CN114554454A - 一种车地通信数据的转发方法及通信单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车地通信数据的转发方法及通信单元，所述转发方法包括，获取车地通信的原始数据；拷贝原始数据，并将拷贝的原始数据作为转发数据；依据转发数据，获取待转发的转发结构；依据待转发的转发结构，生成转发数据包。本发明高效地实现了车地通信中的数据转发。

Description

一种车地通信数据的转发方法及通信单元

技术领域

本发明属于轨道交通列车运行控制系统中的通信技术领域，特别涉及一种车地通信数据的转发方法及通信单元。

背景技术

在轨道交通列车运行控制系统(以下简称列控系统)中，车载设备通过地面铺设的点式应答器或无线网络(GSM-R/GPRS/LTE等)实现车地通信，前者是非连续式通信，而后者则可以实现连续的车地通信。车载设备依赖车地通信获取的必要数据实现安全、高效行车。因此，车地通信功能是车载设备的核心重要功能之一，而由于车载设备整体软件规模大，设备功能集中，硬件性能要求较高，不管对软件维护、问题排查还是软件变更来说都是很大的挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种车地通信数据的转发方法，所述转发方法包括：

获取车地通信的原始数据；

拷贝原始数据，并将拷贝的原始数据作为转发数据；

依据转发数据，获取待转发的转发结构；

依据待转发的转发结构，生成转发数据包。

进一步地，依据转发数据，获取待转发的转发结构包括：

依据转发数据，生成初始的转发结构；

依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构。

进一步地，依据转发数据，生成初始的转发结构包括：

计算转发数据的比特起始偏移，并索引到转发数据中比特流结尾所在字节；

从转发数据中整体拷贝出比特流结尾所在字节内容，并生成初始的转发结构。

进一步地，依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构包括：

将初始的转发结构压入转发队列；

依据预设条件，从转发队列中获取待转发的转发结构。

进一步地，将初始的转发结构压入转发队列的同时，计算初始的转发结构的校验和。

进一步地，从转发队列中获取待转发的转发结构前，检查初始的转发结构的校验和。

进一步地，所述初始的转发结构包含的信息有标识、序号、比特偏移、比特长度、数据缓存区以及校验和。

进一步地，所述转发数据包包含的信息有数据包头以及数据包内容。

进一步地，所述数据包头包括包头标识字段、包长度字段、比特偏移字段以及比特长度字段。

进一步地，所述包长度表示整个数据转发包的长度属于可选字段。

进一步地，所述数据包内容为转发数据缓存区。

另一方面，本发明还提供一种通信单元，包括：

原始数据获取模块，用于获取车地通信的原始数据；

拷贝模块，用于拷贝原始数据，并将拷贝的原始数据作为转发数据；

待转发数据获取模块，用于依据转发数据，获取待转发的转发结构；

转发数据包生成模块，用于依据待转发的转发结构，生成转发数据包。

进一步地，依据转发数据，获取待转发的转发结构包括：

依据转发数据，生成初始的转发结构；

依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构。

进一步地，依据转发数据，生成初始的转发结构包括：

计算转发数据的比特起始偏移，并索引到转发数据中比特流结尾所在字节；

从转发数据中整体拷贝出比特流结尾所在字节内容，并生成初始的转发结构。

进一步地，依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构包括：

将初始的转发结构压入转发队列；

依据预设条件，从转发队列中获取待转发的转发结构。

本发明提供了一种车地通信数据的转发方法及通信单元，满足车地安全通信的同时，为将车地通信功能从车载核心设备剥离奠定了基础，为降低车载设备维护难度提供了支撑。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一个简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的转发方法的流程图。

图2示出了根据本发明实施例的转发结构生成示意图。

图3示出了根据本发明实施例的转发结构的示意图。

图4示出了根据本发明实施例的车地通信结构示意图。

图5示出了根据本发明实施例的实现公共通信通道的通信结构示意图。

图6示出了根据本发明实施例的转发方法的步骤图。

图7示出了当前车地通信系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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做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。

列控系统中，一般的，车载设备中核心控制部分要完成逻辑功能的同时，还要负责车地通信会话维护、数据处理等功能，导致整体软件规模较大，功能集成，对于软件维护和问题排查而言都存在一定难度。随着列控系统的不断发展，车载设备作为整个系统的最终“决策者”，必将承担越来越复杂的功能实现，通过数据转发实现功能分散分布是必然趋势，这也有利于新增功能的实施，减少软件耦合带来的影响。

因此，如图1所示的，本发明提供了一种车地通信数据的转发方法，所述转发方法包括：

获取车地通信的原始数据；

拷贝原始数据，并将拷贝的原始数据作为转发数据；

依据转发数据，获取待转发的转发结构；

依据待转发的转发结构，生成转发数据包。

下面进行一个详细的说明：

本实施例中的车地通信的原始数据是指地面设备发送的数据或车载设备发送的数据。

在获取到原始数据后，首先拷贝一份原始数据，将拷贝的该份原始数据作为转发数据，对原来的原始数据不做处理，仅对拷贝的转发数据进行处理，其处理的步骤如下：

依据转发数据，生成初始的转发结构，如图2所示的，具体的：

计算转发数据的比特起始偏移，并索引到转发数据中比特流结尾所在字节；

从转发数据中整体拷贝出比特流结尾所在字节内容(需要转发的部分)，并生成初始的转发结构，同时计算该转发结构的校验和；

依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构，具体的：

将计算校验和后的初始的转发结构压入转发队列，等待被提取，其中，在将计算校验和后的初始的转发结构压入转发队列前，需要对转发队列是否为满进行判断，若为满，则进行错误处理(即对转发队列为满进行故障记录，并人为的进行故障处理)，若不为满，则将计算校验和后的初始的转发结构压入转发队列。

依据预设条件(即根据处理能力和处理情况，例如作为数据转发的转发通道有数据大小限制，例如最大只能通过500字节的数据，那么若转发结构所占用300字节，其他勾搭一起转发的数据占用大于200字节，那么此时转发结构暂不转发，等下一次其他勾搭一起转发的数据占用200及以下字节时，转发结构才转发)，提取初始的转发结构。

在提取初始的转发结构前，需要对转发队列是否为空进行判断，若不为空，则弹出初始的转发结构并将该转发结构作为待转发的转发结构(若为空则不弹出初始的转发结构)，然后检查待转发的转发结构的校验和是否正确，其中，若待转发的转发结构校验和不正确(如通过检查校验和，可判断压入队列的转发结构中的数据是否被修改)，则进行错误处理(即对待转发的转发结构的校验和不正确进行故障记录，并人为的进行故障处理)。若正确，则还需要对待转发的转发结构中的序号(对于序号，下文有说明)是否符合预期进行判断，若不符合，则进行错误处理(即对待转发的转发结构的序号不符合预期进行故障记录，并人为地进行故障处理)，若符合，则根据待转发的转发结构，生成转发数据包发送给被转发对象。

初始的转发结构被压入转发队列后就等待被提取(图6)，相当于一个储存过程，获取待转发的转发结构是一个根据需要而获取的获取过程，因此，整个数据转发的过程是一个典型的“生产者-消费者”模型。整个过程中对原始数据仅有读取和拷贝操作，且非周期操作时通过校验和进行安全防护，避免了内存损坏等引起的偶然错误，符合信号软件安全编码要求。且直接按照字节从“转发数据”中整体拷贝需要转发的部分，这种不对原始数据内容进行解析而直接转发的好处是避免了对于安全数据可能的“污染”，且整个处理流程中仅由最终的数据接收方进行数据解析，减少了软件复杂度，减少了处理故障点。

下面对初始的转发结构进行说明：

列控系统的高可靠性往往要求不采用最新的硬件产品，为了更有效的利用硬件性能，所以国内外相关标准在通信协议和格式设计上较为苛求，一般都是按照比特进行设计。为了满足车地无线通信消息的复杂性，转发结构设计为基于比特流操作，且考虑到安全数据转发可靠性，不对既有数据进行操作且通过计算CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码)用于验证，一个基本的转发结构可通过如下表一进行定义：

表一

需要说明的是，标识(nid)、序号(seq)、比特长度(bitLen)的范围都应是具体需求而定，类似的数据缓存区(bitBuff)的大小也应满足转发需要。

不失一般性的，图3是一个转发结构的实际例子，图中，整个数组缓存区为数据缓存区＝2Byte，而转发数据从比特偏移＝6开始，比特长度＝7bit，这段数据标识为121，且是第15个转发结构。

校验和的计算方式很多，如奇偶校验、CRC校验等等，可以按需使用但必须包含上述所有转发结构的信息，从而唯一确定本转发结构。

对于转发数据包，序号和校验和仅用于通信单元内部使用，其他部不做处理，交由数据接收方(如地面设备或车载设备或其他设备)处理，转发数据包尽可能包含必要信息即可。转发数据包包含的信息有数据包头以及数据包内容，数据包头包括为包头标识(NID_PACKET)、包长度(L_PACKET)、T比特偏移(BIT_OFFSE)以及比特长度(BIT_LEN)四个字段，其中，L_PACKET表示整个转发数据包的长度属于可选字段，用于解析时跳过此转发数据包，转发数据包内容即为拷贝的转发数据缓存区,表达结构如下表二(表二为转发数据包协议格式表)：

表二

本发明还提供一种通信单元，包括：

原始数据获取模块，用于获取车地通信的原始数据；

拷贝模块，用于拷贝原始数据，并将拷贝的原始数据作为转发数据；

待转发数据获取模块，用于依据转发数据，获取待转发的转发结构；

转发数据包生成模块，用于依据待转发的转发结构，生成转发数据包。

进一步地，依据转发数据，获取待转发的转发结构包括：

依据转发数据，生成初始的转发结构；

依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构。

进一步地，依据转发数据，生成初始的转发结构包括：

计算转发数据的比特起始偏移，并索引到转发数据中比特流结尾所在字节；

从转发数据中整体拷贝出比特流结尾所在字节内容，并生成初始的转发结构。

进一步地，依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构包括：

将初始的转发结构压入转发队列；

依据预设条件，从转发队列中获取待转发的转发结构。

通过本发明的转发方法所需要转发对象是车载设备或地面设备，不失一般性地，将实现本发明转发方法的实现装置称为通信单元，如图4所示的，为通信单元的数据转发的结构示意图。

通信单元将从地面设备收到的数据进行拆分(即计算转发数据的比特起始偏移，并索引到转发数据中比特流结尾所在字节，从转发数据中整体拷贝出比特流结尾所在字节内容)，形成一个通用的转发结构，并最终转发给车载设备转发数据包(图4)。通信单元也可以实现向其他设备转发转发数据包，实现通信单元当作为一个公用通信通道(图5)。

如图7所示的，由于在现有的车地通信中，通过对车地通信的数据进行解析，将解析后的数据重新打包发送给相应设备，或将原始数据直接打包发送，这样要么侵入转发数据，要么不能灵活转发必要数据，且若需要复用车地通信能力时，只能复用代码，而不能通过数据转发实现车地通信的结构和逻辑简化。而本实施例中，通过设置的通信单元，从而实现了车地通信中的数据转发。

且在本实施例中，转发结构、转发机制及字节流能够很好的适应列控系统通信格式特点，支持比特流转发灵活高效，不对原始数据做处理且增加校验和，满足信号安全软件编程要求。

另外，在转发数据包的格式设计上，用户可以将本实施例中转发数据包协议格式嵌入自有协议中，顺序和字段及比特位数均可以按需处理定制。

另外，本发明的一种通信单元实现的其他功能以及实现方式与本发明的一种车地通信数据的转发方法中其他步骤的功能以及实现方式对应一致，因此，此处不再赘述。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (15)

1.一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，所述转发方法包括：

获取车地通信的原始数据；

拷贝原始数据，并将拷贝的原始数据作为转发数据；

依据转发数据，获取待转发的转发结构；

依据待转发的转发结构，生成转发数据包。

2.根据权利要求1所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，依据转发数据，获取待转发的转发结构包括：

依据转发数据，生成初始的转发结构；

依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构。

3.根据权利要求2所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，依据转发数据，生成初始的转发结构包括：

计算转发数据的比特起始偏移，并索引到转发数据中比特流结尾所在字节；

从转发数据中整体拷贝出比特流结尾所在字节内容，并生成初始的转发结构。

4.根据权利要求2所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构包括：

将初始的转发结构压入转发队列；

依据预设条件，从转发队列中获取待转发的转发结构。

5.根据权利要求4所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，将初始的转发结构压入转发队列的同时，计算初始的转发结构的校验和。

6.根据权利要求4所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，从转发队列中获取待转发的转发结构前，检查初始的转发结构的校验和。

7.根据权利要求2-6任一项所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，所述初始的转发结构包含的信息有标识、序号、比特偏移、比特长度、数据缓存区以及校验和。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，所述转发数据包包含的信息有数据包头以及数据包内容。

9.根据权利要求8所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，所述数据包头包括包头标识字段、包长度字段、比特偏移字段以及比特长度字段。

10.根据权利要求9所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，所述包长度表示整个数据转发包的长度，属于可选字段。

11.根据权利要求9所述的一种车地通信数据的转发方法，其特征在于，所述数据包内容为转发数据缓存区。

12.一种通信单元，其特征在于，包括：

原始数据获取模块，用于获取车地通信的原始数据；

拷贝模块，用于拷贝原始数据，并将拷贝的原始数据作为转发数据；

待转发数据获取模块，用于依据转发数据，获取待转发的转发结构；

转发数据包生成模块，用于依据待转发的转发结构，生成转发数据包。

13.根据权利要求12所述的通信单元，其特征在于，依据转发数据，获取待转发的转发结构包括：

依据转发数据，生成初始的转发结构；

依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构。

14.根据权利要求13所述的通信单元，其特征在于，依据转发数据，生成初始的转发结构包括：

计算转发数据的比特起始偏移，并索引到转发数据中比特流结尾所在字节；

从转发数据中整体拷贝出比特流结尾所在字节内容，并生成初始的转发结构。

15.根据权利要求13所述的通信单元，其特征在于，依据初始的转发结构，获取待转发的转发结构包括：

将初始的转发结构压入转发队列；

依据预设条件，从转发队列中获取待转发的转发结构。

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