CN108400975B - 一种用于公交运营的无线通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于公交运营的无线通讯系统，包括数据抓取模块，抓取无线交通数据包；数据解析模块，解析无线交通FTP协议,得到需要的无线交通网络信息；数据转换模块，接入无线交通网络的转换；数据控制模块，控制、调度配置装置和车辆控制装置的信息通讯；数据监控模块，监控系统中配置的全部无线交通网卡的基本信息；数据诊断模块，对数据信息进行解析，诊断无线交通设备故障。本发明通过上述基于公交运营的无线通讯的系统，有效的解决了基于通信的公交运营控制系统系统中冗余网络架构的设计、安全计算机的使用充分体现了其对安全、可靠的数据传输的要求，有效地实现了公交运营系统中设备之间的无线通信连接。

Description

一种用于公交运营的无线通讯系统

技术领域

本发明属于公交运营的数据控制领域，具体地，涉及一种用于公交运营的无线通讯系统。

背景技术

数据显示，绝大多数的居民的短途出行需要依靠公共交通运营，而轨道交通运营是其中重要的组成部分。信号系统是公交运营的基础设备之一，整个公交运营的集中控制正是依赖着信号系统的合理运行，高效合理的信号系统为行车安全提供了保障，能够大幅度地提升运输效率，从总体上改善公共交通运输系统的运营管理水平。

作为公共交通运营中的核心组成部分，信号系统已经融入到轨道公共运输的方方面面。自动控制系统自七十年代投入开发运用至今，经历了三十年的发展，技术日趋成熟，为使列车控制在技术方面与经济领域的相关指标更加合理高效，世界各国纷纷不断开发更先进的用于城市轨道公交运营的系统。

在基于通信的公交运营控制系统这样一个安全要求极高的系统中,几乎全部安全相关信息经由DCS系传输。除实现基于通信的公交运营控制系统子系统间的互通互联,保证数据通信的安全、可靠是DCS的重要职责。基于通信的公交运营控制系统中安全相关数据的准确、有效关系到列车的安全运行, 鉴于安全的数据通信在基于通信的公交运营控制系统中的基础性地位,欧洲电工标准化委员会(CENELEC)专为此设立了标准EN50159。欧洲列控系统中使用的FSFB/2、CSEETransport等协议的设计都遵照了 EN50159标准中的规定。

由于我国目前在具有自主知识产权的基于通信的公交运营控制系统系统研发方面还处于起步阶段,对安全通信协议相关标准的制定还在进一步的完善中,同时,由于我国铁路情况与欧洲的相比在起点、技术基础、施行策略和发展目标方面有所不同,所以不能照搬已有的安全通信协议,但在对其进行改进的过程中很难摆脱技术受制于人的局面,因此依据欧洲标准EN50159进行安全通信协议的自主研发是最好的选择。

当前的公交运营的设备通信方面，尤其是无线通信方面还存在通信效果差，通信质量无法得到有效保障的问题。

发明内容

基于上述存在的问题，本发明设计一种用于公交运营的无线通讯系统，其特征在于，包括：

数据抓取模块，查找用于监听的无线交通网络接口，抓取无线交通网卡信息，在得到的无线交通设备链表中查找合适的无线交通网络适配器，选择无线交通监听网卡，配置筛选规则，抓取无线交通数据流中的指定数据包，抓取到如用户名、密码、信息流量等信息，完成配置编译筛选规则和开启无线交通网络适配器，抓取无线交通数据包；

数据解析模块，解析无线交通FTP协议，在每一层无线交通协议的原始数据上加上封装头部，将数据抓取模块抓取的经过封装的无线交通数据包进行解析,得到需要的无线交通网络信息；

数据转换模块，在不同管理区域之间的各接入点间进行接入无线交通网络的转换，要重新进行验证、权限控制注册操作，包括检测装置、验证装置和重联装置；

数据控制模块，使用公交运营的控制装置实现轨道信号控制、调度配置装置和车辆控制装置的信息通讯；

数据监控模块，通过公交运营控制装置的反馈信息调用函数开启无线网卡，利用函数监控系统中配置的全部无线交通网卡的基本信息；

数据诊断模块，在获取到配置的全部无线交通网卡的基本信息后，解析轨道处理服务器配置信息，与所述数据抓取模块连接，依照信号结构对所述无线信号

数据信息进行解析，及时诊断无线交通设备故障。

优选的，所述数据抓取模块，查找用于监听的无线交通网络接口，抓取无线交通网卡信息主要包括：

利用tcp_findnetint（）函数查找用于监听的网络接口，该函数将返回一个包含各己连接无线交通网络接口信息的tcp_if形式的链表，函数tcp_findnetint（）会返回tcp_if结构体，该结构体中含有源网地址链表、子网地址链表、广播通讯通道链表和目的地址链表。

优选的，所述数据抓取模块，在得到的无线交通设备链表中查找合适的无线交通网络适配器，选择无线交通监听网卡，主要包括：

从抓取的无线交通设备列表中选择合适的无线交通网络适配器，将其设置为集成模式，在集成模式下，不需要考虑流经数据的目的地址是否为本地无线交通网络适配器，均能能将其完全接收。

优选的，所述数据抓取模块，配置筛选规则，具体包括：

调用tcp_compile（）函数把上层的布尔筛选表达式编译成下层的字节编码，返回值代表是否可以在无线交通信息中查询到满足条件的无线交通信息包;通过使用tcp_filterprinciple（）函数，实现筛选器和内核抓取会话之间的相互关联。

优选的，所述数据解析模块，解析无线交通FTP协议，主要包括：

确定无线交通FTP协议信息包的封装模式，根据不同协议的封装模式确定相应的数据类型和数据结构，在进程中将解析的数据结构与确定的数据结构进行判断和匹配，从而确定不同的数据包的协议类型。

优选的，所述数据转换模块的检测装置，具体包括：

被动转换和主动转换两种方式。当无线交通设备采用被动转换方式时，需要逐通讯通道侦听各个通讯通道上的信标喊，按照预先设定的通讯通道驻留时间完成对所有通讯通道的侦听；当无线交通设备采用主动转换方式时，它与HUB之间有一个信息交互的步骤，首先由无线交通设备逐个发送检测请求，当相关收到检测请求会进行响应，无线交通设备收集相关的响应信息，进行进一步的处理，考虑多方面的因素进行通讯通道和HUB选择。

优选的，所述数据转换模块的验证装置，具体包括：

当无线交通设备做出准入决定后，需要首先与相应HUB进行关联，在无线交通设备成功与被指定的HUB同步后，还需要通过被指定的验证才能利用目标网络进行通讯；验证的具体过程由被指定的所使用的验证方式而确定；无线交通设备首先向发出验证请求信息，在验证处理后向无线交通设备反馈验证成功或验证失败响应。

优选的，所述数据转换模块的重联装置，具体包括：

无线交通设备会向被指定的HUB发送重新关联请求，使用被指定的HUB向上层控制实体通报自身的HUB换动作，最终由被指定的HUB向无线交通设备反馈重联响应，至此完成了无线交通设备与被指定的HUB之间的重联过程，无线交通设备可以通过新的HUB与有线网络中的设备进行数据通信。

优选的，所述数据控制模块，使用公交运营控制装置实现轨道信号控制装置、调度配置装置和车辆控制装置的信息通讯，具体包括：

公交运营控制装置与调度配置装置通过环状网络建立通信；调度配置装置周期性地向轨道信号控制装置发送心跳报文以便公交运营控制装置明确当前调度配置装置的状态，并且调度配置装置通过无线列调与公交运营列车的驾驶员确认当前运行位置后针对每个公交运营控制装置发送加急指令或延迟指令；公交运营控制装置收到加急指令后向轨道信号控制装置发送强制加急列车请求，公交运营控制装置收到延迟指令后向轨道信号控制装置发送强制延迟列车请求；公交运营控制装置向调度配置装置反馈操作是否执行成功。

优选的，所述数据监控模块，调用函数开启无线网卡，利用函数抓取系统中配置的全部无线交通网卡的基本信息，具体包括：

获取网卡信息后，指定其中一个网卡，对无线局域网进行扫描获取网络信息；检索给定接口上每一个无线网络的基本服务集列表，系统分配缓冲区存储结构体中含有包含基本服务信息的数据结构，该结构体包含HUB的信道服务集标识、信道信号量、信道信号质量、信道信号频率等信息；获取到无线网络的上述信息后，利用函数关闭无线网卡；给返回的列表分配空间，同时调用函数来释放这些内存。

优选的，所述数据诊断模块，在获取到配置的全部无线交通网卡的基本信息后，解析轨道处理服务器配置信息，与所述数据抓取模块连接，依照信号结构对所述无线信号数据信息进行解析，及时诊断无线交通设备故障，具体包括：

对多种信道信号信息进行汇总统计，将完成汇总统计后的信道信号信息绘制折线图，显示各种状态；对线路进行修改，以告知所述解析模块当前外部的测试环境；对线路数据信息进行文件管理，以配合存储的无线信号数据信息中线路信息相关的数据信息，并且对历史的无线信号数据信息中的线路信息进行导出，查看数据采集装置与解析服务器联通的状态和配置，以判断二者联通的性能。

本发明通过上述基于公交运营的无线通讯的系统，有效的解决了基于通信的公交运营控制系统系统中冗余网络架构的设计、安全计算机的使用充分体现了其对安全、可靠的数据传输的要求，有效地实现了公交运营系统中设备之间的无线通信连接。

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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明所涉及系统的模块结构图。

附图2为本发明所涉及系统的数据转换模块的结构图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

为当前的公交运营的设备通信方面，尤其是无线通信方面还存在通信效果差，通信质量无法得到有效保障的问题，本发明设计一种用于公交运营的无线通讯系统，其特征在于，包括：

数据抓取模块，查找用于监听的无线交通网络接口，抓取无线交通网卡信息，在得到的无线交通设备链表中查找合适的无线交通网络适配器，选择无线交通监听网卡，配置筛选规则，抓取无线交通数据流中的指定数据包，抓取到如用户名、密码、信息流量等信息，完成配置编译筛选规则和开启无线交通网络适配器，抓取无线交通数据包。

优选的，所述数据抓取模块，查找用于监听的无线交通网络接口，抓取无线交通网卡信息主要包括：

利用tcp_findnetint（）函数查找用于监听的网络接口，该函数将返回一个包含各己连接无线交通网络接口信息的tcp_if形式的链表，函数tcp_findnetint（）会返回tcp_if结构体，该结构体中含有源网地址链表、子网地址链表、广播通讯通道链表和目的地址链表。

为了解决采用有线设备和一般游走机制时存在的种种问题,本文提出了一种新的快速游走机制。采用这种机制的前提条件是配备两张网卡,二者工作于主从模式,即一块网卡负责数据传输,另一个则为前者实施准备工作,即在信号中断之前选择目标网络,通过两张网卡的协同作用,实现对传统的游走机制中两个重要门限的颠倒设定,即设定游走门限高,而加入门限低,从而使得在保持与当前HUB的连接状态的同时进入搜索新HUB的发现状态,当有更优HUB出现时,就可以执行接入的过程,实现快速游走。

优选的，所述数据抓取模块，在得到的无线交通设备链表中查找合适的无线交通网络适配器，选择无线交通监听网卡，主要包括：

从抓取的无线交通设备列表中选择合适的无线交通网络适配器，将其设置为集成模式，在集成模式下，不需要考虑流经数据的目的地址是否为本地无线交通网络适配器，均能能将其完全接收。

优选的，所述数据抓取模块，配置筛选规则，具体包括：

调用tcp_compile（）函数把上层的布尔筛选表达式编译成下层的字节编码，返回值代表是否可以在无线交通信息中查询到满足条件的无线交通信息包;通过使用tcp_filterprinciple（）函数，实现筛选器和内核抓取会话之间的相互关联。

本系统还包括数据解析模块，解析无线交通FTP协议，在每一层无线交通协议的原始数据上加上封装头部，将数据抓取模块抓取的经过封装的无线交通数据包进行解析,得到需要的无线交通网络信息。

优选的，所述数据解析模块，解析无线交通FTP协议，主要包括：

确定无线交通FTP协议信息包的封装模式，根据不同协议的封装模式确定相应的数据类型和数据结构，在进程中将解析的数据结构与确定的数据结构进行判断和匹配，从而确定不同的数据包的协议类型。

本系统还包括数据转换模块，在不同管理区域之间的各接入点间进行接入无线交通网络的转换，要重新进行验证、权限控制注册操作，包括检测装置、验证装置和重联装置；

优选的，所述数据转换模块的检测装置，具体包括：

被动转换和主动转换两种方式。当无线交通设备采用被动转换方式时，需要逐通讯通道侦听各个通讯通道上的信标喊，按照预先设定的通讯通道驻留时间完成对所有通讯通道的侦听；当无线交通设备采用主动转换方式时，它与HUB之间有一个信息交互的步骤，首先由无线交通设备逐个发送检测请求，当相关收到检测请求会进行响应，无线交通设备收集相关的响应信息，进行进一步的处理，考虑多方面的因素进行通讯通道和HUB选择。

优选的，所述数据转换模块的验证装置，具体包括：

当无线交通设备做出准入决定后，需要首先与相应HUB进行关联，在无线交通设备成功与被指定的HUB同步后，还需要通过被指定的验证才能利用目标网络进行通讯；验证的具体过程由被指定的所使用的验证方式而确定；无线交通设备首先向发出验证请求信息，在验证处理后向无线交通设备反馈验证成功或验证失败响应。

优选的，所述数据转换模块的重联装置，具体包括：

无线交通设备会向被指定的HUB发送重新关联请求，使用被指定的HUB向上层控制实体通报自身的HUB换动作，最终由被指定的HUB向无线交通设备反馈重联响应，至此完成了无线交通设备与被指定的HUB之间的重联过程，无线交通设备可以通过新的HUB与有线网络中的设备进行数据通信。

整个公交运营数据层的转换时间差D1可记为：

D1=D(SCAN)+D(VERI)+D(RELAT)+D(RERELA)

其中，D(SCAN)为扫描延迟，D(VERI)为验证延迟，D(RELAT)为联系延迟，D(RERELA)为重联延迟。

本系统还包括数据控制模块，使用公交运营的控制装置实现轨道信号控制、调度配置装置和车辆控制装置的信息通讯；

优选的，所述数据控制模块，使用公交运营控制装置实现轨道信号控制装置、调度配置装置和车辆控制装置的信息通讯，具体包括：

公交运营控制装置与调度配置装置通过环状网络建立通信；调度配置装置周期性地向轨道信号控制装置发送心跳报文以便公交运营控制装置明确当前调度配置装置的状态，并且调度配置装置通过无线列调与公交运营列车的驾驶员确认当前运行位置后针对每个公交运营控制装置发送加急指令或延迟指令；公交运营控制装置收到加急指令后向轨道信号控制装置发送强制加急列车请求，公交运营控制装置收到延迟指令后向轨道信号控制装置发送强制延迟列车请求；公交运营控制装置向调度配置装置反馈操作是否执行成功。

本系统还包括数据监控模块，通过公交运营控制装置的反馈信息调用函数开启无线网卡，利用函数监控系统中配置的全部无线交通网卡的基本信息；

优选的，所述数据监控模块，调用函数开启无线网卡，利用函数抓取系统中配置的全部无线交通网卡的基本信息，具体包括：

获取网卡信息后，指定其中一个网卡，对无线局域网进行扫描获取网络信息；检索给定接口上每一个无线网络的基本服务集列表，系统分配缓冲区存储结构体中含有包含基本服务信息的数据结构，该结构体包含HUB的信道服务集标识、信道信号量、信道信号质量、信道信号频率等信息；获取到无线网络的上述信息后，利用函数关闭无线网卡；给返回的列表分配空间，同时调用函数来释放这些内存。

本系统还包括数据诊断模块，在获取到配置的全部无线交通网卡的基本信息后，解析轨道处理服务器配置信息，与所述数据抓取模块连接，依照信号结构对所述无线信号；对数据信息进行解析，及时诊断无线交通设备故障。

优选的，所述数据诊断模块，在获取到配置的全部无线交通网卡的基本信息后，解析轨道处理服务器配置信息，与所述数据抓取模块连接，依照信号结构对所述无线信号数据信息进行解析，及时诊断无线交通设备故障，具体包括：

对多种信道信号信息进行汇总统计，将完成汇总统计后的信道信号信息绘制折线图，显示各种状态；对线路进行修改，以告知所述解析模块当前外部的测试环境；对线路数据信息进行文件管理，以配合存储的无线信号数据信息中线路信息相关的数据信息，并且对历史的无线信号数据信息中的线路信息进行导出，查看数据采集装置与解析服务器联通的状态和配置，以判断二者联通的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (1)

1.一种用于公交运营的无线通讯系统，其特征在于，包括：

数据抓取模块，查找用于监听的无线交通网络接口，抓取无线交通网卡信息，在得到的无线交通设备链表中查找合适的无线交通网络适配器，选择无线交通监听网卡，配置筛选规则，抓取无线交通数据流中的指定数据包，抓取到如用户名、密码、信息流量等信息，完成配置编译筛选规则和开启无线交通网络适配器，抓取无线交通数据包；

数据解析模块，解析无线交通FTP协议，在每一层无线交通协议的原始数据上加上封装头部，将数据抓取模块抓取的经过封装的无线交通数据包进行解析,得到需要的无线交通网络信息；

数据转换模块，在不同管理区域之间的各接入点间进行接入无线交通网络的转换，要重新进行验证、权限控制注册操作，包括检测装置、验证装置和重联装置；

数据控制模块，使用公交运营的控制装置实现轨道信号控制、调度配置装置和车辆控制装置的信息通讯；

数据监控模块，通过公交运营控制装置的反馈信息调用函数开启无线网卡，利用函数监控系统中配置的全部无线交通网卡的基本信息；

数据诊断模块，在获取到配置的全部无线交通网卡的基本信息后，解析轨道处理服务器配置信息，与所述数据抓取模块连接，依照信号结构对所述无线信号；对数据信息进行解析，及时诊断无线交通设备故障；

所述数据抓取模块，查找用于监听的无线交通网络接口，抓取无线交通网卡信息主要包括：

利用tcp_findnetint()函数查找用于监听的网络接口，该函数将返回一个包含各己连接无线交通网络接口信息的tcp_if形式的链表，函数tcp_findnetint()会返回tcp_if结构体，该结构体中含有源网地址链表、子网地址链表、广播通讯通道链表和目的地址链表；

所述数据抓取模块，在得到的无线交通设备链表中查找合适的无线交通网络适配器，选择无线交通监听网卡，主要包括：

从抓取的无线交通设备列表中选择合适的无线交通网络适配器，将其设置为集成模式，在集成模式下，不需要考虑流经数据的目的地址是否为本地无线交通网络适配器，均能能将其完全接收；

所述数据抓取模块，配置筛选规则，具体包括：

调用tcp_compile()函数把上层的布尔筛选表达式编译成下层的字节编码，返回值代表是否可以在无线交通信息中查询到满足条件的无线交通信息包；通过使用tcp_filterprinciple()函数，实现筛选器和内核抓取会话之间的相互关联；

所述数据解析模块，解析无线交通FTP协议，主要包括：

确定无线交通FTP协议信息包的封装模式，根据不同协议的封装模式确定相应的数据类型和数据结构，在进程中将解析的数据结构与确定的数据结构进行判断和匹配，从而确定不同的数据包的协议类型；

所述数据转换模块的检测装置，具体包括：

被动转换和主动转换两种方式： 当无线交通设备采用被动转换方式时，需要逐通讯通道侦听各个通讯通道上的信标喊，按照预先设定的通讯通道驻留时间完成对所有通讯通道的侦听；当无线交通设备采用主动转换方式时，它与HUB之间有一个信息交互的步骤，首先由无线交通设备逐个发送检测请求，当相关收到检测请求会进行响应，无线交通设备收集相关的响应信息，进行进一步的处理，考虑多方面的因素进行通讯通道和HUB选择；

所述数据转换模块的验证装置，具体包括：

当无线交通设备做出准入决定后，需要首先与相应HUB进行关联，在无线交通设备成功与被指定的HUB同步后，还需要通过被指定的验证才能利用目标网络进行通讯；验证的具体过程由被指定的所使用的验证方式而确定；无线交通设备首先向发出验证请求信息，在验证处理后向无线交通设备反馈验证成功或验证失败响应；

所述数据转换模块的重联装置，具体包括：

无线交通设备会向被指定的HUB发送重新关联请求，使用被指定的HUB向上层控制实体通报自身的HUB动作，最终由被指定的HUB向无线交通设备反馈重联响应，至此完成了无线交通设备与被指定的HUB之间的重联过程，无线交通设备可以通过新的HUB与有线网络中的设备进行数据通信；整个公交运营数据层的转换时间差D1可记为：

D1＝D(SCAN)+D(VERI)+D(RELAT)+D(RERELA)

其中，D(SCAN)为扫描延迟，D(VERI)为验证延迟，D(RELAT)为联系延迟，D(RERELA)为重联延迟

所述数据控制模块，使用公交运营控制装置实现轨道信号控制装置、调度配置装置和车辆控制装置的信息通讯，具体包括：

公交运营控制装置与调度配置装置通过环状网络建立通信；调度配置装置周期性地向轨道信号控制装置发送心跳报文以便公交运营控制装置明确当前调度配置装置的状态，并且调度配置装置通过无线列调与公交运营列车的驾驶员确认当前运行位置后针对每个公交运营控制装置发送加急指令或延迟指令；公交运营控制装置收到加急指令后向轨道信号控制装置发送强制加急列车请求，公交运营控制装置收到延迟指令后向轨道信号控制装置发送强制延迟列车请求；公交运营控制装置向调度配置装置反馈操作是否执行成功；

所述数据监控模块，调用函数开启无线网卡，利用函数抓取系统中配置的全部无线交通网卡的基本信息，具体包括：

获取网卡信息后，指定其中一个网卡，对无线局域网进行扫描获取网络信息；检索给定接口上每一个无线网络的基本服务集列表，系统分配缓冲区存储结构体中含有包含基本服务信息的数据结构，该结构体包含HUB的信道服务集标识、信道信号量、信道信号质量、信道信号频率等信息；获取到无线网络的上述信息后，利用函数关闭无线网卡；给返回的列表分配空间，同时调用函数来释放这些内存；

所述数据诊断模块，在获取到配置的全部无线交通网卡的基本信息后，解析轨道处理服务器配置信息，与所述数据抓取模块连接，依照信号结构对所述无线信号数据信息进行解析，及时诊断无线交通设备故障，具体包括：

对多种信道信号信息进行汇总统计，将完成汇总统计后的信道信号信息绘制折线图，显示各种状态；对线路进行修改，以告知所述解析模块当前外部的测试环境；对线路数据信息进行文件管理，以配合存储的无线信号数据信息中线路信息相关的数据信息，并且对历史的无线信号数据信息中的线路信息进行导出，查看数据采集装置与解析服务器联通的状态和配置，以判断二者联通的性能。