CN109921883A - 无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，所述通讯系统框架主要由设备端、通讯端、远程端和两个独立的商用云平台，所述设备端主要由控制器组成，所述控制器具有两路独立以太网通道；所述远程端具有两路独立以太网物理层通道；所述商用云平台使用自定义协议，在设备端和远程端提供数据透传服务；所述通讯端通过四路独立链路将设备端和远程端分别与商用云平台连接。与现有技术相比，本发明以移动、联通和电信三路并行4G网络作为数据链路通道，实现超远程轨道无人遥测测量系统数据可靠通信，极大的提高了轨道车辆与远程监测端的数据通道可用性、稳定性。实现了多路并行数据链路冗余，多路云服务链路冗余。
Description
技术领域
本发明涉及轨道检修车辆超远程遥控、监测，尤其涉及一种无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统。
背景技术
现有铁路、地铁等轨道缺陷检测均由人工步行或者大型载人自动检修车辆完成。人工步行监测效率较低，且易出现误检；大型载人车辆安全级别高(载人设备)，且体型庞大，不易使用。由于无线通讯传输可用性、不稳定等各方面的问题，目前铁路轨道交通系统还没有长距离(几十甚至几百公里)无人驾驶检测系统的应用。无人驾驶能够降低检测车的安全级别，且其执行作业的效率远高于人工检测。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题的基于4G或5G等移动网络，多路网络并行的远程通信架构的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，实现超远程无人遥测轨道车辆。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，所述通讯系统框架主要由设备端、通讯端、远程端和两个独立的商用云平台，
所述设备端主要由控制器组成，用于全自动无人驾驶轨道车辆的设备控制及通讯数据处理,所述控制器具有两路独立以太网通道；
所述远程端具有两路独立以太网物理层通道；
所述商用云平台，仅利用云平台数据通信的稳定性，不使用其内置物联服务，使用自定义协议，在设备端和远程端提供数据透传服务；
所述通讯端由四个工业级的高性能路由器组成，所述高性能路由器进行测控数据的并行收发，在设备端和远程端均分别虚拟成4个物联终端设备，通过四路独立链路将设备端和远程端分别与商用云平台连接。
作为优选，所述控制器采用高性能工业PLC。
作为优选，使用高性能嵌入式工业平板电脑。
作为优选，所述四个高性能路由器均采用工业级4G/5G全网通高性能路由器，具有支持双卡双待、双卡同时在线并行收发数据的通信能力。
作为优选，进行数据并行收发协议处理方法为，
a.自定义通信协议，使用CS架构，设备端为服务器端，远程控制端为客户端，服务器端不主动发送数据，仅仅响应客户端请求；
b.协议中含有请求数据包编号字段(32位)，根据请求顺序递增,每个请求同时从四个通道发出，且四个通道数据包编号字段一致；
c.服务器端同时收取四个通道数据，并对收到的请求进行协议分析,协议分析中包含提取数据包编号字段的过程，服务器只处理递增的数据包；
d.服务器处理请求后，从4路通道并行发送请求响应包，请求响应包具有请求数据包编号字段；
e.客户端处理响应包过程同服务器处理请求包过程一致。
作为优选，步骤c中，服务器端同时收到多路具有相同请求包编号的数据时，只处理第一个请求数据包，抛弃其他冗余请求。
作为优选，为确保请求包和响应包的一致性，进行数据加密及校验。
作为优选，加密及校验方法如下，
a.将待发送数据包进行CRC16校验；
b.将数据包和CRC16校验位使用ASE加密，密匙长度(128位)；
c.将加密后的数据包再进行CRC16校验后发出；
d.解密为加密的逆过程。。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.移动、联通和电信三路并行4G网络作为数据链路通道，实现超远程轨道无人遥测测量系统数据可靠通信，极大的提高了轨道车辆与远程监测端的数据通道可用性、稳定性。
2.实现了检修车辆的小型化，超远距离遥测，检修效率高、安全可靠。
3.自建专用服务器成本大、维护困难且服务可用性较差。故采用中移动云与阿里巴巴云等商用高可靠性商用云数据服务器，保障数据链路稳定、可靠。商用云数据服务可用性可达99.999999％。
4.实现了多路并行数据链路冗余，多路云服务链路冗余。
5.可自定义通信协议、加密算法及多重校验，保证数据通信安全、可靠。
附图说明
图1为本发明网络通讯框架图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，所述通讯系统框架主要由设备端、通讯端、远程端和两个独立的商用云平台，
所述设备端主要由控制器组成，用于全自动无人驾驶轨道车辆的设备控制及通讯数据处理,所述控制器具有两路独立以太网通道；
所述远程端具有两路独立以太网物理层通道；
控制器与远程端均均由两路独立的通道，用于四路独立链路的高性能路进行连接；
所述商用云平台，仅利用云平台数据通信的稳定性，不使用其内置物联服务，使用自定义协议，在设备端和远程端提供数据透传服务，保障数据链路稳定、可靠；
所述通讯端由四个工业级的高性能路由器组成，所述高性能路由器进行测控数据的并行收发，在设备端和远程端均分别虚拟成4个物联终端设备，通过四路独立链路将设备端和远程端分别与商用云平台连接，即设备端与控制端之间，存在四路独立(物理层和应用层)数据通道。高性能路由器在设备端和远程控制端之间提供四路稳定、独立的物理层数据传输通路，其作用是利用4路独立通道进行网络数据传输冗余，实现了多路并行数据链路冗余和多路云服务链路冗余，以保证数据传输不掉线，消除目前4G通信不稳定的问题。
所述控制器采用高性能工业PLC，成都广成宇科技：GCY-NET-PLC-AS082。
使用高性能嵌入式工业平板电脑。嵌入式工业平板电脑的优选型号是ADVNTECHPPC3150。
所述四个高性能路由器均采用工业级4G/5G全网通高性能路由器，高性能路由器的优选型号是Four-Faith F3846，具有支持双卡双待、双卡同时在线并行收发数据的通信能力。由于支持具有支持双卡双待、双卡同时在线可实现移动、电信、网通三路并行，若有第四通讯运营商还能实现四路并行。
通讯端进行数据并行收发协议处理方法为：
a.自定义通信协议，使用CS架构，设备端为服务器端，远程控制端为客户端，服务器端不主动发送数据，仅仅响应客户端请求；
b.协议中含有请求数据包编号字段(32位)，根据请求顺序递增,每个请求同时从四个通道发出，且四个通道数据包编号字段一致；
c.服务器端同时收取四个通道数据，并对收到的请求进行协议分析,协议分析中包含提取数据包编号字段的过程，服务器只处理递增的数据包；服务器端同时收到多路具有相同请求包编号的数据时，只处理第一个请求数据包，抛弃其他冗余请求；
d.服务器处理请求后，从4路通道并行发送请求响应包，请求响应包具有请求数据包编号字段(与处理的请求包相同)；
e.客户端处理响应包过程同服务器处理请求包过程一致。
请求/响应数据包字段编号能够有效去除由于网络延迟等原因带来的边际效应(例：发送一个上升沿启动信号时，先发送4路低电平信号，后发送4路高电平信号，此时服务器端可能受到的顺序是0-1-0-1-0...，从而导致上升沿信号闪烁)。
为确保请求包和响应包的一致性，进行数据加密及校验，方法如下
a.将待发送数据包进行CRC16校验；在不影响框架性能和能力为前提，可使用其他校验方案；
b.将数据包和CRC16校验位使用ASE加密(密匙长度128位)；也可以使用其他加密方式；
c.将加密后的数据包再进行CRC16校验后发出；
d.解密为加密的逆过程。
可自定义通信协议、加密算法及多重校验，保证数据通信安全、可靠。
在全自动无人驾驶轨道车辆上装载有行车视频摄像头，视频摄像头的视频数据不经过设备端控制器，直接通过由通讯端上传到远程端的监控平板电脑。
行车视频摄像头的型号为海康威视DS-2ZCN3006，作为行车监控用，即拍摄行车方向视频。作用：
1：作为辅助安全手段：给远程操作人员提供视频依据。
2：作为安全辅助手段：远程平板电脑系统软件，对图像进行处理，判断行车前方交通指示灯(轨道用用绿灯)
3：作为安全辅助手段：远程软件进行图像处理，判断轨道位置，辅助激光雷达进行主动障碍物检测用。
还包括海康视频云平台和监控摄像头，监控摄像头采集的监控视频经过海康视频云平台推送到远程端进行显示。(
海康视频云平台(海康威视萤石云)为视频服务器，将监控视频数据传输到萤石云，萤石云将视频推送到远程平板电脑显示。利用海康威视在安防视频上的优势，提供稳定的视频通道。
本专利设计的远程通信架构，基于4G或5G等移动网络，多路网络并行，无专用服务器系统，使用商业成熟、稳定的多个云平台进行可靠的数据传输，主要用于超远程无人遥测轨道车辆，实现了超远程轨道无人遥测测量系统数据可靠通信，极大的提高了轨道车辆与远程监测端的数据通道可用性、稳定性。实现检修车辆的小型化，超远距离遥测，检修效率高、安全可靠。
以上对本发明所提供的一种无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：所述通讯系统框架主要由设备端、通讯端、远程端和两个独立的商用云平台，
所述设备端主要由控制器组成，用于全自动无人驾驶轨道车辆的设备控制及通讯数据处理,所述控制器具有两路独立以太网通道；
所述远程端具有两路独立以太网物理层通道；
所述商用云平台，仅利用云平台数据通信的稳定性，不使用其内置物联服务，使用自定义协议，在设备端和远程端提供数据透传服务；
所述通讯端由四个工业级的高性能路由器组成，所述高性能路由器进行测控数据的并行收发，在设备端和远程端均分别虚拟成4个物联终端设备，通过四路独立链路将设备端和远程端分别与商用云平台连接。
2.根据权利要求1所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：所述控制器采用高性能工业PLC。
3.根据权利要求1所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：使用高性能嵌入式工业平板电脑。
4.根据权利要求1所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：所述四个高性能路由器均采用工业级4G/5G全网通高性能路由器，具有支持双卡双待、双卡同时在线并行收发数据的通信能力。
5.根据权利要求1所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：进行数据并行收发协议处理方法为，
a.自定义通信协议，使用CS架构，设备端为服务器端，远程控制端为客户端，服务器端不主动发送数据，仅仅响应客户端请求；
b.协议中含有请求数据包编号字段(32位)，根据请求顺序递增,每个请求同时从四个通道发出，且四个通道数据包编号字段一致；
c.服务器端同时收取四个通道数据，并对收到的请求进行协议分析,协议分析中包含提取数据包编号字段的过程，服务器只处理递增的数据包；
d.服务器处理请求后，从4路通道并行发送请求响应包，请求响应包具有请求数据包编号字段；
e.客户端处理响应包过程同服务器处理请求包过程一致。
6.根据权利要求5所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：步骤c中，服务器端同时收到多路具有相同请求包编号的数据时，只处理第一个请求数据包，抛弃其他冗余请求。
7.根据权利要求5所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：为确保请求包和响应包的一致性，进行数据加密及校验。
8.根据权利要求7所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：加密及校验方法如下，
a.将待发送数据包进行CRC16校验；
b.将数据包和CRC16校验位使用ASE加密，密匙长度(128位)；
c.将加密后的数据包再进行CRC16校验后发出；
d.解密为加密的逆过程。
9.根据权利要求1所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：在全自动无人驾驶轨道车辆上装载有行车视频摄像头，视频摄像头的视频数据不经过设备端控制器，直接通过由通讯端上传到远程端。
10.根据权利要求1所述的无服务器数据链路的全自动无人驾驶轨道车辆通信系统，其特征在于：还包括海康视频云平台和监控摄像头，监控摄像头采集的监控视频经过海康视频云平台推送到远程端进行显示。
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