CN112799379A - 基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于OPC UA架构Pub‑Sub模式的分布式自动测试系统,系统架构包括:消息中心、线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型,所述线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型通过所述消息中心组成动态星型拓扑结构;所述消息中心设置为基于OPC UA架构Pub‑Sub模式配置的消息框架,支持n到m的动态拓扑模式,在PUB端与SUB端进行IP地址与端口绑定;所述线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型之间通过配置所述消息中心的IP地址进行通信。本发明的测试系统采用基于OPC UA的发布/订阅机制的消息队列实现分布式通信,星型拓扑结构,相比传统的网状通信配置简单,效率更高,测试环境更方便拓展。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通ATC系统测试技术领域,尤其涉及一种基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统。
背景技术
轨道交通ATC系统(列车自动控制系统)包含多个子系统,每个子系统涵盖众多新技术,对应用新技术实现的功能需要完整的验证,而这种验证再完全依赖现场试验是不现实的,一般需要搭建室内调试与测试环境,保证验证的全面性和完整度,另外这种根据测试需要搭建的环境也促进系统研发及调试效率。现有针对分布式系统的自动测试环境大多是采用UDP或TCP点到点方式来传输数据,组建网状拓扑结构,测试环境越复杂,配置网络IP及端口很繁琐,容易出错。
基于此,本发明考虑提供一种新的用于轨道交通的分布式测试环境的一种实现方法,以简化系统网络配置,提高效率。
发明内容
本发明在上述现有分布式测试系统存在不足的基础上提供了一种基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,基于OPC UA Pub-Sub协议搭建测试系统实现分布式通信,星型拓扑结构,使网状通信配置简单,效率更高。
为了实现上述目的,本发明提供了一种基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,系统架构包括:消息中心、线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型,所述线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型通过所述消息中心组成动态星型拓扑结构;
所述消息中心设置为基于OPC UA架构Pub-Sub模式配置的消息框架,支持n到m的动态拓扑模式,在PUB端与SUB端进行IP地址与端口绑定;
所述线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型之间通过配置所述消息中心的IP地址进行通信。
优选的,所述线路模型是对列车所运行地理线路中一系列信号设备进行模型抽象,用于订阅来自所述列车模型的位移信息,计算出列车在实际线路中的位置,并将该位置的路况信息、信号设备信息、地图信息发布给所述列车模型,同时将线路上的信号设备状态、车辆位置状态发布给所述站场图模型以显示。
优选的,所述线路模型包括轨道区段、信号机、计轴、道岔、站台、应答器模型,分别用于模拟轨道区段的占用、出清、故障信息,模拟信号机颜色、断丝信息,模拟道岔的定位、反位、四开、故障信息,模拟站台的开关门、紧停按钮、扣车按钮、人防按钮、清客按钮信息,以及模拟应答器的编号数据信息。
优选的,所述列车模型是对真实列车的动力学特性、运行学特性以及车辆设备状态进行模型抽象,支持创建和调度虚拟列车模型和真实列车模型,所述虚拟列车模型为不接入真实列车设备的列车模型,所述真实列车模型为接入实际列车设备的列车模型;所述列车模型用于周期性接收来自车载信号系统VOBC和司机驾驶台的各种控车命令,实现列车动力学和运行学特性的模拟,并控制车载的状态,输出列车的速度和位置信息,推进系统模拟状态。
优选的,所述列车模型按功能划分为BTM模型、TCMS模型、IO接口模型、速度脉冲模型、动力学模型;
位于车头车尾的所述BTM模型用于模拟BTM板卡功能,当车头车尾经过线路上的某个应答器附近时,向车载信号系统VOBC发送指定的应答器信息;
所述TCMS模型用于模拟ATO自动驾驶下的列车管理功能,接收ATO模式控车命令并反馈列车状态;
所述IO接口模型用于模拟输入输出板卡和继电器,接收车载信号系统VOBC发出的安全输出和非安全输出,并根据模拟车辆的状态向车载信号系统VOBC发送安全输入和非安全输入信息;
所述速度脉冲模型用于模拟速度传感器,根据当前周期速度信息将列车的模拟脉冲计数发送给车载信号系统VOBC;
所述动力学模型用于模拟车辆运动特性,根据控车命令对列车进行周期式推进。
优选的,所述站场图模型是对人机交互界面进行模型抽象,用于呈现全线路的拓扑结构、线路信号设备的状态;并订阅所述线路模型发布的数据,实时显示出列车在车载信号系统VOBC控制下的运行位置信息,同时模拟线路状态,并将模拟的线路状态发布给所述线路模型。
优选的,所述驾驶台模型是对真实列车驾驶台进行模型抽象,用于提供人机交互界面以模拟驾驶台操作,并将模拟的驾驶台操作状态发布给所述列车模型,并订阅来自所述列车模型的状态信息。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:
本发明提供的基于OPC UA架构Pub-Sub模式,设计了一种分布式自动测试系统,通过构建线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型,将线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型通过消息中心组成动态星型拓扑结构,实现网内任何两个节点之间的数据通信;消息中心设置为基于OPC UA架构Pub-Sub模式配置的消息框架,在PUB端与SUB端进行IP地址与端口绑定。相比于传统采用UDP或TCP点到点数据传输方式,本发明的测试系统各模型既可以是发布者,也可以是订阅者,各模型只需配置消息中心IP,不需要配置消息发送方、对端消息接收方的IP地址,简化了通信配置工作,各个模型可以通过消息中心高效地收发消息,缩短搭建测试环境的成本,降低排查因测试环境配置错误的难度。同时,本测试环境更方便拓展,基于OPC UA的发布/订阅机制(PUB-SUB)再次开发,拓展实现了统一的通信数据管理,可以做到消息过滤、数据持久化存储、数据监测、数据回放、数据软交换、日志分析等功能。
附图说明
图1为OPC UA Pub-Sub通信原理拓扑图;
图2为本发明的分布式自动测试系统结构框图;
图3为本发明提供的实际测试环境分布式部署图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
OPC UA Pub-Sub是OPC UA协议的扩展,是一种以基于内容的消息传输方式,通过传输层传输消息,该协议允许应用程序通过中间代理向多个订阅者发布消息,每个消息都有一个主题,网络中的客户可以发布和订阅某一主题的消息,一旦发布了某一个主题的消息,所有订阅者都将会及时收到该主题的消息。同时,发布者可以在将消息发送给中间代理之前通过安全密钥服务对其进行加密和数字签名,以确保除了目标接收者之外没有其他人能够读取或修改消息,这将保护发布者的数据,发布者和订阅者通过共享密钥安全地进行通信。OPC UA提供了丰富的OPC UA信息模型,允许应用程序使用与应用程序域匹配的术语和构造来表示它们的系统。
基于此,本发明针对轨道交通行业ATC系统,基于OPC UA架构Pub-Sub模式,设计了一种分布式自动测试系统,如图1、图2所示,系统架构包括:消息中心、线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型,线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型通过消息中心组成动态星型拓扑结构;消息中心设置为基于OPC UA架构Pub-Sub模式配置的消息框架,支持n到m的动态拓扑模式,在PUB端与SUB端进行IP地址与端口绑定;线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型之间通过配置所述消息中心的IP地址进行通信。
本实施例中测试系统的消息中心采用PUB-SUB模式,线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型通过消息中心组成动态网络拓扑,各模型将消息发布至消息中心,再从消息中心将消息发布给订阅了该指定消息的相应模型,各模型只需配置消息中心IP,消息中心进行IP切换,不需要配置消息发送方、对端消息接收方的IP地址,简化了通信配置工作,各模型既可以是发布者,也可以是订阅者,各个模型可以通过消息中心高效地收发消息。同时,各模型可以在将消息发送给消息中心之前通过安全密钥服务对其进行加密和数字签名,以确保发布消息的安全性。当然,本测试环境的信息模型并不限于上述几种模型,可以根据实际分布式系统的需要,构建多种模型结构,通过消息中心组成动态网络拓扑结构。
对于测试系统中线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型等各客户端模型,具体设计如下:
其中,线路模型是对列车所运行地理线路中一系列信号设备进行模型抽象,用于订阅来自列车模型的位移信息,计算出列车在实际线路中的位置,并将该位置的路况信息、信号设备信息、地图信息等发布给列车模型,同时将线路上的信号设备状态、车辆位置状态等发布给站场图模型以显示。本实施例中线路模型具体包括轨道区段、信号机、计轴、道岔、站台、应答器模型,分别用于模拟轨道区段的占用、出清、故障等信息,模拟信号机颜色、断丝等信息,模拟道岔的定位、反位、四开、故障等信息,模拟站台的开关门、紧停按钮、扣车按钮、人防按钮、清客按钮等信息,以及模拟应答器的编号数据等信息。
列车模型是对真实列车的动力学特性、运行学特性以及车辆设备状态进行模型抽象,支持创建和调度虚拟列车模型和真实列车模型,其中虚拟列车模型为不接入真实列车设备的列车模型,真实列车模型为接入实际列车设备的列车模型。列车模型用于周期性接收来自车载信号系统VOBC和司机驾驶台的各种控车命令,实现列车动力学和运行学特性的模拟,并控制车载的状态,输出列车的速度和位置信息,推进系统模拟状态。本实施例中将列车模型按功能划分为应答器传输单元BTM模型、TCMS模型、IO接口模型、速度脉冲模型、动力学模型,其中:位于车头车尾的应答器传输单元BTM模型用于模拟BTM板卡功能,当车头车尾经过线路上的某个应答器附近时,向车载信号系统VOBC发送指定的应答器信息;TCMS模型用于模拟ATO自动驾驶下的列车管理功能,接收ATO模式控车命令并反馈列车状态;IO接口模型用于模拟输入输出板卡和继电器,接收车载信号系统VOBC发出的安全输出和非安全输出,并根据模拟车辆的状态向车载信号系统VOBC发送安全输入和非安全输入信息;速度脉冲模型用于模拟速度传感器,根据当前周期速度信息将列车的模拟脉冲计数发送给车载信号系统VOBC;动力学模型用于模拟车辆运动特性,根据控车命令对列车进行周期式推进。
站场图模型是对人机交互界面进行模型抽象,用于呈现全线路的拓扑结构、线路信号设备的状态;并订阅线路模型发布的数据,实时显示出列车在车载信号系统VOBC控制下的运行位置信息,同时模拟线路状态,例如改变轨道区段、信号机、屏蔽门、应答器等设备的状态,也可以在运行过程中注入设备故障,用来检验信号系统的功能完善性等,站场图模型同时能将模拟的线路状态发布给线路模型。
驾驶台模型是对真实列车驾驶台进行模型抽象,用于提供人机交互界面以模拟驾驶台操作,如模拟驾驶台上的操作按钮、手柄等以模拟司机驾驶,并将模拟的驾驶台操作状态发布给列车模型;并订阅来自列车模型的状态信息,如折返指示灯状态等,呈现在驾驶台上,也可以在车辆运行过程中设置各类型故障,如继电器故障,BTM故障、速度传感器故障等。
根据上述的分布式测试系统,下面提供一个具体的应用实例,对三辆列车同时测试时,系统架构设计如图3所示,系统设置有三个驾驶台模型、三个列车模型,系统部署如下:部署消息中心到一台工作站上,启动消息中心;部署线路模型到一台工作站上,启动线路模型;部署站场图模型到一台工作站上,启动站场图模型;三个列车模型添加一个真实列车模型,两个虚拟列车模型,启动列车模型,将真实列车工作站工控机与真实列车模型连接,列车工控机与真实列车机柜连接;将两个虚拟列车模型工作站与分别与一个车载控制系统VOBC PC版连接;部署三个驾驶台模型到三个工作站上,启动驾驶台并选择指定列车绑定;将各驾驶台模型、列车模型、线路模型、以及站场图模型,通过消息中心组成星型拓扑结构,构建测试系统。
综上可知,本发明针对轨道交通行业ATC系统,基于OPC UA架构Pub-Sub模式,设计了一种分布式自动测试系统,构建线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型,将线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型通过消息中心组成动态星型拓扑结构,实现网内任何两个节点之间的数据通信;消息中心设置为基于OPC UA架构Pub-Sub模式配置的消息框架,在PUB端与SUB端进行IP地址与端口绑定。相比于传统采用UDP或TCP点到点数据传输方式,本发明的测试系统各模型既可以是发布者,也可以是订阅者,各模型只需配置消息中心IP,不需要配置消息发送方、对端消息接收方的IP地址,简化了通信配置工作,各个模型可以通过消息中心高效地收发消息,缩短搭建测试环境的成本,降低排查因测试环境配置错误的难度。同时,本测试环境更方便拓展,基于OPC UA的发布/订阅机制(PUB-SUB)再次开发,拓展实现了统一的通信数据管理,可以做到消息过滤、数据持久化存储、数据监测、数据回放、数据软交换、日志分析等功能。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域,但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,其特征在于,系统架构包括:消息中心、线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型,所述线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型通过所述消息中心组成动态星型拓扑结构;
所述消息中心设置为基于OPC UA架构Pub-Sub模式配置的消息框架,支持n到m的动态拓扑模式,在PUB端与SUB端进行IP地址与端口绑定;
所述线路模型、列车模型、驾驶台模型、站场图模型之间通过配置所述消息中心的IP地址进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,其特征在于,所述线路模型是对列车所运行地理线路中一系列信号设备进行模型抽象,用于订阅来自所述列车模型的位移信息,计算出列车在实际线路中的位置,并将该位置的路况信息、信号设备信息、地图信息发布给所述列车模型,同时将线路上的信号设备状态、车辆位置状态发布给所述站场图模型以显示。
3.根据权利要求2所述的基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,其特征在于,所述线路模型包括轨道区段、信号机、计轴、道岔、站台、应答器模型,分别用于模拟轨道区段的占用、出清、故障信息,模拟信号机颜色、断丝信息,模拟道岔的定位、反位、四开、故障信息,模拟站台的开关门、紧停按钮、扣车按钮、人防按钮、清客按钮信息,以及模拟应答器的编号数据信息。
4.根据权利要求1所述的基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,其特征在于,所述列车模型是对真实列车的动力学特性、运行学特性以及车辆设备状态进行模型抽象,支持创建和调度虚拟列车模型和真实列车模型,所述虚拟列车模型为不接入真实列车设备的列车模型,所述真实列车模型为接入实际列车设备的列车模型;所述列车模型用于周期性接收来自车载信号系统VOBC和司机驾驶台的各种控车命令,实现列车动力学和运行学特性的模拟,并控制车载的状态,输出列车的速度和位置信息,推进系统模拟状态。
5.根据权利要求3所述的基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,其特征在于,所述列车模型按功能划分为BTM模型、TCMS模型、IO接口模型、速度脉冲模型、动力学模型;
位于车头车尾的所述BTM模型用于模拟BTM板卡功能,当车头车尾经过线路上的某个应答器附近时,向车载信号系统VOBC发送指定的应答器信息;
所述TCMS模型用于模拟ATO自动驾驶下的列车管理功能,接收ATO模式控车命令并反馈列车状态;
所述IO接口模型用于模拟输入输出板卡和继电器,接收车载信号系统VOBC发出的安全输出和非安全输出,并根据模拟车辆的状态向车载信号系统VOBC发送安全输入和非安全输入信息;
所述速度脉冲模型用于模拟速度传感器,根据当前周期速度信息将列车的模拟脉冲计数发送给车载信号系统VOBC;
所述动力学模型用于模拟车辆运动特性,根据控车命令对列车进行周期式推进。
6.根据权利要求1所述的基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,其特征在于,所述站场图模型是对人机交互界面进行模型抽象,用于呈现全线路的拓扑结构、线路信号设备的状态;并订阅所述线路模型发布的数据,实时显示出列车在车载信号系统VOBC控制下的运行位置信息,同时模拟线路状态,并将模拟的线路状态发布给所述线路模型。
7.根据权利要求1所述的基于OPC UA架构Pub-Sub模式的分布式自动测试系统,其特征在于,所述驾驶台模型是对真实列车驾驶台进行模型抽象,用于提供人机交互界面以模拟驾驶台操作,并将模拟的驾驶台操作状态发布给所述列车模型,并订阅来自所述列车模型的状态信息。
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