CN111209017B - 基于gms的cir文件远程升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GMS的CIR文件远程升级方法，包括GYK远程维护检测系统GMS和铁路机车综合无线通信设备CIR；GYK远程维护检测系统GMS包括GMS地面服务设备和若干个GMS车载设备；铁路机车综合无线通信设备CIR包括主控单元、记录转接单元、卫星定位单元、450MHz机车电台单元、LBJ单元和MMI单元；主控单元分别与记录转接单元、卫星定位单元、450MHz机车电台单元、LBJ单元和MMI单元连接，记录转接单元分别与各个GMS车载设备；GMS地面服务设备通过无线方式与各个GMS车载设备连接；本发明具有高效率、低成本、安全可靠的特点。

Description

基于GMS的CIR文件远程升级方法

技术领域

本发明涉及铁路机车无线通信设备技术领域，尤其是涉及一种高效率、低成本、安全可靠的基于GMS的CIR文件远程升级方法。

背景技术

铁路机车综合无线通信设备(简称“CIR”)，是应用于铁路机车的车载无线通信设备，CIR安装在动车组、各型机车和轨道车上，用于列车司机与地面行车指挥人员和其他人员的话音，是实现车地之间的数据通信功能的设备，是铁路运输中的重要车载通信设备。

随着铁路发展，对CIR业务要求的增加，需要对CIR内置的程序和数据文件进行升级更新。目前更新CIR程序和数据方法，是通过CIR维护接口，以人工方式进行逐台升级，不同的功能单元还需分别进行升级；升级数据的方式还可以通过CIR的GSM-R数据传输接口，以GPRS方式将待升级数据文件传输到CIR内，再进行人工确认升级。

目前采用的升级方法，需要花费大量的人力、物力和财力，同时升级效率极低。特别是对于无固定运行和停放区域，车辆分散停放的轨道车，维护人员不能及时进行程序和数据的升级。程序和数据升级的滞后，将严重影响CIR的正常运用。

现有技术的缺点如下：

需要通过维护人员上车进行数据或程序文件的更新。

通过无线方式进行升级，通过GSM-R网络的GPRS方式进行数据或程序文件更新，传输方式为窄带低速，传输数据量大时，存在大量占用通信通道的问题。GSM-R网络的数据通道为CIR业务通道，多台车辆的升级传输同时进行，将影响正常的铁路数据通信业务，可能带来安全性风险。

升级的区域不受限制，存在CIR运用中或在其它不适合升级区域执行升级的可能，一旦升级过程中出现异常情况，司机未及时恢复，CIR将不能实现正常功能，导致对行车的影响。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的维护人员需要上车对CIR内置的程序和数据文件进行更新，大量占用通信通道，升级的区域不受限制，会对行车造成影响的不足，提供了一种高效率、低成本、安全可靠的基于GMS的CIR文件远程升级方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于GMS的CIR文件远程升级方法，包括GYK远程维护检测系统GMS和铁路机车综合无线通信设备CIR；GYK远程维护检测系统GMS包括GMS地面服务设备和若干个GMS车载设备；铁路机车综合无线通信设备CIR包括主控单元、记录转接单元、卫星定位单元、450MHz机车电台单元、LBJ单元和MMI单元；主控单元分别与记录转接单元、卫星定位单元、450MHz机车电台单元、LBJ单元和MMI单元连接，记录转接单元分别与各个GMS车载设备；GMS地面服务设备通过无线方式与各个GMS车载设备连接；包括如下步骤：

(1-1)将需要升级的数据和程序文件，分别进行加密，然后增加文件头后形成单个升级文件；

(1-2)将各个单个升级文件进行压缩，形成目标升级文件，制作目标升级文件的配置文件，配置文件描述目标升级文件的升级信息，升级信息包括版本信息、文件长度和文件校验值；目标升级文件和配置文件组成升级文件；

(1-3)将各个升级文件放置在GMS地面服务设备中，GMS地面服务设备以机车号作为标识对需要升级车辆建立升级任务，GMS地面服务设备中预先设有车辆的驻地范围作为允许升级区域，允许升级区域采用经纬度坐标的方式设定。

作为优选，还包括如下步骤：

(1-4)GMS车载设备开机后，主动连接GMS地面服务设备，请求升级任务；如果有升级任务，GMS车载设备向GMS地面设备请求升级文件下载，并存储在本地；

(1-5)铁路机车综合无线通信设备CIR开机后，铁路机车综合无线通信设备CIR与GMS车载设备建立通信连接，GMS车载设备与铁路机车综合无线通信设备CIR进行握手确认；采用加密握手方法，如果握手失败则不能进行下一步的文件传输操作；

(1-6)握手确认之后，主控单元定时通过记录转接单元向GMS车载设备请求配置文件，主控单元获取配置文件后，对配置文件进行完整性和准确性校验，如果配置文件缺失或错误，则停止本次升级文件申请；

(1-7)主控单元获取到配置文件后，与本地的配置文件进行识别，对比待升级的版本和当前的版本信息，如果需要升级，则启动升级文件传输请求，通过记录转接单元将目标文件下载到主控单元内部，如果无需升级，则主控单元停止后续操作；

(1-8)主控单元完成升级文件的下载后，对该文件进行完整性和准确性校验，如果升级文件完整性和准确性校验失败，则主控单元重新进行升级文件请求，如果请求3次均失败则，停止后续操作；

(1-9)主控单元获得到完整、准确的升级文件后，将该升级文件用约定的解压方式解压后，提取目标升级文件，同时根据配置文件的版本更新要求，满足条件后，对相应的功能单元进行升级。

作为优选，当主控单元下载了升级文件后，对车辆当前状态进行判断，当车辆具有运行速度，车辆处于运用状态或车辆处于非允许升级区域时，不进行升级；否则，车辆满足升级条件。

作为优选，CIR接收到正确、完整的升级文件后，对升级文件进行解压，确定升级对象，当作为升级对象的车辆符合升级条件后，启动升级流程。

作为优选，LBJ单元程序的本地升级过程如下：

LBJ单元程序包括启动代码和应用代码；LBJ单元加电后，首先运行启动代码，启动代码如果没有识别到升级标识，则根据配置的应用程序启动地址，跳转到应用代码执行，否则进入升级流程；

升级包括数据升级和应用程序升级；

主控单元向LBJ单元发起升级指令，LBJ单元接收到升级指令后，在内部标识升级状态，然后跳转到启动代码中执行；

启动代码识别到升级标识后，向发起握手，握手方法采用“加密握手方法”，握手成功后，进入启动代码的升级流程；

在升级文件传输过程中，接收方一边接收数据一边解密，并保存数据；

完成数据传输后，接收方对数据进行完整性和正确性进行校验；

LBJ单元完成文件传输后，进行升级文件校验，若校验不能通过，则丢弃数据，并重新请求升级文件，如果请求3次，仍然校验不通过，则保持原状不变，不进行升级操作；

LBJ单元接收到的升级文件，校验通过后，则进行内部升级操作；如果升级的为程序文件，则修改应用程序的启动地址，如果升级的为数据文件，则修改应用程序访问数据的起始地址；

LBJ单元完成升级操作，清除升级标识，启动程序采用自动重启的方式，重新加载程序启动程序，实现升级后的程序执行或数据应用。

作为优选，加密握手方法的步骤如下：

发起方和接收方均存储固定的32位明文A；

发起方：发送32位明文A，32位随机数B；

接收方：对接收到的明文A与本地存储的明文A进行比较，如果二者不同则握手失败；如果二者相同，将接收到的A和B进行异或计算后获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据C，同时生成32位随机数D，然后将A、C、D依次发送给发起方，n为明文A的第4位的数值，位是指比特，二进制单位；

发起方：对A和B进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据E；将E与C进行对比，如果E与C不同，则握手失败；如果E与C相同，生成32位随机数F，将F与D进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，算得128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据G，然后将A，G与F发送给接收方；

接收方：将接收到的F与D进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，算得128位密文，顺序提取32位整数中的第n～第n+31位形成32位数据H，对H对G进行比对，H对G不同则握手失败，H对G相同则向发起方发送明文A、随机数B和F，明文A、随机数B和F为握手成功标识；

握手成功，双方可进行下一步的数据传输通信；否则，双方退出通信状态。

因此，本发明具有如下有益效果：高效率、低成本、安全可靠；实现CIR程序和数据的在线升级，简化维护人员工作量；通过安全算法，保证升级的各个过程安全、可靠；采用安全升级机制，对CIR的运用无影响；可以高速数据传输，不会影响铁路GSM-R网络的运用。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的一种加密握手方法的一种流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种基于GMS的CIR文件远程升级方法，包括GYK远程维护检测系统GMS1和铁路机车综合无线通信设备CIR2；GYK远程维护检测系统GMS包括GMS地面服务设备11和多个GMS车载设备12；铁路机车综合无线通信设备CIR包括主控单元21、记录转接单元22、卫星定位单元23、450MHz机车电台单元24、LBJ单元25和MMI单元26；主控单元分别与记录转接单元、卫星定位单元、450MHz机车电台单元、LBJ单元和MMI单元连接，记录转接单元分别与各个GMS车载设备；GMS地面服务设备通过无线方式与各个GMS车载设备连接；包括如下步骤：

(1-1)将需要升级的数据和程序文件，分别进行加密，然后增加文件头后形成单个升级文件；数据和程序文件可以是其一或者两者都有；

表1

文件头包含的内容见表1，其中文件类型是为每个升级单元约定的升级识别编号，通过文件类型可确定该文件所属的功能单元和升级类别(数据或是程序文件)。

(1-2)将各个单个升级文件进行压缩，形成目标升级文件，制作目标升级文件的配置文件，配置文件描述目标升级文件的升级信息，升级信息包括版本信息、文件长度和文件校验值；目标升级文件和配置文件组成升级文件；

(1-3)将各个升级文件放置在GMS地面服务设备中，GMS地面服务设备以机车号作为标识对需要升级车辆建立升级任务，GMS地面服务设备中预先设有车辆的驻地范围作为允许升级区域，允许升级区域采用经纬度坐标的方式设定。

(1-4)GMS车载设备开机后，主动连接GMS地面服务设备，请求升级任务；如果有升级任务，GMS车载设备向GMS地面设备请求升级文件下载，并存储在本地；

当主控单元下载了升级文件后，对车辆当前状态进行判断，当车辆具有运行速度，车辆处于运用状态或车辆处于非允许升级区域时，不进行升级；否则，车辆满足升级条件。

CIR接收到正确、完整的升级文件后，对升级文件进行解压，确定升级对象，当作为升级对象的车辆符合升级条件后，启动升级流程。

(1-5)铁路机车综合无线通信设备CIR开机后，铁路机车综合无线通信设备CIR与GMS车载设备建立通信连接，GMS车载设备与铁路机车综合无线通信设备CIR进行握手确认；采用加密握手方法，如果握手失败则不能进行下一步的文件传输操作；

(1-6)握手确认之后，主控单元定时通过记录转接单元向GMS车载设备请求配置文件，主控单元获取配置文件后，对配置文件进行完整性和准确性校验，如果配置文件缺失或错误，则停止本次升级文件申请；

(1-7)主控单元获取到配置文件后，与本地的配置文件进行识别，对比待升级的版本和当前的版本信息，如果需要升级，则启动升级文件传输请求，通过记录转接单元将目标文件下载到主控单元内部，如果无需升级，则主控单元停止后续操作；

(1-8)主控单元完成升级文件的下载后，对该文件进行完整性和准确性校验，如果升级文件完整性和准确性校验失败，则主控单元重新进行升级文件请求，如果请求3次均失败则，停止后续操作；

(1-9)主控单元获得到完整、准确的升级文件后，将该升级文件用约定的解压方式解压后，提取目标升级文件，同时根据配置文件的版本更新要求，满足条件后，对相应的功能单元进行升级。

本发明中的随机数生成方法，均采用线性同余法获得，每次生成时以时钟作为种子数。本发明所用的MD5只是用于描述该握手方法的一种加密校验措施，也可以采用其它的加密校验措施。

LBJ单元程序的本地升级过程如下：

LBJ单元程序包括启动代码和应用代码；LBJ单元加电后，首先运行启动代码，启动代码如果没有识别到升级标识，则根据配置的应用程序启动地址，跳转到应用代码执行，否则进入升级流程；

升级包括数据升级和应用程序升级；

主控单元向LBJ单元发起升级指令，LBJ单元接收到升级指令后，在内部标识升级状态，然后跳转到启动代码中执行；

启动代码识别到升级标识后，向发起握手，握手方法采用“加密握手方法”，握手成功后，进入启动代码的升级流程；

在升级文件传输过程中，接收方一边接收数据一边解密，并保存数据；

完成数据传输后，接收方对数据进行完整性和正确性进行校验；

LBJ单元完成文件传输后，进行升级文件校验，若校验不能通过，则丢弃数据，并重新请求升级文件，如果请求3次，仍然校验不通过，则保持原状不变，不进行升级操作；

LBJ单元接收到的升级文件，校验通过后，则进行内部升级操作；如果升级的为程序文件，则修改应用程序的启动地址，如果升级的为数据文件，则修改应用程序访问数据的起始地址；

LBJ单元完成升级操作，清除升级标识，启动程序采用自动重启的方式，重新加载程序启动程序，实现升级后的程序执行或数据应用。

如图2所示，加密握手方法的步骤如下：

发起方和接收方均存储固定的32位明文A；

发起方：发送32位明文A，32位随机数B；

接收方：对接收到的明文A与本地存储的明文A进行比较，如果二者不同则握手失败；如果二者相同，将接收到的A和B进行异或计算后获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据C，同时生成32位随机数D，然后将A、C、D依次发送给发起方，n为明文A的第4位的数值，位是指比特，二进制单位；

发起方：对A和B进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据E；将E与C进行对比，如果E与C不同，则握手失败；如果E与C相同，生成32位随机数F，将F与D进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，算得128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据G，然后将A，G与F发送给接收方；

接收方：将接收到的F与D进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，算得128位密文，顺序提取32位整数中的第n～第n+31位形成32位数据H，对H对G进行比对，H对G不同则握手失败，H对G相同则向发起方发送明文A、随机数B和F，明文A、随机数B和F为握手成功标识；

握手成功，双方可进行下一步的数据传输通信；否则，双方退出通信状态。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种基于GMS的CIR文件远程升级方法，其特征是，包括GYK远程维护检测系统GMS和铁路机车综合无线通信设备CIR；GYK远程维护检测系统GMS包括GMS地面服务设备和若干个GMS车载设备；铁路机车综合无线通信设备CIR包括主控单元、记录转接单元、卫星定位单元、450MHz机车电台单元、LBJ单元和MMI单元；主控单元分别与记录转接单元、卫星定位单元、450MHz机车电台单元、LBJ单元和MMI单元连接，记录转接单元分别与各个GMS车载设备连接；GMS地面服务设备通过无线方式与各个GMS车载设备连接；包括如下步骤：

（1-1）将需要升级的数据和程序文件，分别进行加密，然后增加文件头后形成单个升级文件；

（1-2）将各个单个升级文件进行压缩，形成目标升级文件，制作目标升级文件的配置文件，配置文件描述目标升级文件的升级信息，升级信息包括版本信息、文件长度和文件校验值；目标升级文件和配置文件组成升级文件；

（1-3）将各个升级文件放置在GMS地面服务设备中，GMS地面服务设备以机车号作为标识对需要升级车辆建立升级任务，GMS地面服务设备中预先设有车辆的驻地范围作为允许升级区域，允许升级区域采用经纬度坐标的方式设定；

（1-4）GMS车载设备开机后，主动连接GMS地面服务设备，请求升级任务；如果有升级任务，GMS车载设备向GMS地面设备请求升级文件下载，并存储在本地；

（1-5）铁路机车综合无线通信设备CIR开机后，铁路机车综合无线通信设备CIR与GMS车载设备建立通信连接，GMS车载设备与铁路机车综合无线通信设备CIR进行握手确认；采用加密握手方法，如果握手失败则不能进行下一步的文件传输操作；

握手确认之后，主控单元定时通过记录转接单元向GMS车载设备请求配置文件；

主控单元获取到配置文件后，通过记录转接单元将目标文件下载到主控单元内部；

主控单元获得到完整、准确的升级文件后，对相应的功能单元进行升级；LBJ单元程序的本地升级过程如下：LBJ单元程序包括启动代码和应用代码；LBJ单元加电后，首先运行启动代码，启动代码如果没有识别到升级标识，则根据配置的应用程序启动地址，跳转到应用代码执行，否则进入升级流程。

2.根据权利要求1所述的基于GMS的CIR文件远程升级方法，其特征是，还包括如下步骤：

（1-6）主控单元获取配置文件后，对配置文件进行完整性和准确性校验，如果配置文件缺失或错误，则停止本次升级文件申请；

（1-7）主控单元获取到配置文件后，与本地的配置文件进行识别，对比待升级的版本和当前的版本信息，如果需要升级，则启动升级文件传输请求，通过记录转接单元将目标文件下载到主控单元内部，如果无需升级，则主控单元停止后续操作；

（1-8）主控单元完成升级文件的下载后，对该文件进行完整性和准确性校验，如果升级文件完整性和准确性校验失败，则主控单元重新进行升级文件请求，如果请求3次均失败则停止后续操作；

（1-9）主控单元获得到完整、准确的升级文件后，将该升级文件用约定的解压方式解压后，提取目标升级文件，同时根据配置文件的版本更新要求，满足条件后，对相应的功能单元进行升级。

3.根据权利要求2所述的基于GMS的CIR文件远程升级方法，其特征是，当主控单元下载了升级文件后，对车辆当前状态进行判断，当车辆具有运行速度，车辆处于运用状态或车辆处于非允许升级区域时，不进行升级；否则，车辆满足升级条件。

4.根据权利要求3所述的基于GMS的CIR文件远程升级方法，其特征是，CIR接收到正确、完整的升级文件后，对升级文件进行解压，确定升级对象，当作为升级对象的车辆符合升级条件后，启动升级流程。

5.根据权利要求2所述的基于GMS的CIR文件远程升级方法，其特征是， LBJ单元程序的本地升级过程如下：

升级包括数据升级和应用程序升级；

主控单元向LBJ单元发起升级指令，LBJ单元接收到升级指令后，在内部标识升级状态，然后跳转到启动代码中执行；

启动代码识别到升级标识后，向主控单元发起握手，握手方法采用“加密握手方法”，握手成功后，进入启动代码的升级流程；

在升级文件传输过程中，接收方一边接收数据一边解密，并保存数据；

完成数据传输后，接收方对数据进行完整性和正确性进行校验；

LBJ单元完成文件传输后，进行升级文件校验，若校验不能通过，则丢弃数据，并重新请求升级文件，如果请求3次，仍然校验不通过，则保持原状不变，不进行升级操作；

LBJ单元接收到的升级文件，校验通过后，则进行内部升级操作；如果升级的为程序文件，则修改应用程序的启动地址，如果升级的为数据文件，则修改应用程序访问数据的起始地址；

LBJ单元完成升级操作，清除升级标识，启动程序采用自动重启的方式，重新加载程序启动程序，实现升级后的程序执行或数据应用。

6.根据权利要求2所述的基于GMS的CIR文件远程升级方法，其特征是，加密握手方法的步骤如下：

发起方和接收方均存储固定的32位明文A；

发起方：发送32位明文A，32位随机数B；

接收方：对接收到的明文A与本地存储的明文A进行比较，如果二者不同则握手失败；如果二者相同，将接收到的A和B进行异或计算后获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据C，同时生成32位随机数D，然后将A、C、D依次发送给发起方，n为明文A的第4位的数值，位是指比特，二进制单位；

发起方：对A和B进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据E；将E与C进行对比，如果E与C不同，则握手失败；如果E与C相同，生成32位随机数F，将F与D进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，算得128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据G，然后将A，G与F发送给接收方；

接收方：将接收到的F与D进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行MD5加密，算得128位密文，顺序提取32位整数中的第n～第n+31位形成32位数据H，对H对G进行比对，H对G不同则握手失败，H对G相同则向发起方发送明文A、随机数B和F，明文A、随机数B和F为握手成功标识；

握手成功，双方可进行下一步的数据传输通信；否则，双方退出通信状态。