CN109639522B - 一种轨道交通系统中检测消息时效性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通系统中检测消息时效性的方法，所述方法包括：每条消息的发送和接收均会设置消息序列号，计算所述消息总延迟时间和所述消息在对方设备内消耗的时间，依据所述总延迟时间和所述消息在对方设备内消耗的时间差值得出所述消息的延迟时间，依据所述消息延迟时间判断所述消息的剩余有效时间。本发明所述方法能够快速对接收到的消息进行有效性判断，准确计算出每条消息的剩余有效时间，精确判断消息的时效性。

Description

一种轨道交通系统中检测消息时效性的方法

技术领域

本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种轨道交通系统中检测消息时效性的方法。

背景技术

在轨道交通CBTC系统中，各子系统设备之间通信存在延时，各子系统设备在收到其它子系统设备发送的消息后，应首先判断消息延时是否超过CBTC系统分配的最大延时容忍限值，依据消息延时取值决定该消息是否可以被使用。

在现有轨道交通CBTC系统中，目前采用消息发送方时间戳和消息接收方运行周期两种方式计算消息延时。

依据消息发送方时间戳计算消息有效性的工作原理是：消息接收方首次收到消息发送方消息时，发送方时间戳合法则记录该时间戳，并将该时间戳作为下一次收到的时间戳校验的基准。消息接收方每次收到有效且合理的时间戳后，更新作为基准的时间戳。消息接收方依据基准时间戳计算出下一次收到消息的时间戳的合理范围，作为判断下一次收到消息的时间戳的判断依据。

依据消息接收方运行周期计算消息有效性的工作原理是：消息接收方收到接收方发送的消息，判断该消息有效且合理，并记录时间戳后，每周期均应判断该消息的时效性。方法是以最后一个有效且合理的时间戳为基准，叠加消息接收方运行周期计算该消息的存在时间，当该消息的存在时间未超过系统设定的限值，则该消息的时效性有效，当该消息的存在时间超过了系统设定的限值，则该消息的时效性失效。

但是采用消息发送方时间戳的方式计算消息延时，可以近似计算出当前收到的最新消息与之前收到的最后一包有效消息之间的延时，并无法准确计算出当前消息在传输过程中的延时。并且采用消息接收方运行周期的方式计算消息延时，可以在收到一包有效消息之后未收到更新的消息之前，只能近似计算出收到最后一包有效消息的时效性，并无法准确计算出该消息的时效性。

因此需要提出一种能够准确计算消息时效性的方案，用以克服上述方案的缺陷和不足。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种轨道交通系统中检测消息时效性的方法。

一种轨道交通系统中检测消息时效性的方法，所述方法包括：

每条消息的发送和接收均会设置消息序列号，每条发送的消息包括本方消息序列号、对方消息序列号、收到上一条消息时本方序列号；

依据消息中包含的所述对方消息序列号、本方对接收到消息时设置的消息序列号和本方通信周期得出总延迟时间；

依据所述消息中包含的所述本方消息序列号和所述收到上一条消息时本方序列号与对方通信周期得出所述消息在对方设备内消耗的时间；

依据所述总延迟时间和所述消息在对方设备内消耗的时间得出所述消息的延迟时间；

依据所述消息延迟时间计算所述消息的剩余有效时间，判断所述消息的时效性。

进一步地，所述消息序列号的设置依据所述消息发送方和所述消息接收方的通信周期进行设置，所述消息序列号按照所述通信周期的递增而递增。

进一步地，所述消息总延迟时间为：本方对接收到消息时设置的消息序列号与消息中包含的所述对方消息序列号之间的差值，所述差值与本方通信周期的乘积即为所述总延迟时间。

进一步地，所述消息延迟时间为所述消息总延迟时间与所述消息在对方设备内消耗时间的差值。

进一步地，所述消息在对方设备内消耗时间为：消息中包含的所述收到上一条消息时本方序列号与消息中包含所述本方序列号的差值，所述差值与对方通信周期的乘积即为在对方设备内消耗的时间。

进一步地，所述消息的剩余有效时间为最大通信超时时间与所述消息延迟时间的差值。

进一步地，所述消息时效性的判断依据为：

所述消息剩余有效时间大于等于0，所述消息有效；

所述消息剩余有效时间小于0，所述消息无效。

进一步地，所述检测方法还包括检测所述消息序列号的有效性，所述消息序列号有效性的判断依据消息中包含的所述对方消息序列号在协议规定的范围内，且消息中包含的所述对方消息序列号与本方发送该消息时的周期计数同时取默认值则该消息有效，否则无效。

进一步地，所述检测方法还包括检测所述消息序列号的合法性，所述消息序列号的合法性包括：

消息中包含的所述本方消息序列号与上一次接收到消息中包含所述本方消息序列号的差值在预设范围内，该消息序列号的消息合法；

消息中包含的所述本方消息序列号与上一次接收到消息中包含所述本方消息序列号的差值在预设范围内，该消息序列号的消息不合法。

本发明的检测方法能够快速对接收到的消息进行时效性判断，准确计算出每条消息的剩余有效时间，精确计算消息的时效性，通过对每条消息设置消息序列号并且对序列号逐次进行有效性、合法性判断后再进行时效性判断，有效筛除无效信息，提高消息时效性判断的准确性。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一简单地介绍，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示出了根据本发明实施例的消息时效性检测方法流程图；

图2示出了根据本发明实施例的检测方法进行消息处理的流程图。

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、完整地说明，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做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。

一种轨道交通系统中检测消息时效性的方法，该方法如图1所示，包括如下步骤：

步骤一：每条消息的发送和接收均会设置对应的消息序列号。

由于CBTC系统是用于确定列车位置和实现车—地双向通信的系统，因此需要CBTC系统内的各子系统相互传递信息，对列车运行情况进行精确了解。本实施例的检测方法需要对系统内发出的每一条消息进行编号，并将该编号设置在消息内容的消息头中，形成每条消息的序列号。

发送消息时发送方会对需要发送的消息设置一个消息序列号，消息序列号为本方的通信周期计数，由于列车处于高速运行的状态，CBTC系统中各个子系统进行信息传递时，是依据一定的周期进行信息发送和接收，即为不同系统的通信周期。

因此对于消息发送方发送的消息可以依据消息发送方通信周期进行编号形成发送消息的序列号，以发送的第一条信息为起始计数，每过一个周期，则在起始计数上加1，示例性的：CBTC系统中ATS子系统向CI子系统发送第一条消息时，该消息的序列号为0001，消息发送周期2分钟，则2分钟后，发送的第二条消息序列号为0002，因此对于CBTC系统中的每条信息都会自动设置对应的发送编号，发送方会将该消息的编号设置在消息内容的消息头中，将消息编号与消息内容一起发送。

接收方接收到消息后，会对消息进行回复，再将回复的消息返回给发送方，收到到消息后会立即设置一个接收序列号，在回复该消息时，接收方会转变为发送方，发送的消息会记录对方的消息序列号，也会在回复消息内容的消息头中加入本方接收序列号和本方发送回复消息的序列号。

示例性的，接收方第18个通信周期回复消息时发送“0018的消息”给发送方，发送方在运行第22个通信周期时，收到“00018”的消息后，对该消息设置接收序列号00022，对消息处理后进行消息回复会依据本方的通信周期设置序列号，若此时为第23个通信周期，则该发送回复消息的序列号为“00023”，该回复消息会包含“本方序列号00023、对方序列号00018、收到上一条消息本方序列号00022”，该回复消息发送至接收方时，接收方同样设置接收序列号、再获取“本方序列号00023”和设置接收方发送消息的发送序列号。

因此，每条发送出的消息都会包括“本方消息序列号(CrntOwnSN)、对方消息序列号(RcvOppSN)、收到上一条消息时本方序列号(PrevOwnSN)”。

为了准确计算剩余有效时间，需要对发送方和接收方有一定的要求原则，确保发送方和接收方接收到消息后均遵循该原则进行消息序列号的编辑。具体为，无论是发送方发送的消息还是接收方回复的消息，所发出消息的对应序列号需要严格按照不同消息发送软件的周期递增，在CBTC系统中不同的消息由不同的软件进行发送，所发送消息的软件均会在序列号递增的过程中需要考虑周期号溢出情况，示例性的，周期号增至最大值时，周期号会自动转为最小，随后再以最小的数值为基础开始递增。

消息发送之前，发送方对消息序列号的处理原则具体如下：

1.通信双方各自依照自己的通信周期向对方发送消息，双方的通信周期可能不同，对双方的通信周期不做变动，维持现有的通信设备运行状态。

2.发送方生成的“消息序列号”与“通信周期”的含义应当统一，即本方消息序列号(CrntOwnSN)、通信周期(SnPrd)和收到上一条消息时本方序列号(PrevOwnSN)，三者都会表示通信周期的序号即对应的通信周期时间，或者都表示所发送消息的应用软件周期序号即对应的软件周期时间。

本方消息序列号是记录发送本条消息时，根据本方的周期计数，每发送一条消息，发送方每周期将本计数加1。通信周期为用于发送消息的通信设备运行的通信周期或者通信软件的通信周期。

3.在未收到对方消息或通信链接已中断时，发送方会继续按照通信周期进行消息发送，此时发送消息中“对方消息序列号”和“收到上一条消息时本方序列号”这两个字段均填写默认值，示例性的，默认值设置为0xFFFFFFFF。

示例性的，9:30发送方的通信设备运行了23个通信周期，此时发送消息的序列号为00023、对方消息序列号00018、收到上一条消息时本方序列号00022；若发送方每隔4min发送一次消息，由于在这4min中内，没有接收到回复消息，9:34发送方的通信设备运行到第24个通信周期，此时发送的消息包括：本方序列号00024、对方消息序列号0xFFFFFFFF、收到上一条消息时本方序列号0xFFFFFFFF。

消息被接收后，接收方对消息序列号的处理原则：

1.若收到的对方消息中对方消息序列号(RcvOppSN)和收到上一条消息时本方序列号(PrevOwnSN)这两个字段均为默认值，则认为该消息中的信息不可用；但应记录该消息头中的本方消息序列号(CrntOwnSN)字段，以及自己当前的通信周期(或软件周期)序号，分别作为下次发给对方的消息头中对方消息序列号(RcvOppSN)和收到上一条消息时本方序列号(PrevOwnSN)字段的内容。

示例性的：9:36接收方运行第19个周期时，接收到“本方消息序列号00024、对方消息序列号0xFFFFFFFF、收到上一条消息时本方序列号0xFFFFFFFF”消息，则认为该应用信息不可用，但会记录接收到该消息中“本方的消息序列号00024”和“自己当前的通信周期00019”，并将接收的上条消息中的“本方的消息序列号”作为下次消息发送的内容。

2.若新收到的消息为NewRcvMsg即为有效信息，则继续进行以下步骤。

步骤二：依据接收的消息中包含的“对方消息序列号”和本方对接收消息新设置的序列号以及接收通信周期得出消息的总延迟时间；

总延迟时间是一条消息从发出到收到回复消息时消耗的总时间，计算过程为：先计算接收方发出该消息时设置的消息序列号与收到该消息的回复消息是设置的序列号之间的差值，再将差值与接收周期时间相乘即可得出该消息在发送、回复这一过程中总延迟时间。

步骤三：依据所述消息中“本方消息序列号”和“收到上一条消息时本方序列号”与对方通信周期得出本消息在对方设备内消耗的时间；

消息在对方设备内消耗的时间为：利用消息中包含的“本方消息序列号”和消息中包含的“收到上一条消息时本方序列号”的差值，再计算差值与对方的通信周期乘积即为消息到达对方的消耗时间。

步骤四：依据消息总延迟时间和消息在对方设备内消耗的时间得出消息的延迟时间；

消息的接收延迟时间是从发出消息到收到对该消息的回复在传输过程中产生的延迟时间，而不包括设备的处理延迟；因此一条消息在发出后到收到回复消息该过程中消耗的总时间减去消息在对方设备内消耗的时间，即可得出该消息的最大传输延迟时间，将最大传输延迟时间近似为消息该消息在传输过中消耗的消息延迟时间。

步骤五：依据消息延迟时间判断消息的剩余有效时间，判断所述消息的时效性；

消息剩余有效时间为最大通信超时时间减去消息延迟时间的差值，若消息剩余有效时间大于等于0，则该消息具有时效性；

消息剩余有效时间小于0则说明该消息超过最大通信时间，没有意义进行回复，只需处理具有剩余有效时间的消息；

最大通信超时时间为CBTC系统对各个子系统配置的常数值，超过该最大通信超时时间的信息会被认定为无效信息。若没有收到新的消息，消息的剩余有效时间会随着接收方的软件周期递减。

示例性的：接收方第18个通信周期回复消息时发送“0018的消息”给发送方，发送方在运行第22个通信周期时，收到“00018”的消息后，对该消息设置接收序列号00022，对消息处理后进行消息回复会依据本方的发送周期，若此时为第23个发送周期，则该发送回复消息的编号为“00023”，该回复消息会包含“本方序列号00023、对方序列号00018、收到上一条消息本方序列号00022”，接收方在第24个周期接收到该回复消息时，会对回复消息设置“00024”，接收方通信周期为2min，发送方通信周期为1min。根据接收方设置的序列号00024与“对方消息序列号00018”得出“00018消息”的总延迟时间为2min*(00024-00018)＝12min；

则根据“收到上一条消息时本方序列号00023”和“本方序列号00022”可知该条消息在发送方的设备内消耗的时间为1min*(00023-00022)＝1min；

最大传输延迟时间即消息接收延迟时间为12min-1min＝11min，说明本条消息在传输过程中延迟了11min；

若系统规定最大通信时间为15min，依据延迟时间计算出该消息的剩余有效时间为15min-11min＝4min；

由于剩余有效时间大于0，说明该消息具有时效性，应当处理回复，若接收方在运行2个通信周期后，即4min后，接收方接收到该消息，则该消息的剩余有效时间会随着接收方通信周期递减后，剩余有效时间为0，则不具有时效性，可以不对消息内容处理。

通过本实施例的检测方法，消息接收后为了减少消息时效性的处理时间，在检测消息的时效性之前还需要对消息的有效性、合法性进行判断，具体判断原则为：先判断消息序列号的有效性，再判断消息序列号是否合法。具体判断过程如下：

有效性判断：收到消息中的“对方消息序列号”和收到对方上一条消息时本方的通信周期计数同时取默认值时为有效值，则该消息序列号具有有效性；否则认为消息序列号无效。

序列号的范围由CBTC系统的各子系统进行规定，序列号范围依据各子系统的消息发送周期决定，各子系统均遵循该范围协议。序列号最小值从1开始，序列号最大值需要足够大，防止序列号在较小的时间段内达到最大值后进行翻转。示例性的，序列号的范围统一规定在[1,2³¹-1]范围内。

示例性的，接收方第12个通信周期接收到“本方消息序列号0016、对方消息序列号00011、收到上一条消息时本方序列号00014”后，读取“00011”与收到上次消息的周期及时进行对比，若收到上条消息是本方第11个通信周期接收的，则说明该消息序列号有效，若与周期计数值不相符，则说明包含的“对方消息序列号”无效。

消息序列号合法性判断具体过程为：判断序列号是否在协议规定范围内，且本次接收消息中包含的“本方消息序列号”与上一次接收消息中的“本方消息序列号”的差值在允许范围内，说明该条消息相较与上条消息不会太新或太旧，能够体现出本次消息的价值，若序号值相差太大则说明本次消息较为落后或者太过提前，较为落后的信息不具有参考价值，提前量较大说明信息错误：由于设备间通信一般都用通信超时时间的限制，提前量较大指收到了超时时间之后的数据，这是不可能发生的，如果发生了，则说明哪里出错误了，错误信息则不适用当前列车的运行。示例性的，若差值允许范围为不10，说明本次接收到的消息需要在消息发送后本方运行的10个通信周期内。

序列号非法的判断有下列两种情况：(1)序列号逆序，收到消息后，消息中的“本方消息序列号”比当前已接受的“本方消息序列号”小，序列号溢出回环的情况除外。接收消息中记录的“本方消息序列号”小于当前已接受的序列号则说明该消息在时间上早于当前接收到的消息的，不具有回复价值，可以不用回复。序列号溢出回环时，该消息新设置的序列号会远小与已接受消息的序列号，并且各子系统均遵循序列号范围协议，当接收到序列号溢出回环至最小时，可以识别该序列号，认为该序列号合法，接收该消息；

(2)序列号过新，即收到消息中记录的“本方消息序列号”比当前已接受的序列号大太多，说明该消息为错误，不具有回复价值。

接收方对于收到的消息中序列号非法或者无效又有不同的处理方法。收到的序列号若非法，接收方可以选择处理方式：(1)接收方主动断开应用层通信，并置安全侧处理；(2)不更新该消息序列号，当做从未收到该消息；(3)只更新消息序列号，应用不接收该消息。

利用本实施例的检测方法对消息接收处理的流程，如图2所示，包括如下步骤：

步骤一：轨道交通CBTC系统内的子系统对到其他子系统发送的消息进行接收；

步骤二：记录接收到消息时本方的消息序列号，并对消息中记录的“本方消息序列号”进行有效性判断，获取有效消息；

步骤三：对有效消息的“本方消息序列号”继续进行合法性判断，获取有效、合法的消息；

步骤四：对有效、合法消息中“本方消息序列号、对方消息序列号、收到上一条消息时本方序列号”依据本实施例中的检测方法对消息进行时效性判断，获取有回复价值的消息；

步骤五：对消息中的具体内容进行处理。

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；而这些修改或者替换，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 (4)

1.一种轨道交通系统中检测消息时效性的方法，其中，所述方法包括：

每条消息的发送和接收均会设置消息序列号，每条发送的消息包括“本方消息序列号、对方消息序列号、收到上一条消息时本方序列号”；

依据所述消息中包含的“对方消息序列号”、本方对接收到的消息新设置的序列号和本方通信周期得出总延迟时间；

所述总延迟时间为：所述消息新设置的序列号与所述消息中包含的“对方消息序列号”之间的差值，差值与本方通信周期的乘积即为所述总延迟时间；

依据所述消息中“本方消息序列号”和“收到上一条消息时本方序列号”与对方通信周期得出所述消息在对方设备内消耗的时间；

所述消息在对方设备内消耗的时间为：所述消息中包含的“收到上一条消息时本方序列号”与所述消息中包含“本方消息序列号”的差值，差值与对方通信周期的乘积即为在对方设备内消耗的时间；

依据所述总延迟时间和所述消息在对方设备内消耗的时间得出所述消息延迟时间；

所述消息延迟时间为所述总延迟时间与所述消息在对方设备内消耗的时间的差值；

依据所述消息延迟时间计算所述消息的剩余有效时间，判断所述消息的时效性；

所述消息的剩余有效时间为最大通信超时时间与所述消息延迟时间的差值；

所述消息时效性的判断依据为：所述消息剩余有效时间是否大于等于0，是则所述消息有效，若小于0则所述消息无效。

2.根据权利要求1所述的轨道交通系统中检测消息时效性的方法，其中，所述消息序列号的设置依据消息发送方和消息接收方的通信周期进行设置，所述消息序列号按照所述通信周期的递增而递增。

3.根据权利要求1所述的轨道交通系统中检测消息时效性的方法，其中，所述方法还包括检测所述消息序列号的有效性，所述消息序列号有效性的判断依据所述消息中包含的“对方消息序列号”在协议规定的范围内，且与本方的发送该消息的周期计数同时取默认值则该消息有效，否则无效。

4.根据权利要求1所述的轨道交通系统中检测消息时效性的方法，其中，所述方法还包括检测所述消息序列号的合法性，所述消息序列号合法性的判断依据所述消息中包含的“本方消息序列号”与上一次接收消息中的“本方消息序列号”对比，若二者差值在预设范围内，则该消息序列号的消息合法。

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