CN116418855A - 一种动态隧道建立方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开一种动态隧道建立方法及系统，所述方法包括：解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据，根据所述列车编组运行计划信息及通信数据提取动态隧道建立的基本信息；根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据和动态隧道建立的基本信息更新动态隧道信息库及配置信息；根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道。利用本公开的示例性实施例，实现临时动态隧道建立，降低了网络资源的无效占用，更增加了网络资源利用的实时性。

Description

一种动态隧道建立方法及系统

技术领域

本公开实施例涉及网络通信技术领域，具体涉及一种动态隧道建立方法及系统。

背景技术

目前在Internet有线网络中，一般会采用VPN(Virtual Private Network)方式进行虚拟组网，实现Internet网络上数据传输的“虚拟专用性”和“安全性”。在VPN的组网方案中，通常使用隧道(Tunneling)建立的关键技术，就是将某个原始或者内部的数据报文封装到另外的外部数据报文之中，使得内部的数据报文相对外部数据报文的处理者是不透明。常见的链路层隧道协议有PPTP(Point-to-Point Tunneling Protocol，点到点隧道协议)、L2F(Layer-2 Forwarding，第二层转发协议)和L2TP(Layer-2 Tunneling Protocol，第二层隧道协议)；常见的网络层隧道协议有IPSec(Internet Protocol Security，开放的安全通信协议族)、GRE(Generic Routing Encapsulation，通用路由封装协议)和MPLS(Multiprotocol Label Switching，多协议标签转发)等。

如图2所示，以GRE隧道为例，对IP网络层协议的数据报文进行封装，使这些被封装的数据报文能够在另一个IP网络层协议中传输。

GRE封装IP报文的过程：将原始数据当作乘客协议，原始数据包包头的IP地址为私有IP地址，将原始IP+数据包封装进GRE协议，GRE协议称为封装协议，封装协议的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址，将整个GRE数据包当作数据，在外层封装公网IP包头，也就是隧道的起源和终点。

GRE也可以封装其他协议报文，例如IPX(Internetwork Packet Exchangeprotocol，互联网分组交换协议)报文的封装过程如图3所示。隧道的两端通过封装以及解封装技术在公网上建立一条VPN通道，使用这条通道对数据报文进行传输。

GRE隧道建立方案存在以下几个问题：首先是隧道数量问题，GRE是一种点对点隧道，随着网络节点增多，这样隧道的数目会呈指数性增长。其次GRE不支持组播，网络中的一个虚机发出一个广播帧后，GRE会将其广播到所有与该节点有隧道连接的节点，大量占用网络带宽资源。

在传统铁路车车自组网通信系统中，列车之间的数据交互是通过车载电台-地面基站-车载电台转发实现，相应的车载电台之间需要通过VPN虚拟隧道技术建立静态无线L2GRE或者L3GRE隧道，实现点对点或点对多点的车载数据通信。但此方案存在一个弊端，车载电台必须按照预先配置进行组网。如果需要建立一张规模大且支持动态实时调整能力的车联网通信系统，车载电台VPN隧道的结构和配置就变的非常复杂。当有N个车载电台进行互联互通时，每个车载电台需要配置N-1个VPN隧道，整张网络共需要配置N*(N-1)个VPN隧道。另外，当任意一个车载电台的本地配置参数发生变化时，就需要同步手动调整本地车载电台与其他电台之间的VPN隧道配置，增加后期维护的难度和成本。目前，电台也可以实现静态隧道的建立，通过手动预先配置电台隧道建立的参数，提前将隧道成功建立，但这种方式下如果网络节点很多，会造成人工手工配置的工作量，也会增加出现错误的概率。

发明内容

本公开实施例提供一种动态隧道建立方法，适用于铁路车车自组网通信，解决或缓解现有VPN隧道建立和维护存在的问题，基于列车的编组计划、GPS信息、列车IP地址、列车端口号、列车MAC表，实现车车通信无线隧道的自动建立和动态调整，不需要人工干预，降低设备部署复杂度和维护难度，使整个车车自组网应用更加灵活。

根据本公开的一个方面，提供一种动态隧道建立方法，包括：

S1、解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据，根据所述列车编组运行计划信息及通信数据提取动态隧道建立的基本信息；

S2、结合编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取列车行驶的前后编组顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系；

S3、结合动态隧道建立的基本信息和动态隧道信息库，确定动态隧道建立的起点和终点；

S4、根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据和动态隧道建立的基本信息更新动态隧道信息库及配置信息；

S5、根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道。

在一种可能的实现方式中，所述的解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据，根据所述列车编组运行计划信息及通信数据提取动态隧道建立的基本信息之前包括：

初始化动态隧道建立的动态隧道信息库及配置信息，所述配置信息包括隧道建立的虚拟业务IP、MAC信息、监测定时器信息和时钟同步信息；

检测电台注册网络的状态；

当所述电台注册网络的状态正常时，获取隧道注册信息并存储至配置信息中。

在一种可能的实现方式中，所述的结合编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取列车行驶的前后编组顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系之前包括：

当解析车载ATP设备的数据报文，解析数据中没有列车编组运行计划信息，则根据所述车载ATP设备发送数据的实际流向建立动态隧道。

在一种可能的实现方式中，所述的结合动态隧道建立的基本信息和动态隧道信息库，确定动态隧道建立的起点和终点之后包括：

当解析车载ATP设备的数据报文，解析数据中没有目标车载ATP设备的IP地址、端口号信息和MAC地址，则不满足动态隧道建立的条件，不发起动态隧道建立流程。

在一种可能的实现方式中，所述的根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据和动态隧道建立的基本信息更新动态隧道信息库及配置信息中：

所述动态隧道信息库的更新包括：网络中的所有电台的IP地址、电台的身份ID对应表、车载ATP设备的IP对应表、电台与车载ATP设备的绑定关系表，其中车载ATP设备的IP地址与对应电台的身份ID一一对应，或者车载ATP设备的IP地址与电台隧道建立的虚拟业务静态IP地址一一映射；

所述配置信息的更新包括：隧道建立的起点和终点的IP地址、起点和终点的端口号、起点和终点的MAC地址、电台虚拟业务IP地址、电台虚拟业务MAC地址、隧道建立超时定时器、隧道监测定时器和系统时钟。

在一种可能的实现方式中，所述的根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道包括：

根据列车编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取电台发起方和电台接收方所处的网络节点位置及建立连接的前后顺序关系；

再根据目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址，发起动态隧道建立请求，发起动态隧道建立请求的请求帧中包括电台身份认证信息、列车运行计划和目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址及原始数据；

目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址封装为私有IP，并将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP数据包封装进GRE协议，封装的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址；

启动隧道监测定时器，若隧道监测定时器内没有动态隧道建立请求确认帧，返回继续发起动态隧道建立请求的处理流程；

若定时器内收到动态隧道建立请求确认帧，则临时动态隧道建立成功；

临时隧道建立成功后，隧道源端向隧道目的端发送临时隧道建立成功消息，两端确认隧道建立成功后，通过临时动态隧道相互发送车载ATP设备的数据报文信息。

在一种可能的实现方式中，所述的根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道之后包括：

动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，隧道监测定时器内检测出故障，故障场景包括电台之间的心跳检测信号丢失、隧道两端电台的定时握手消息无应答导致响应超时、定时器内隧道通道数据校验不通过，则进入发起拆除动态隧道的请求；

动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，隧道监测定时器内无故障，且定时器内一直有数据报文传输，则临时动态隧道保持激活状态；若定时器内无数据报文，或者接收的数据报文流量不能达到隧道源端和隧道目的端协商的流量，电台隧道客户目的端同时向隧道客户源端发送撤销临时隧道的请求；

拆除动态隧道包括：发起拆除动态隧道建立的请求，且定时器内收到拆除动态隧道的请求确认，则动态隧道成功删除，若定时器内无拆除动态隧道的请求确认帧超时后，重新发起删除动态隧道的请求；

动态链路删除成功后，完成流程。

根据本公开的一个方面，提供一种隧道建立系统，包括：解析模块，用于解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据；

提取模块，用于根据所述列车编组运行计划信息及通信数据提取动态隧道建立的基本信息；

第一确定模块，用于结合编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取列车行驶的前后编组顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系；

第二确定模块，用于结合动态隧道建立的基本信息和动态隧道信息库，确定动态隧道建立的起点和终点；

更新模块，用于根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据和动态隧道建立的基本信息更新动态隧道信息库及配置信息；

建立模块，用于根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道。

在一种可能的实现方式中，包括：

初始化模块，用于初始化动态隧道建立的动态隧道信息库及配置信息，所述配置信息包括隧道建立的虚拟业务IP、MAC信息、监测定时器信息和时钟同步信息；

检测模块，用于检测电台注册网络的状态；

触发模块，用于当所述电台注册网络的状态正常时，获取隧道注册信息并存储至配置信息中。

在一种可能的实现方式中，所述动态隧道信息库的更新包括：网络中的所有电台的IP地址、电台的身份ID对应表、车载ATP设备的IP对应表、电台与车载ATP设备的绑定关系表，其中车载ATP设备的IP地址与对应电台的身份ID一一对应，或者车载ATP设备的IP地址与电台隧道建立的虚拟业务静态IP地址一一映射；

所述配置信息的更新包括：隧道建立的起点和终点的IP地址、起点和终点的端口号、起点和终点的MAC地址、电台虚拟业务IP地址、电台虚拟业务MAC地址、隧道建立超时定时器、隧道监测定时器和系统时钟。

在一种可能的实现方式中，所述建立模块包括：

获取子模块，用于根据列车编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取电台发起方和电台接收方所处的网络节点位置及建立连接的前后顺序关系；

发起子模块，用于根据目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址，发起动态隧道建立请求，发起动态隧道建立请求的请求帧中包括电台身份认证信息、列车运行计划和目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址及原始数据；

封装子模块，用于将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址封装为私有IP，并将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP数据包封装进GRE协议，封装的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址；

启动子模块，用于启动隧道监测定时器，若隧道监测定时器内没有动态隧道建立请求确认帧，返回继续发起动态隧道建立请求的处理流程；

若定时器内收到动态隧道建立请求确认帧，则临时动态隧道建立成功；

隧道源端和隧道目的端，用于在临时隧道建立成功后，隧道源端向隧道目的端发送临时隧道建立成功消息，两端确认隧道建立成功后，通过临时动态隧道相互发送车载ATP设备的数据报文信息。

本公开的示例性实施例具有以下有益效果：利用本公开的示例性实施例，可以根据数据需求临时建立动态L2GRE/L3GRE隧道；无需手动配置临时动态隧道建立的参数；根据车载ATP设备的编组运行计划和数据流量进行动态隧道的建立和拆除，更加灵活分配和使用了网络资源；电台实现临时动态隧道建立，降低了网络资源的无效占用，更增加了网络资源利用的实时性。

本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其它特征和优点将从说明书附图变得明显。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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是本示例性实施例的一种动态隧道建立方法的流程图之一；

图2是现有技术中GRE封装IP报文过程示意图；

图3是现有技术中GRE封装IPX报文过程示意图；

图4是本示例性实施例的动态隧道建立算法功能框图；

图5是本示例性实施例的动态隧道建立的算法流程图；

图6是本示例性实施例的隧道建立信令交互图；

图7是本示例性实施例的根据实时数据报文的流向建立VPN隧道的流程图；

图8是本示例性实施例的一种隧道建立系统的框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件单元或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请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，以便这里描述的本申请的实施例例如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子模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或子模块，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子模块。

图1是本示例性实施例的一种动态隧道建立方法的流程图之一，如图1所示，本公开的示例性实施例提供了一种动态隧道建立方法，包括：

S1、解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据，根据所述列车编组运行计划信息及通信数据提取动态隧道建立的基本信息；

S2、结合编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取列车行驶的前后编组顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系；

S3、结合动态隧道建立的基本信息和动态隧道信息库，确定动态隧道建立的起点和终点；

S4、根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据和动态隧道建立的基本信息更新动态隧道信息库及配置信息；

S5、根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道。

具体地，步骤S1之前包括：

初始化动态隧道建立的动态隧道信息库及配置信息，所述配置信息包括隧道建立的虚拟业务IP、MAC信息、监测定时器信息和时钟同步信息；

检测电台注册网络的状态；

当所述电台注册网络的状态正常时，获取隧道注册信息并存储至配置信息中。

具体地，步骤S2之前包括：

当解析车载ATP设备的数据报文，解析数据中没有列车编组运行计划信息，则根据所述车载ATP设备发送数据的实际流向建立动态隧道。

具体地，所述S3之后包括：

当解析车载ATP设备的数据报文，解析数据中没有目标车载ATP设备的IP地址、端口号信息和MAC地址，则不满足动态隧道建立的条件，不发起动态隧道建立流程。

具体地，步骤S4中：

所述动态隧道信息库的更新包括：网络中的所有电台的IP地址、电台的身份ID对应表、车载ATP设备的IP对应表、电台与车载ATP设备的绑定关系表，其中车载ATP设备的IP地址与对应电台的身份ID一一对应，或者车载ATP设备的IP地址与电台隧道建立的虚拟业务静态IP地址一一映射；

所述配置信息的更新包括：隧道建立的起点和终点的IP地址、起点和终点的端口号、起点和终点的MAC地址、电台虚拟业务IP地址、电台虚拟业务MAC地址、隧道建立超时定时器、隧道监测定时器和系统时钟。

具体地，步骤S5包括：

根据列车编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取电台发起方和电台接收方所处的网络节点位置及建立连接的前后顺序关系；

再根据目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址，发起动态隧道建立请求，发起动态隧道建立请求的请求帧中包括电台身份认证信息、列车运行计划和目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址及原始数据；

目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址封装为私有IP，并将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP数据包封装进GRE协议，封装的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址；

启动隧道监测定时器，若隧道监测定时器内没有动态隧道建立请求确认帧，返回继续发起动态隧道建立请求的处理流程；若定时器内收到动态隧道建立请求确认帧，则临时动态隧道建立成功；

临时隧道建立成功后，隧道源端向隧道目的端发送临时隧道建立成功消息，两端确认隧道建立成功后，通过临时动态隧道相互发送车载ATP设备的数据报文信息。

具体地，步骤S5之后包括：

动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，隧道监测定时器内检测出故障，故障场景包括电台之间的心跳检测信号丢失、隧道两端电台的定时握手消息无应答导致响应超时、定时器内隧道通道数据校验不通过，则进入发起拆除动态隧道的请求；

动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，隧道监测定时器内无故障，且定时器内一直有数据报文传输，则临时动态隧道保持激活状态；若定时器内无数据报文，或者接收的数据报文流量不能达到隧道源端和隧道目的端协商的流量，电台隧道客户目的端同时向隧道客户源端发送撤销临时隧道的请求；

拆除动态隧道包括：发起拆除动态隧道建立的请求，且定时器内收到拆除动态隧道的请求确认，则动态隧道成功删除，若定时器内无拆除动态隧道的请求确认帧超时后，重新发起删除动态隧道的请求；

动态链路删除成功后，完成流程。

图4是本示例性实施例的动态隧道建立算法功能框图，如图4所示，本示例性实施例包括：

初始化模块：实现软件系统初始化，包括初始化动态隧道建立的信息库、隧道建立的虚拟业务IP、MAC信息、监测定时器信息、时钟同步信息等。

网络检测模块：动态实时检测电台网络接入状态，电台包括2G/3G/4G/5G公网电台或者GSM-R/LTE-M/5G-R等专网电台。

数据解析模块：实现对车载ATP设备数据的解析功能，解析从ATP(列车自动保护系统，Automatic Train Protection)获取的列车运行编组计划及通信数据，提取动态隧道建立的基本信息，包括目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、目标车载ATP设备和源车载ATP设备的端口号信息、目标车载ATP设备和源车载ATP设备的MAC地址等。

隧道信息模块：实现动态隧道建立所需信息库的存储功能，包括了列车编组运行计划与电台序列号或者IP映射的关系表，车载ATP设备与电台IP映射的关系表等，作为隧道建立获取无线网络设备位置及路由关系的依据。

隧道建立模块：实现动态隧道建立功能，根据解析的车载ATP数据更新信息库及相关配置参数(初始化步骤中的隧道建立的虚拟业务IP、MAC信息、监测定时器信息、时钟同步信息)，根据电台位置、路由关系、业务流量等，判断是否需要建立动态隧道，当满足动态隧道建立的条件(详见图5)时发起建立请求，收到建立请求响应后，隧道建立成功。

隧道监测模块：实现动态隧道故障监测功能，隧道监测功能会启动隧道监测定时器，当在定时器内检测到隧道故障(如隧道广播消息无响应超时、数据报文CRC校验一直报错)、无数据传输或数据流量达不到协商的门限值等情况时，系统发起拆除或重建流程。

隧道拆除模块：实现动态隧道拆除功能，当隧道建立成功后，车载ATP开始进行数据传输，直到数据传输完毕或者满足拆除隧道条件(详见图5)，触发隧道拆除流程，电台拆除动态隧道并释放资源。

日志记录模块：实现动态隧道相关信息日志记录功能，包括动态隧道建立信息、拆除信息、故障信息等，这些存储信息有助于对相关人员对电台进行在线维护和问题定位。

图5是本示例性实施例的动态隧道建立的算法流程图；如图5所示，本示例性实施例包括步骤：

a)软件系统初始化过程，初始化动态隧道建立的信息库信息及相关配置参数。

b)检测电台注册网络(公网或者专网)状态，在注网正常时，获取隧道注册虚拟业务IP及MAC信息等，并存储到隧道建立的配置信息中去，当解析出编组运行计划、ip及mac，再结合数据库信息表的信息，触发动态隧道建立流程。

c)电台收到车载ATP的数据报文后进行数据解析，解析出列车编组运行计划信息及通信数据，结合编组运行计划信息和动态隧道建立的信息库信息，获取列车行驶的前后编组的顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系。如果解析数据中没有列车编组运行计划信息，则根据ATP发送数据的实际流向建立动态隧道，具体地，根据开机初始化的列车编组运行计划信息来确定实际流向。

d)电台收到车载ATP的数据报文后进行数据解析，解析出车载ATP设备的源和目标IP及MAC地址，结合数据库中的信息表，确定动态隧道建立的起点和终点，如果解析数据中没有目标IP及MAC，则不满足动态隧道建立的条件，不发起动态隧道建立流程。

e)完成c-d步骤后，更新电台信息库中信息表，包括网络中的所有电台设备IP、身份ID对应表、车载ATP设备IP对应表、电台与车载ATP设备的绑定关系表、编组计划，其中车载ATP设备的IP与对应电台的设备号进行一一对应，或者与电台隧道建立的虚拟业务静态IP一一映射，确保电台知道与其对应连接车载设备的IP地址，还需更新隧道配置信息表，包含了隧道建立所需要的关键参数，隧道建立的起点终点的IP地址、端口号、MAC地址，隧道建立超时定时器、隧道监测定时器、系统时钟等。

f)若c-f满足动态隧道建立条件，继续下一个环节，根据获取的列车编组运行计划、车载ATP目标IP地址、端口号、MAC地址车载ATP源IP地址、端口号、MAC地址，隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同来协商建立动态临时隧道：

电台根据列车编组运行计划和数据库信息表，获取电台发起方和电台接收方所处的网络节点位置及建立连接的前后顺序关系；

再根据车载ATP目标IP地址、端口号、MAC地址，车载ATP源IP地址、端口号、MAC地址，发起动态隧道建立请求，发起动态隧道建立请求的请求帧中包括电台身份认证信息(电台身份ID号)、列车编组运行计划表、车载IP及原始数据等；

g)将原始车载ATP目标及源IP封装为私有IP，并将IP数据包封装进GRE协议，封装的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址(隧道注册信息时获取的IP地址，建议配置为静态IP)；

启动定时器，若定时器内没有动态隧道建立请求确认帧，返回继续发起动态隧道建立请求的处理流程；

若定时器内收到动态隧道建立请求确认帧，则动态隧道建立成功，进入下一步的处理流程。

电台1与电台2的临时隧道建立成功后，电台1隧道源端向电台2隧道目的端发送临时隧道建立成功消息，两端确认隧道建立成功后，电台1与电台2相互发送车载ATP设备的数据报文信息。

h)动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，隧道监测定时器内检测出故障，故障场景包括电台之间的心跳检测信号丢失、隧道两端电台的定时握手消息无应答导致响应超时、定时器内隧道通道数据校验不通过，则进入发起拆除动态隧道的请求。

i)动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，隧道监测定时器内无故障，且定时器内一直有数据报文传输，则临时动态隧道保持激活状态。若定时器内无数据报文，或者接收的数据报文流量不能达到隧道电台源端和隧道电台目的端协商的流量，电台隧道客户目的端同时向隧道客户源端发送撤销临时隧道的请求。

j)当满足i-j)拆除隧道条件时，电台发起拆除动态隧道建立的请求，且定时器内收到拆除动态隧道的请求确认，则动态隧道成功删除，若定时器内无拆除动态隧道的请求确认帧超时后，重新发起删除动态隧道的请求。

k)动态链路删除成功后，完成流程。

图6是本示例性实施例的隧道建立信令交互图，如图6所示，本示例性实施例包括：

A)电台1、电台2注册网络(公网或者专网)成功，获取隧道注册信息，并存储隧道建立的配置信息。

B)电台1收到车载ATP传输的数据报文后进行数据解析，解析出列车编组运行计划信息，从编组运行信息中获取列车行驶的前后顺序跟位置信息，根据列车运行的顺序和位置关系，确定电台动态隧道建立的连接关系，还需要解析出车载ATP设备的源和目标IP、端口号及MAC地址，确定动态隧道建立的起点和终点。

C)电台1根据列车编组运行计划，获取发起方和接收方所处的网络节点位置，会向电台2发起隧道建立请求，请求帧里面的常规信息包含电台身份认证、列车运行计划、车载IP及原始数据等，电台1会将原始车载ATP目标及源IP封装为私有IP，并将IP数据包封装进GRE协议，封装的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址(隧道注册信息时获取的IP地址，建议配置为静态IP)，电台2收到隧道建立请求后，按照要求建立临时隧道并将隧道建立应答返回给电台1。

D)电台1与电台2的临时隧道建立成功后，电台1隧道源端向电台2隧道目的端发送临时隧道建立成功消息，两端确认隧道建立成功后，电台1与电台2相互发送车载ATP设备的数据报文信息。

E)电台1、2的动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，包括三个方面的检测：故障检测、流量检测、编组运行计划检测。

F)故障检测包括：心跳超时检测、通信超时检测、超长连接超时检测等；比如：场景一在隧道监测定时器内，电台1和电台2之间心跳信号丢失，彼此收不到心跳检测的信号，则判断为隧道心跳超时故障，后续发起动态隧道拆除。场景二：隧道监测时期内，电台1收不到电台2定时握手交互消息确认，判断为通信超时故障，后续发起动态隧道拆除。

G)流量检测包括：电台1、电台2在隧道超时定时器内检测是否有数据报文传输，一直有数据报文，则临时动态隧道保持激活状态，若定时器内，电台2隧道客户端没有收到电台1隧道客户源端的数据报文，或者接收的数据报文流量不能达到隧道客户源端和隧道客户目的端协商的流量，后续发起动态隧道拆除。

H)编组运行计划检测：电台1、电台2在动态隧道建立成功后，若列车编组运行临时发生改变导致列车运行顺序出现变化，删除原有临时动态隧道，电台根据更新后的列车运行编组计划重新发起动态临时隧道建立的流程。

I)当满足F-H)动态隧道拆除条件时，电台隧道客户目的端或者隧道客户源端发送撤销临时隧道的请求，比如：电台源端1会向电台2发起拆除动态隧道的请求帧，收到电台2拆除隧道确认帧后，成功拆除电台间的动态隧道，如果需要重新发送隧道请求建立的消息。

J)电台1、电台2根据车载ATP设备间的数据流量动态的建立临时隧道供通信数据传输，隧道建立的配置参数无需手动配置，电台的数据库会实时更新网络设备IP信息表以及虚拟业务静态IP路由表，供电台建立临时动态隧道时使用。

图7是本示例性实施例的根据实时数据报文的流向建立VPN隧道的流程图；如图7所示，动态隧道建立可以根据实时数据报文的流向建立VPN隧道，电台根据解析数据报文获取源端及目的端IP数据报文，并实时更新网络电台路由表信息，根据数据报文的流向表、网络路由表、流量表共同判断是否满足动态隧道建立的条件，如果满足建立条件，则由源端电台发起ARP广播消息，收到目的端电台ARP响应后，发起动态隧道建立的后续流程。

动态隧道建立算法中采用的静态虚拟IP作为隧道建立的起点和终点，也可以采用动态虚拟IP，可设置网络电台Server服务器，每一部电台作为Client需要与Server进行网络注册并建立隧道关系，由Server作为隧道终点和起点的中点转发和协商。

图8是本示例性实施例的一种隧道建立系统的框图。如图8所示，本公开的示例性实施例提供了一种隧道建立系统，包括：

第一解析模块，用于解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据，提取动态隧道建立的基本信息，所述动态隧道建立的基本信息包括目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息和MAC地址，结合编组运行计划信息和动态隧道建立的信息库信息，获取列车行驶的前后编组顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系；

第二解析模块，用于解析车载ATP设备的数据报文，得到目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息和MAC地址，结合动态隧道建立的信息库信息，确定动态隧道建立的起点和终点；

获取模块，用于根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据、目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息和MAC地址更新信息库信息及相关配置参数；

建立模块，用于根据获取的列车编组运行计划信息、目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息、MAC地址、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道。

具体地，包括：

初始化模块，用于初始化动态隧道建立的信息库信息及相关配置参数，所述相关配置参数包括隧道建立的虚拟业务IP、MAC信息、监测定时器信息和时钟同步信息；

检测模块，用于检测电台注册网络的状态；

触发模块，用于当所述电台注册网络的状态正常时，获取所述相关配置参数，将所述相关配置参数存储至隧道配置信息中，并触发动态隧道建立流程。

具体地，所述数据库信息的更新包括：网络中的所有电台的IP地址、电台的身份ID对应表、车载ATP设备的IP对应表、电台与车载ATP设备的绑定关系表，其中车载ATP设备的IP地址与对应电台的身份ID一一对应，或者车载ATP设备的IP地址与电台隧道建立的虚拟业务静态IP地址一一映射；

所述相关配置参数的更新包括：隧道建立的起点和终点的IP地址、起点和终点的端口号、起点和终点的MAC地址、电台虚拟业务IP地址、电台虚拟业务MAC地址、隧道建立超时定时器、隧道监测定时器和系统时钟。

具体地，所述建立模块包括：

获取子模块，用于根据列车编组运行计划信息和数据库信息表，获取电台发起方和电台接收方所处的网络节点位置及建立连接的前后顺序关系；

发起子模块，用于根据目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址，发起动态隧道建立请求，发起动态隧道建立请求的请求帧中包括电台身份认证信息、列车运行计划和目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址及原始数据；

封装子模块，用于将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址封装为私有IP，并将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP数据包封装进GRE协议，封装的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址；

启动子模块，用于启动定时器，若定时器内没有动态隧道建立请求确认帧，返回继续发起动态隧道建立请求的处理流程；

若定时器内收到动态隧道建立请求确认帧，则临时动态隧道建立成功；

隧道源端和隧道目的端，用于在临时隧道建立成功后，隧道源端向隧道目的端发送临时隧道建立成功消息，两端确认隧道建立成功后，通过临时动态隧道相互发送车载ATP设备的数据报文信息。

本示例性实施例电台根据数据需求临时建立动态L2GRE/L3GRE隧道；电台无需手动配置临时动态隧道建立的参数；电台根据车载ATP设备的编组运行计划和数据流量进行动态隧道的建立和拆除，更加灵活分配和使用了网络资源；电台实现临时动态隧道建立，降低了网络资源的无效占用，更增加了网络资源利用的实时性。

电台通过车载ATP的列车编组运行计划信息，获取列车运行的关联关系及位置信息；电台通过解析数据报文获取列车IP及MAC信息，存储隧道建立的终点及起点信息；电台通过数据库中网络设备信息库，获取电台设备IP、身份ID对应表、车载ATP设备IP对应表、电台与车载ATP设备的绑定关系表。电台根据以上条件动态的建立隧道连接，通过隧道监测检测通道的数据流量及通道质量，当不满足条件时，可随时拆除隧道。

电台根据车载ATP设备的IP及MAC、列车的编组运行计划、无需手动配置隧道建立参数，自动的建立临时动态隧道，降低了人工操作的复杂度及出错率。电台根据车载ATP的实时报文和流量进行动态隧道的建立和拆除，更加灵活分配和使用了网络资源。电台实现临时动态隧道建立，降低了网络资源的无效占用，更增加了网络资源利用的实时性。电台是针对无线网络，特别是针对铁路无线电台来实现的算法，不需要支持互联网IPV4和IPV6的协议等，是根据铁路无线电台特质进行的算法设计。通过无线电台的动态链路建立，实现列车与列车之间的无线数据通信，目前在铁路无线通信领域中，还未实现车车通信。

以上仅是本公开的优选实施方式，本公开的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本公开思路下的技术方案均属于本公开的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理前提下的若干改进和润饰，应视为本公开的保护范围。

Claims (11)

1.一种动态隧道建立方法，其特征在于，包括：

解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据，根据所述列车编组运行计划信息及通信数据提取动态隧道建立的基本信息；

结合编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取列车行驶的前后编组顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系；

结合动态隧道建立的基本信息和动态隧道信息库，确定动态隧道建立的起点和终点；

根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据和动态隧道建立的基本信息更新动态隧道信息库及配置信息；

根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道。

2.根据权利要求1所述的动态隧道建立方法，其特征在于，所述的解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据，根据所述列车编组运行计划信息及通信数据提取动态隧道建立的基本信息之前包括：

初始化动态隧道建立的动态隧道信息库及配置信息，所述配置信息包括隧道建立的虚拟业务IP、MAC信息、监测定时器信息和时钟同步信息；

检测电台注册网络的状态；

当所述电台注册网络的状态正常时，获取隧道注册信息并存储至配置信息中。

3.根据权利要求1所述的动态隧道建立方法，其特征在于，所述的结合编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取列车行驶的前后编组顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系之前包括：

当解析车载ATP设备的数据报文时，解析数据中没有列车编组运行计划信息，则根据所述车载ATP设备发送数据的实际流向建立动态隧道。

4.根据权利要求1所述的动态隧道建立方法，其特征在于，所述的结合动态隧道建立的基本信息和动态隧道信息库，确定动态隧道建立的起点和终点之后包括：

当解析车载ATP设备的数据报文时，解析数据中没有目标车载ATP设备的IP地址、端口号信息和MAC地址，则不满足动态隧道建立的条件，不发起动态隧道建立流程。

5.根据权利要求1所述的动态隧道建立方法，其特征在于，所述的根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据和动态隧道建立的基本信息更新动态隧道信息库及配置信息中：

所述动态隧道信息库的更新包括：网络中所有电台的IP地址、电台的身份ID对应表、车载ATP设备的IP对应表、电台与车载ATP设备的绑定关系表，其中车载ATP设备的IP地址与对应电台的身份ID一一对应，或者车载ATP设备的IP地址与电台隧道建立的虚拟业务静态IP地址一一映射；

所述配置信息的更新包括：隧道建立的起点和终点的IP地址、起点和终点的端口号、起点和终点的MAC地址、电台虚拟业务IP地址、电台虚拟业务MAC地址、隧道建立超时定时器、隧道监测定时器和系统时钟。

6.根据权利要求1所述的动态隧道建立方法，其特征在于，所述的根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道包括：

根据列车编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取电台发起方和电台接收方所处的网络节点位置及建立连接的前后顺序关系；

再根据目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址，发起动态隧道建立请求，发起动态隧道建立请求的请求帧中包括电台身份认证信息、列车运行计划和目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址及原始数据；

目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址封装为私有IP，并将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP数据包封装进GRE协议，封装的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址；

启动隧道监测定时器，若隧道监测定时器内没有动态隧道建立请求确认帧，则返回继续发起动态隧道建立请求的处理流程；

若定时器内收到动态隧道建立请求确认帧，则临时动态隧道建立成功；

临时隧道建立成功后，隧道源端向隧道目的端发送临时隧道建立成功消息，两端确认隧道建立成功后，通过临时动态隧道相互发送车载ATP设备的数据报文信息。

7.根据权利要求1所述的动态隧道建立方法，其特征在于，所述的根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道之后包括：

动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，隧道监测定时器内检测出故障，故障场景包括电台之间的心跳检测信号丢失、隧道两端电台的定时握手消息无应答导致响应超时、定时器内隧道通道数据校验不通过，则进入发起拆除动态隧道的请求；

动态隧道建立成功后，启动隧道监测机制，隧道监测定时器内无故障，且定时器内一直有数据报文传输，则临时动态隧道保持激活状态；若定时器内无数据报文，或者接收的数据报文流量不能达到隧道源端和隧道目的端协商的流量，则电台隧道客户目的端同时向隧道客户源端发送撤销临时隧道的请求；

拆除动态隧道包括：发起拆除动态隧道建立的请求，且定时器内收到拆除动态隧道的请求确认，则动态隧道成功删除；若定时器内无拆除动态隧道的请求确认帧超时，则重新发起删除动态隧道的请求；

动态链路删除成功后，完成流程。

8.一种动态隧道建立系统，其特征在于，包括：

解析模块，用于解析车载ATP设备的数据报文，得到列车编组运行计划信息及通信数据；

提取模块，用于根据所述列车编组运行计划信息及通信数据提取动态隧道建立的基本信息；

第一确定模块，用于结合编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取列车行驶的前后编组顺序和位置信息，确定电台的动态隧道建立关系；

第二确定模块，用于结合动态隧道建立的基本信息和动态隧道信息库，确定动态隧道建立的起点和终点；

更新模块，用于根据解析车载ATP设备得到的列车编组运行计划信息、通信数据和动态隧道建立的基本信息更新动态隧道信息库及配置信息；

建立模块，用于根据获取的列车编组运行计划信息、动态隧道建立的基本信息、隧道静态IP与车载ATP设备映射关系、以及电台注册的隧道信息，共同协商建立动态临时隧道。

9.根据权利要求8所述的动态隧道建立系统，其特征在于，包括：

初始化模块，用于初始化动态隧道建立的动态隧道信息库及配置信息，所述配置信息包括隧道建立的虚拟业务IP、MAC信息、监测定时器信息和时钟同步信息；

检测模块，用于检测电台注册网络的状态；

触发模块，用于当所述电台注册网络的状态正常时，获取隧道注册信息并存储至配置信息中。

10.根据权利要求8所述的动态隧道建立系统，其特征在于，

所述动态隧道信息库的更新包括：网络中的所有电台的IP地址、电台的身份ID对应表、车载ATP设备的IP对应表、电台与车载ATP设备的绑定关系表，其中车载ATP设备的IP地址与对应电台的身份ID一一对应，或者车载ATP设备的IP地址与电台隧道建立的虚拟业务静态IP地址一一映射；

所述配置信息的更新包括：隧道建立的起点和终点的IP地址、起点和终点的端口号、起点和终点的MAC地址、电台虚拟业务IP地址、电台虚拟业务MAC地址、隧道建立超时定时器、隧道监测定时器和系统时钟。

11.根据权利要求8所述的动态隧道建立系统，其特征在于，所述建立模块包括：

获取子模块，用于根据列车编组运行计划信息和动态隧道信息库，获取电台发起方和电台接收方所处的网络节点位置及建立连接的前后顺序关系；

发起子模块，用于根据目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址，发起动态隧道建立请求，发起动态隧道建立请求的请求帧中包括电台身份认证信息、列车运行计划和目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址、端口号信息以及MAC地址及原始数据；

封装子模块，用于将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP地址封装为私有IP，并将目标车载ATP设备和源车载ATP设备的IP数据包封装进GRE协议，封装的包头IP地址为虚拟直连链路两端的IP地址；

启动子模块，用于启动隧道监测定时器，若隧道监测定时器内没有动态隧道建立请求确认帧，返回继续发起动态隧道建立请求的处理流程；

若定时器内收到动态隧道建立请求确认帧，则临时动态隧道建立成功；

隧道源端和隧道目的端，用于在临时隧道建立成功后，隧道源端向隧道目的端发送临时隧道建立成功消息，两端确认隧道建立成功后，通过临时动态隧道相互发送车载ATP设备的数据报文信息。

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