CN110191027A - 一种ccu和mcu之间的通信错误诊断方法 - Google Patents

一种ccu和mcu之间的通信错误诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，包括：CCU通过日志缓存线程创建日志数据，并保存至第一日志服务器保存；通过检查第一日志服务器中的日志数据，诊断是否为CCU造成的通信丢失；DCS网络的网络出口和网络入口的交换机分别连接一个用于缓存日志的第二日志服务器；通过对比两个第二日志服务器中的日志数据是否一致，诊断是否为DCS网络造成的通信丢失；在MCU应用层和MCU系统接口层的接收端和发送端分别创建日志缓存区，当MCU应用层和MCU系统接口层接收或发送数据时，生成日志数据并存入相应的日志缓存区。本发明提高网络通信丢失诊断结果的正确性，并缩短分析问题所需的时间。

Description

一种CCU和MCU之间的通信错误诊断方法
技术领域
本发明涉及轨道交通通信技术领域，尤其涉及CCU和MCU之间的通信错误诊断方法。
背景技术
在实际的现场环境中，由于通信网络的复杂度日益提升，数据包丢失现象频繁发生。CCU(中央控制单元)和MCU(移动授权控制单元)之间由于报文数据量大，而且网络路径复杂，导致了一定频率的丢包。在地铁信号控制领域，MCU由于是定制硬件没有大的存储空间，因此无法做到存储下所有的网络报文。目前在发生通信中断时，一般是先确认CCU端的数据报文是否正常，因为CCU是运行在PC(计算机)机上的，可以缓存下很长一段时间内的网络数据。通过这一方法反推网络中其他节点是否正常收发数据，但是这一手段比较单一，在遇到较复杂的丢失通信情况时并不能解决问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，提高网络通信丢失诊断结果的正确性，并缩短分析问题所需的时间。
实现上述目的的技术方案是：
一种CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，CCU和MCU通过DCS(分布式控制系统)网络进行通信，所述通信错误诊断方法包括：
当CCU接收到来自MCU的数据，或者向MCU发送通信应答数据时，CCU通过日志缓存线程创建日志数据，并保存至第一日志服务器；
通过检查第一日志服务器中的日志数据，诊断是否为CCU造成的通信丢失；
将DCS网络的网络出口和网络入口的交换机分别连接一个用于缓存日志数据的第二日志服务器；
通过对比两个第二日志服务器中的日志数据是否一致，诊断是否为DCS网络造成的通信丢失；
在MCU应用层的接收端和发送端分别创建日志缓存区，当MCU应用层接收或发送数据时，生成日志数据并存入相应的日志缓存区；
当MCU应用层判断发生通信丢失时，将各日志缓存区中的日志数据输出到系统日志中，并清空日志缓存区；通过检查系统日志中的日志数据，诊断是否为MCU应用层造成的通信丢失；
在MCU系统接口层的接收端和发送端分别创建日志缓存区，当MCU系统接口层接收或发送数据时，生成日志数据并存入相应的日志缓存区；
当MCU应用层判断发生通信丢失时，MCU应用层调用MCU系统接口层的通信中断接口函数告知MCU系统接口层，MCU系统接口层将各日志缓存区中的日志数据输出到系统日志中，并清空日志缓存区；通过检查系统日志中的日志数据，诊断是否为MCU系统接口层造成的通信丢失。
优选的，当CCU接收到来自MCU的数据时，日志数据指：MCU的数据报文加上日志头，该日志头包括：MCU的ID和接收时间；
当CCU向MCU发送通信应答数据时，日志数据指：CCU的数据报文加上日志头，该日志头包括：MCU的ID和发送时间。
优选的，当确定DCS网络造成通信丢失后，给DCS网络中每个交换机都部署第二日志服务器，通过检查各第二日志服务器中日志数据来定位故障的交换机。
优选的，MCU应用层和MCU系统接口层的各日志缓存区的容量大小大于或等于通信中断周期两倍的数据包容量。
优选的，MCU应用层接收数据时，生成的日志数据指：CCU数据包加上日志头，该日志头包括：CCU数据包到达时间和CCU数据包校验结果；
MCU应用层发送数据时，生成的日志数据指：MCU数据包加上日志头，该日志头包括：MCU数据包发送时间和MCU的ID。
优选的，MCU系统接口层接收数据时，生成的日志数据指：CCU数据包加上日志头，该日志头包括：CCU数据包到达时间和CCU数据包校验结果；
MCU系统接口层发送数据时，生成的日志数据指：MCU数据包加上日志头，该日志头包括：MCU数据包发送时间和MCU的ID。
优选的，MCU应用层判断通信丢失的依据为：MCU在预定时间内没收到CCU的心跳查询帧，则MCU会判断通信丢失。
本发明的有益效果是：本发明通过在CCU、DCS和MCU侧分别增加缓存日志的手段，快速确定数据报文丢失发生在哪一个网络节点，从而提高网络通信丢失诊断结果的正确性，并缩短分析问题所需的时间。
附图说明
图1是本发明的CCU和MCU之间的通信错误诊断方法的流程图；
图2是MCU和CCU通信的网络架构图；
图3是MCU和CCU之间的通信时序图；
图4是本发明中CCU缓存来自MCU的报文的流程图；
图5是本发明中CCU缓存发送给MCU的报文的流程图；
图6是本发明中DSC网络缓存日志排查的示意图；
图7是MCU的软件结构示意图；
图8是本发明中MCU应用层缓存日志过程的示意图；
图9是本发明中MCU系统接口层输出缓存区日志的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
在实际的地铁信号控制系统中，一条地铁线会分成多个区，每个区的轨旁设备，移动授权计算以及联锁防护由一台MCU控制，所有的区的MCU由一个CCU负责发送命令。因此单独看MCU和CCU的通信网络如图2所示。
MCU和CCU之间通过交换机组成的DCS网络进行通信，一条地铁线只有一个CCU，对应多个MCU。在这样的架构下，当CCU上产生一条通信中断的报警时，可以很容易看到是与哪一个控区的MCU丢失通信，但是要进一步的分析通信丢失的原因还需要更多的信息。
MCU和CCU之间通过UDP(用户数据报协议)协议通信，MCU会作为通信开始的发起方，CCU会作为通信维护的应答方，它们之间的通信时序图如图3所示。在通信未建立时，MCU会首先向CCU发送通信建立请求帧，CCU收到通信请求后，判断通信可以建立，则会向MCU发送通信状态请求帧，MCU收到通信状态请求帧后，判断通信可以建立，并回复通信状态应答帧，至此一个完成的通信建立过程结束。后面CCU会定期发送心跳帧，也就是通信状态请求帧来维持通信，并监测当前的通信状态。
在信号系统运营，过程中，经常会发生通信MCU和CCU通信中断的故障，导致此故障的原因一般分为下面三种：
1)CCU端没有接收到数据包或者没有发送相应的数据包。
2)DCS网络中交换机工作不稳定导致网络数据包的延迟或者丢失。
3)MCU端没有收到数据包或者没有及时发送相应的数据包。
请参阅图1，本发明的CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，包括下列步骤：
步骤S1，诊断CCU造成的通信丢失：当CCU接收到来自MCU的数据，或者给MCU发送通信应答数据时，CCU通过日志缓存线程创建日志数据，并发送给第一日志服务器保存。然后通过检查第一日志服务器中的日志数据，诊断是否CCU造成的通信丢失。
为了监测CCU端是存在通信故障，我们可以在CCU的通信增加监测模块，将CCU端发送或者接收到的所有数据保存起来，这样在通信问题发生后可以迅速找出相关时间段的通信数据日志。在CCU端数据发送模块增加一个线程，在CCU每次准备向DCS网络发送数据包时，同时复制一份发送给第一日志服务器。在CCU端的数据接收模块增加一个线程，CCU接收到来自MCU的数据包时，也复制一份发送给第一日志服务器。具体如图4，每当CCU接收到来自MCU的数据时，CCU将创建一个线程：日志缓存线程，此线程会给MCU的数据报文加上缓存日志头，日志头包括两部分：MCU的ID和接收时间。当日志缓存线程创建日志数据完成后，立即把日志数据发送给第一日志服务器保存起来。实际应用中，第一日志服务器的硬盘空间应在1TB以上，这样日志数据的保存时间能达到1年以上。
如图5所示，每当CCU准备给MCU的发送通信应答数据时，CCU将创建一个线程：日志缓存线程，此线程会给CCU的数据报文加上缓存日志头，日志头包括两部分：MCU的ID和发送时间。当日志缓存线程创建日志数据完成后，立即把日志数据发送给第一日志服务器保存起来。
步骤S2，诊断DCS网络造成的通信丢失：由于DCS网络中的交换机数量众多，为了确定整体网络环境是否可靠，可以在DCS网络的出口和入口两处分别部署第二日志服务器，如图6所示。第二日志服务器通过网线与出口和入口的交换机网络映射口直连，这样当通信丢失故障发生后，可以通过对比两个第二日志服务器中的日志数据是否一致，诊断是否DCS网络造成的通信丢失。如果两者的数据不一致则说明，DCS的内部网络交换机出现了异常，需要进一步定位网络路径上的每一台交换机，这一部分工作可以继续使用部署第二日志服务器的方法慢慢排查，即：通过检查各第二日志服务器中日志数据来定位故障的交换机。
步骤S3，诊断MCU造成的通信丢失：
在MCU应用层的接收端和发送端分别创建日志缓存区，当MCU应用层接收或发送数据时，生成日志数据并存入相应的日志缓存区。当MCU应用层判断发生通信丢失时，将各日志缓存区中的日志数据输出到系统日志中，并清空日志缓存区。通过检查系统日志中的日志数据，诊断是否MCU应用层造成的通信丢失。
在MCU系统接口层的接收端和发送端分别创建日志缓存区，当MCU系统接口层接收或发送数据时，生成日志数据并存入相应的日志缓存区。当MCU应用层判断发生通信丢失时，MCU应用层调用MCU系统接口层的通信中断接口函数告知MCU系统接口层，MCU系统接口层将各日志缓存区中的日志数据输出到系统日志中，并清空日志缓存区。通过检查系统日志中的日志数据，诊断是否MCU系统接口层造成的通信丢失。
具体地，MCU作为实时的安全系统，由于硬件性能的限制以及本身的响应时间的限制，MCU的执行周期为100ms，因此不能再使用全部缓存日志的办法保存所有和CCU的数据报文。那么考虑在MCU的应用层和系统平台层面增加通信缓存机制，来排查导致报文丢失的原因。如图7所示，MCU的软件结构示意图。MCU应用层通过系统接口层使用linux内核的服务，那么通信数据包需要在MCU应用层和系统接口层两个模块中进行定位。
MCU应用层接收端的日志缓存过程如下：
MCU应用层的接收端接收到CCU的数据报文时，MCU将接收CCU发送的心跳查询帧，如果预设时间内没收到CCU的心跳查询帧，则MCU会判断通信丢失。那么考虑在MCU内部创建一个临时的日志缓存区，日志缓存区的大小可以根据实际的硬件限制决定，但一般建议使用通信中断周期两倍以上的数据包容量。例如：如果通信终端周期为T＝3s，心跳查询帧的发送周期在Ts＝500ms，最大的数据包容量C＝200Byte，那么缓冲区的大小BufferCapacity＝(T*2/Ts)*C＝(3s*2/500ms)*200B＝2.4KB。
当MCU应用层收到CCU报文时，首先进行内部的数据有效性检查，检查内容如下：1)CRC校验码检查；2)应用层数据校验检查；3)消息类型检查；4)消息长度检查；5)时间戳检查；6)消息序列号检查。
检查完成后将检查结果和消息到达时间以及消息内容组成一个整体报文保存到缓存队列之中。即：MCU应用层接收数据时，生成的日志数据指：CCU数据包加上日志头，该日志头包括：CCU数据包到达时间和CCU数据包校验结果。
MCU在接收到CCU数据时，如图8所示将日志缓存到日志缓存区中。当MCU应用层判断发生通信丢失时，立即将缓存区中的数据输出到系统日志中，并清空日志缓存区。
MCU应用层发送端与MCU应用层接收端的日志缓存过程一致。只是MCU应用层发送数据时，生成的日志数据指：MCU数据包加上日志头，该日志头包括：MCU数据包发送时间和MCU的ID。
MCU系统接口层的发送端和接收端的日志缓存过程，与MCU应用层接收端一致。MCU系统接口层和MCU应用层不同的地方在于：系统接口层并不知晓MCU与CCU的通信是否中断，因此MCU系统接口层缓存区的数据并不会在通信中断时自动保存到系统日志当中。为了解决这一问题，需要在MCU系统接口层加上通信中断接口函数，当MCU应用层判断通信中断时调用通信中断接口函数来告知MCU系统接口层，将MCU系统接口层缓存的通信数据输出到系统日志之中。如图9所示。MCU系统接口层接收数据时，生成的日志数据指：CCU数据包加上日志头，该日志头包括：CCU数据包到达时间和CCU数据包校验结果。MCU系统接口层发送数据时，生成的日志数据指：MCU数据包加上日志头，该日志头包括：MCU数据包发送时间和MCU的ID。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，CCU和MCU通过DCS网络进行通信，其特征在于，所述通信错误诊断方法包括：
当CCU接收到来自MCU的数据，或者向MCU发送通信应答数据时，CCU通过日志缓存线程创建日志数据，并保存至第一日志服务器；
通过检查第一日志服务器中的日志数据，诊断是否为CCU造成的通信丢失；
将DCS网络的网络出口和网络入口的交换机分别连接一个用于缓存日志数据的第二日志服务器；
通过对比两个第二日志服务器中的日志数据是否一致，诊断是否为DCS网络造成的通信丢失；
在MCU应用层的接收端和发送端分别创建日志缓存区，当MCU应用层接收或发送数据时，生成日志数据并存入相应的日志缓存区；
当MCU应用层判断发生通信丢失时，将各日志缓存区中的日志数据输出到系统日志中，并清空日志缓存区；通过检查系统日志中的日志数据，诊断是否为MCU应用层造成的通信丢失；
在MCU系统接口层的接收端和发送端分别创建日志缓存区，当MCU系统接口层接收或发送数据时，生成日志数据并存入相应的日志缓存区；
当MCU应用层判断发生通信丢失时，MCU应用层调用MCU系统接口层的通信中断接口函数告知MCU系统接口层，MCU系统接口层将各日志缓存区中的日志数据输出到系统日志中，并清空日志缓存区；通过检查系统日志中的日志数据，诊断是否为MCU系统接口层造成的通信丢失。
2.根据权利要求1所述的CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，其特征在于，当CCU接收到来自MCU的数据时，日志数据指：MCU的数据报文加上日志头，该日志头包括：MCU的ID和接收时间；
当CCU向MCU发送通信应答数据时，日志数据指：CCU的数据报文加上日志头，该日志头包括：MCU的ID和发送时间。
3.根据权利要求1所述的CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，其特征在于，当确定DCS网络造成通信丢失后，给DCS网络中每个交换机都部署第二日志服务器，通过检查各第二日志服务器中日志数据来定位故障的交换机。
4.根据权利要求1所述的CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，其特征在于，MCU应用层和MCU系统接口层的各日志缓存区的容量大小大于或等于通信中断周期两倍的数据包容量。
5.根据权利要求1所述的CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，其特征在于，MCU应用层接收数据时，生成的日志数据指：CCU数据包加上日志头，该日志头包括：CCU数据包到达时间和CCU数据包校验结果；
MCU应用层发送数据时，生成的日志数据指：MCU数据包加上日志头，该日志头包括：MCU数据包发送时间和MCU的ID。
6.根据权利要求1所述的CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，其特征在于，MCU系统接口层接收数据时，生成的日志数据指：CCU数据包加上日志头，该日志头包括：CCU数据包到达时间和CCU数据包校验结果；
MCU系统接口层发送数据时，生成的日志数据指：MCU数据包加上日志头，该日志头包括：MCU数据包发送时间和MCU的ID。
7.根据权利要求1所述的CCU和MCU之间的通信错误诊断方法，其特征在于，MCU应用层判断通信丢失的依据为：MCU在预定时间内没收到CCU的心跳查询帧，则MCU会判断通信丢失。
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