CN111781816B - 一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法及系统。该方法，包括：基于两种车辆总线的列车网络控制系统，搭建数据交互环境；在搭建的数据交互环境中，通过总线级冗余和设备级冗余实现列车主控设备对自身及冗余设备状态的高速判别，并生成准确应对措施。本发明的技术方案针对配置两种车辆总线而搭建的新一代列车数据交互环境，研究列车主控设备对于自身及冗余设备运行异常、通信功能异常等状态进行高速判别，并进行准确应对处理的有效实现方法，实现对列车控制与管理系统运行安全性能的进一步提升。

Description

一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆总线控制及数据通信技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法及系统。

背景技术

随着轨道交通运输在全世界范围内的蓬勃发展，特别是近年来城轨、地铁车辆在国内外各大城市的普遍运用，列车运行安全性能备受关注。列车控制与管理系统是列车的神经系统和指挥、控制枢纽，担负着全车各终端设备及子系统间的状态及控制数据的传输、共享以及监视、诊断等工作，是影响列车运行安全性能的重要因素，因而提升列车控制与管理系统自身的运行安全性能，对于保证列车运行安全至关重要。

由于列车运行环境复杂多变，列车控制与管理系统在运行过程中需应对气压、温差、空气质量以及电磁环境等多重因素瞬时突变造成的影响。因此除对设备及通信线路进行更高等级的防护，以及执行更严苛的试验测试标准外，通常采用冗余设计以保证系统安全、稳定的实现其通信管理及控制功能。

现有列车网络控制系统采用主控设备主从热备冗余、控制总线双路冗余设计。主设备实现全部控制和通信功能的同时，从设备保持与主设备高度一致，接收一致总线数据，执行一致控制逻辑，生成一致控制结果，但控制结果仅主设备实施发送。主从设备间通过点对点通信实现内部数据交互，实现从设备对主设备状态的监视。但是缺点如下：

现有列车网络控制系统多为单一的MVB车辆控制总线，总线通信状态除受运行环境影响外，直接受到主控设备总线管理功能的影响。当主从一方出现总线通信功能问题时，现有设备的冗余切换机制，极易造成总线无控制主、总线多主等异常情况出现，严重影响车辆运行安全。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法及系统。本发明主要针对配置两种车辆总线而搭建的列车数据交互环境，研究列车主控设备对于自身及冗余设备运行异常、通信功能异常等状态进行高速判别，并进行准确应对处理的有效实现方法，实现对列车控制与管理系统运行安全性能的进一步提升。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，包括：

基于两种车辆总线的列车网络控制系统，搭建数据交互环境；

在所述搭建的数据交互环境中，通过总线级冗余和设备级冗余实现列车主控设备对自身及冗余设备状态的高速判别，并生成准确应对措施。

进一步地，所述总线级冗余具体为：

列车主控设备通过两个数据通道同时向其他设备发送数据；

接收所述通过两个数据通道发送的数据并分别进行缓存；

选择高速的以太网数据通道作为数据信任通道；

主控设备实时监视对比两个数据通道接收的缓存数据，判断所述数据信任通道接收的缓存数据健康状态，并以优化的总线级冗余机制选择处于健康状态的数据，作为逻辑运算输入结果。

进一步地，所述选择更高速的以太网数据通道作为数据信任通道，还包括：通过操作对数据信任通道进行选择。

进一步地，所述判断所述数据信任通道接收的缓存数据健康状态，还包括：

在所述数据信任通道受到干扰时，主控设备按照不同的信任通道确定一个数据集合单元，并以该数据集合单元为单位，对两个通道数据缓存区内的数据内容进行健康状态对比，以非信任通道中健康的数据集合单元对信任通道中不健康的数据集合单元进行替换处理，得到处于健康状态的数据，作为逻辑运算输入结果。

进一步地，所述数据集合单元标定在两个数据缓存区索引数据的内存偏移地址和数据长度。

进一步地，所述设备级冗余具体为：

在列车网络控制系统中作为热备冗余主控设备的主、从两个设备之间，通过两种控制总线实现点对点数据交互，数据交互中主要为主、从两个设备的系统子设备数据接收状态及主、从两个设备间数据接收状态实现状态自检，并通过数据交互自检结果实现主、从两个设备间互检，最终通过主、从两个设备间通信使两个设备达成及时、统一的状态判断结果，通过主、从两个设备同时分别进行的抢主、退从动作，共同完成准确的冗余切换实施结果，应对设备功能异常。

本发明还提供了一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换系统，包括：

搭建单元，用于基于两种车辆总线的列车网络控制系统，搭建数据交互环境；

判别单元，用于在搭建的数据交互环境中，通过总线级冗余和设备级冗余实现列车主控设备对自身及冗余设备状态的高速判别，并生成准确应对措施。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，可以实现更可靠、高效的网络控制系统保护策略，极大提升了列车网络控制产品稳定性，并对进一步提升轨道交通车辆安全具有重大意义，可在在拟配置两种车辆控制总线的轨道交通机车车辆上推广使用。

基于上述理由本发明可在轨道交通车辆总线控制及数据通信等领域广泛推广。

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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明数据接收双通道冗余的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供了一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，包括：基于两种车辆总线的列车网络控制系统，搭建数据交互环境；在搭建的数据交互环境中，通过总线级冗余和设备级冗余实现列车主控设备对自身及冗余设备状态的高速判别，并生成准确应对措施。

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，如图1所示，包括：

基于两种车辆总线的列车网络控制系统，搭建数据交互环境；

在搭建的数据交互环境中，通过总线级冗余和设备级冗余实现列车主控设备对自身及冗余设备状态的高速判别，并生成准确应对措施。其中：

所述总线级冗余具体为：

列车主控设备通过两个数据通道同时向其他设备发送数据；

接收所述通过两个数据通道发送的数据并分别进行缓存；

默认优先选择高速的以太网数据通道作为数据信任通道；也可通过操作对数据信任通道进行选择。

主控设备实时监视对比两个数据通道接收的缓存数据，判断所述数据信任通道接收的缓存数据健康状态，并以优化的总线级冗余机制选择处于健康状态的数据，作为逻辑运算输入结果。具体实施时，为使上层应用软件对设备接收数据的处理不受数据通道选择的影响，开发者会对两种通信接口协议进行统一编制，并分别生成网络配置文件。由于两种车辆总线严格按照统一的协议规定数据偏移位置，在两个数据通道通信状态完全正常时，两个数据缓存区内数据内容一致。而在所述数据信任通道受到干扰时，主控设备按照不同的信任通道确定一个数据集合单元，并以该数据集合单元为单位，对两个通道数据缓存区内的数据内容进行健康状态对比，以非信任通道中健康的数据集合单元对信任通道中不健康的数据集合单元进行替换处理，得到处于健康状态的数据，作为逻辑运算输入结果。实现更高效的数据通道来源切换。其中，主控设备按照不同的信任通道确定用于作为数据冗余单位的数据集合单元，各数据集合单元标定在两个数据缓存区索引数据的内存偏移地址和数据长度。

所述设备级冗余具体为：

在列车网络控制系统中作为热备冗余主控设备的主、从两个设备之间，通过两种控制总线实现点对点数据交互，数据交互中主要为主、从两个设备的系统子设备数据接收状态及主、从两个设备间数据接收状态实现状态自检，并通过数据交互自检结果实现主、从两个设备间互检，最终通过主、从两个设备间通信使两个设备达成及时、统一的状态判断结果，通过主、从两个设备同时分别进行的抢主、退从动作，共同完成准确的冗余切换实施结果，应对设备功能异常。经过验证，设备级冗余切换功能可应对如下表1所示异常状态实现系统保护功能。其中，CCU为主控设备，MVB和TRDP分别为两种控制总线。

表1 CCU功能性故障及冗余切换逻辑应对效果

对应本申请中的基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，本申请还提供了一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换系统，包括：搭建单元以及判别单元，其中：

搭建单元，用于基于两种车辆总线的列车网络控制系统，搭建数据交互环境；

判别单元，用于在搭建的数据交互环境中，通过总线级冗余和设备级冗余实现列车主控设备对自身及冗余设备状态的高速判别，并生成准确应对措施。

对于本发明实施例的而言，由于其与上面实施例中的相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上面实施例中部分的说明即可，此处不再详述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (5)

1.一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，其特征在于，包括：

基于两种车辆总线的列车网络控制系统，搭建数据交互环境；

在所述搭建的数据交互环境中，通过总线级冗余和设备级冗余实现列车主控设备对自身及冗余设备状态的高速判别，并生成准确应对措施；

所述总线级冗余具体为：

列车主控设备通过两个数据通道同时向其他设备发送数据；

接收所述通过两个数据通道发送的数据并分别进行缓存；

选择高速的以太网数据通道作为数据信任通道；

主控设备实时监视对比两个数据通道接收的缓存数据，判断所述数据信任通道接收的缓存数据健康状态，并以优化的总线级冗余机制选择处于健康状态的数据，作为逻辑运算输入结果；

所述判断所述数据信任通道接收的缓存数据健康状态，还包括：

在所述数据信任通道受到干扰时，主控设备按照不同的信任通道确定一个数据集合单元，并以该数据集合单元为单位，对两个通道数据缓存区内的数据内容进行健康状态对比，以非信任通道中健康的数据集合单元对信任通道中不健康的数据集合单元进行替换处理，得到处于健康状态的数据，作为逻辑运算输入结果。

2.根据权利要求1所述的基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，其特征在于，所述选择更高速的以太网数据通道作为数据信任通道，还包括：通过操作对数据信任通道进行选择。

3.根据权利要求1所述的基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，其特征在于，所述数据集合单元标定在两个数据缓存区索引数据的内存偏移地址和数据长度。

4.根据权利要求1所述的基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法，其特征在于，所述设备级冗余具体为：

在列车网络控制系统中作为热备冗余主控设备的主、从两个设备之间，通过两种控制总线实现点对点数据交互，数据交互中为主、从两个设备的系统子设备数据接收状态及主、从两个设备间数据接收状态实现状态自检，并通过数据交互自检结果实现主、从两个设备间互检，最终通过主、从两个设备间通信使两个设备达成及时、统一的状态判断结果，通过主、从两个设备同时分别进行的抢主、退从动作，共同完成准确的冗余切换实施结果，应对设备功能异常。

5.一种基于权利要求1-4中任意一项权利要求所述基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法的列车主控设备高速冗余切换系统，其特征在于，包括：

搭建单元，用于基于两种车辆总线的列车网络控制系统，搭建数据交互环境；

判别单元，用于在搭建的数据交互环境中，通过总线级冗余和设备级冗余实现列车主控设备对自身及冗余设备状态的高速判别，并生成准确应对措施。