CN108737466A - 基于gsmr网络和数传电台实现stp系统车地冗余通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于GSMR网络和数传电台实现STP系统车地冗余通信方法，包括以下步骤：(1)地面设备集成数传电台，预留与GSM‑R网络地面设备的接口；(2)车载设备集成数传电台，预留与GSM‑R网络车载设备通信的接口；(3)地面设备或者车载设备通过配置项设置使用其中一种或二种接口同时使用来实现车地间的数据通信；(4)地面设备或者车载设备在采用双通道通信时，通道间的收发数据需采用包序号及CRC校验保证在数据有效性和有序性；(5)地面设备或者车载设备根据其中双通道的通信状态来判断是否需要主动切换主用通道。与现有技术相比，本发明具有增强了系统的可用性和可靠性等优点。

Description

基于GSMR网络和数传电台实现STP系统车地冗余通信方法

技术领域

本发明涉及一种STP系统车地冗余通信方法，尤其是涉及一种基于GSMR网络和数传电台实现STP系统车地冗余通信方法。

背景技术

STP系统(无线调车机车信号和监控系统)是一套车站调车作业的安全防护系统。该系统分为地面设备和车载设备，通常情况下一个车站有一套地面设备和多套车载设备，通过车地联控来实现对作业机车的控制防护。目前为实现车地间的通信，通常采用的通信方式是使用数传电台来实现车地间数据的传输。

采用数传电台实现车地通信，有其自身的优越性，首先数传电台安装方便、电源和外部接口都采用通用接口、设备工作稳定，以及可动态设置电台功率和频点等配置，易于与既有设备的接口融合。但是数传电台采用的频点多为公共频点可能会受到其他设备干扰；此外数传电台通信可能受到地面建筑影响导致个别区域存在通信盲区，而且无线电台通信距离超过3km时信号强度不稳定而经常出现通信中断。

而采用车站既有的GSM-R网络实现车地通信即可以避免数传电台频点受到外部信号的干扰，同时又可避免不能完全覆盖车站站场某些区域的问题。但GSM-R网络也存在一些自身问题，首先GSM-R网络通信同时给多个铁路运输业务服务，它的通道资源有限；另外有些铁路线路还没有建设GSM-R网络，而单独为STP系统建设GSM-R网络成本过高。而STP系统中同一机车既可能在有GSM-R网络的车站作业，又可能会在只有数传电台的车站作业，或在既有GSM-R和数传电台的车站作业。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于GSMR网络和数传电台实现STP系统车地冗余通信方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于GSMR网络和数传电台实现STP系统车地冗余通信方法，包括以下步骤：

(1)地面设备集成数传电台，预留与GSM-R网络地面设备的接口；

(2)车载设备集成数传电台，预留与GSM-R网络车载设备通信的接口；

(3)地面设备或者车载设备通过配置项设置使用其中一种或二种接口同时使用来实现车地间的数据通信；

(4)地面设备或者车载设备在采用双通道通信时，通道间的收发数据需采用包序号及CRC校验保证在数据有效性和有序性；

(5)地面设备或者车载设备根据其中双通道的通信状态来判断是否需要主动切换主用通道。

该方法具体包括以下步骤：

1)地面设备或车载设备在设计时需考虑到两种通信方式硬件设备的安装和接口方式；其中数传电台采用串口通信，GSM-R网络采用网络或串口通信；

2)两种硬件接口相互独立，GSM-R通信模块根据现场需要进行增加或者取消；

3)地面设备读取配置项，获取车地通信方式，当采用数传电台通信时则启动数传电台串口通信任务；若采用GSM-R网络通信则启动GSM-R网络或串口通信任务；

4)车载设备读取配置项，获取车地通信方式，当采用数传电台通信时则启动数传电台串口通信任务；若采用GSM-R网络通信则启动GSM-R网络或串口通信任务；

5)当采用1种方式通信时，地面设备和车载设备的主逻辑任务会将需发送的数据通过对应通道发送出去，同时通过该通道接收对方的回执数据；

6)当采用双通道通信时，地面设备和车载设备的主逻辑根据配置项启动相应通信任务，同时标注主用通道和备用通道，主用通道和备用通道数据发送时机需做到同时发送，同时给数据包增加包序号，以防止主备通道切换时数据包倒序；

7)数传电台通信通过获取设置后的信号强度、信噪比结合收到的正确数据包数来判断该通道的错误率和丢包率，当错误率和丢包率超过容忍值后，报该通道故障标志；

8)GSM-R网络通信通过获取该通道的信号强度结合收到的正确数据包数来判断该通道的错误率和丢包率，当错误率和丢包率超过容忍值后，报该通道故障标志；

9)在双通道同时使用过程中，若主通道报通道故障，备通道正常情况下原主通道降级为备通道，并标记该通道为故障状态，原备通道升为主通道，但降为备通道的通信并不是完全断开，而是会继续发送数据，待通信正常后通道状态恢复为正常状态。

所述的步骤1)两种通信方式硬件设备的安装方式如下：

1)硬件设计采用板卡式结构，数传电台模块和GSM-R通信模块可方便拆解；

2)硬件通信接口采用隔离串口或网络接口。

所述的步骤3)中的地面设备读取配置项和步骤4)中的车载设备读取配置项具体为：

1)启动后，先读取配置文件，获取车地通信方式配置项，根据配置采用的是数传电台还是GSM-R通信方式启动相应的任务，以及配置主、备通道来标注对应通信通道任务；

2)数传电台任务启动流程，打开对应串口、设置串口参数，标注任务主备标志，执行发送和接收数据函数；

3)GSM-R网络任务启动流程，设置网络配置参数，标注任务主备标志，启动客户端任务，连接服务器，连接成功后执行发送和接收数据函数。

所述的步骤6)具体为：

1)系统采用数传电台和GSM-R通信同时使用，或配置其一种通信方式；根据现场实际情况进行配置。

2)双通道数据同时通信时，所有通信数据包增加时间信息和帧序，防止主、备通道切换时发生使用过期数据；

3)主、备通道切换时，在备通道工作正常情况下，切换不影响正常作业。

所述的步骤9)具体为：

1)主、备通道切换时，原故障主通道成为备通道的通信不关闭，只是降为备通道，且置上故障状态标志，但会一直维持尝试连接和数据发送状态；当该故障通道恢复正常后，该通道变为正常状态；

2)当双通道中有一个通道发生故障且无法恢复情况下，系统能独立使用一个通道进行正常通信；

3)通道切换时间必须在1s内完成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明实现了STP系统同时融合数传电台和GSM-R网络这两种车地通信方式，同一台机车即可以在基于GSM-R通信的车站也可在仅用数传电台的车站与地面通信；

2、在同时使用GSM-R和无线电台通信时，本发明解决由于单一通道故障导致系统无法正常使用的问题，增强了系统的可用性和可靠性；

3、本发明更适合在不同路局、不同车站环境下构建STP系统的车地无线通信网络，提高了整个系统的适用性。

附图说明

图1为本发明实现的硬件结构示意图；

图2为本发明STP系统的地面设备车地通信处理流程图；

图3为本发明STP系统的车载设备车地通信处理流程图。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明提出一种将此两种通信方式融合实现两种通信方式互为冗余的STP系统车地通信设计方法。STP系统的地面设备可集成数传电台同时预留与GSM-R系统地面设备的接口；车载设备可集成数传电台同时预留与GSM-R系统车载通信模块的接口；这两种接口相互独立，互不影响。在STP系统的地面和车载软件设计时也做到可同时使用这两种接口或其中一种接口。当采用两种通信方式同时使用时，软件会自动选用一种通信方式为主用通道来进行数据的处理，同时通信主逻辑任务会实时校对两通道的数据有效性和通道的通信状态，当其中一条通道故障或丢包严重后会根据另外一条通道的工作状态来判断是否可以将该通道切换成主通道，实现通道间的无缝切换。针对一些车站只采用一种通信方式即可满足需求的情况下，本设计也可通过修改相应配置即可实现车地间通信固定采用某一种通信方式。

本设计采用的方案为硬件设备集成数传电台同时预留与GSM-R网络通信的接口，软件采用可配置方式实现，即可采用一种通信方式也二种同时使用来实现车地间的数据通信。本设计的车地通信结构，如图1所示。

如图2所示，地面设备车地通信接口采用GSM-R网络和数传电台通信方式相结合，并可依据配置文件的相应配置来灵活启动两种通信任务的实现流程，该流程包括以下步骤：

步骤1，地面设备启动后首先读取配置文件，获取本站地面与车载通信的通信方式及主、备通道设置项等信息。

步骤2，根据读取到的配置项来启动车地通信任务，若配置双通道通信，则分别启动数传电台通信任务和GSM-R网络通信任务，并标注主、备通道，同时启动主、备通道逻辑判断任务；

步骤3，若配置有数传电台通信，则启动数传电台通信任务，向车载发送应用数据(应用数据带有主、备通道标志及包序等)，并接收车载发送的应用数据(只处理主通道的数据)。

步骤4，若配置有GSM-R网络通信，则启动GSM-R网络通信任务，连接GSM-R系统的DSC，连接成功后，向DSC发送网络连接包和站场广播信息等应用数据包(应用数据带有主、备通道标志及包序等)，并接收DSC转发的车载应用数据包(只处理主通道的数据)。

步骤5，计算本通道通信的丢包率和误码率，并将这些值传送给主、备通道切换主逻辑任务；

步骤6，接收主逻辑传送过来的主、备通道标志，并根据主逻辑发送的该标志置本通道通道状态；

如图3所示，车载设备车地通信接口采用GSM-R网络和数传电台通信方式相结合，并可依据配置文件的相应配置来灵活启动两种通信任务的实现流程，该流程包括以下步骤：

步骤1，车载设备启动后首先读取配置文件，获取本站地面与车载通信的通信方式及主、备通道设置项等信息。

步骤2，根据读取到的配置项来启动车地通信任务，若配置双通道通信，则分别启动数传电台通信任务和GSM-R网络通信任务，并标注主、备通道，同时启动主、备通道逻辑判断任务；

步骤3，若配置有数传电台通信，则启动数传电台通信任务，向地面发送应用数据(应用数据带有主、备通道标志及包序等)，并接收地面发送的应用数据(只处理主通道的数据)。

步骤4，若配置有GSM-R网络通信，则启动GSM-R网络通信任务，连接GSM-R系统的RTM，连接成功后，向RTM发送网络连接包和应用数据包(应用数据带有主、备通道标志及包序等)，并接收RTM转发的地面应用数据包(只处理主通道的数据)。

步骤5，计算本通道通信的丢包率和误码率，并将这些值传送给主、备通道切换主逻辑任务；

步骤6，接收主逻辑传送过来的主、备通道标志，并根据主逻辑发送的该标志置本通道通道状态；

本发明已经在STP-KA型无线调车机车信号和监控系统中得到了使用，显著降低了由单一通道导致系统在恶劣环境下车地通信故障的发生率，同时又满足针对一些车站通信条件比较优越情况下使用单一通信方式的需求，有助于STP-KA型无线调车机车信号和监控系统的广泛推广和使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于GSMR网络和数传电台实现STP系统车地冗余通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)地面设备集成数传电台，预留与GSM-R网络地面设备的接口；

(2)车载设备集成数传电台，预留与GSM-R网络车载设备通信的接口；

(3)地面设备或者车载设备通过配置项设置使用其中一种或二种接口同时使用来实现车地间的数据通信；

(4)地面设备或者车载设备在采用双通道通信时，通道间的收发数据需采用包序号及CRC校验保证在数据有效性和有序性；

(5)地面设备或者车载设备根据其中双通道的通信状态来判断是否需要主动切换主用通道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)地面设备或车载设备在设计时需考虑到两种通信方式硬件设备的安装和接口方式；其中数传电台采用串口通信，GSM-R网络采用网络或串口通信；

2)两种硬件接口相互独立，GSM-R通信模块根据现场需要进行增加或者取消；

3)地面设备读取配置项，获取车地通信方式，当采用数传电台通信时则启动数传电台串口通信任务；若采用GSM-R网络通信则启动GSM-R网络或串口通信任务；

4)车载设备读取配置项，获取车地通信方式，当采用数传电台通信时则启动数传电台串口通信任务；若采用GSM-R网络通信则启动GSM-R网络或串口通信任务；

5)当采用1种方式通信时，地面设备和车载设备的主逻辑任务会将需发送的数据通过对应通道发送出去，同时通过该通道接收对方的回执数据；

6)当采用双通道通信时，地面设备和车载设备的主逻辑根据配置项启动相应通信任务，同时标注主用通道和备用通道，主用通道和备用通道数据发送时机需做到同时发送，同时给数据包增加包序号，以防止主备通道切换时数据包倒序；

7)数传电台通信通过获取设置后的信号强度、信噪比结合收到的正确数据包数来判断该通道的错误率和丢包率，当错误率和丢包率超过容忍值后，报该通道故障标志；

8)GSM-R网络通信通过获取该通道的信号强度结合收到的正确数据包数来判断该通道的错误率和丢包率，当错误率和丢包率超过容忍值后，报该通道故障标志；

9)在双通道同时使用过程中，若主通道报通道故障，备通道正常情况下原主通道降级为备通道，并标记该通道为故障状态，原备通道升为主通道，但降为备通道的通信并不是完全断开，而是会继续发送数据，待通信正常后通道状态恢复为正常状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤1)两种通信方式硬件设备的安装方式如下：

1)硬件设计采用板卡式结构，数传电台模块和GSM-R通信模块可方便拆解；

2)硬件通信接口采用隔离串口或网络接口。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤3)中的地面设备读取配置项和步骤4)中的车载设备读取配置项具体为：

1)启动后，先读取配置文件，获取车地通信方式配置项，根据配置采用的是数传电台还是GSM-R通信方式启动相应的任务，以及配置主、备通道来标注对应通信通道任务；

2)数传电台任务启动流程，打开对应串口、设置串口参数，标注任务主备标志，执行发送和接收数据函数；

3)GSM-R网络任务启动流程，设置网络配置参数，标注任务主备标志，启动客户端任务，连接服务器，连接成功后执行发送和接收数据函数。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤6)具体为：

1)系统采用数传电台和GSM-R通信同时使用，或配置其一种通信方式；根据现场实际情况进行配置。

2)双通道数据同时通信时，所有通信数据包增加时间信息和帧序，防止主、备通道切换时发生使用过期数据；

3)主、备通道切换时，在备通道工作正常情况下，切换不影响正常作业。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤9)具体为：

1)主、备通道切换时，原故障主通道成为备通道的通信不关闭，只是降为备通道，且置上故障状态标志，但会一直维持尝试连接和数据发送状态；当该故障通道恢复正常后，该通道变为正常状态；

2)当双通道中有一个通道发生故障且无法恢复情况下，系统能独立使用一个通道进行正常通信；

3)通道切换时间必须在1s内完成。