CN110071987A - 网关地址映射方法、网关及列车网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种网关地址映射方法、网关及列车网络系统。该方法基于节点位置信息将节点索引目录表映射成物理地址表，基于节点属性信息将节点索引目录表映射成逻辑地址表；网关向第二网络总线发送第一网络节点的物理地址和逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。该方法可进行逻辑地址映射和物理地址映射，可以根据第一总线上传输的报文数据用途以及报文类型不同，对各个网关节点发送的报文数据节点地址实现不同的地址映射。该方法可被配置在网关，所述网关包括数据交互模块、节点索引目录映射模块、数据采集模块、物理地址计算模块、逻辑地址计算模块和过程数据编组模块。该网关可以进一步应用于列车网络。

Description

网关地址映射方法、网关及列车网络系统

技术领域

本发明属于数据通信技术领域，具体涉及一种网关地址映射方法、网关及列车网络系统。

背景技术

列车通信网络(TCN)已经成为现代高速动车组和城轨车辆的关键技术之一，TCN标准中将车载列车网络的层次结构分为两级总线架构，列车级绞线式列车总线(WTB)和车辆级多功能车辆总线(MVB)。作为两级网络总线互联的桥梁，TCN网关负责完成两级总线之间数据传输和协议的转换，涵盖TCN网络通信技术规定的所有内容。

TCN标准主要以WTB总线上的网关(节点)为研究对象，规定了WTB总线上的节点之间的通信机制，对于上层应用的交互数据信息如在WTB总线上传送的报文格式，列车编组位置信息、车辆寻址算法以及稳态通信时的列车级通信协议均没有明确约定，这会造成不同厂商设计制造的列车之间无法实现动态编组和互联互通。为了满足上层车辆应用的需求，国际铁路联盟提出了UIC556标准以及国内提出了动车组网络初运行及互联互通控制规范。虽然这两种规范标准对上层应用交互的报文数据进行了规范，但是对TCN网关转发到MVB总线上不同节点的报文数据的映射规范未做细致说明，使得现有的列车网络应用技术存在以下缺点：

1)与TCN网关连接到同一MVB总线上的网络系统其它子设备还需要对TCN网关发送的报文数据进行二次地址识别，加重了程序开发的复杂度。

2)在TCN网关发生故障时，现有地址映射方式无法立刻识别出故障节点的位置，不利于故障诊断处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网关地址映射方法、网关及列车网络系统，该方法、网关和网络系统可以进行逻辑地址映射和物理地址映射，可以提高网络总线间数据通信的可靠性和稳定性。

为解决所述技术问题，本发明采用的技术方案为：

网关地址映射方法，用于第一网络总线到第二网络总线的数据映射，所述第一网络总线包括多个第一网络节点，网关地址映射方法包括以下步骤：

获取第一网络总线的拓扑状态信息及各第一网络节点的报文数据；

依据第一网络总线的拓扑状态信息计算节点索引目录表，所述节点索引目录表按节点顺序位置存储第一网络总线报文数据；

采集第一网络节点的配置信息，所述配置信息包括节点位置信息和第一网络总线各节点属性信息；

基于节点位置信息将节点索引目录表映射成物理地址表，基于节点属性信息将节点索引目录表映射成逻辑地址表；

网关向第二网络总线发送第一网络节点的物理地址和逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。

作为优选，进一步包括以下步骤，建立配置索引目录，用于存储第一网络节点的配置信息。

作为优选，所述第一网络节点的报文数据包括状态报文和故障报文，对状态报文，按照逻辑地址存储并下发给第二网络总线，对故障报文，按照物理地址存储并下发给第二网络总线。

作为优选，进一步包括以下步骤：检测激活指令信号是否有变化，并在激活指令信号发生变化后，重新映射计算逻辑地址表。

作为优选，进一步包括以下步骤：对配置索引目录的数据进行有效性检查，并根据有效的配置位置信息将节点索引目录表映射计算成物理地址表。

作为优选，进一步包括以下步骤：第一网络总线组态发生变化时，对第一网络总线发送到第二网络总线的数据进行锁存处理。

本发明还提供一种网关，包括：

数据交互模块：用于获取第一网络总线的拓扑状态信息；

节点索引目录映射模块：用于计算第一网络总线节点索引目录表，以存储第一总线节点报文数据；

数据采集模块：用于采集第一网络节点的配置信息，所述配置信息包括节点位置信息和第一网络总线各节点属性信息；

物理地址计算模块：基于节点位置信息将节点索引目录表映射成物理地址表；

逻辑地址计算模块：基于节点属性信息将节点索引目录表映射成逻辑地址表；

过程数据编组模块：向第二网络总线发送第一网络节点的物理地址和逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。

作为优选，还包括激活指令信号采集模块，用于采集激活指令信号是否发生变化，所述逻辑地址计算模块在有激活指令信号变化时，被触发为重新映射计算逻辑地址表。

作为优选，还包括配置有效性检查模块，用于检测第一网络节点配置位置信息的有效性，并在检测到配置位置信息有效时，触发物理地址计算模块重新映射计算物理地址表。

作为优选，还包括稳态运行检测模块，用于检测激活指令信号是否发生变化和第一网络总线的组态结构是否发生变化，并在激活指令信号和第一网络总线的组态结构发生变化时，触发过程数据编组模块对下发到第二网络总线的数据进行锁存。

一种列车网络系统，包括上述网关。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本文提供了一种网关地址映射方法、网关和列车网络系统，该方法可进行逻辑地址映射和物理地址映射，可以根据第一总线上传输的报文数据用途以及报文类型不同，对各个网关节点发送的报文数据节点地址实现不同的地址映射。

对各个网关节点发送的报文数据节点地址实现不同的地址映射，划分成的不同的映射地址能够准确有效实时的将第一网络总线的数据传递到第二网络总线，避免第二网络总线设备接收到数据后做复杂数据识别处理。

将该网关地址映射方法应用于列车TCN网络，用于MVB总线和WTB总线的数据通信，可以降低与TCN网关在同一MVB总线上列车网络系统其它子设备程序开发的难度，在某个节点发生故障后也能够迅速识别到故障节点所在车辆的位置，提高列车网络控制系统开发的可靠性和稳定性。

附图说明

下面结合实施例及附图对本发明进一步详细说明：

图1为本发明网关地址映射关系示意图；

图2为本发明应用于列车TCN网络系统的网关地址映射关系示意图；

图3为本发明网关地址映射方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本发明保护的范围。

本发明属于网络通信技术领域，设计一种不同网络总线间的数据通信技术。该技术具体可以被应用于列车TCN网络，可以高列车网络控制系统开发的可靠性和稳定性。

本发明首先提供了一种网关地址的映射方法，该方法可以对第一网络总线的数据进行逻辑地址映射和物理地址映射，并基于逻辑地址和物理地址向第二网络总线发送数据。

网关地址映射方法，可被配置在网关，所述网关连接第一网络总线和第二网络总线，具有第一网络总线接口和第二网络总线接口，用于第一网络总线到第二网络总线的数据交互。第一网络总线包括多个第一网络节点，第二网络总线包括多个第二网络总线子设备，所述网关进一步可实现第一网络总线节点间的数据通信，第二网络总线子设备间的数据交互。当第一网络总线的网络总线的组态发生变化时，需要重新进行地址映射，以保证第一网络总线和第二网络总线间的可靠数据通信。

网关地址的映射方法具体包括以下步骤：

获取第一网络总线的拓扑状态信息及各第一网络节点的报文数据；

依据第一网络总线的拓扑状态信息计算节点索引目录表，所述节点索引目录表按节点顺序位置存储第一网络总线报文数据；

采集第一网络节点的配置信息，所述配置信息包括节点位置信息和第一网络总线各节点属性信息；为了有效管理和查询配置信息，建立配置索引目录，用于存储第一网络节点的配置信息；

基于节点位置信息将节点索引目录表映射成物理地址表，基于节点属性信息将节点索引目录表映射成逻辑地址表；

网关向第二网络总线发送第一网络节点的物理地址和逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。

作为本发明的进一步优化，所述方法进一步根据第一网络节点的报文数据类型向第二网络总线下发物理地址或逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。具体的说，第一网络节点的报文数据包括状态报文和故障报文，对状态报文，按照逻辑地址存储并下发给第二网络总线，对故障报文，按照物理地址存储并下发给第二网络总线。网关地址映射示意图1所示。

作为本发明的进一步优化，考虑到状态报文会受到网络激活指令信号的影响，在网络激活指令信号发生改变时，网关地址映射方法进一步包括以下步骤：检测激活指令信号是否有变化，并在激活指令信号发生变化后，重新映射计算逻辑地址表。

作为本发明的进一步优化，考虑到配置位置信息可能为无效数据，网关地址映射方法进一步包括以下步骤：对配置索引目录的位置数据进行有效性检查，并根据有效的配置位置信息将节点索引目录表映射计算成物理地址表。而对于无效配置数据，则通过故障报告模块存储故障，并返回采集配置信息数据重复进行有效性检查。

作为本发明的进一步优化，网关地址映射方法进一步包括以下步骤：当第一网络总线的组态发生变化时，网关地址会发生变化，为了避免数据传输错误，在第一网络总线组态发生变化时，对第一网络总线发送到第二网络总线的数据进行锁存处理。

本发明提供的网关地址映射方法，可以进行网络节点报文数据的逻辑地址映射和物理地址映射，并根据报文数据的类型向第二总线发送相应的逻辑地址和物理地址以及按照对应地址表存储的数据，保证数据通信的稳定性。

本发明还提供一种网关，该网关可以执行上述的网关地址映射方法，网关具体包括：

数据交互模块：用于获取第一网络总线的拓扑状态信息；

节点索引目录映射模块：用于计算第一网络总线节点索引目录表，以存储第一总线节点报文数据；

数据采集模块：用于采集第一网络节点的配置信息，所述配置信息包括节点位置信息和第一网络总线各节点属性信息；

物理地址计算模块：基于节点位置信息将节点索引目录表映射成物理地址表；

逻辑地址计算模块：基于节点属性信息将节点索引目录表映射成逻辑地址表；

过程数据编组模块：向第二网络总线发送第一网络节点的物理地址和逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。

更进一步的，网关还包括激活指令信号采集模块，用于采集激活指令信号是否发生变化，所述逻辑地址计算模块在有激活指令信号变化时，被触发为重新映射计算逻辑地址表。

作为本发明的进一步优化，网关还包括配置数据有效性检查模块，用于检测第一网络节点配置位置信息的有效性，并在检测到配置位置信息有效时，触发物理地址计算模块重新映射计算物理地址表。

更进一步的，网关还包括稳态运行检测模块，用于检测激活指令信号是否发生变化和第一网络总线的组态结构是否发生变化，并在激活指令信号和第一网络总线的组态结构发生变化时，触发过程数据编组模块对下发到第二网络总线的数据进行锁存。

一种列车网络系统，包括上述网关。

以下将结合该网关和网关映射方法在列车TCN网络上的应用，来详细描述该网关的具体构成和网关映射方法的具体原理。其中，网关具体映射方法参考图3。

在列车TCN网络中，WTB总线相当于第一网络总线，MVB总线相当于第二网络总线。列车TCN网关作为两级总线连接转换的关键设备，具有WTB总线接口和MVB总线接口，通过WTB接口以TCN初运行机制建立WTB总线节点间的通信，实现与WTB总线上节点间的数据交互，通过MVB接口由中央控制单元(CCU)调度实现与MVB总线上的其它子设备间的数据交互。

在列车进行联挂、解联或者有WTB总线端节点丢失、WTB总线主节点故障或者冗余切换等有WTB总线组态发生变化的情况下都可以通过TCN初运行完成WTB总线组态，在初运行过程中随机产生一个WTB总线主并给每个WTB节点分配节点地址，并获取当前TCN网络的拓扑结构，建立WTB总线通信。在TCN初运行完成进入稳态后再依据TCN网关地址映射方法计算的地址将WTB总线上不同节点发送的数据进行存储并将其转发到MVB总线上供其它子设备接收使用。

TCN网关地址映射方法基于TCN初运行获得的节点地址数据信息以及每个WTB总线节点发送的节点所在车辆的编组编号、物理车辆位置信息以及联挂信号等关键配置数据信息进行地址映射计算，依据数据报文使用的方式以及不同种类的数据报文的用途，对每个节点发送的数据地址建立节点索引目录表并将节点索引目录表中的地址信息分别映射成节点索引、逻辑地址以及物理地址。TCN网关地址映射示意图2所示。

在发生TCN初运行后，由于WTB总线节点主的位置不同(主设备在初运行时随机产生)，导致WTB总线节点地址分配方式不同。在这种情况下，不方便直接使用WTB节点地址存储访问WTB总线上的数据(节点地址因非配方式不同是动态变化的)。为了使用固定的节点序列存储访问WTB总线上所有节点的数据，将WTB总线上的动态变化的节点地址映射成为固定存储序列的节点索引目录表，并用节点索引目录表中的节点索引来描述WTB总线上从底节点到顶节点方向上存在的各个节点发送的报文数据的相对位置。

MVB总线上不同的子设备如做整车网络系统逻辑控制的CCU、显示整车网络状态以及故障数据的诊断显示装置(HMI)、将列车数据实时发送到地面数据中心的无线传输装置(WTD)从网关接收全列车的数据时往往要区分出是WTB总线上哪个节点的数据，是以节点所在车辆的方式进行寻址，而不是直接使用节点地址进行寻址，这时需要按照规则对节点地址进行进一步的地址映射。根据数据报文性质及用途不同，对于用于显示的列车状态类报文数据，受到联挂方式以及钥匙信号的影响，对有钥匙信号占用的节点所在的编组往往需要显示为前编组，将节点地址映射成为逻辑地址并形成逻辑地址表，在联挂方式改变或者钥匙信号发生变化时逻辑地址也随着发生变化。对故障报警类报文数据需要判断出该类报文发送的列车实际位置，不受钥匙信号和联挂方式的影响，节点地址映射成实际的物理地址并形成物理地址表。

TCN网关具体包括以下功能单元。

数据交互模块：用于获取WTB总线的拓扑状态信息；具体的说，通过TCN初运行，每个节点会在WTB总线上发送自己的拓扑帧，并获取WTB总线各个节点拓扑状态信息，如底节点地址，顶节点地址，WTB总线上节点的数量等；除此之外，数据交互模块还可以执行数据锁存任务，具体说，WTB总线组态发生变化后，WTB总线暂时处于不稳态，在这一阶段TCN地址会发生变化，会先通过过程数据编组模块对发送到MVB总线上的数据进行锁存处理。

节点索引目录映射模块：用于计算WTB总线的节点索引目录表，以存储第一总线节点报文数据；具体的说，节点索引目录映射模块依据数据交互模块获取的初运行数据，计算节点索引目录表用于存储从WTB总线上接收到的报文数据。

数据采集模块：用于采集WTB总线节点的配置信息，所述配置信息包括节点位置信息和WTB总线各节点属性信息；具体说，为了便于配置信息的有序管理，数据采集模块采集配置信息后，将通过配置信息索引目录的方式存储索引信息。数据采集模块实时将每个节点所在车辆的配置数据信息，并更新到配置索引目录中，便于为其它模块提供实时有效的配置数据信息。

物理地址计算模块：基于节点位置信息将节点索引目录表映射成物理地址表，在列车TCN网络中，节点位置信息对应为物理车辆位置信息和物理车辆编组编号信息；物理地址计算模块通过读取配置索引目录表中的节点位置数据对WTB总线上的节点地址进行物理地址映射，将WTB总线上不同的节点地址映射成为物理地址供故障报警类数据使用。当某个WTB总线上的节点发生故障后，也能按照映射算法将故障节点所在的车辆的实际位置映射出来。

逻辑地址计算模块：基于节点属性信息将节点索引目录表映射成逻辑地址表，在列车TCN网络中，节点属性信息对应为司机室钥匙信号和车辆的联挂信号信息；具体的说，通过读取配置索引目录中的司机室钥匙信号和联挂信号数据对WTB总线节点地址进行逻辑映射，将不同的节点地址映射成为逻辑地址用于状态显示使用。当某个WTB总线上的节点发生故障后，也能按照映射算法将故障节点所在的车辆的逻辑位置映射出来。

头车信号采集模块：头车信号采集模块对应为激活指令信号采集模块，对于列车TCN网络，激活指令对应为司机室钥匙信号，头车信号采集模块实时采集各个节点所在的编组内司机室钥匙激活信号是否发生变化，并将该信息存储在头车信号索引目录中，供逻辑地址计算模块使用。通过判断头车信号索引目录中的数据是否发生变化，在变化时通过逻辑地址计算模块进行一次逻辑地址映射计算。

过程数据编组模块：向MVB总线发送WTB节点的物理地址和逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。具体说，过程数据编组模块根据WTB总线节点报文数据的类型向MVB总线发送逻辑地址或物理地址以及按照对应地址表存储的数据。根据WTB总线报文类型不同，对状态类报文按照逻辑地址存储并下发给MVB总线上的各个子设备，对故障报警类报文按照物理地址存储并下发给MVB总线上的各个子设备。

更进一步的，网关还包括激活指令信号采集模块，用于采集激活指令信号是否发生变化，所述逻辑地址计算模块在有激活指令信号变化时，被触发为重新映射计算逻辑地址表并根据新的地址表向MVB总线发送数据。

作为本发明的进一步优化，网关还包括配置数据有效性检查模块，用于检测WTB总线节点配置位置信息的有效性，并在检测到配置位置信息有效时，触发物理地址计算模块重新映射计算物理地址表。配置数据有效性检查模块：检查配置索引目录中编组编号是否有效，如两个编组的编组编号不一致检查，同一个编组的编组编号一致性检查；物理车辆位置信息有效性检查，联挂信号有效性检查等。

更进一步的，网关还包括稳态运行检测模块，用于检测激活指令信号是否发生变化和WTB总线的组态结构是否发生变化，并在激活指令信号和WTB总线的组态结构发生变化时，触发过程数据编组模块对下发到MVB总线的数据进行锁存。

更进一步的，作为辅助功能模块，网关还包括故障存储模块：存储记录报告各个模块中的异常故障；常规稳态运行模块：通过数据编组模块解锁TCN网关发送到MVB总线上的数据并实时通过头车信号采集模块实时判断WTB总线上头车信号是否发生变化以及WTB总线组态是否发生变化。

在上述网关地址映射过程中，完成逻辑地址映射后会进入常规稳态运行。在刚进入常规稳态运行时首先对发送到MVB总线上的数据解锁，通过计算得出的物理地址和逻辑地址对节点索引目录中的报文数据发送到MVB总线上。当检测若有WTB总线有TCN初运行发生，则返回进行数据交互，若是头车信号发生变化则返回进行逻辑地址的计算。在该步骤返回其它步骤进行处理时要通过数据编组模块先对发送到MVB总线上的数据进行锁存。

本发明针对WTB总线动态寻址产生的动态变化的节点地址提出的TCN地址映射方法，将动态变化的节点地址映射成便于网关程序访问的固定的WTB总线的节点索引表，再按照报文数据不同的用途划分成便于MVB总线上其它子设备直接访问的逻辑地址和物理地址。MVB总线上的子设备(如CCU，HMI以及WTD等)可以直接将按照逻辑地址映射方式发送过来的状态数据接收过来顺序在显示屏上显示出来，将按照物理地址映射方式发送过来的数据接收过来解析成对应实际车辆的故障或报警。在列车头车发生变化或者联挂方式发生变化后，按照物理地址发送给MVB总线上子设备的数据不受影响，子设备可以直接从MVB总线上按照同一规则接收过来使用即可，子设备使用接收过来的数据时无需对数据进行二次识别判断处理，且不受联挂方式的影响，有效的降低了子设备从TCN网关接收数据时还要对接收的数据进行二次识别处理的难度。当WTB总线上出现一个节点故障时，也能按照映射算法识别出故障节点所在车辆的逻辑位置和物理位置，便于快速定位到发生故障节点的位置。同时可以提高列车网络控制系统开发的可靠性和稳定性。

Claims (11)

1.网关地址映射方法，用于第一网络总线到第二网络总线的数据映射，所述第一网络总线包括多个第一网络节点，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取第一网络总线的拓扑状态信息及各第一网络节点的报文数据；

依据第一网络总线的拓扑状态信息计算节点索引目录表，所述节点索引目录表按节点顺序位置存储第一网络总线报文数据；

采集第一网络节点的配置信息，所述配置信息包括节点位置信息和第一网络总线各节点属性信息；

基于节点位置信息将节点索引目录表映射成物理地址表，基于节点属性信息将节点索引目录表映射成逻辑地址表；

网关向第二网络总线发送第一网络节点的物理地址和逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。

2.如权利要求1所述的网关地址映射方法，其特征在于，进一步包括以下步骤，建立配置索引目录，用于存储第一网络节点的配置信息。

3.如权利要求1所述的网关地址映射方法，其特征在于，所述第一网络节点的报文数据包括状态报文和故障报文，对状态报文，按照逻辑地址存储并下发给第二网络总线，对故障报文，按照物理地址存储并下发给第二网络总线。

4.如权利要求1所述的网关地址映射方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：检测激活指令信号是否有变化，并在激活指令信号发生变化后，重新映射计算逻辑地址表。

5.如权利要求1所述的网关地址映射方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：对配置索引目录的位置数据进行有效性检查，并根据有效的位置数据信息将节点索引目录表映射计算成物理地址表。

6.如权利要求1所述的网关地址映射方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：第一网络总线组态发生变化时，对第一网络总线发送到第二网络总线的数据进行锁存处理。

7.网关，其特征在于，包括：

数据交互模块：用于获取第一网络总线的拓扑状态信息；

节点索引目录映射模块：用于计算第一网络总线节点索引目录表，以存储第一总线节点报文数据；

数据采集模块：用于采集第一网络节点的配置信息，所述配置信息包括节点位置信息和第一网络总线各节点属性信息；

物理地址计算模块：基于节点位置信息将节点索引目录表映射成物理地址表；

逻辑地址计算模块：基于节点属性信息将节点索引目录表映射成逻辑地址表；

过程数据编组模块：向第二网络总线发送第一网络节点的物理地址和逻辑地址以及按照对应地址表存储的数据。

8.如权利要求7所述的网关，其特征在于，还包括激活指令信号采集模块，用于采集激活指令信号是否发生变化，所述逻辑地址计算模块在有激活指令信号变化时，被触发为重新映射计算逻辑地址表。

9.如权利要求7所述的网关，其特征在于，还包括配置数据有效性检查模块，用于检测第一网络节点配置位置信息的有效性，并在检测到配置位置信息有效时，触发物理地址计算模块重新映射计算物理地址表。

10.如权利要求7或8所述的网关，其特征在于，还包括稳态运行检测模块，用于检测激活指令信号是否发生变化和第一网络总线的组态结构是否发生变化，并在激活指令信号发生变化和第一网络总线的组态结构发生变化时，触发过程数据编组模块对下发到第二网络总线的数据进行锁存。

11.一种列车网络系统，其特征在于，包括权利要求7至10中任意一项所述的网关。