CN111416690A - 基于以太网的列车冗余网络通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于以太网的列车冗余网络通信系统及方法，列车冗余网络通信系统包括多个列车以太网通信设备，每个列车以太网通信设备均设有两个独立的以太网接口，一个以太网接口接入第一通信网络，另一个以太网接口接入第二通信网络；列车以太网通信设备包括应用层、冗余收发处理层和TCP/IP层；冗余收发处理层从应用层获取报文及通信方式，通过冗余标签标识通信方式；为报文设置序列号，并将冗余标签、序列号及报文组包；TCP/IP层通过冗余标签确定通信方式后将组包后的数据包发送出去。本发明提供了一种通过冗余标签设置通信方式的“冗余至节点”的轨道交通列车以太网冗余通信方式，做到零故障愈合时间，安全可靠、灵活方便。

Description

基于以太网的列车冗余网络通信系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通列车通信领域，特别涉及一种基于以太网的列车冗余网络通信系统及方法。

背景技术

在轨道交通领域，使用列车通信网络(TCN)连接列车通信设备、实现列车控制以及检测诊断等。目前应用最广泛的基于MVB/WTB(车辆总线/列车总线)总线的通信网络因通信数据量有限，正逐步被基于高带宽的以太网通信网络所取代。目前百兆和千兆以太网已在部分新型列车上取得应用。

为保证列车的安全可靠运行，设计列车冗余网络通信系统十分必要，目前列车以太网冗余通信有采用环网的方式，环网中有一个虚断线路，当环网中某段线路或某个节点故障时，环网控制协议会打通切换前虚断线路形成新的网络拓扑来保证以太网通信正常。

但是，目前列车以太网冗余通信采用的“冗余至网络”的环网方式中，故障后的环网愈合需要一定时间，无法做到零故障愈合时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中列车以太网冗余通信采用的“冗余至网络”的环网方式中，故障后的环网愈合需要一定时间，无法做到零故障愈合时间的缺陷，提供一种基于以太网的列车冗余网络通信系统及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种基于以太网的列车冗余网络通信系统，包括多个列车以太网通信设备，每个列车以太网通信设备均设有两个独立的以太网接口，并通过其中一个以太网接口接入第一通信网络，通过另外一个以太网接口接入第二通信网络；

所述列车以太网通信设备包括应用层和TCP/IP(传输控制协议/因特网互联协议)层，在所述应用层和所述TCP/IP层之间还设有冗余收发处理层；

所述冗余收发处理层用于从所述应用层获取待发送报文以及所述应用层提供的通信方式，所述冗余收发处理层中设有冗余标签，所述冗余标签用于标识所述通信方式，所述通信方式为仅使用所述第一通信网络进行通信、仅使用所述第二通信网络进行通信或同时使用所述第一通信网络和所述第二通信网络进行通信；

所述冗余收发处理层还用于为所述待发送报文设置唯一对应的序列号，并将所述冗余标签、所述序列号以及所述待发送报文进行组包；

所述TCP/IP层用于通过所述冗余标签确定所述通信方式并通过所述通信方式将组包后的数据包发送出去。

较佳地，所述冗余收发处理层用于每接收一待发送报文就将所述序列号依次加1。

较佳地，不同的通信方式对应不同的冗余标签。

较佳地，所述列车以太网通信设备还用于从所述第一通信网络和所述第二通信网络接收其他列车以太网通信设备发送的数据包，并从所述数据包中解析出源地址、报文、报文对应的冗余标签以及序列号，并根据源地址建立数据队列表，将同一源地址的报文放入同一数据队列中，所述数据队列中包含各个报文的冗余标签、序列号以及报文的接收时间。

较佳地，所述列车以太网通信设备还用于在接收到新的数据包时，从新的数据包中解析出新的源地址、新的报文、新的报文对应的冗余标签以及序列号，并按照新的源地址查询出对应的数据队列，并判断对应的数据队列中是否存在与所述新的报文所对应的冗余标签和序列号相同的报文，若存在，则丢弃所述新的报文，若不存在，则将所述新的报文更新至对应的数据队列。

本发明还提供了一种基于以太网的列车冗余网络通信方法，其利用上述的基于以太网的列车冗余网络通信系统实现，所述多个列车以太网通信设备包括发送端设备，所述列车冗余网络通信方法包括：

S1、所述发送端设备的冗余收发处理层从所述发送端设备的应用层获取待发送报文以及所述应用层提供的通信方式，所述通信方式为仅使用第一通信网络进行通信、仅使用第二通信网络进行通信或同时使用所述第一通信网络和所述第二通信网络进行通信；

S2、所述冗余收发处理层设置冗余标签，所述冗余标签用于标识所述通信方式；

S3、所述冗余收发处理层为所述待发送报文设置唯一对应的序列号，并将所述冗余标签、所述序列号以及所述待发送报文进行组包；

S4、所述发送端设备的TCP/IP层通过所述冗余标签确定所述通信方式并通过所述通信方式将组包后的数据包发送出去。

较佳地，步骤S3中所述冗余收发处理层每接收一待发送报文就将所述序列号依次加1。

较佳地，不同的通信方式对应不同的冗余标签。

较佳地，所述多个列车以太网通信设备还包括接收端设备，所述列车冗余网络通信方法还包括：

S5、所述接收端设备从所述第一通信网络和所述第二通信网络接收发送端设备发送的数据包，并从所述数据包中解析出源地址、报文、报文对应的冗余标签以及序列号；

S6、所述接收端设备根据源地址建立数据队列表，将同一源地址的报文放入同一数据队列中，所述数据队列中包含各个报文的冗余标签、序列号以及报文的接收时间。

较佳地，所述列车冗余网络通信方法还包括：

S7、所述接收端设备在接收到新的数据包时，从新的数据包中解析出新的源地址、新的报文、新的报文对应的冗余标签以及序列号；

S8、所述接收端设备按照新的源地址查询出对应的数据队列，并判断对应的数据队列中是否存在与所述新的报文所对应的冗余标签和序列号相同的报文，若存在，则丢弃所述新的报文，若不存在，则将所述新的报文更新至对应的数据队列。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种可以通过冗余标签设置通信方式的“冗余至节点”的轨道交通列车以太网冗余通信方式，能够做到零故障愈合时间，安全可靠、灵活方便。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的基于以太网的列车冗余网络通信系统的网络拓扑结构图。

图2为本发明较佳实施例的基于以太网的列车冗余网络通信系统中列车以太网通信设备的网络模型层次结构示意图。

图3为本发明较佳实施例的基于以太网的列车冗余网络通信方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明提供了一种基于以太网的列车冗余网络通信系统，如图1所示，包括多个列车以太网通信设备1，每个列车以太网通信设备1均设有两个独立的以太网接口，并通过其中一个以太网接口11接入第一通信网络，通过另外一个以太网接口12接入第二通信网络；

本发明中列车具体为轨道交通列车，每个列车以太网通信设备1的两个以太网接口能够独立进行以太网通信，两个以太网接口具有独立的IP地址和MAC地址(以太网地址)，当任意一个通信网络异常时，列车以太网通信设备之间仍然可以通过另一个通信网络完成数据的首发，从而做到零故障愈合时间，能够提高通信系统的可靠性。列车以太网通信设备的两个以太网接口的IP地址可以按照如下方式规划：

其中一个以太网接口11的IP地址为10.0.10.n，另外一个以太网接口12的IP地址为10.0.20.n。

参见图2，所述列车以太网通信设备1包括应用层13和TCP/IP层14，在所述应用层13和所述TCP/IP层14之间还设有冗余收发处理层15；

所述冗余收发处理层15用于从所述应用层13获取待发送报文以及所述应用层13提供的通信方式，所述冗余收发处理层15中设有冗余标签，所述冗余标签用于标识所述通信方式，所述通信方式为仅使用所述第一通信网络进行通信、仅使用所述第二通信网络进行通信或同时使用所述第一通信网络和所述第二通信网络进行通信；例如，冗余标签可以通过11或00标识同时使用所述第一通信网络和所述第二通信网络进行通信，通过01标识仅使用所述第一通信网络进行通信，通过10标识仅使用所述第二通信网络进行通信。

所述冗余收发处理层15还用于为所述待发送报文设置唯一对应的序列号，并将所述冗余标签、所述序列号以及所述待发送报文进行组包；具体地，可以在每接收一个待发送报文时就将序列号加1。

所述TCP/IP层14用于通过所述冗余标签确定所述通信方式并通过所述通信方式将组包后的数据包发送出去。

这样，当冗余标签为11或00时，就可以将同一份待发送报文同时通过所述第一通信网络和所述第二通信网络进行发送，此时即使某一个网络通道因故障导致通信异常，另一个网络通道仍然能够正常通信，从而能够实现零故障愈合时间。而当冗余标签为10或01时，就将待发送报文仅通过一个通信网络进行发送，这样可以充分利用网络带宽。

在本发明的具体实施过程中，所述列车以太网通信设备1还用于从所述第一通信网络和所述第二通信网络接收其他列车以太网通信设备发送的数据包，并从所述数据包中解析出源地址、报文、报文对应的冗余标签以及序列号，并根据源地址建立数据队列表，将同一源地址的报文放入同一数据队列中，所述数据队列中包含各个报文的冗余标签、序列号以及报文的接收时间。

另外，所述列车以太网通信设备具体可以采用时间优先法来将接收到的报文更新到对应的数据队列，具体地，所述列车以太网通信设备还用于在接收到新的数据包时，从新的数据包中解析出新的源地址、新的报文、新的报文对应的冗余标签以及序列号，并按照新的源地址查询出对应的数据队列，并判断对应的数据队列中是否存在与所述新的报文所对应的冗余标签和序列号相同的报文，若存在，则丢弃所述新的报文，若不存在，则将所述新的报文更新至对应的数据队列；而时间优先法的处理方式具体仅针对冗余标签为11或00的数据包及报文，即仅针对同时通过第一通信网络和第二通信网络进行发送的数据包及报文；对于冗余标签为10或01的数据包及报文，即仅通过第一通信网络或第二通信网络进行发送的数据包及报文，不需要进行时间优先法的特殊处理。

本发明还提供了.一种基于以太网的列车冗余网络通信方法，其利用上述的基于以太网的列车冗余网络通信系统实现，具体地，所述多个列车以太网通信设备可包括发送端设备和接收端设备，如图3所示，所述列车冗余网络通信方法具体包括以下步骤：

步骤101、所述发送端设备的冗余收发处理层从所述发送端设备的应用层获取待发送报文以及所述应用层提供的通信方式，所述通信方式为仅使用第一通信网络进行通信、仅使用第二通信网络进行通信或同时使用所述第一通信网络和所述第二通信网络进行通信；

步骤102、所述冗余收发处理层设置冗余标签，所述冗余标签用于标识所述通信方式；

步骤103、所述冗余收发处理层为所述待发送报文设置唯一对应的序列号，并将所述冗余标签、所述序列号以及所述待发送报文进行组包；

步骤104、所述发送端设备的TCP/IP层通过所述冗余标签确定所述通信方式并通过所述通信方式将组包后的数据包发送出去。

步骤105、所述接收端设备从所述第一通信网络和所述第二通信网络接收发送端设备发送的数据包，并从所述数据包中解析出源地址、报文、报文对应的冗余标签以及序列号；

步骤106、所述接收端设备根据源地址建立数据队列表，将同一源地址的报文放入同一数据队列中，所述数据队列中包含各个报文的冗余标签、序列号以及报文的接收时间。

步骤107、所述接收端设备在接收到新的数据包时，从新的数据包中解析出新的源地址、新的报文、新的报文对应的冗余标签以及序列号；

步骤108、所述接收端设备按照新的源地址查询出对应的数据队列，并判断对应的数据队列中是否存在与所述新的报文所对应的冗余标签和序列号相同的报文，若存在，则丢弃所述新的报文，若不存在，则将所述新的报文更新至对应的数据队列。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于以太网的列车冗余网络通信系统，其特征在于，包括多个列车以太网通信设备，每个列车以太网通信设备均设有两个独立的以太网接口，并通过其中一个以太网接口接入第一通信网络，通过另外一个以太网接口接入第二通信网络；

所述列车以太网通信设备包括应用层和TCP/IP层，在所述应用层和所述TCP/IP层之间还设有冗余收发处理层；

所述冗余收发处理层用于从所述应用层获取待发送报文以及所述应用层提供的通信方式，所述冗余收发处理层中设有冗余标签，所述冗余标签用于标识所述通信方式，所述通信方式为仅使用所述第一通信网络进行通信、仅使用所述第二通信网络进行通信或同时使用所述第一通信网络和所述第二通信网络进行通信；

所述冗余收发处理层还用于为所述待发送报文设置唯一对应的序列号，并将所述冗余标签、所述序列号以及所述待发送报文进行组包；

所述TCP/IP层用于通过所述冗余标签确定所述通信方式并通过所述通信方式将组包后的数据包发送出去。

2.如权利要求1所述的基于以太网的列车冗余网络通信系统，其特征在于，所述冗余收发处理层用于每接收一待发送报文就将所述序列号依次加1。

3.如权利要求1所述的基于以太网的列车冗余网络通信系统，其特征在于，不同的通信方式对应不同的冗余标签。

4.如权利要求1所述的基于以太网的列车冗余网络通信系统，其特征在于，所述列车以太网通信设备还用于从所述第一通信网络和所述第二通信网络接收其他列车以太网通信设备发送的数据包，并从所述数据包中解析出源地址、报文、报文对应的冗余标签以及序列号，并根据源地址建立数据队列表，将同一源地址的报文放入同一数据队列中，所述数据队列中包含各个报文的冗余标签、序列号以及报文的接收时间。

5.如权利要求4所述的基于以太网的列车冗余网络通信系统，其特征在于，所述列车以太网通信设备还用于在接收到新的数据包时，从新的数据包中解析出新的源地址、新的报文、新的报文对应的冗余标签以及序列号，并按照新的源地址查询出对应的数据队列，并判断对应的数据队列中是否存在与所述新的报文所对应的冗余标签和序列号相同的报文，若存在，则丢弃所述新的报文，若不存在，则将所述新的报文更新至对应的数据队列。

6.一种基于以太网的列车冗余网络通信方法，其特征在于，其利用如权利要求1所述的基于以太网的列车冗余网络通信系统实现，所述多个列车以太网通信设备包括发送端设备，所述列车冗余网络通信方法包括：

S1、所述发送端设备的冗余收发处理层从所述发送端设备的应用层获取待发送报文以及所述应用层提供的通信方式，所述通信方式为仅使用第一通信网络进行通信、仅使用第二通信网络进行通信或同时使用所述第一通信网络和所述第二通信网络进行通信；

S2、所述冗余收发处理层设置冗余标签，所述冗余标签用于标识所述通信方式；

S3、所述冗余收发处理层为所述待发送报文设置唯一对应的序列号，并将所述冗余标签、所述序列号以及所述待发送报文进行组包；

S4、所述发送端设备的TCP/IP层通过所述冗余标签确定所述通信方式并通过所述通信方式将组包后的数据包发送出去。

7.如权利要求6所述的基于以太网的列车冗余网络通信方法，其特征在于，步骤S3中所述冗余收发处理层每接收一待发送报文就将所述序列号依次加1。

8.如权利要求6所述的基于以太网的列车冗余网络通信方法，其特征在于，不同的通信方式对应不同的冗余标签。

9.如权利要求6所述的基于以太网的列车冗余网络通信方法，其特征在于，所述多个列车以太网通信设备还包括接收端设备，所述列车冗余网络通信方法还包括：

S5、所述接收端设备从所述第一通信网络和所述第二通信网络接收发送端设备发送的数据包，并从所述数据包中解析出源地址、报文、报文对应的冗余标签以及序列号；

S6、所述接收端设备根据源地址建立数据队列表，将同一源地址的报文放入同一数据队列中，所述数据队列中包含各个报文的冗余标签、序列号以及报文的接收时间。

10.如权利要求9所述的基于以太网的列车冗余网络通信方法，其特征在于，所述列车冗余网络通信方法还包括：

S7、所述接收端设备在接收到新的数据包时，从新的数据包中解析出新的源地址、新的报文、新的报文对应的冗余标签以及序列号；

S8、所述接收端设备按照新的源地址查询出对应的数据队列，并判断对应的数据队列中是否存在与所述新的报文所对应的冗余标签和序列号相同的报文，若存在，则丢弃所述新的报文，若不存在，则将所述新的报文更新至对应的数据队列。

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