中网关冗余控制装置，其特征在于：所述冗余切换控制模块中，若发生初运行，具体将WTB数据保持WTB总线8节点的初运行时间后，返回执行双网关通信控制模块。
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