CN110877628B - 一种列车冗余通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种列车冗余通信系统，包括：互为冗余的至少两个主控单元，与每个主控单元均相连的设备组；主控单元包括主处理器和协处理器，主控单元的主处理器用于与设备组、其他主处理器进行通信得到通信数据；每个主控单元的协处理器用于根据本主控单元的主处理器的运行状态及通信数据，确定设备组的控制主和控制备用主。可见，在本方案中，在主控单元中添加了用于监视和诊断的协处理器，对主处理器的运行状态及通信数据综合决定设备组的控制主，从而从多角度实现了对设备组主权的切换，能及时发现数据传输中的故障，及时切换主控单元的控制主权，从保证网络控制系统的安全性；本发明还公开了一种列车冗余通信方法，同样能实现上述技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及冗余框架技术领域，更具体地说，涉及一种列车冗余通信系统及方法。
背景技术
目前，网络控制系统是高速列车、机车、城市轨道交通车辆的核心“神经系统”，其主控单元除了实现整车的控制、状态监视、故障诊断等功能外，还需要提供集车内外信息显示、播音对讲、视频监控于一体的在途服务与集列车运行安全状态感知、远程数据传输、旅客信息服务于一体的运营管理服务。这往往需要多种通信机制与主控单元配合完成，如采用MVB(Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线)实现列车牵引和制动等关键指令的传送、采用以太网对视频监控、旅客信息服务等高带宽数据进行传输、采用RS485与终端IO设备通信等。
随着轨道交通列车控制与服务业务的多样化发展，列车通信网络对控制系统的可信性和可靠性等安全性要求不断提升。为满足需求，最直接有效的方法是对网络控制系统采用主控单元冗余技术。传统的主控冗余方案一般是在单通信机制下实现1oo2(two outof two，1取2)的冗余架构，如基于MVB主备冗余的控制网络。这种方案只能依据主控单元是否正常工作来决定是否进行主权的切换，这种切换方式较为单一，而在正常的数据通信过程中，主控单元与设备之间通信是否正常，不仅仅与主控单元的状态决定。
因此，如何及时发现数据传输中的故障，及时切换主控单元的控制主权，从保证网络控制系统的安全性，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种列车冗余通信系统及方法，以实现及时发现数据传输中的故障，及时切换主控单元的控制主权，从保证网络控制系统的安全性。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种列车冗余通信系统，包括：
互为冗余的至少两个主控单元，以及与每个主控单元均相连的设备组；
其中，每个主控单元均包括主处理器和协处理器，每个主控单元的主处理器用于与设备组、其他主处理器进行通信，得到通信数据；每个主控单元的协处理器用于根据本主控单元的主处理器运行状态及通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主；所述控制主用于对设备组进行控制管理。
其中，所述设备组的数量为N个，N个设备组通过N种通信机制的通信介质与每个主控单元的主处理器进行通信，构成N个子网；其中，N为大于1的正整数。
其中，在每个控制周期内，设备组、与设备组对应的控制主和与设备组对应的控制备用主之间按照预定的通信顺序，以广播的形式发送通信数据；其中，所述通信数据包括：控制主广播的主数据帧、控制备用主广播的备主数据帧、设备组广播的设备数据帧。
其中，所述主数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份、请求数据、控制数据和状态数据；所述备主数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份、响应数据和状态数据；所述设备数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份和响应数据；
其中，状态数据为：广播主数据帧/备主数据帧的主处理器对所有通信介质的控制身份的故障状态。
一种列车冗余通信方法，基于列车冗余通信系统，所述列车冗余通信系统包括互为冗余的至少两个主控单元，以及与每个主控单元均相连的设备组；所述主控单元包括主处理器和协处理器；所述列车冗余通信方法包括：
协处理器获取主处理器的运行状态和通信数据；所述通信数据为主处理器与设备组、其他主处理器的通信数据；
协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主；所述控制主用于对设备组进行控制管理。
其中，所述设备组的数量为N个，N个设备组通过N种通信机制的通信介质与每个主控单元的主处理器进行通信，构成N个子网；其中，N为大于1的正整数。
其中，所述通信数据的生成方法包括：
在每个控制周期内，设备组、与设备组对应的控制主和与设备组对应的控制备用主之间按照预定的通信顺序，以广播的形式发送通信数据；
其中，所述通信数据包括：控制主广播的主数据帧、控制备用主广播的备主数据帧、设备组广播的设备数据帧。
其中，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在初始化阶段，若与协处理器对应的主处理器的运行状态为正常状态，则协处理器将主处理器设置控制备用主；
随机延迟预定时长后，若未检测到主数据帧，则协处理器将主处理器设置为控制主，并广播主数据帧；每个主处理器延迟的预定时长均不相同。
其中，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在每个控制周期内，第一协处理器判断在第一通信介质上，第一主处理器与对应的第一设备组的通信状态是否正常；其中，所述通信状态为正常包括：第一主处理器与第一设备组的通信未中断且第一主处理器未运行故障；
若不正常，则向第一通信介质所在的子网内广播第一主处理器的故障状态；
判断第一主处理器是否是第一通信介质的控制主；
若是，则将第一主处理器设置为控制备用主，并将携带第一主处理器为控制备用主、以及设置控制备用主为控制主的备主数据帧广播至第一主处理器所在的子网。
其中，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在每个控制周期内，第二协处理器判断在第二通信介质上，是否存在与第二主处理器通信中断的目标主处理器；
若存在，则判断第二主处理器是否能通过其他通信介质与其他主处理器通信；若不能，则将第二主处理器设置为所有子网的控制主；若能通过其他通信介质与其他主处理器通信，则判断第二主处理器是否为控制主；
若是，则选定除所述第二通信介质之外的其他正常通信的通信介质，通过正常通信的通信介质中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，确定目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态；
若否，则选定除所述第二通信介质之外的其他正常通信的通信介质，通过正常通信的通信介质中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，判断目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态是否正常；若不正常，则判断所述目标主处理器是否为控制主；
若是，则将所述第二主处理器设置为控制主；其中，通信状态为正常包括：所述第二介质上的控制主与第二设备组的通信未中断且所述第二介质上的控制主未运行故障。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种列车冗余通信系统，包括：互为冗余的至少两个主控单元，以及与每个主控单元均相连的设备组；其中，每个主控单元均包括主处理器和协处理器，每个主控单元的主处理器用于与设备组、其他主处理器进行通信，得到通信数据；每个主控单元的协处理器用于根据本主控单元的主处理器运行状态及通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主；所述控制主用于对设备组进行控制管理。
可见，在本方案中，在主控单元中添加了用于监视和诊断的协处理器，协处理器通过对主处理器的运行状态及通信数据，综合决定设备组的控制主，从而从多角度实现了对设备组主权的切换，能及时发现数据传输中的故障，及时切换主控单元的控制主权，从保证网络控制系统的安全性；本发明还公开了一种列车冗余通信方法，同样能实现上述技术效果。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例公开的一种列车冗余通信系统结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种多通信机制下的列车冗余通信系统结构示意图；
图3a为本发明实施例公开的控制主广播的主数据帧格式示意图；
图3b为本发明实施例公开的控制备用主广播的备主数据帧格式示意图；
图3c为本发明实施例公开的设备组广播的设备数据帧格式示意图；
图4为本发明实施例公开的控制周期内通信示意图；
图5为本发明实施例公开的初始化过程中设备主权确定方法流程示意图；
图6为本发明实施例公开的协处理器根据运行状态及通信数据确定控制主和控制备用主的两种情况；
图7为本发明实施例公开的一种列车冗余通信方法流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例公开了一种列车冗余通信系统及方法，以实现及时发现数据传输中的故障，及时切换主控单元的控制主权，从保证网络控制系统的安全性。
本发明实施例提供的一种列车冗余通信系统，包括：
互为冗余的至少两个主控单元，以及与每个主控单元均相连的设备组；
其中，每个主控单元均包括主处理器和协处理器，每个主控单元的主处理器用于与设备组、其他主处理器进行通信，得到通信数据；每个主控单元的协处理器用于根据本主控单元的主处理器运行状态及通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主；所述控制主用于对设备组进行控制管理。
具体的，本方案在传统的1oo2冗余架构的基础上，对双主控单元的CPU分别采用一个协处理器进行监视和诊断，形成1oo2D(two out of two with Diagnosis，1取2带诊断)的冗余架构；参见图1，为本实施例提供的一种列车冗余通信系统，在本系统中，主控单元的数量大于两个，但在本实施例中，以主控单元的数量为两个为例进行描述，即本实施例中的主控单元包括：主控单元A和主控单元B，主控单元A包括协处理器A和主处理器A，主控单元B包括协处理器B和主处理器B；在本系统中，每个设备组中设备的数量可依据实际情况来确定，参见图1，以设备Di表示本方案中的设备组，该设备Di可以通过通信机制的通信介质Mi与主处理器A和主处理器B通信，生成通信数据，主处理器A、主处理器B和设备Di组成一个子网。
可以理解的是，该设备Di可扩展至多个设备Di1、Di2、…、Dik(k≥2)同时接入该子网，设备组中每个设备的主权确定方式均相同，均需要通过协处理器根据主处理器的运行状态和主处理器与设备的运行状态确定。需要说明的是，针对每一个主控单元，均有其各自的通信数据，每个主控单元中的协处理器，根据本主控单元内的主处理器的运行状态和通信数据，来决定设备的控制权，具有控制权的主处理器为控制主，否则为控制备用主。
例如图1所示：主处理器A和主处理器B和设备Di进行通信，如果主处理器A为控制主，主处理器B为控制备用主，这时主处理器A中存在一份与主处理器B和设备Di的通信数据，主处理器B中同样存在一份主处理器A与主处理器B和设备Di的通信数据。协处理器A会根据主处理器A的运行状态和通信数据来判断主处理器A是否正常通信，如果不能通信，则将控制权转移至主处理器B，同理，协处理器B的诊断过程和协处理器A的诊断过程类似。总的来说，权限转移规则为：若根据运行状态和通信数据判定控制主不能正常通信，则转移控制权，将控制备用主设置为控制主，将控制主设置为备用控制主。需要说明的是，在本方案中的正常通信是指：主处理器没有运行故障，且主处理器与设备或者其他处理器的通信未中断。
可以看出，本方案在主控单元中添加了用于监视和诊断的协处理器，协处理器通过对主处理器的运行状态及通信数据，综合决定设备组的控制主，从而从多角度实现了对设备组主权的切换，能及时发现数据传输中的故障，及时切换主控单元的控制主权，从保证网络控制系统的安全性。
基于上述实施例，在本实施例中，设备组的数量为N个，N个设备组通过N种通信机制的通信介质与每个主控单元的主处理器进行通信，构成N个子网；其中，N为大于1的正整数。
具体的，参见图2，为本实施例提供的一种多通信机制下的列车冗余通信系统，在该冗余架构中，同样包含2个主控单元：主控单元A和主控单元B，主控单元A包含主处理器A和协处理器A，主控单元B包含主处理器B和协处理器B。由于本方案中的设备组的数量为大于1个，因此，本方案的冗余架构可实现多通信机制的冗余。协处理器A、B分别对主处理器A、B的运行状态及与每个设备的通信数据进行监视和诊断，从而在通信过程中动态的切换设备的控制权。
通过图2可以看出，每个主控单元的主处理器同时通过n(n≥2)种通信机制的通信介质M1、M2、…、Mn分别与设备D1、D2、…、Dn进行数据交互，实现对各设备的控制管理。通信介质Mi(i＝1、2、…、n)实现主控单元A、主控单元B与设备Di互联，独立组网。
在该冗余架构中，每个主处理器及设备均需要拥有一个系统内唯一的设备地址，例如：图2中的主处理器A、主处理器B和设备D1、D2、…、Dn都必须拥有一个系统内唯一的设备地址；在同一时刻，只有一个主控单元为通信介质M1、M2、…、Mn的控制主，其他为对应通信介质的控制备用主。并且，本方案中每个通信介质的控制主相互独立，也就是说每个子网的控制主不必完全一致，可在系统初始化时随机设定每个通信介质的控制权，也可以根据预先设定的每种通信介质的控制主，实现对设备的管理。例如：通信介质M1的控制主为主控单元A，那么通信介质M2的控制主为主控单元B。
可以看出，本方案不使所有通信介质的控制主权被分配给同一个主处理器，在实现冗余的同时又均衡双主处理器的负荷，提升了整个架构的任务处理效率，进而这种多通信机制下1oo2D双主控单元冗余架构，可有效提高主处理器的通信和处理数据的可信度以及控制数据的可靠性，使设备控制的安全等级达到SIL 2级以上。
基于上述实施例，在本实施例中，在每个控制周期内，设备组、与设备组对应的控制主和与设备组对应的控制备用主之间按照预定的通信顺序，以广播的形式发送通信数据；其中，通信数据包括：控制主广播的主数据帧、控制备用主广播的备主数据帧、设备组广播的设备数据帧。
其中，所述主数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份、请求数据、控制数据和状态数据；所述备主数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份、响应数据和状态数据；所述设备数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份和响应数据；
状态数据为：广播主数据帧/备主数据帧的主处理器对所有通信介质的控制身份的故障状态。
在本实施例中，在通信介质Mi所在的子网上，通信介质控制主、通信介质控制备用主和设备Di均以广播的形式发送数据，即正常情况下其中的一个设备发送数据，余下的设备都能接收到该数据；在本实施例中，通信数据包括：控制主广播的主数据帧、控制备用主广播的备主数据帧、设备组广播的设备数据帧；参见图3a，为本实施例提供的控制主广播的主数据帧格式示意图，参见图3b，为本实施例提供的控制备用主广播的备主数据帧格式示意图，参见图3c，为本实施例提供的设备组广播的设备数据帧格式示意图。
具体来说，图中的VTSG为生命信号，用来表征发送帧的可靠性状态，DVAD为自身设备的设备地址，DVID为设备身份(代表控制主、控制备用主或设备Di)，RQDT为请求数据，RPDT为响应数据，CLDT为控制数据，STDT为状态数据，各数据的字节长度可根据实际使用情况定义。其中：
1)在图3a的主数据帧中，通过RQDT对设备Di或通信介质的控制备用主请求数据，通过CLDT对设备Di发送控制指令或对通信介质的控制备用主要求是否进行主权转移，通过STDT对外发送其所在控制单元主处理器对所有通信介质(M1、M2、…、Mn)的控制身份和故障状态；
2)在图3b的备主数据帧中，通过RQDT响应通信介质控制主的相应请求，通过STDT对外发送其所在控制单元主处理器对所有通信介质(M1、M2、…、Mn)的控制身份和故障状态；
3)在图3c的设备数据帧中，通过RQDT响应通信介质的控制主的相应请求。
需要说明的是，在通信介质Mi所在的子网上，每个控制周期内，设备组、与设备组对应的控制主和与设备组对应的控制备用主之间按照预定的通信顺序发送通信数据。
在本实施例中，设定控制周期为Ti，参见图4，为本实施例中提供的控制周期内通信示意图；通过该图可以看出，预先设定的通信顺序为：在控制周期内，控制主向设备Di发送一个请求帧，该数据帧参照图3a的帧格式，该请求帧携带了状态数据、和对设备Di的控制数据和请求数据；设备Di接收到控制主发送的请求帧后，向控制主回复一个携带了响应上述控制数据和请求数据的响应帧，该响应帧参照图3c的帧格式，需要说明的是，设备Di不响应通信介质控制主发送的状态数据。
紧接着，控制主向控制备用主发送一个请求帧，该请求帧参照图3a的帧格式，该请求帧携带了状态数据、和对控制备用主的控制数据和请求数据；控制备用主接收到该请求帧后，向控制主发送上述控制数据和请求数据的响应帧，该响应帧参见图3b的帧格式；需要说明的是，由于控制主、控制备用主和设备之间通过广播形式发送数据，因此控制备用主发送的数据设备也会收到，但是设备Di不响应控制备用主发送的所有数据；同样的，由于控制备用主能接收到控制主和设备之间的所有数据，因此可通过该数据监视控制主和设备之间的通信状态。在这个过程中，每个控制周期内，控制主的请求帧与对应的响应帧成对依次出现，只有上一个请求帧被响应，才能发送下一个请求帧，否则处理为异常状态。
基于上述任意实施例，在本实施例中，在初始化阶段，若与协处理器对应的主处理器的运行状态为正常状态，则协处理器将主处理器设置控制备用主；随机延迟预定时长后，若未检测到主数据帧，则协处理器将主处理器设置为控制主，并广播主数据帧；每个主处理器延迟的预定时长均不相同。
参见图5，为本实施例提供的初始化过程中设备主权确定方法流程示意图；通过该图可以看出，系统上电自检后，将每个主处理器初始化为各通信介质的控制备用主，针对某一通信介质Mi，在未检测到控制主数据帧的情况下，随机延迟一小段时间tri(ms级)，若仍未检测到控制主发送的主数据帧，则将自身升级为通信介质Mi的控制主。由于两个主处理器对同一通信介质Mi主帧检测的随机延迟时间几乎不能一样，大概率避免了抢控制主的发生。当然，如若在极端情况下发生了两个主处理器对某一通信介质Mi抢控制主的情况，则强制分配控制主和控制备主，例如：若主处理器A和主处理器B抢主，则强制将主处理器A、主处理器B分别设置为通信介质Mi的控制主和控制备主。
可以看出，本方案在初始上电时，在主控单元主权的分配策略中的随机性延时，可不使所有通信介质的控制主权被分配给同一个主处理器，在实现冗余的同时又均衡双主处理器的负荷，提升了整个架构的任务处理效率。
需要说明的是，协处理器的作用是不断监视和诊断主处理器运行状态及与每个设备的通信数据，反馈故障状态，从而切换控制主和控制备用主；并且，本方案通过多通信机制通道冗余的优势，进行主备之间的冗余监视，结合部分强制主权分配策略，进一步提升了设备控制的安全性。
参见图6，本实施例公开了协处理器根据运行状态及通信数据确定控制主和控制备用主的两种情况：
情况一：在每个控制周期内，第一协处理器判断在第一通信介质上，第一主处理器与对应的第一设备组的通信状态是否正常；其中，所述通信状态为正常包括：第一主处理器与第一设备组的通信未中断且第一主处理器未运行故障；若不正常，则向第一通信介质所在的子网内广播第一主处理器的故障状态；
判断第一主处理器是否是第一通信介质的控制主；
若是，则将第一主处理器设置为控制备用主，并将携带第一主处理器为控制备用主、以及设置控制备用主为控制主的备主数据帧广播至第一主处理器所在的子网。
具体的，在本实施例中，情况一的处理流程可以是单独执行的，也可以是首先判断在第一通信介质上，控制主与控制备主是否通信中断，如果没有通信中断，则执行情况一所述的处理流程，如果存在通信中断，则继续处理下述情况二的处理流程。在本实施例中，第一协处理器和第一主处理器是属于同一主控单元，第一主处理器通过第一通信介质与第一设备组通信，第一主处理器、第一设备组、以及通过第一通信介质互联的其他主处理器构成第一通信介质的子网。如果第一主处理器与第一设备组的通信未中断且第一主处理器未运行故障，则说明第一主处理器是处于正常通信状态，否则，则说明是第一主处理器与第一设备组通信状态不正常，这时需要第一主处理器向所在的子网内广播第一主处理器的故障状态；进一步的，如果第一主处理器为控制主，这时需要将控制主降级为控制备用主，并发送备主数据帧，通知第一设备组的控制备用主升级为控制主；如果第一主处理器为控制备用主，这时只需要发送备主数据帧时，广播自己的故障状态便可。
情况二：在每个控制周期内，第二协处理器判断在第二通信介质上，是否存在与第二主处理器通信中断的目标主处理器；
若存在，则判断第二主处理器是否能通过其他通信介质与其他主处理器通信；若不能，则将第二主处理器设置为所有子网的控制主；若能通过其他通信介质与其他主处理器通信，则判断第二主处理器是否为控制主；
若是，则选定除所述第二通信介质之外的其他正常通信的通信介质，通过正常通信的通信介质中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，确定目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态；
若否，则选定除所述第二通信介质之外的其他正常通信的通信介质，通过正常通信的通信介质中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，判断目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态是否正常；若不正常，则判断所述目标主处理器是否为控制主；
若是，则将所述第二主处理器设置为控制主；其中，通信状态为正常包括：所述第二介质上的控制主与第二设备组的通信未中断且所述第二介质上的控制主未运行故障。
具体的，本方案中的情况二可在检测到在某一通信介质上控制主和控制备用主通信中断时使用，本方案在第二协处理器的角度上来进行表述。本方案中的第二协处理器和第二主处理器是属于同一主控单元，第二主处理器通过第二通信介质与第二设备组通信，第二主处理器、第二设备组、以及通过第二通信介质互联的其他主处理器构成第二通信介质的子网，通过第二通信介质互联的其他主处理器中包括通信中断的目标主处理器。
如果在某一通信介质Mi(第二通信介质)上，出现控制主与控制备用主通信中断，即失联的情况，则判断第二主处理器是否能通过其他通信介质与其他主处理器通信，需要说明的是，这里判断第二主处理器是否能通过其他通信介质与其他主处理器通信的先决条件是，第二主处理器未故障；如果第二主处理器在所有其它通信介质上均不能与另一处理器进行通信，则立即强制自身为所有通信介质的控制主，及时接管冗余控制；例如：主处理器A不能通过通信介质M1与主处理器B通信，且主处理器A不能通过其他任意通信介质与主处理器B通信，说明主处理器B故障，这时将主处理器A设置为所有通信介质的控制主。
如果第二主处理器能通过其他通信介质与其他主处理器通信，则第二主处理器通过其它通信正常的通信介质Mj对与第二主处理器通信中断的目标主处理器实施监控，并根据目标处理器的故障状态，实现通信介质上Mi的主权转移，有效避免双控制主与双控制备主的情况发生。
具体来说，如果第二主处理器为控制主，这时选定除第二通信介质Mi之外的其他正常通信的通信介质Mj，通过正常通信的通信介质Mj中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，确定目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态；例如：主处理器A为控制主，主处理器A在第二通信介质Mi上与主处理器B通信中断，这时主处理器A在通信介质Mj上获得主处理器B与第二设备组的通信状态；如果通信状态正常，则说明主处理器B与第二设备组之间没有问题，如果通信状态不正常，则说明主处理器B与第二设备组之间存在通信问题；由于主处理器B为控制备主，并不影响对第二设备的控制，这时可在不同情况下向管理人员发出提示信息，例如：通信状态正常时，发出主处理器A和主处理器B通信中断的提示，通信状态不正常，发出主处理器A和主处理器B通信中断、且主处理器B与第二设备组通信不正常的提示。
如果第二主处理器不是控制主，这时选定除第二通信介质Mi之外的其他正常通信的通信介质Mj，通过正常通信的通信介质Mj中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，判断目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态是否正常；若正常，则仅发出第二主处理器和目标主处理器通信中断的提示；
若不正常，则判断目标主处理器是否为控制主；可以理解的是，如果主控单元的数量为两个，这时目标主处理器必然是控制主，如果主控单元的数量超过两个，这时目标主控单元可以是控制主，也可以是备用控制主，因此在目标主处理器与第二设备组通信不正常时，判断目标主处理器是否为控制主；如果目标主处理器不是控制主，则发出第二主处理器和目标主处理器通信中断的提示，且目标主处理器与第二设备组通信不正常的提示；如果目标主处理器是控制主，这时需要将第二主处理器设置为控制主；并发出第二主处理器和目标主处理器通信中断的提示，且目标主处理器与第二设备组通信不正常的提示。
在上述过程中，由于每个主控制器发送的主数据帧/备主数据帧中，均包括该主控制器对所有通信介质的控制身份及故障状态，因此，如果对于第二通信介质中，主处理器A与主处理器B通信中断，则主处理器A可从正常通信的通信介质中，获取主处理器B在正常通信的通信介质中广播的数据帧，由于不确定主处理器B在正常通信的通信介质中是控制主还是控制备用主，所以从正常通信的通信介质获得的数据帧可能是主数据帧，也可能是备主数据帧，但是不管是主数据帧还是备主数据帧，其均包括主处理器B在第二通信介质中对第二设备组的故障状态，如果主处理器A为控制备主，且主处理器B对第二设备为故障状态，则需要将主处理器A设置为第二通信介质的控制主，将主处理器B设置为第二通信介质的控制备主。
综上可以看出，如果在某一通信介质Mi上，出现控制主与控制备用主失联的情况，控制主或控制备用主通过其它通信正常的通信介质Mj对控制备用主或控制主实施监控，并根据处理器的故障状态，实现通信介质上Mi的主权转移，有效避免双控制主与双控制备主的情况发生；并且，本方案中每种通信机制均采用一种特定的帧格式，实现各种通信机制主权的独立性切换，又相互对各自的主权和故障状态进行监视，在解决多通信机制主控冗余问题的基础上，进一步提升基于该方案网络控制系统的安全性。
下面对本发明实施例提供的列车冗余通信方法进行介绍，下文描述的列车冗余通信方法与上文描述的列车冗余通信系统可以相互参照。
参见图7，本发明实施例提供的一种列车冗余通信方法，基于列车冗余通信系统，所述列车冗余通信系统包括互为冗余的至少两个主控单元，以及与每个主控单元均相连的设备组；所述主控单元包括主处理器和协处理器；所述列车冗余通信方法包括：
S101、协处理器获取主处理器的运行状态和通信数据；所述通信数据为主处理器与设备组、其他主处理器的通信数据；
S102、协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主；所述控制主用于对设备组进行控制管理。
其中，所述设备组的数量为N个，N个设备组通过N种通信机制的通信介质与每个主控单元的主处理器进行通信，构成N个子网；其中，N为大于1的正整数。
其中，所述通信数据的生成方法包括：
在每个控制周期内，设备组、与设备组对应的控制主和与设备组对应的控制备用主之间按照预定的通信顺序，以广播的形式发送通信数据；
其中，所述通信数据包括：控制主广播的主数据帧、控制备用主广播的备主数据帧、设备组广播的设备数据帧。
其中，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在初始化阶段，若与协处理器对应的主处理器的运行状态为正常状态，则协处理器将主处理器设置控制备用主；
随机延迟预定时长后，若未检测到主数据帧，则协处理器将主处理器设置为控制主，并广播主数据帧；每个主处理器延迟的预定时长均不相同。
其中，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在每个控制周期内，第一协处理器判断在第一通信介质上，第一主处理器与对应的第一设备组的通信状态是否正常；其中，所述通信状态为正常包括：第一主处理器与第一设备组的通信未中断且第一主处理器未运行故障；
若不正常，则向第一通信介质所在的子网内广播第一主处理器的故障状态；
判断第一主处理器是否是第一通信介质的控制主；
若是，则将第一主处理器设置为控制备用主，并将携带第一主处理器为控制备用主、以及设置控制备用主为控制主的备主数据帧广播至第一主处理器所在的子网。
其中，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在每个控制周期内，第二协处理器判断在第二通信介质上，是否存在与第二主处理器通信中断的目标主处理器；
若存在，则判断第二主处理器是否能通过其他通信介质与其他主处理器通信；若不能，则将第二主处理器设置为所有子网的控制主；若能通过其他通信介质与其他主处理器通信，则判断第二主处理器是否为控制主；
若是，则选定除所述第二通信介质之外的其他正常通信的通信介质，通过正常通信的通信介质中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，确定目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态；
若否，则选定除所述第二通信介质之外的其他正常通信的通信介质，通过正常通信的通信介质中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，判断目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态是否正常；若不正常，则判断所述目标主处理器是否为控制主；
若是，则将所述第二主处理器设置为控制主；其中，通信状态为正常包括：所述第二介质上的控制主与第二设备组的通信未中断且所述第二介质上的控制主未运行故障。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种列车冗余通信系统，其特征在于，包括：
互为冗余的至少两个主控单元，以及与每个主控单元均相连的设备组；
其中，每个主控单元均包括主处理器和协处理器，每个主控单元的主处理器用于与设备组、其他主处理器进行通信，得到通信数据；每个主控单元的协处理器用于根据本主控单元的主处理器运行状态及通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主；所述控制主用于对设备组进行控制管理；
其中，所述设备组的数量为N个，N个设备组通过N种通信机制的通信介质与每个主控单元的主处理器进行通信，构成N个子网；其中，N为大于1的正整数；在每个控制周期内，设备组、与设备组对应的控制主和与设备组对应的控制备用主之间按照预定的通信顺序，以广播的形式发送通信数据；其中，所述通信数据包括：控制主广播的主数据帧、控制备用主广播的备主数据帧、设备组广播的设备数据帧；
其中，在初始化阶段，若与协处理器对应的主处理器的运行状态为正常状态，则协处理器将主处理器设置控制备用主；随机延迟预定时长后，若未检测到主数据帧，则协处理器将主处理器设置为控制主，并广播主数据帧；每个主处理器延迟的预定时长均不相同。
2.根据权利要求1所述的列车冗余通信系统，其特征在于，
所述主数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份、请求数据、控制数据和状态数据；所述备主数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份、响应数据和状态数据；所述设备数据帧包括：生命信号、自身设备地址、自身设备身份和响应数据；
其中，状态数据为：广播主数据帧/备主数据帧的主处理器对所有通信介质的控制身份的故障状态。
3.一种列车冗余通信方法，其特征在于，基于列车冗余通信系统，所述列车冗余通信系统包括互为冗余的至少两个主控单元，以及与每个主控单元均相连的设备组；所述主控单元包括主处理器和协处理器；所述列车冗余通信方法包括：
协处理器获取主处理器的运行状态和通信数据；所述通信数据为主处理器与设备组、其他主处理器的通信数据；
协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主；所述控制主用于对设备组进行控制管理；
其中，所述设备组的数量为N个，N个设备组通过N种通信机制的通信介质与每个主控单元的主处理器进行通信，构成N个子网；其中，N为大于1的正整数；在每个控制周期内，设备组、与设备组对应的控制主和与设备组对应的控制备用主之间按照预定的通信顺序，以广播的形式发送通信数据；其中，所述通信数据包括：控制主广播的主数据帧、控制备用主广播的备主数据帧、设备组广播的设备数据帧；
其中，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在初始化阶段，若与协处理器对应的主处理器的运行状态为正常状态，则协处理器将主处理器设置控制备用主；
随机延迟预定时长后，若未检测到主数据帧，则协处理器将主处理器设置为控制主，并广播主数据帧；每个主处理器延迟的预定时长均不相同。
4.根据权利要求3所述的列车冗余通信方法，其特征在于，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在每个控制周期内，第一协处理器判断在第一通信介质上，第一主处理器与对应的第一设备组的通信状态是否正常；其中，所述通信状态为正常包括：第一主处理器与第一设备组的通信未中断且第一主处理器未运行故障；
若不正常，则向第一通信介质所在的子网内广播第一主处理器的故障状态；
判断第一主处理器是否是第一通信介质的控制主；
若是，则将第一主处理器设置为控制备用主，并将携带第一主处理器为控制备用主、以及设置控制备用主为控制主的备主数据帧广播至第一主处理器所在的子网。
5.根据权利要求3所述的列车冗余通信方法，其特征在于，所述协处理器根据所述运行状态和通信数据，在所有主处理器中确定设备组的控制主和控制备用主，包括：
在每个控制周期内，第二协处理器判断在第二通信介质上，是否存在与第二主处理器通信中断的目标主处理器；
若存在，则判断第二主处理器是否能通过其他通信介质与其他主处理器通信；若不能，则将第二主处理器设置为所有子网的控制主；若能通过其他通信介质与其他主处理器通信，则判断第二主处理器是否为控制主；
若是，则选定除所述第二通信介质之外的其他正常通信的通信介质，通过正常通信的通信介质中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，确定目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态；
若否，则选定除所述第二通信介质之外的其他正常通信的通信介质，通过正常通信的通信介质中目标主处理器广播的主数据帧/备主数据帧，判断目标主处理器与对应的第二设备组的通信状态是否正常；若不正常，则判断所述目标主处理器是否为控制主；
若是，则将所述第二主处理器设置为控制主；其中，通信状态为正常包括：所述第二通信介质上的控制主与第二设备组的通信未中断且所述第二通信介质上的控制主未运行故障。
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