CN107065823B - 一种列控系统行车许可运营指令流存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种列控系统行车典型许可运营指令流执行装置，属于铁路信息化领域。涉及一种列控系统行车典型许可运营指令流存储装置，包括控制器、指令转换装置、指令执行装置、流处理集群组、服务器；本发明通过定义离散指令事件到精确指令的转换规则，将抽象指令转换成批量执行的专用指令群。

Description

一种列控系统行车许可运营指令流存储装置

技术领域

本发明属于铁路信息技术领域，提供一种列控系统行车许可运营指令存储的领域。

背景技术

随着我国铁路运输事业的发展和现代电子技术和计算机技术的发展运用，高速铁路列控系统的行车许可运营的指令正在向自动化、智能化方向发展，从原来的继电联锁，到目前已经广泛应用的计算机联锁、微机监测、TDCS系统等，铁路信号正经历着前所未有的变化，高速铁路列控系统是一个混杂的系统，但均没能很好地执行列控系统中子系统之间的离散事件指令执行的过程。本发明针对列控系统混杂性的研究，要精确的形式化方法描述列控系统的行为，不仅要考虑物理实体的连续演变过程(如列车的速度、位置等)，还要考虑子系统之间离散指令事件的交互过程。控制器根据CTCS-3级列控系统的要求，将抽象的行车许可指令分为接发车进路、通过进路和区间闭塞分区3种许可指令，本发明要解决的问题是区间闭塞分区行车许可指令指令交互过程的信息流处理合理性问题。线路由共N个闭塞分区组成，假设闭塞分区的长度均相同，每个闭塞分区均有相应的限速。列车运行过程中传感器的测速测距存在误差，因此在每个闭塞分区都布有1个应答器，用来矫正测得的列车位置和列车速度。因此，本发明具有很大的实际价值。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种列控系统行车许可运营指令流存储方法，用于解决指令的以极小的代价进行执行问题；包括控制器、指令转换装置、指令执行装置、流处理集群组、服务器组；

控制器和指令转换装置通过定义离散指令事件到精确指令的转换规则，将抽象指令转换成批量执行的专用指令群；

流处理集群组包括流处理集群0、流处理集群1、流处理集群2、流处理集群3；服务器组包括服务器0、服务器1、服务器2、服务器3；

控制器通过虚拟机对流处理集群组中所有的流处理集群组虚拟出一块处理器，虚拟机通过SR-IOV直接访问这块处理器，原本控制的指令数据包的执行功能通过虚拟机平均分给不同的流处理集群组中所有的流处理集群里面，并采用流动性执行，虚拟机收发指令数据包只需要流处理集群组进行执行，节约了指令执行装置资源，提高虚拟机的性能(25Gbps)，把控制器之间的网络延迟降低；

服务器组和控制器大规模部署所采用的架构为：把控制器之间的网络连接扩展到整个地面设备无线闭塞中心的数据规模，控制器之间的网络连接不局限于同一个层级以内，控制器之间专网互联的方式可以扩大规模，通过指令执行装置来转发执行来降低系统开销；

控制器之间专网互联的方式为：控制器之间通过轻量级传送层(LightweightTransport Layer)通信；轻量级传送层采用的是支持PFC流控协议和DCQCN拥塞控制协议的传输网络；同一层级以内延迟在3微秒以内；8微秒以内可达1000块控制器；20微秒可达所有控制器；

为了支持大范围的控制器间通信，控制器内的逻辑模块关系为：每个用户逻辑(DNN加速、网络功能加速、加密)，外面的部分负责各个用户逻辑之间的通信及用户逻辑与外设之间的通信；

控制器采用StratixVD5，有172K个ALM，2014个M20K片上内存，1590个DSP；指令转换装置使用一个8GBDDR3-1333内存，一个PCIeGen3x8接口，两个10Gbps网络接口；流处理集群组之间、服务器组之间采用轻量级传送层连接，一组10G网口8个一组连成环，另一组10G网口6个一组连成环，不使用交换机；车载设备和地面设备无线闭塞中心之间的指令由控制器发出并发进程指令组成控制流程进行控制；

控制器通过轻量级传送层将列车速度周期性地发送给车载设备；并且当列车通过应答器发送同步许可指令，当列车初始位置占用股道为合法指令时，向地面设备无线闭塞中心发送同步信息进程，并更新本列车的位置和速度；当列车收到更高优先级指令时，则指令执行装置则立即更新，然后执行新的指令；指令转换装置周期性地对从车载设备接收到的列车速度信息进行判断，如果实际速度小于最大允许速度，则选择加速度，并通过轻量级传送层发送给指令执行装置；反之，选择减速度，并通过轻量级传送层发送给指令执行装置；

控制流程为：当列车接收到指令执行装置的信息并同步，通过指令执行装置向车载设备发送列车位置信息；并且地面设备无线闭塞中心收到指令执行装置的同步信息，并通过指令执行装置将状态信息发送给地面设备无线闭塞中心然后复位；地面设备无线闭塞中心通过指令执行装置收到车载设备的位置信息，列车从指令执行装置收到地面设备无线闭塞中心的区段状态信息、控制器从地面设备无线闭塞中心和指令执行装置收到移动授权信息后，计算列车目标速度、移动授权终点、允许速度；当列车速度大于最大限速与速度差之和，或者列车位置在正常指令且实际速度超过规定数值时，则向指令执行装置发送紧急制动许可指令，同时通过指令执行装置向列车发送实际速度和允许速度指令；一旦列车收到实际速度和允许速度指令，则通过发送的移动授权信息则调用新的指令；一旦列车收到地面设备无线闭塞中心发送无条件紧急停车消息信息，则调用执行新的指令；

流处理集群0处理的信息是：处理负责将闭塞分区的占用状态及区段的临时限速发送给地面设备无线闭塞中心；流处理集群1处理的信息是：处理负责车载设备将列车的位置发送给地面设备无线闭塞中心；流处理集群2处理的信息是：负责处理地面设备无线闭塞中心发送的根据线路的静态限速信息、临时限速信息，以及列车的连续计算信息当前位置、应答器的位置发送信息、行驶方向、进路、轨道电路占用的相关指令，通过相关指令授权每趟列车可以运行的路径和距离；流处理集群3处理的信息是：负责处理车载设备根据地面设备无线闭塞中心不同的信息：包括有移动授权、短移动授权、无条件紧急停车消息、紧急停车消息，并通过对移动授权进行监督，并生成制动模式曲线对列车运行进行控制，以保证列车运行的安全；

当处于正常移动授权监控安全需求时：服务器0负责保证列车的位置永远小于移动授权终点；服务器1负责进行顶棚速度监控时，保证列车的速度小于当前限速；服务器2负责当对列车进行目标点移动授权终点监督的时候，如果超过紧急制动触发线，则实施紧急制动；

当处于移动授权监控安全需求时：服务器0处理的信息是：如果列车位置越过移动授权的移动授权终点，则立即实施紧急制动；服务器1处理的信息是：如果移动授权的移动授权终点超过当前的移动授权终点，则拒绝接收移动授权信息；

当无条件紧急停车消息监控安全需求时：服务器0处理的信息是：如果列车收到无条件紧急停车消息，则立即实施紧急制动；

当有条件紧急停车消息处理安全需求时：服务器0处理的信息是：如果列车位置介于有条件紧急停车消息停车点与最小紧急制动点之间，将输出紧急制动许可指令；服务器1处理的信息是：如果列车位置介于最小紧急制动点与最大常用制动点之间，列车将使用常用制动；服务器2处理的信息是：如果列车越过有条件紧急停车消息停车点，则忽略有条件紧急停车消息消息。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：

本发明涉及一种列控系统行车许可运营指令流存储装置，包括控制器、指令转换装置、指令执行装置、流处理集群组、服务器组；

本发明通过定义离散指令事件到精确指令的转换规则，将抽象指令转换成批量执行的专用指令群。流处理集群组包括流处理集群0、流处理集群1、流处理集群2、流处理集群3；服务器组包括服务器0、服务器1、服务器2、服务器3；

控制器通过虚拟机对每个流处理集群组虚拟出一块处理器，虚拟机通过SR-IOV直接访问这块处理器，原本在虚拟机里面的指令平均给不同的指令块的执行功能被移到了流处理集群组里面，并采用流动性执行，虚拟机收发指令数据包均不需要指令执行装置参与，只需要流处理集群组进行执行，节约了指令执行装置资源，还提高了虚拟机的性能(25Gbps)，把控制器之间的网络延迟降低了10倍。

服务器组和控制器大规模部署所采用的架构为：控制器复用主机网络的初衷是加速网络和存储，更深远的影响则是把控制器之间的网络连接扩展到了整个数据中心的规模，做成真正cloud-scale的超级计算机。控制器之间的网络连接不会局限于同一个层级以内，控制器之间专网互联的方式可以扩大规模，通过指令执行装置来转发则开销可以降低。

控制器之间通过轻量级传送层(Lightweight Transport Layer)通信。同一层级内延迟在3微秒以内；8微秒以内可达1000块控制器；20微秒可达同一数据中心的所有控制器。为了支持大范围的控制器间通信，轻量级传送层是采用的是支持PFC流控协议和DCQCN拥塞控制协议的传输网络。控制器内的逻辑模块关系为：每个用户逻辑(如DNN加速、网络功能加速、加密)，外面的部分负责各个用户逻辑之间的通信及用户逻辑与外设之间的通信。

控制器采用StratixVD5，有172K个ALM，2014个M20K片上内存，1590个DSP。指令转换装置使用一个8GBDDR3-1333内存，一个PCIeGen3x8接口，两个10Gbps网络接口。流处理集群组之间、服务器之间采用轻量级传送层连接，一组10G网口8个一组连成环，另一组10G网口6个一组连成环，不使用交换机。车载设备和地面设备无线闭塞中心之间的指令由控制器进行并发进程指令组成控制流程，其组成的控制流程可以描述为指令进程的相关指令的传递具体为：列车的速度、位置和加速度均初始化为零；控制器通过轻量级传送层将列车速度周期性地发送给车载设备；并且当列车通过应答器发送同步许可指令户，当列车初始位置占用股道为合法指令时，向地面设备无线闭塞中心发送同步信息进程，并更新本列车的位置和速度；当进程收到高优先级指令时，则指令执行装置则立即更新，然后执行新的指令；指令转换装置周期性地对从车载设备接收到的列车速度信息进行判断，如果实际速度小于最大允许速度，则选择加速度，并通过轻量级传送层发送给指令执行装置；反之，选择减速度，通过轻量级传送层,发送给指令执行装置。控制器的执行的控制流程为：当接收到指令执行装置的信息，并同步，通过指令执行装置向车载设备发送列车位置信息；并且地面设备无线闭塞中心收到指令执行装置的同步信息，同时将布尔判断变量置为true，并通过指令执行装置将状态信息、发送给地面设备无线闭塞中心然后复位。地面设备无线闭塞中心通过指令执行装置收到车载设备进程的位置信息，列车从指令执行装置收到地面设备无线闭塞中心的区段状态信息、控制器从地面设备无线闭塞中心指令执行装置收到移动授权信息后，计算列车目标速度、移动授权终点、允许速度；当列车速度大于最大限速与速度差之和，或者列车位置在正常指令且实际速度超过规定数值时，则向指令执行装置发送紧急制动许可指令，同时通过指令执行装置向列车发送实际速度和允许速度指令；一旦列车收到实际速度和允许速度指令，则通过发送的移动授权信息则调用新的指令；一旦列车收到地面设备无线闭塞中心发送无条件紧急停车消息信息，则调用执行新的指令。

流处理集群组包括有流处理集群0、流处理集群1、流处理集群2、流处理集群3；服务器包括有服务器0、服务器1、服务器2、服务器3；

流处理集群0处理的信息是：处理负责将闭塞分区的占用状态及区段的临时限速发送给地面设备无线闭塞中心；流处理集群1处理的信息是：处理负责车载设备将列车的位置发送给地面设备无线闭塞中心；流处理集群2处理的信息是：负责处理地面设备无线闭塞中心根据线路的静态限速信息、临时限速信息，以及列车的连续计算信息当前位置、应答器的位置发送信息、行驶方向、进路、轨道电路占用指令，通过指令授权每趟列车可以运行的路径和距离。流处理集群3处理的信息是：负责处理车载设备根据不同的地面设备无线闭塞中心信息：移动授权、短移动授权、无条件紧急停车消息、紧急停车消息，并通过对移动授权进行监督，并生成制动模式曲线对列车运行进行控制，以保证列车运行的安全。

服务器包括有服务器0、服务器1、服务器2、服务器3；

当处于正常移动授权监控安全需求时：服务器0负责处理①列车的位置永远小于移动授权终点；服务器1负责进行顶棚速度监控时，列车的速度小于当前限速；服务器2负责当对列车进行目标点移动授权终点监督的时候，如果超过紧急制动触发线，则实施紧急制动。

当处于移动授权监控安全需求时：服务器0处理的信息是：如果列车位置越过移动授权的移动授权终点，则立即实施紧急制动；服务器1处理的信息是：如果移动授权的移动授权终点超过当前的移动授权终点，则拒绝接收移动授权信息。

当无条件紧急停车消息监控安全需求时：服务器0处理的信息是：如果列车收到无条件紧急停车消息，则立即实施紧急制动。

当有条件紧急停车消息处理安全需求时：服务器0处理的信息是：如果列车位置介于有条件紧急停车消息停车点与最小紧急制动点之间，将输出紧急制动许可指令；服务器1处理的信息是：如果列车位置介于最小紧急制动点与最大常用制动点之间，列车将使用常用制动；服务器2处理的信息是：如果列车越过有条件紧急停车消息停车点，则忽略有条件紧急停车消息消息。

有益效果：本发明结合高速铁路列控系统的行车许可指令中混杂性执行问题，建立了行车许可指令的流存储装置；从而能够大大提高指令的可操作性与扩展性。

Claims (1)

1.一种列控系统行车典型许可运营指令流存储装置，其特征是：包括控制器、指令转换装置、指令执行装置、流处理集群组、服务器组；

所述控制器和所述指令转换装置通过定义离散指令事件到精确指令的转换规则，将抽象指令转换成批量执行的专用指令群；

所述流处理集群组包括流处理集群0、流处理集群1、流处理集群2、流处理集群3；服务器组包括服务器0、服务器1、服务器2、服务器3；

所述控制器通过虚拟机对所述流处理集群组中所有的所述流处理集群虚拟出一块处理器，所述虚拟机通过SR-I 0V直接访问这块所述处理器，原本所述控制的指令数据包的执行功能通过所述虚拟机平均分给不同的所述流处理集群组中所有的所述流处理集群里面，并采用流动性执行，所述虚拟机收发指令数据包只需要所述流处理集群组进行执行，节约了指令执行装置资源，提高所述虚拟机的性能，把所述控制器之间的网络延迟降低；

所述服务器组和所述控制器大规模部署所采用的架构为：把所述控制器之间的网络连接扩展到整个地面设备无线闭塞中心的数据规模，所述控制器之间的网络连接不局限于同一层级以内，所述控制器之间专网互联的方式可以扩大规模，通过所述指令执行装置来转发执行来降低系统开销；

所述控制器之间专网互联的方式为：所述控制器之间通过轻量级传送层通信；所述轻量级传送层采用的是支持PFC流控协议和DCQCN拥塞控制协议的传输网络；所述同一层级以内延迟在3微秒以内；8微秒以内可达1000块所述控制器；20微秒可达所有所述控制器；

为了支持大范围的所述控制器间通信，所述控制器内的逻辑模块关系为：每个用户逻辑，外面的部分负责各个所述用户逻辑之间的通信及所述用户逻辑与外设之间的通信；

所述控制器采用StratixVD5，有172K个ALM，2014个M20K片上内存，1590个DSP；所述指令转换装置使用一个8GBDDR3-1333内存，一个PCIeGen3x8接口，两个10GbpS网络接口；所述流处理集群组之间采用10G网口8个一组连成环的方式连接，所述服务器组之间采用10G网口6个一组连成环的方式连接，不使用交换机；车载设备和地面设备无线闭塞中心之间的指令由所述控制器发出并发进程指令组成控制流程进行控制；

所述控制器通过所述轻量级传送层将列车速度周期性地发送给所述车载设备；并且当列车通过应答器发送同步许可指令，当列车初始位置占用股道为合法指令时，向所述地面设备无线闭塞中心发送同步信息进程，并更新本列车的位置和速度；当列车收到更高优先级指令时，则所述指令执行装置立即更新，然后执行新的指令；所述指令转换装置周期性地对从所述车载设备接收到的列车速度信息进行判断，如果实际速度小于最大允许速度，则选择加速度，并通过所述轻量级传送层发送给所述指令执行装置；反之，选择减速度，并通过所述轻量级传送层发送给指令执行装置；

所述控制流程为：当列车接收到所述指令执行装置的信息并同步，通过所述指令执行装置向所述车载设备发送列车位置信息；并且所述地面设备无线闭塞中心收到所述指令执行装置的同步信息，并通过所述指令执行装置将状态信息发送给所述地面设备无线闭塞中心然后复位；所述地面设备无线闭塞中心通过所述指令执行装置收到所述车载设备的位置信息，列车从所述指令执行装置收到所述地面设备无线闭塞中心的区段状态信息、所述控制器从所述地面设备无线闭塞中心和指令执行装置收到移动授权信息后，计算列车目标速度、移动授权终点、允许速度；当列车速度大于最大限速与速度差之和，或者列车位置在正常指令且实际速度超过规定数值时，则向所述指令执行装置发送紧急制动许可指令，同时通过所述指令执行装置向列车发送实际速度和允许速度指令；一旦列车收到实际速度和允许速度指令，则通过发送的移动授权信息调用新的指令；一旦列车收到所述地面设备无线闭塞中心发送无条件紧急停车消息信息，则调用执行新的指令；

所述流处理集群0处理的信息是：负责处理将闭塞分区的占用状态及区段的临时限速发送给所述地面设备无线闭塞中心；所述流处理集群1处理的信息是：负责处理车载设备将列车的位置发送给所述地面设备无线闭塞中心；流处理集群2处理的信息是：负责处理所述地面设备无线闭塞中心发送的根据线路的静态限速信息、临时限速信息，以及列车的连续计算信息当前位置、应答器的位置发送信息、行驶方向、进路、轨道电路占用的相关指令，通过所述相关指令授权每趟列车可以运行的路径和距离；所述流处理集群3处理的信息是：负责处理车载设备根据所述地面设备无线闭塞中心不同的信息：包括有移动授权、短移动授权、无条件紧急停车消息、紧急停车消息，并通过对移动授权进行监督，并生成制动模式曲线对列车运行进行控制，以保证列车运行的安全；

当处于正常移动授权监控安全需求时：所述服务器0负责保证列车的位置永远小于移动授权终点；所述服务器1负责进行顶棚速度监控时，保证列车的速度小于当前限速；所述服务器2负责当对列车进行目标点移动授权终点监督的时候，如果超过紧急制动触发线，则实施紧急制动；

当处于移动授权监控安全需求时：所述服务器0处理的信息是：如果列车位置越过移动授权的移动授权终点，则立即实施紧急制动；所述服务器1处理的信息是：如果移动授权的移动授权终点超过当前的移动授权终点，则拒绝接收移动授权信息；

当无条件紧急停车消息监控安全需求时：所述服务器0处理的信息是：如果列车收到无条件紧急停车消息，则立即实施紧急制动；

当有条件紧急停车消息处理安全需求时：所述服务器0处理的信息是：如果列车位置介于有条件紧急停车消息停车点与最小紧急制动点之间，将输出紧急制动许可指令；所述服务器1处理的信息是：如果列车位置介于最小紧急制动点与最大常用制动点之间，列车将使用常用制动；所述服务器2处理的信息是：如果列车越过有条件紧急停车消息停车点，则忽略有条件紧急停车消息消息。