CN110247735B - 一种应用于轨道交通网络通信的编码和解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于轨道交通网络通信的编码和解码方法，包括：离线生成一份用于表示静态编码顺序并包含各种设备的设备标识符和设备状态的码位表；进行只传输设备状态的通信，根据码位表所表示的静态编码顺序对设备编码和解码。有效缩减数据包的长度。

Description

一种应用于轨道交通网络通信的编码和解码方法

技术领域

本发明涉及轨道交通通信领域，尤其涉及用于轨道交通网络通信的编码和解码方法。

背景技术

在铁路信号领域，广泛应用了基于UDP(用户数据报协议)/IP(互联网协议地址)协议的网络通信，由于OSI(开放式系统互联)协议在数据链路层以太网物理特性的限制，当单个数据包大于1472个字节时，将会在IP层进行分包，并在对端的IP层进行组包，但UDP协议是不可靠传输协议，当分片丢失导致重组失败，会导致UDP数据被丢弃，进而影响应用层对数据的使用。

在地铁信号系统轨旁子系统通信接口中，按原有通用的设备标识符(4个字节)和设备状态编码(一个字节)，编码后数据长度将会超过1400个字节，这时UDP通信的数据包，会在数据链路层被分包处理，不符合安全要求。因此需要控制数据包的长度在1400个字节内，并保护通信数据的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于轨道交通网络通信的编码和解码方法，有效缩减数据包的长度。

实现上述目的的技术方案是：

一种应用于轨道交通网络通信的编码和解码方法，包括：

离线生成一份用于表示静态编码顺序并包含各种设备的设备标识符和设备状态的码位表；

进行只传输设备状态的通信，根据码位表所表示的静态编码顺序对设备编码和解码。

优选的，对设备状态的编码采用状态防护编码，包括：

将每两位数据随机交叉组合生成四位数据；

选择码距为2的四位数据，将每四位数据随机交叉组合生成八位数据；

选择6组码距为4的八位数据作为有效的设备状态的编码。

本发明的有益效果是：本发明采用码位表，使通信数据包中不再传输两个字节的设备标识符(ID)，缩减了数据包的长度，节省了80％左右的数据。同时，采用状态防护编码技术，使发生随机故障时设备状态改变可以检测出的概率为97.7％。有效状态跃迁未检测出概率为10^(-12)，远低于SIL4安全等级要求，从而有效增加通信的效率和安全性。

附图说明

图1是本发明的应用于轨道交通网络通信的编码和解码方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

为了在两个通信子系统间安全的传输各种设备状态，通常我们需要传输设备标识符和设备状态。通信数据编码格式举例如下表1：

表1

通过下列公式计算总的字节数：

ΣN＝N1*(N(D1)+N(S1))+N(N1)+N2*(N(D2)+N(S2))+N(N2)+…+Nn*(N(Dn)+N(Sn))+N(Nn)

其中，ΣN：总的字节数；Nn：设备n的数量；Dn：设备n标识符的字节数；Sn：设备n的状态的字节数；N(x):字段x的字节数，x代表不同的字段。

当传输的设备种类和数量很多时，通过上面公式计算的总的字节数可能会超过1400个字节。

而本申请采用的通信数据编码格式举例如下表2：

表2

通过下列公式计算总的字节数：

ΣN＝N1*N(S1)+N2*N(S2)+…+Nn*N(Sn)

其中，ΣN：总的字节数；Nn：设备n的数量；Sn：设备n的状态的字节数；N(x):字段x的字节数，x代表不同的字段。

由于不传输设备标识符和设备数量，本发明设计了码位表技术来编码和解码数据。通过离线生成一份静态的各种设备的标识符和设备状态的码位表，在两个通信子系统中编码和解码时，分别按码位表中的设备含义编码和解码设备。码位表设计举例如下表3：

设备类型	设备标识符	设备状态
			道岔	1	道岔位置
道岔	1	道岔锁闭状态
			道岔	…	…
道岔	n	道岔位置
			道岔	n	道岔锁闭状态
信号机	1	信号机状态
			信号机	…	…
信号机	n	信号机状态
			…其他设备	…其他标识符	…其他状态

表3

采用本发明的方法后的总字节数占常规设计的百分比计算公式如下：

％p＝(N1*N(S1)+N2*N(S2)+…+Nn*N(Sn))/

(N1*(N(D1)+N(S1))+N(N1)+N2*(N(D2)+N(S2))+N(N2)+…+Nn*(N(Dn)+N(Sn))+N(Nn))。

例如：当n＝10，Nn＝50，N(Dn)＝4，N(Sn)＝1，N(Nn)＝2时，％p＝(50*1*10)/((50*(4+1)+2)*10)＝500/2520≈19.8％；从而大概节省了80.2％的数据。

参阅图1，本发明的应用于轨道交通网络通信的编码和解码方法，包括下列步骤：

步骤S1、离线生成一份用于表示静态编码顺序并包含各种设备的设备标识符和设备状态的码位表。使得通信数据包中不再传输两个字节的设备标志符。而采用排序算法生成数据静态的编码顺序。

步骤S2、进行只传输设备状态的通信，根据码位表所表示的静态编码顺序对设备编码和解码。

本发明对设备状态采用防护编码技术，使发生随机故障时设备状态改变被识别为无效值，会把设备状态导向为安全状态，满足故障安全原则。即：对设备状态的编码采用状态防护编码，包括：

1)将每两位数据随机交叉组合生成四位数据；

2)选择码距为2的四位数据，将每四位数据随机交叉组合生成八位数据；

3)选择6组码距为4的八位数据作为有效的设备状态的编码。

例如：本发明对设备状态的编码采用一个字节，且保证每个设备状态之间至少有4个位不同。编码的原则如下：

一个字节一共8位，每两位一组，共分为4组，这样只要保证每组有一位不同，这样组成8位数据就满足要求。两位数据的编码有00,01,10,11。

将每2位数据随机交叉的组合在一起生成4位的数据，如下：4位安全编码组码方式。

再将每4位数据交叉的组合为8位数据。当每4位数据中有两位不同，如1100,0011，再将每4位数据交叉的组合为8位数据也满足要求。如下：8位安全编码组码方式。

如此，其中一种满足条件的6个编码数值为00000000(0x00)，01010101(0x55)，10101010(0xaa)，11111111(0xff)，00110011(0x33)，11001100(0xcc)。

对于8位的数据编码，总共可以表示的状态有256个，采用本发明的编码方式只采用6个有效状态编码。

％Perror＝250/256≈97.7％

％Perror：检错能力。

对于6个有效状态编码，由于每个编码的码距为4。当通信时发生随机故障每一位状态改变的概率为p％.一种有效状态跃迁到另一种有效状态的概率计算公式为：

％Pjump＝p％*p％*p％*p％*(1-p％)*(1-p％)*(1-p％)*(1-p％)

％Pjump：一种有效状态跃迁到另一种有效状态的概率。

当p％为0.1％时，％Pjump≈0.1％*0.1％*0.1％*0.1％＝10^(-12)<10^(-8)。

SIL4安全等级的概率要求为<10^(-8)。

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 (1)

1.一种应用于轨道交通网络通信的编码和解码方法，其特征在于，包括：

离线生成一份用于表示静态编码顺序并包含各种设备的设备标识符和设备状态的码位表；

对设备状态的编码采用状态防护编码，包括：

将每两位数据随机交叉组合生成四位数据；

选择码距为2的四位数据，将每四位数据随机交叉组合生成八位数据；

选择6组码距为4的八位数据作为有效的设备状态的编码；

进行只传输设备状态的通信，根据码位表所表示的静态编码顺序对设备编码和解码。

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