CN108134779A - Cbtc通信系统协议解析方法、协议库管理方法及协议库 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于协议库管理的CBTC通信系统协议解析方法、协议库管理方法及协议库，所述协议解析方法包括：加载协议库；接收协议包；针对每个接收到的协议包，根据所述协议库，按照如下方式对协议包进行解析：从协议包中解析库标识，并根据获得的库标识以及所述字典一查询对应的协议头类型信息；根据查询得到的协议头类型信息以及所述协议头解析方法获取对应的协议头信息；根据获取的协议头信息以及所述协议号生成方法生成对应的协议号信息；根据生成的协议号信息以及所述字典二查询对应的协议类型信息；根据查询得到的协议类型信息以及所述协议解析方法解析出对应的协议体信息。本发明实现了CBTC系统协议的统一管理与解析。

Description

CBTC通信系统协议解析方法、协议库管理方法及协议库

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种CBTC通信系统协议解析方法、协议库管理方法及协议库。

背景技术

在开发基于CBTC通信的地铁信号系统中，网络通信占据了非常重要的作用，CBTC信号系统涉及到多个子系统间的双向通信，以此达到互换信息，协同工作，为整个地铁系统提供安全，高效的运营服务。在整个开发过程中各个子系统间会不断的调试软件，分析数据来完善系统的安全性，可靠性及高效性，这就需要获取系统间的通信数据，依据系统间通信协议解析并分析数据以达到分析问题，找到异常问题所在。

整个系统开发完毕投入正式运营中会非常频繁的查看各个子系统间的网络通信数据，并依据各个子系统制定的通信协议解析数据以此来分析系统故障及各个子系统的运行性能，并直观展现某些关键系统指标的当前状态。

对于网络通信数据的获取目前已经有非常完善的类库与抓包软件例如：IpTool、Wireshark、Sniffsmart等。Wireshark抓包软件的抓包界面如图5所示，但是这些软件只是抓取协议数据并不解析。

目前虽然开发了一些基于CBTC系统的网络数据分析及展现工具，但都只是基于某个子系统的或基于某个协议的，可移植性差，当协议内容改变时，现有的工具就不适用了。

综上所述可知，现有的协议解析及数据展示工具存在以下缺陷：

①通用协议解析及数据展示工具只能解析网络底层的协议，而不能解析应用层的用户协议；

②一般的专有协议解析及数据展示工具只能针对某种特定的应用层用户协议进行，且解析方式单一，可移植性差，一旦协议内容发生改变该工具就会失效；

目前没有一种针对整个CBTC系统协议的可扩展可移植的协议解析与数据展示工具，导致开发CBTC产品过程中缺陷分析效率低下及CBTC产品投入运营后故障分析效率低下。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种CBTC通信系统协议解析方法、协议库管理方法及协议库，本发明实现了CBTC系统协议的统一管理与解析。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于协议库管理的CBTC通信系统协议解析方法，包括：

加载协议库；其中，所述协议库中配置有字典一、字典二、协议头解析方法、协议号生成方法以及协议解析方法；其中，所述字典一中存储有CBTC通信系统中所有协议库的库标识与协议头类型的对应关系；所述字典二中存储有CBTC通信系统中所有协议的协议号与协议类型的对应关系；所述协议头解析方法为能够根据协议头类型信息解析出协议头信息的方法；所述协议号生成方法为能够根据协议头信息生成协议号信息的方法；所述协议解析方法为能够根据协议类型解析出对应的协议体信息的方法；

接收协议包；

针对每个接收到的协议包，根据所述协议库，按照如下方式对协议包进行解析：

从协议包中解析库标识，并根据获得的库标识以及所述字典一查询对应的协议头类型信息；根据查询得到的协议头类型信息以及所述协议头解析方法获取对应的协议头信息；根据获取的协议头信息以及所述协议号生成方法生成对应的协议号信息；根据生成的协议号信息以及所述字典二查询对应的协议类型信息；根据查询得到的协议类型信息以及所述协议解析方法解析出对应的协议体信息。

进一步地，所述接收协议包，包括：接收用户指定IP地址的协议包。

进一步地，所述接收用户指定IP地址的协议包，包括：根据用户指定的IP地址，建立对应的Socket连接，建立完成后从建立的Socket中接收协议包。

进一步地，在接收协议包之后且解析数据包之前，所述方法还包括：

将接收到的协议包按条存储到文本文件中，存储的信息至少包括接收时间、源IP端口、目的IP端口和网络数据包内容，其中各信息之间用空格进行分隔；

将存储的协议包按条在显示界面的显示列表上滚动显示，显示的内容至少包括接收时间、源IP端口、目的IP端口、协议库类型和数据长度。

进一步地，在解析得到对应的协议体信息之后，所述方法还包括：

将解析得到的协议体信息在所述显示界面的指定位置进行展示。

进一步地，所述显示界面采用的为OSGI R4.2可扩展界面框架。

进一步地，所述CBTC通信系统中所有协议库包括：

所述CBTC通信系统中各子系统分别包含的协议库，其中所述CBTC通信系统中各子系统包括ATS子系统、计算机联锁子系统和车载子系统。

第二方面，本发明还提供了一种基于CBTC通信系统的协议库管理方法，包括：

生成字典一，其中，所述字典一中存储有CBTC通信系统中所有协议库的库标识与协议头类型的对应关系；

生成字典二，其中，所述字典二中存储有CBTC通信系统中所有协议的协议号与协议类型的对应关系；

向预设协议库配置所述字典一、所述字典二以及预设的协议头解析方法、协议号生成方法和协议解析方法，得到基于CBTC通信系统的协议库；

其中，所述协议头解析方法为能够根据协议头类型信息解析出协议头信息的方法；所述协议号生成方法为能够根据协议头信息生成协议号信息的方法；所述协议解析方法为能够根据协议类型解析出对应的协议体信息的方法。

进一步地，所述CBTC通信系统中所有协议库包括：

所述CBTC通信系统中各子系统分别包含的协议库，其中所述CBTC通信系统中各子系统包括ATS子系统、计算机联锁子系统和车载子系统。

第三方面，本发明还提供了一种协议库，该协议库采用如上面所述的基于CBTC通信系统的协议库管理方法得到。

由上述技术方案可知，本发明提供的基于协议库管理的CBTC通信系统协议解析方法，实现了CBTC系统协议的统一管理与解析，有效地弥补了CBTC通信系统业务数据信息解析复杂度高的缺点，减小了人对接口协议的依赖和记忆的压力，显著地降低了对工作人员专业知识的要求，大大提高了数据分析的效率，为CBTC系统研发提供了有效的问题分析手段，同时也为非专业的地铁运营人员及维护人员提供直接的故障分析手段。

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是本发明一实施例提供的基于协议库管理的CBTC通信系统协议解析方法的一种流程图；

图2是协议配置文件示意图；

图3是本发明一实施例提供的基于协议库管理的CBTC通信系统协议解析方法的另一种流程图；

图4是本发明一实施例提供的CBTC协议库框架原理图；

图5是某抓包软件的抓包界面图；

图6是本发明一实施例提供的报警协议数据解析结果示意图；

图7是本发明一实施例提供的ATS命令协议数据解析结果示意图；

图8是本发明一实施例提供的表示灯协议数据解析结果示意图；

图9是本发明一实施例提供的信号机协议数据解析结果示意图；

图10是本发明一实施例提供的进路协议数据解析结果示意图；

图11是本发明一实施例提供的道岔协议数据解析结果示意图；

图12是本发明另一实施例提供的基于CBTC通信系统的协议库管理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

针对现有技术存在的问题，本发明提出了针对CBTC通信系统的协议库管理及解析方案，以此来统一管理所有CBTC系统协议，并提供一种可扩展可直观展示协议数据的协议解析与展示框架。下面将通过具体实施例对本发明提供的CBTC通信系统协议解析方法、协议库管理方法及协议库进行详细介绍。

本发明一实施例提供了一种基于协议库管理的CBTC通信系统协议解析方法，参见图1，该方法包括如下步骤：

步骤101：加载协议库。

可以理解的是，所述协议库中配置有字典一、字典二、协议头解析方法、协议号生成方法以及协议解析方法。

其中，所述字典一中存储有CBTC通信系统中所有协议库的库标识与协议头类型的对应关系；所述字典二中存储有CBTC通信系统中所有协议的协议号与协议类型的对应关系；所述协议头解析方法为能够根据协议头类型信息解析出协议头信息的方法；所述协议号生成方法为能够根据协议头信息生成协议号信息的方法；所述协议解析方法为能够根据协议类型解析出对应的协议体信息的方法。

在本步骤中，所述CBTC通信系统中所有协议库包括：所述CBTC通信系统中各子系统分别包含的协议库，其中所述CBTC通信系统中各子系统包括ATS子系统、计算机联锁子系统和车载子系统。例如，对于ATS子系统来说，其中包含的协议库有ATS协议库、PA协议库、PIS协议库、TCC协议库和ISCS协议库等。

可以理解的是，本步骤中的协议指的是应用层的协议，其协议规范定义包含三部分：库标识、协议头、协议体。其中，库标识是用来标识具体协议库，比如CBTC系统中的ATS子系统中用到的ATS协议库、PA协议库、PIS协议库、TCC协议库、ISCS协议库等。

其中，协议头是各协议库根据各自的业务需要定义的协议头部信息，比如ATS协议头包括协议类型、协议版本号、帧类型、子类型、保留字节、源机器ID、目标机器ID、数据域长度，而PIS协议头包括帧头、目标地址、源地址、序列号、帧类型；

而协议体是协议中的业务数据，协议体对应具体的协议，例如心跳的fstp协议。

可以理解的是，在实施本实施例所述方法之前，首先应建立所述协议库。在建立所述协议库时，具体可采用如下方法：

根据CBTC通信系统中所有协议库的库标识与协议头类型的对应关系生成字典一；根据CBTC通信系统中所有协议的协议号与协议类型的对应关系生成字典二；向预设协议库配置所述字典一、所述字典二以及预设的协议头解析方法、协议号生成方法和协议解析方法，得到基于CBTC通信系统的协议库。

例如，以CBTC系统中的ATS子系统为例介绍，将ATS协议库、PA协议库、PIS协议库、TCC协议库、ISCS协议库等库的库标识和协议头类型对应关系通过配置文件信息自动添加到字典一，将协议号和协议类型对应关系添通过配置文件信息自动添加到字典二中，配置文件格式如图2所示。可见，本实施例可以动态创建库标识和协议头、协议号和协议类型的对应关系。可以理解的是，本实施例还能够按库标识添加、删除、查找协议头类型，按协议号添加、删除、查找协议类型。

步骤102：接收协议包。

在本步骤中，接收用户指定IP地址的协议包。例如，根据用户指定的IP地址，建立对应的Socket连接，建立完成后从建立的Socket中接收协议包。

可以理解的是，在截获网络协议包之前，需要用户指定从哪个或哪些IP进行接收UDP或者TCP协议包，根据这些条件建立对应的Socket连接，建立完成后即可以从Socket中接收网络数据。

参见图3，在一种可选实施方式中，在接收协议包之后且解析数据包之前，所述方法还包括：将接收到的协议包按条存储到文本文件中，存储的信息至少包括接收时间、源IP端口、目的IP端口和网络数据包内容，其中各信息之间用空格进行分隔；将存储的协议包按条在显示界面的显示列表上滚动显示，显示的内容至少包括接收时间、源IP端口、目的IP端口、协议库类型和数据长度。所述显示列表中最多显示1000条(可设置)记录，记录数目数达到1000条，当再有新记录插入前将自动删掉一条最旧的记录，避免内存一直增长造成程序异常退出。

步骤103：针对每个接收到的协议包，根据所述协议库，按照如下方式对协议包进行解析：从协议包中解析库标识，并根据获得的库标识以及所述字典一查询对应的协议头类型信息；根据查询得到的协议头类型信息以及所述协议头解析方法获取对应的协议头信息；根据获取的协议头信息以及所述协议号生成方法生成对应的协议号信息；根据生成的协议号信息以及所述字典二查询对应的协议类型信息；根据查询得到的协议类型信息以及所述协议解析方法解析出对应的协议体信息。

在本步骤中，针对每个接收到的协议包，具体解析过程如下所示：

A、从接收到的数据中解析库标识。

其中，数据中的第一个字节即为库标识，例如：1表示ATS协议、2表示PA协议、3表示PIS协议、4表示TCC协议库、5表示ISCS协议。

B、根据库标识查询协议头类型。

以库标识为Key从字典一中查找值，找到的值即为对应协议头的类型。

C、解析协议头。

调用协议头解析方法(解析方法：依据协议头部规范编写的解析方法)，在接收到的数据中解析出协议头信息。

D、生成协议号。

解析出协议头后，即可调用协议号生成方法生成唯一标识该协议的协议号，长度为四个字节。例如ATS某协议的16进制协议号为“010103A2”，其中第一个字节01为协议类型，第二个字节01为协议版本号，第三个字节03为帧类型、第四个字节A2为子类型。

E、根据协议号查询协议类型。

以协议号为Key从字典二中查找值，找到的值即为对应的协议类型。

F、解析协议体。

调用协议解析方法，在接收到的数据中解析出协议体信息。

优选地，参见图3，在解析出协议体之后，所述方法还可以包括：将解析得到的协议体信息(协议详细信息)在所述显示界面的指定位置进行展示，如图6～图11所示的展示结果。其中，所述显示界面采用的为OSGI R4.2可扩展界面框架。

参见图4，在本实施例中，对于协议库的管理采用分层管理原则，协议库整体框架原理图如图4所示。

由上面描述可知，本实施例提供的基于协议库管理的CBTC通信系统协议解析方法，实现了CBTC系统协议的统一管理与解析，有效地弥补了CBTC通信系统业务数据信息解析复杂度高的缺点，减小了人对接口协议的依赖和记忆的压力，显著地降低了对工作人员专业知识的要求，大大提高了数据分析的效率，为CBTC系统研发提供了有效的问题分析手段，同时也为非专业的地铁运营人员及维护人员提供直接的故障分析手段。

此外，通过将解析结果以图形化的方式直观展现，可以提高CBTC系统研发人员以及非专业的地铁运营人员和维护人员的使用体验。

本发明另一实施例提供了一种基于CBTC通信系统的协议库管理方法，参见图12，该方法包括：

步骤201：生成字典一。

在本步骤中，所述字典一中存储有CBTC通信系统中所有协议库的库标识与协议头类型的对应关系；

步骤202：生成字典二。

在本步骤中，所述字典二中存储有CBTC通信系统中所有协议的协议号与协议类型的对应关系；

步骤203：向预设协议库配置所述字典一、所述字典二以及预设的协议头解析方法、协议号生成方法和协议解析方法，得到基于CBTC通信系统的协议库。

在本步骤中，所述协议头解析方法为能够根据协议头类型信息解析出协议头信息的方法；所述协议号生成方法为能够根据协议头信息生成协议号信息的方法；所述协议解析方法为能够根据协议类型解析出对应的协议体信息的方法。

例如，以CBTC系统中的ATS子系统为例介绍，将ATS协议库、PA协议库、PIS协议库、TCC协议库、ISCS协议库等库的库标识和协议头类型对应关系通过配置文件信息自动添加到字典一，将协议号和协议类型对应关系添通过配置文件信息自动添加到字典二中，配置文件格式如图2所示。可见，本实施例可以动态创建库标识和协议头、协议号和协议类型的对应关系。

可以理解的是，所述CBTC通信系统中所有协议库包括：所述CBTC通信系统中各子系统分别包含的协议库，其中所述CBTC通信系统中各子系统包括ATS子系统、计算机联锁子系统和车载子系统。

可见，本实施例提供了一种协议库管理方法，以此来适应CBTC系统的协议的多样性与扩展性强性。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种协议库，该协议库采用如上面实施例所述的基于CBTC通信系统的协议库管理方法得到。

可见，本实施例提供的协议库，能够适应CBTC系统的协议的多样性与扩展性强性。

综上可知，本发明提供了解析CBTC系统中协议数据的通用框架，实现协议统一管理，协议数据解析与展示，并支持从网络接口层获取数据包并进行解析，根据协议标志查找到具体的协议解析类库来解析其中的数据，并以图形化的方式直观展现解析出的数据，解析得到的协议数据支持以图形界面或图表的方式直观展示，且支持展现方式扩展，本发明采用的是OSGI R4.2可扩展界面框架，该规范目前已得到广泛认可，成功应用在JavaWeb编程领域；本发明提供协议库管理，以此来适应CBTC系统的协议的多样性与扩展性强性，只要应用层数据符合本发明协议库的规范，本发明就支持解析该数据包。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于协议库管理的CBTC通信系统协议解析方法，其特征在于，包括：

加载协议库；其中，所述协议库中配置有字典一、字典二、协议头解析方法、协议号生成方法以及协议解析方法；其中，所述字典一中存储有CBTC通信系统中所有协议库的库标识与协议头类型的对应关系；所述字典二中存储有CBTC通信系统中所有协议的协议号与协议类型的对应关系；所述协议头解析方法为能够根据协议头类型信息解析出协议头信息的方法；所述协议号生成方法为能够根据协议头信息生成协议号信息的方法；所述协议解析方法为能够根据协议类型解析出对应的协议体信息的方法；

接收协议包；

针对每个接收到的协议包，根据所述协议库，按照如下方式对协议包进行解析：

从协议包中解析库标识，并根据获得的库标识以及所述字典一查询对应的协议头类型信息；根据查询得到的协议头类型信息以及所述协议头解析方法获取对应的协议头信息；根据获取的协议头信息以及所述协议号生成方法生成对应的协议号信息；根据生成的协议号信息以及所述字典二查询对应的协议类型信息；根据查询得到的协议类型信息以及所述协议解析方法解析出对应的协议体信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收协议包，包括：接收用户指定IP地址的协议包。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接收用户指定IP地址的协议包，包括：根据用户指定的IP地址，建立对应的Socket连接，建立完成后从建立的Socket中接收协议包。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收协议包之后且解析数据包之前，所述方法还包括：

将接收到的协议包按条存储到文本文件中，存储的信息至少包括接收时间、源IP端口、目的IP端口和网络数据包内容，其中各信息之间用空格进行分隔；

将存储的协议包按条在显示界面的显示列表上滚动显示，显示的内容至少包括接收时间、源IP端口、目的IP端口、协议库类型和数据长度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在解析得到对应的协议体信息之后，所述方法还包括：

将解析得到的协议体信息在所述显示界面的指定位置进行展示。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述显示界面采用的为OSGI R4.2可扩展界面框架。

7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述CBTC通信系统中所有协议库包括：

所述CBTC通信系统中各子系统分别包含的协议库，其中所述CBTC通信系统中各子系统包括ATS子系统、计算机联锁子系统和车载子系统。

8.一种基于CBTC通信系统的协议库管理方法，其特征在于，包括：

生成字典一，其中，所述字典一中存储有CBTC通信系统中所有协议库的库标识与协议头类型的对应关系；

生成字典二，其中，所述字典二中存储有CBTC通信系统中所有协议的协议号与协议类型的对应关系；

向预设协议库配置所述字典一、所述字典二以及预设的协议头解析方法、协议号生成方法和协议解析方法，得到基于CBTC通信系统的协议库；

其中，所述协议头解析方法为能够根据协议头类型信息解析出协议头信息的方法；所述协议号生成方法为能够根据协议头信息生成协议号信息的方法；所述协议解析方法为能够根据协议类型解析出对应的协议体信息的方法。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述CBTC通信系统中所有协议库包括：

所述CBTC通信系统中各子系统分别包含的协议库，其中所述CBTC通信系统中各子系统包括ATS子系统、计算机联锁子系统和车载子系统。

10.一种协议库，其特征在于，该协议库采用如权利要求8或9所述的基于CBTC通信系统的协议库管理方法得到。