CN110775099A - 一种列车中通信系统的集成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种列车中通信系统的集成方法，通过在列车的头车和中间车上各设置一个虚拟主机，且每个虚拟主机上均设置有至少两个内核，至少两个内核中的第一内核用于控制虚拟主机的运行，至少两个内核中除第一内核之外的第二内核分别用于加载不同车载通信系统所对应的功能，第一内核为至少两个内核中的任意一个内核，第二内核为所述至少两个内核中除第一内核之外的剩余内核。本发明实施例实现了将列车上的多个通信系统集成在虚拟主机上。
Description
技术领域
本发明涉及列车通信技术领域，尤其涉及一种列车中通信系统的集成方法。
背景技术
随着全自动无人驾驶列车技术应用越来越多，列车对信号系统和列车控制系统的需求也越来越多，这导致设备空间越来越小。传统技术中，列车级通信系统多且复杂，例如列车控制和管理系统(Train Control and Management System，TCMS)、火灾报警系统(Fire Alarm System，FAS)、公共广播通信系统以及供热通风与空气调节(Heating，Ventilation and Air Conditioning，HVAC)系统等，均需要分别安装在头车的紧凑空间内。并且，以往的各个列车级的系统车载插箱大小不一，3U-6U的插箱均有涉及，增大了机柜设计困难程度的同时，大幅占用了司机室的空间，而且使得司机室的机柜和接口间的走线显得多且杂乱。
同时，在通信协议上，这些列车级的子系统通信均由列车级通信总线之间传输，这导致不但有着较长的传输时延，而且会加剧总线上的传输负担，一旦总线连接或者网关出现故障，便会对整列车的通信产生较为严重的影响，甚至使驾驶系统宕机。
发明内容
本发明实施例提供一种列车中通信系统的集成方法，以实现列车中各个系统的集成，从而节省安装空间。
本发明实施例提供一种列车中通信系统的集成方法，包括：
在列车的头车和中间车上各设置一个虚拟主机；其中，
每个所述虚拟主机上均设置有至少两个内核，其中所述至少两个内核中的第一内核用于控制所述虚拟主机的运行，所述至少两个内核中除所述第一内核之外的第二内核分别用于加载不同车载通信系统所对应的功能，所述第一内核为所述至少两个内核中的任意一个内核，所述第二内核为所述至少两个内核中除所述第一内核之外的剩余内核。
可选地，所述虚拟主机上设置有四个内核。
可选地，针对所述头车上的虚拟主机，所述第二内核中的第一个内核用于加载列车自动驾驶ATO系统所对应的功能以及整车控制器VCU所对应的功能，第二个内核用于加载制动系统所对应的功能以及门控系统所对应的功能，第三个内核用于加载牵引系统所对应的功能、火灾报警系统FAS所对应的功能以及供热通风与空气调节HVAC系统所对应的功能。
可选地，针对所述中间车上的虚拟主机，所述第二内核中的第一个内核用于加载制动系统所对应的功能以及门控系统所对应的功能，第二个内核用于加载牵引系统所对应的功能以及HVAC系统所对应的功能，第三个内核用于加载用户服务功能。
可选地，所述虚拟主机上搭载有数字输入/输出模块，用于控制所述虚拟主机的信号输入和输出。
可选地，所述至少两个内核通过通信/数据共享层与列车的车辆级通信总线连接，用于传输所述车载通信系统所对应的通信数据。
可选地，所述虚拟主机通过预设设备驱动程序与列车上的硬件相连接。
可选地，所述头车和中间车上还各设置一个多媒体交互设备MMI，且每个MMI分别与相对应的虚拟主机相连接，以使用户通过所述MMI与所述虚拟主机进行交互。
本发明实施例提供的列车中通信系统的集成方法，通过在列车的头车和中间车上各设置一个虚拟主机，且每个虚拟主机上均设置有至少两个内核，至少两个内核中的第一内核用于控制虚拟主机的运行，至少两个内核中除第一内核之外的第二内核分别用于加载不同车载通信系统所对应的功能，第一内核为至少两个内核中的任意一个内核，第二内核为所述至少两个内核中除第一内核之外的剩余内核，实现了将列车上的多个通信系统集成在虚拟主机上，从而降低了各个通信系统之间信息传输的时延，并且实现了列车上多个通信系统在物理层面上的缩减，减少了设备之间的物理接口，节省了安装空间，避免了现有技术中将多个系统安装在列车内时，通信时延较大，占用空间较多且系统间走线杂乱的问题。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中虚拟主机的设置及加载功能示意图；
图2为本发明实施例中虚拟主机的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
随着全自动无人驾驶列车技术应用越来越多，列车对信号系统和列车控制系统的需求也越来越多，设备空间越来越小，为此，有必要将列车中TCMS系统及其他车辆信号子系统进行物理层面的缩减，同时将列车中的各个子系统进行进一步地集成，从而降低各个子系统之间信息传输的时延，同时减少系统设备相关之间的物理接口，节省安装空间。
针对上述需求，本发明在基于现有的技术方案上，利用多核虚拟机，将列车级通信系统集成到一台虚拟主机上，使得列车上司机室内的一台虚拟主机可以同时实现TCMS、FAS、HVAC和公共广播通信系统的功能，进而实现车载通信设备的集成化，从而能够使牵引车的设备占地面积缩减，车载通信设备间接口数目简化，能够节约成本，同时使各个车载子系统之间的通信时延大幅降低，从而使各个子系统之间的通信有着更为快速并且稳定的通信效果。具体的，下面对本发明进行具体介绍。
如图1所示，为本发明实施例中虚拟主机的示意图。在本发明实施例中，在列车的头车和中间车上各设置一个虚拟主机；其中，
每个所述虚拟主机上均设置有至少两个内核，其中所述至少两个内核中的第一内核用于控制所述虚拟主机的运行，所述至少两个内核中除所述第一内核之外的第二内核分别用于加载不同车载通信系统所对应的功能，所述第一内核为所述至少两个内核中的任意一个内核，所述第二内核为所述至少两个内核中除所述第一内核之外的剩余内核。
具体的，虚拟主机指主机虚拟化，即指在物理层面上的主机板上，使用软件创建一台虚拟主机，该虚拟主机的行为类似于带有操作系统的真实计算机，在虚拟主机上执行的软件与底层硬件资源相分离。
具体的，参见图1，假设虚拟主机中有四个内核，此时第一内核用于控制虚拟主机的运行，即可以将第一内核的功能看做为管理功能；此外，第二内核中的第一个内核、第二个内核和第三个内核可以分别用于加载不同车载通信系统所对应的功能，以实现对不同车载通信系统的集成。
此外，具体的，头车上的虚拟主机可以通过交换机(SWITCH)与头车上的以太网列车骨干节点(Ethernet Train Backbone Node，ETBN)连接，且头车上的ETBN可以通过列车骨干网络(Ethernet Train Backbone，EBT)相连接；此外，中间车上的虚拟主机同样连接有SWITCH，此时每个虚拟主机所连接的SWITCH可以通过以太网组成网络(Ethernet ConsistNetwork，ECN)相连接。
通过在列车的头车和中间车上各设置一个均包括至少两个内核的虚拟主机，且第一内核用于控制虚拟机的运行，除第一内核之外的作为第二内核的剩余内核分别用于加载不同车载通信系统所对应的功能，实现了将列车中各个车载通信系统集成在一起，从而使得列车内的占地面积进一步缩小，由助于实现全自动运行，与此同时，虚拟主机的设置降低了生成成本，同时使得各个信号通信子系统间的信号传输更为稳定和快捷，且将各个子系统采用不同的内核同时运行，方便后续软件上的拓展和延伸。
进一步地，继续参见图1，虚拟主机上可以设置有四个内核，即虚拟主机上可以设置有四个CPU。
此时，针对所述头车上的虚拟主机，所述第二内核中的第一个内核用于加载列车自动驾驶(Automatic Train Operation，ATO)系统所对应的功能以及整车控制器(Vehiclecontrol unit，VCU)所对应的功能，第二个内核用于加载制动系统所对应的功能以及门控系统所对应的功能，第三个内核用于加载牵引系统所对应的功能、火灾报警系统FAS所对应的功能以及供热通风与空气调节HVAC系统所对应的功能。
针对所述中间车上的虚拟主机，所述第二内核中的第一个内核用于加载制动系统所对应的功能以及门控系统所对应的功能，第二个内核用于加载牵引系统所对应的功能以及HVAC系统所对应的功能，第三个内核用于加载用户服务功能。
具体的，由于在列车中信号通讯系统(ATO或VCU)大多集成在头车上，此时，头车上虚拟主机第二内核中的第一个内核可以加载ATO系统和VCU所对应的功能，第二内核中的第二个内核加载制动系统和门控系统所对应的功能，第二内核中的第三个内核加载牵引系统、火灾报警系统和HVAC系统所对应的功能，当然在此需要说明的是，在此并不具体限定第一个内核、第二个内核和第三个内核所具体加载的功能，即第一个内核可以互换加载第二个内核所加载的功能。
此外，具体的，由于中间车不具备头车里拥有的ATO或VCU等信号系统，因此中间车上的虚拟主机所需要的内核数要少于头车所需要的内核数，此时中间车上的虚拟主机第二内核中的第一个内核可以加载制动系统和门控系统所对应的功能，第二内核中的第二个内核加载牵引系统和HVAC所对应的功能，第二内核中的第三个内核，即相对于头车多出来的内核可以用于拓展其他用户服务功能，例如乘客利用车载设备浏览网络的物联网功能等。当然，在此需要说明的是，第一个内核和第二个内核所加载的功能可以进行互换，即在此并不具体限定每个第二内核所加载的具体功能。
当然，还需要说明的是，本实施例中的通信系统并不限于上述中的各系统，即在各个第二内核上加载的功能还可以随着功能需求的增多而加以拓展。
此外，具体的，在经过CPU性能的大幅度发展以后，虚拟主机中的内核(CPU)运算性能已经达到了同时支持多个功能模块的要求，因此在虚拟主机中，每个内核可以加载多个系统所对应的功能，且加载的系统数量取决于子系统功能的复杂程度，从而避免了在设备主板上安装较多的CPU核。
另外，继续参见图1，虚拟主机上搭载有数字输入/输出模块(DI/DO模块)，用于控制虚拟主机的信号输入和输出，从而使得能够实现远端输入/输出模块(Remote Input/Output Module，RIOM)的功能，即能够承载通信共享层的功能，以达到车载通信的标准。
具体的，还可以在头车和中间车上还各设置一个多媒体交互设备(Multi MediaInterface，MMI)，且每个MMI分别与相对应的虚拟主机相连接，以使用户通过所述MMI与所述虚拟主机进行交互，从而使得用户能够通过MMI输入指令或者进行各内核的观测。
进一步地，参见图1和图2所示，具体的，所述至少两个内核通过通信/数据共享层与列车的车辆级通信总线连接，用于传输所述车载通信系统所对应的通信数据。
下面结合图2对虚拟主机的原理进行说明。
虚拟主机的关键技术在于，即使在同一台硬件、同一个操作系统上，运行着为多个用户打开的不同的服务器程式，也互不干扰。这就使得可以让各个车载通信系统的通信界面有着更好地可视性以及可操作性，并且不会因为对单一CPU所操作的子系统进行修改时，影响到整个虚拟主机的正常运行。
具体的，假设主机板上有四个内核，即主机板上有4个CPU，此时4个内核同时对应着不同的操作系统以及用户程序。例如，第一内核作为管理内核，可以对应着安全完整性等级(Safety Integrity Level，SIL)为SIL2的操作系统，第二内核由于用于加载功能，即可以作为用户内核，此时第二内核中的每个内核则可以对应着SIL0-2的操作系统以及用户程序，即应用程序1、应用程序2、应用程序3和应用程序4等，以实现通过该些操作系统和用户程序，完成相关功能的加载操作。这样，通过该四个内核，可以通过第一内核实现管理整个虚拟主机的运行，例如虚拟主机的启动和关机等，其他剩余内核，即第二内核可以对应地处理不同的车载通信系统所对应的功能，例如列车自动驾驶(Automatic Train Operation，ATO)、整车控制器(Vehicle control unit，VCU)、FAS和HVAC等系统。最后，该些内核通过通信/数据共享层将各个系统所对应的通信数据分别导出到车辆级通信总线上，以达到和各辆列车之间的通信。
此外，具体的，虚拟主机可以通过预设设备驱动程序与列车上的硬件相连接，即设备驱动程序可以根据系统需求实现设备驱动程序直通连接虚拟主机，将所有硬件资源提供给虚拟主机使用。此外，在此需要说明的是，虚拟主机完全由程序进行管理，即程序是通过CPU控制虚拟主机向列车的各个系统进行信号的接收和发送，从而达到控制列车行驶的目的。
需要说明的是，在虚拟主机集成化的同时，可以大幅降低各个模块之间的通信时延，这个是由于之前车载通信子系统之间的通信是经过车载通信总线(MVB)之间进行通信，即需要经过子系统的通信网关转发以及列车的通信总线之后才能收到系统之间传输的信号，这使得信号传输的时延大约在10～100ms。但是，经过虚拟主机集成化之后，这个通信过程会变成在主机板上各个内核(CPU)之间，即PCB电路板上面的物理走线间的通信，能够将通信时延降低至微秒级，从而实现更快、更为稳定的通信。此外，集成化之后，各个系统间的通信将不再进行MVB车载网络总线，能够使得MVB车载总线上的传输载量降低，从而降低总线上的信号传输负担，降低信号传输时丢失等风险。
另外，在将多个子系统集成到一块主机板上时，虚拟主机的多个内核能够利用之前的子系统操作界面(遗留操作系统和应用程序)，而不做任何更改，从而使得能够方便的进行系统各个模块的配置，并且可以让各个子系统在不同的平台(Linux、Windows、Andriod等)上使用。例如，可以利用包括多个内核的虚拟主机快速、简便、直观的对列车车载通信系统进行监控，使得在车载通信总线上传输的抽象信号有一个集成的、稳定的和便利的观测平台。另外，通过虚拟主机的观测平台，可以直观的观测到哪里的信号传输出现了问题，假如系统的某一模块出现信号传输问题(以车门为例)，则可以直接进入到该模块对应的内核所对应的管理界面，检测是哪列车厢的哪侧车门出现了哪些问题，从而可以进行针对性的测试和维护。与此同时，虚拟主机平台可以使得通信子系统之间，如CPU等硬件设备有着更充分的使用，也可以是使列车上的硬件较之前的硬件进行了一次升级，同时方便以后软件层面上的仿真以及调试，或者是为之后的功能扩展提供了一个更集成且方便的拓展途径。
这样，本实施例通过包括多个内核的虚拟主机，对列车中各个通信系统进行集成，使得头车的占地面积进一步缩小，从而给驾驶员提供了更宽敞便利的空间驾驶环境，有助于实现全自动运行；此外，多核的虚拟主机降低了生成成本，同时使得各个通信系统之间的信号传输更为稳定和快捷，将各个通信系统用不同的平台进行运行，方便了以后软件上的拓展和延伸。
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。
最后应说明的是：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 (8)
1.一种列车中通信系统的集成方法，其特征在于，包括：
在列车的头车和中间车上各设置一个虚拟主机；其中，
每个所述虚拟主机上均设置有至少两个内核，其中所述至少两个内核中的第一内核用于控制所述虚拟主机的运行，所述至少两个内核中除所述第一内核之外的第二内核分别用于加载不同车载通信系统所对应的功能，所述第一内核为所述至少两个内核中的任意一个内核，所述第二内核为所述至少两个内核中除所述第一内核之外的剩余内核。
2.根据权利要求1所述的列车中通信系统的集成方法，其特征在于，所述虚拟主机上设置有四个内核。
3.根据权利要求2所述的列车中通信系统的集成方法，其特征在于，针对所述头车上的虚拟主机，所述第二内核中的第一个内核用于加载列车自动驾驶ATO系统所对应的功能以及整车控制器VCU所对应的功能，第二个内核用于加载制动系统所对应的功能以及门控系统所对应的功能，第三个内核用于加载牵引系统所对应的功能、火灾报警系统FAS所对应的功能以及供热通风与空气调节HVAC系统所对应的功能。
4.根据权利要求2所述的列车中通信系统的集成方法，其特征在于，针对所述中间车上的虚拟主机，所述第二内核中的第一个内核用于加载制动系统所对应的功能以及门控系统所对应的功能，第二个内核用于加载牵引系统所对应的功能以及HVAC系统所对应的功能，第三个内核用于加载用户服务功能。
5.根据权利要求1所述的列车中通信系统的集成方法，其特征在于，所述虚拟主机上搭载有数字输入/输出模块，用于控制所述虚拟主机的信号输入和输出。
6.根据权利要求1所述的列车中通信系统的集成方法，其特征在于，所述至少两个内核通过通信/数据共享层与列车的车辆级通信总线连接，用于传输所述车载通信系统所对应的通信数据。
7.根据权利要求1所述的列车中通信系统的集成方法，其特征在于，所述虚拟主机通过预设设备驱动程序与列车上的硬件相连接。
8.根据权利要求1至7任一项所述的列车中通信系统的集成方法，其特征在于，所述头车和中间车上还各设置一个多媒体交互设备MMI，且每个MMI分别与相对应的虚拟主机相连接，以使用户通过所述MMI与所述虚拟主机进行交互。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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