CN109677454A - 城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法，方法包括：MA_1、MA_2、MB_1、MB_2分别向IA_1、IA_2、IB_1和IB_2发送对应的微周期开始消息和初始化开始消息；当微周期或初始化结束时，MA_1、MA_2、MB_1和MB_2分别向IA_1、IA_2、IB_1和IB_2发送对应的微周期结束消息或初始化结束消息；并根据监控结果确定主机板和输入板的主备切换。通过城市轨道交通系统中的已有输入板对主机板的主系、备系的状态进行监控，监控结果作为主机板和输入板的主备切换的依据，从而减少对硬件的依赖，降低硬件复杂度，节约硬件成本，提高系统的安全性和可用性。

Description

城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法

技术领域

本发明实施例涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法。

背景技术

城市轨道交通信号系统中主机的安全计算机平台采用二乘二取二方式实现，输入板的安全计算机平台采用二取二实现。二乘二即，主机可分为主系、备系，两系之间的输出数据要进行比较与表决，两系比较不一致，备系宕机。同一时刻系统中只有一个主系，另一个为备系。主、备系均执行采集输入、逻辑处理操作，主系对外输出,备系不输出。当主系故障时，备系自动升为主系，系统仍可正常运行，二乘二保证了轨道交通信号系统的可用性。二取二即，一块板子内的两个微处理器对输入、输出的数据进行互传与表决，两个微处理器的输入、输出数据不一致，两个微处理器均宕机，二取二保证了轨道交通信号系统的安全性。

现有的轨道交通信号系统的通信结构示意图如图1所示，MA_1微控制器、MA_2微控制器放置在主机板MA上，组成主机MA系，MB_1微控制器、MA_B微控制器放置在主机板MB上，组成主机MB系。主机MA系、MB系之间为二乘二的关系。IA_1微控制器、IA_2微控制器放置在输入板IA上，组成输入板IA。MA、MB、IA、IB内的两块微处理器均为二取二的关系。主机板MA与输入板IA被放置在列车的头端，主机板MB与输入板IB被放置在列车尾端。输入板、主机板通过两条工业总线相连，两条工业总线互为冗余。

二乘二取二安全计算机平台在以下两种情形下会有备系升为主系发生：(1)主系故障，备系检测到主系故障时，备系升为主系。(2)人工触发主系切换按钮时，主系降为备系，备系升为主系。为保证不会出现双主系情况出现，备系要升为主系前备系必须获知主系的状态。主系故障或主系降为备系后，无法保证主系将信息通过工业总线发送给备系，备系升为主系存在安全风险。为解决备系获取主系状态的问题，传统二乘二取二安全计算机平台采用的方法是，主机板MA的微控制器MA_1与MA_2通过“逻辑与”共同维持继电器A的状态，一旦MA不为主系或故障，那么继电器A的状态将会改变，主机板MB与继电器B同理。主机板MA、MB互相读取对方继电器状态就可以获知对方的主、备状态，继电器为主系升为备系提供依据。

但是，现有的安全计算机平台备系检测主系故障方法存在以下缺陷：

(1)安全计算机平台作为车载设备平台时，主机板两系设备分别位于列车首尾两端。由于布线距离较长，发生断路、短路可能性较大，不利于硬件维护。

(2)故障检测线路贯穿整个列车，不利于列车编组，降低了铁路运营效率，增加了运营成本。

(3)二乘二取二安全计算机平台存在主系正常运行，备系认为主系故障的情况。继电器损坏或线路干扰造成的继电器置为故障状态时，备系检测到主系故障，备系升为主系，出现了双主系的危险状况，系统的安全性有待提高。

(4)二乘二取二安全计算机平台存在主系故障时，备系认为主系正常的情况。存在微控制器无法置继电器为故障状态的风险。备系检测不到主系故障，备系无法升为主系，系统的可用性有待提高。

发明内容

由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出一种城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法。

本发明实施例提出一种城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法，包括：

城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的第一主系主机板微控制器MA_1、第二主系主机板微控制器MA_2、第一备系主机板微控制器MB_1、第二备系主机板微控制器MB_2分别向第一主系输入板微控制器IA_1、第二主系输入板微控制器IA_2、第一备系输入板微控制器IB_1和第二备系输入板微控制器IB_2发送对应的微周期开始消息和初始化开始消息；

当微周期或初始化结束时，MA_1、MA_2、MB_1和MB_2分别向IA_1、IA_2、IB_1和IB_2发送对应的微周期结束消息或初始化结束消息；

IA_1根据MA_1发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_1的第一主系主机板监控结果RA_11，根据MA_2发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_2的第二主系主机板监控结果RA_12，并将RA_11发送给MA_1，将RA_12发送给MA_2；

IA_2根据MA_1发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_1的第三主系主机板监控结果RA_21，根据MA_2发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_2的第四主系主机板监控结果RA_22，并将RA_21发送给MA_1，将RA_22发送给MA_2；

若MA_1判断获知RA_11和RA_21不同，或MA_2判断获知RA_21和RA_22不同，则将当前的主系输入板与备系输入板进行切换；

若MA_1判断获知RA_11和RA_21相同，MA_2判断获知RA_21和RA_22相同，且RA_11和RA_21不同，则将当前的主系主机板与备系主机板进行切换；

其中，所述微周期开始消息包括微周期时长和微周期开始时间，所述初始化开始消息包括初始化时长和初始化开始时间。

可选地，主机板微控制器的微周期与初始化为两个独立的监控过程；

其中，所述主机板微控制器包括MA_1、MA_2、MB_1和MB_2。

可选地，IA_1、IA_2、IB_1和IB_2均实时接收各主机板微控制器发送的消息。

可选地，微周期和初始化时IA_1、IA_2、IB_1和IB_2接收的消息类型不同。

可选地，IA_1、IA_2、IB_1和IB_2均会将MA_1、MA_2、MB_1、MB_2的监控结果进行打包后得到监控打包结果，并将所述监控打包结果分别发送给MA_1、MA_2、MB_1、MB_2。

可选地，所述微周期包括输入微周期、应用微周期和输出微周期。

可选地，若两个监控结果的差小于监控延时，则确定所述两个监控结果相同；

初始化的监控延时＝IA_1接收到初始化开始消息中的初始化开始时间+初始化时长+初始化参差时间；

微周期监控延时＝IA_1接收到微周期开始消息中的微周期开始时间+微周期时长+微周期参差时间；

其中，所述初始化参差时间和所述微周期参差时间为预先设置。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过城市轨道交通系统中的已有输入板对主机板的主系、备系的状态进行监控，监控结果作为主机板和输入板的主备切换的依据，从而减少对硬件的依赖，降低硬件复杂度，节约硬件成本，提高系统的安全性和可用性。

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的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种轨道交通信号系统通信结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的输入板监控主机板的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的监控消息帧的格式示意图；

图5为本发明一实施例提供的输入板监控主机板的通信关系示意图；

图6(A)和(B)分别为本发明一实施例提供的微周期和初始化过程中输入板监控主机板的状态转换示意图；

图7为本发明一实施例提供的输入板监控主机板的时序示意图；

图8(A)和(B)分别为本发明一实施例提供的初始化和微周期过程中输入板监控主机板的判断监控结果的流程示意图；

图9(A)和(B)分别为本发明一实施例提供的初始化和微周期过程中输入板监控主机板的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图2示出了本实施例提供的一种城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法的流程示意图，包括：

S201、城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的第一主系主机板微控制器MA_1、第二主系主机板微控制器MA_2、第一备系主机板微控制器MB_1、第二备系主机板微控制器MB_2分别向第一主系输入板微控制器IA_1、第二主系输入板微控制器IA_2、第一备系输入板微控制器IB_1和第二备系输入板微控制器IB_2发送对应的微周期开始消息和初始化开始消息。

其中，所述微周期开始消息包括微周期时长和微周期开始时间，所述初始化开始消息包括初始化时长和初始化开始时间。

具体地，如图3所示为本实施例提供的输入板监控主机板的结构示意图，本实施例抛弃了如图1所示的现有的轨道信号系统中的主机备系升主系依赖的继电器电路，即，抛弃了图1下方的继电器A、继电器B的电路，本实施例以输入板作为第三方设备为例进行介绍，输入板IA、IB作为监控方，主机板MA、MB作为被监控方。通过监控主机板的方式，为备系升主系提供安全可靠的依据，其中主机板与输入板通过工业总线以消息的方式进行通信。

为了实现监控主机板功能，本实施例增加了五种与监控相关的消息，如图4所示，包括微周期开始消息、微周期结束消息、初始化开始消息、初始化结束消息和监控结果消息。消息中的微周期开始时间、微周期结束时间为MA或MB的时间戳。微控制器状态是指MA_1、MA_2、MB_1、MB_2的状态，状态分为四种：主系、备系、故障、单系运行。

在输入板监控主机板的通信过程中，如图5所示，主机板微控制器MA_1会向IA_1、IA_2、IB_1、IB_2发送“微周期开始消息”、“微周期结束消息”、“初始化开始消息”、“初始化结束消息”，同理MA_2、MB_1、MB_2也会发送这些消息。输入微控制器IA_1会将MA_1、MA_2、MB_1、MB_2状态的监控结果打包成“监控结果消息”发送给MA_1、MA_2、MB_1、MB_2，同理IA_2、IB_1、IB_2也会发送“监控结果消息”。

S202、当微周期或初始化结束时，MA_1、MA_2、MB_1和MB_2分别向IA_1、IA_2、IB_1和IB_2发送对应的微周期结束消息或初始化结束消息。

其中，主机板微控制器的微周期与初始化为两个独立的监控过程；所述主机板微控制器包括MA_1、MA_2、MB_1和MB_2，IA_1、IA_2、IB_1和IB_2均实时接收各主机板微控制器发送的消息，微周期和初始化时IA_1、IA_2、IB_1和IB_2接收的消息类型不同。

具体地，输入板的四个微控制器(IA_1、IA_2、IB_1和IB_2)监控方式相同，进行初始化监控与微周期监控时，输入板微控制器状态转换也相同。以IA_1为例，如图6(A)为微周期过程中输入板监控主机板的状态转换示意图，图6(B)为初始化过程中输入板监控主机板的状态转换示意图。需要说明的是，每个主机板微控制器均包括微周期和初始化两个独立的监控过程。无论主机板是否发送监控消息，输入板都会实时接收监控消息，即输入板一直处于工作状态。初始化监控与微周期监控的不同仅仅在于接收的消息类型不同，监控结果的判断逻辑不同。

S203、IA_1根据MA_1发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_1的第一主系主机板监控结果RA_11，根据MA_2发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_2的第二主系主机板监控结果RA_12，并将RA_11发送给MA_1，将RA_12发送给MA_2。

其中，IA_1、IA_2、IB_1和IB_2均会将MA_1、MA_2、MB_1、MB_2的监控结果进行打包后得到监控打包结果，并将所述监控打包结果分别发送给MA_1、MA_2、MB_1、MB_2。

S204、IA_2根据MA_1发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_1的第三主系主机板监控结果RA_21，根据MA_2发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_2的第四主系主机板监控结果RA_22，并将RA_21发送给MA_1，将RA_22发送给MA_2。

S205、若MA_1判断获知RA_11和RA_21不同，或MA_2判断获知RA_21和RA_22不同，则将当前的主系输入板与备系输入板进行切换。

S206、若MA_1判断获知RA_11和RA_21相同，MA_2判断获知RA_21和RA_22相同，且RA_11和RA_21不同，则将当前的主系主机板与备系主机板进行切换。

其中，若两个监控结果的差小于监控延时，则确定所述两个监控结果相同；初始化的监控延时＝IA_1接收到初始化开始消息中的初始化开始时间+初始化时长+初始化参差时间；微周期监控延时＝IA_1接收到微周期开始消息中的微周期开始时间+微周期时长+微周期参差时间；其中，所述初始化参差时间和所述微周期参差时间为预先设置。

具体地，图5中的16个通信链路均相同，因此以IA_1与MA_1这条通信链路为例，来描述输入板与主机板的监控通信时序。假设主机板周期为100ms，输入板周期为50ms，主机板两系MA与MB为同步运行，最大时差为2ms；MA_1与MA_2也为同步运行，最大时差为100us；主机板的一个微周期可分为输入微周期、应用微周期和输出微周期；输入板可对单个或多个主机微周期进行监控，仅以监控主机的初始化与应用微周期为例，输入板监控主机板的时序如图7所示。

其中，初始化监控延时＝IA_1接收到初始化开始消息的IA_1时间+MA_1初始化时长+初始化参差时间；微周期监控延时＝IA_1接收到微周期开始消息的IA_1时间+MA_1微周期时长+微周期参差时间。设置初始化参差时间、微周期参差时间，主要为了输入板容忍4个主机微处理器的同步误差与通信时延。一般来说，这几个时间分别被设置为最大值。

输入板判断主机板的初始化与微周期监控结果的流程图分别如下图8(A)和(B)所示。其中初始化超时判断依据是：初始化结束时间-初始化开始时间>初始化时长；微周期超时的判断依据是，微周期结束时间-微周期开始时间>微周期时长。若判断为超时，则确定主机板出现故障，需要进行主备切换。需要说明的是，输入板回复主机板的微处理器状态时，只能修改为故障状态，没有权限修改为其他状态。

具体地，初始化和微周期过程中输入板监控主机板的流程示意图分别如图9(A)和(B)所示，MA中的MA_1与MA_2均会收到来自IA中IA_1、IA_2的监控结果消息。MA_1与MA_2会交换收到的监控结果消息，若信息一致，MA采信本次监控结果，若MA_1与MA_2收到的监控结果不一致，则放弃本次监控结果，备系不能升为主系。同理MA与IB、MB与IA、MB与IB之间的交互也是如此。

本实施例通过城市轨道交通系统中的已有输入板对主机板的主系、备系的状态进行监控，监控结果作为主机板和输入板的主备切换的依据，将轨道交通系统安全计算机平台备系升为主系的功能采用软件监控方式实现，解决了对硬件可靠性、稳定性、安全性要求高的问题，减少了硬件的复杂度，降低了硬件开发难度，减少了线缆、继电器等硬件材料的使用，降低了工程成本；同时，采用软件实现主备切换逻辑，增加了系统的灵活性，软件可以灵活地根据不同城市的轨道交通需求进行更改；另外，监控安全计算机平台主机的方法摆脱了对硬件的依赖，能有效提高系统的安全性、可用性。该方法针对城市轨道交通信号系统中车载主机设备已在模块化安全计算机平台项目中实现，该平台已经应用于北京新机场线的CBTC地铁信号系统项目中，降低了工程对硬件的可靠性的依赖，提高了系统的安全性与可用性，为项目节约了成本，提高了业主维护与运营的便利性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

应说明的是：以上实施例仅用以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 (7)

1.一种城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的状态监控方法，其特征在于，包括：

城市轨道交通信号系统中安全计算机平台的第一主系主机板微控制器MA_1、第二主系主机板微控制器MA_2、第一备系主机板微控制器MB_1、第二备系主机板微控制器MB_2分别向第一主系输入板微控制器IA_1、第二主系输入板微控制器IA_2、第一备系输入板微控制器IB_1和第二备系输入板微控制器IB_2发送对应的微周期开始消息和初始化开始消息；

当微周期或初始化结束时，MA_1、MA_2、MB_1和MB_2分别向IA_1、IA_2、IB_1和IB_2发送对应的微周期结束消息或初始化结束消息；

IA_1根据MA_1发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_1的第一主系主机板监控结果RA_11，根据MA_2发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_2的第二主系主机板监控结果RA_12，并将RA_11发送给MA_1，将RA_12发送给MA_2；

IA_2根据MA_1发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_1的第三主系主机板监控结果RA_21，根据MA_2发送的微周期开始消息和微周期结束消息确定MA_2的第四主系主机板监控结果RA_22，并将RA_21发送给MA_1，将RA_22发送给MA_2；

若MA_1判断获知RA_11和RA_21不同，或MA_2判断获知RA_21和RA_22不同，则将当前的主系输入板与备系输入板进行切换；

若MA_1判断获知RA_11和RA_21相同，MA_2判断获知RA_21和RA_22相同，且RA_11和RA_21不同，则将当前的主系主机板与备系主机板进行切换；

其中，所述微周期开始消息包括微周期时长和微周期开始时间，所述初始化开始消息包括初始化时长和初始化开始时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主机板微控制器的微周期与初始化为两个独立的监控过程；

其中，所述主机板微控制器包括MA_1、MA_2、MB_1和MB_2。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，IA_1、IA_2、IB_1和IB_2均实时接收各主机板微控制器发送的消息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微周期和初始化时IA_1、IA_2、IB_1和IB_2接收的消息类型不同。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，IA_1、IA_2、IB_1和IB_2均会将MA_1、MA_2、MB_1、MB_2的监控结果进行打包后得到监控打包结果，并将所述监控打包结果分别发送给MA_1、MA_2、MB_1、MB_2。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微周期包括输入微周期、应用微周期和输出微周期。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若两个监控结果的差小于监控延时，则确定所述两个监控结果相同；

初始化的监控延时＝IA_1接收到初始化开始消息中的初始化开始时间+初始化时长+初始化参差时间；

微周期监控延时＝IA_1接收到微周期开始消息中的微周期开始时间+微周期时长+微周期参差时间；

其中，所述初始化参差时间和所述微周期参差时间为预先设置。