一种防死锁的资源分配方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及列车信号控制系统，尤其是涉及一种防死锁的资源分配方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.在城市轨道交通信号系统中，传统的信号系统使用进路的概念来预先指定列车行车路线，按照进路的范围来分配轨旁的各种设备的使用，例如道岔转辙机、屏蔽门、逻辑区段、防护区、信号机等。在新一代“车-车通信的列车自主运行系统”的背景下，列车行车路线内的设备资源申请由列车自主安排、根据各自需要向轨旁资源控制器申请。这种实时的、由列车主导的资源分配方式，不必等待线路上之前的进路释放，可以根据线路当下情况来安排行车任务，所以交互更灵活、效率更高。同时，也引入了列车与列车之间互相竞争资源的问题。在某些特定情况下，列车各自持有别的列车需要的资源，而互相牵制，不能继续完成任务，这种死锁的场景将使得运营遇到困难。
3.因此如何来解决列车之间互相竞争资源而产生的死锁问题，成为需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种防死锁的资源分配方法、电子设备及存储介质。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.根据本发明的第一方面，提供了一种防死锁的资源分配方法，该方法用于基于车车通信的列车自主运行系统，其中所述列车自主运行系统包括车载控制器cc、轨旁列车控制器wtc与轨旁资源控制器wrc，该方法通过cc或wtc将完成ats任务所需的轨道路径，提前告知wrc；在列车实际需要轨道资源之前，所述wrc就预先判断那辆列车具有优先权来占用轨道资源。
7.作为优选的技术方案，该方法包括以下步骤：
8.步骤s1、列车向wrc发送视野、定位和资源需求；
9.步骤s2、wrc计算列车视野冲突，识别列车之间可能的死锁，并判断是否列车资源需求存在冲突，若为是，执行步骤s3；否则执行步骤s9；
10.步骤s3、wrc计算列车视野定位位置关系；
11.步骤s4、wrc计算列车授权保有状态；
12.步骤s5、wrc计算列车资源需求；
13.步骤s6、wrc计算资源的四个准则，并计算冲突优先级；
14.步骤s7、wrc获取相邻wrc资源信息，并合并处理；
15.步骤s8、wrc仲裁冲突；
16.步骤s9、wrc计算车容许视野；
17.步骤s10、wrc向列车发送列车视野容许范围与资源释放请求。
18.作为优选的技术方案，所述步骤s1中的视野为列车向wrc发送的申请资源的范围。
19.作为优选的技术方案，所述步骤s1中的冲突为不同车对于资源授权的同时申请。
20.作为优选的技术方案，所述步骤s3中的wrc计算列车视野定位位置关系具体为：
21.所述wrc计算列车的行驶方向、视野范围与列车定位之间的关系，判断列车之间的前后关系。
22.作为优选的技术方案，所述步骤s6中的四个准则包括：
23.准则1、位置上处于前方的车，更为优先；
24.准则2、先获得wrc授权资源的车，在该资源上更为优先；
25.准则3、先向wrc申请授权资源的车，在该资源上更为优先；
26.准则4、车辆识别号id更小的车，更为优先。
27.作为优选的技术方案，所述准则1中，位置上处于前方的含义为：
28.当两车有资源申请的冲突时，如果某车的非安全定位会阻挡冲突中另一辆车的任务，则该车位置上处于更前。
29.作为优选的技术方案，当两车同方向时，沿两车的方向先后找到a车、b车，定义b车的位置处于前方；
30.当两车对向，且车头对车头时，有任务的车相对无任务的车，更为优先；仅有自己的定位被对面冲突车的视野覆盖的车，更为优先。
31.作为优选的技术方案，所述四个准则按照优先级排序，具体为：
32.当处于冲突中的两车之一满足准则1时，wrc就能裁决出两车的先后优先关系，就不再进行准则2到准则4的判断；反之，如果两车都不满足准则1时，wrc进行准则2的判断来裁决两车的先后优先关系，以此类推。
33.作为优选的技术方案，对于每两辆车之间的单个资源上的冲突，wrc用所述四个准则裁决出两车对于该资源是否具有优先获得授权的权利；
34.对于视野覆盖范围内有被wrc拒绝的资源，从拒绝资源起的视野范围，称之为拒绝视野，对于拒绝视野范围内的其他资源请求，wrc将不会给出防死锁优先权。
35.作为优选的技术方案，所述步骤s7中的wrc获取相邻wrc资源信息包括冲突的第一辆车、冲突的第二辆车、冲突资源坐标、该冲突是否限制第一辆车、该冲突在第一辆车的视野第几部分、第一辆车的视野是否因为输掉仲裁而收缩、冲突仲裁评分。
36.作为优选的技术方案，所述wrc向相邻wrc传递冲突的信息，受以下几个条件约束：
37.a.至少在本wrc内，存在冲突；
38.b.冲突的信息不会发送到冲突的发源地或冲突信息的来源方。
39.根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。
40.根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。
41.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
42.1)本发明解决了不同控制器同时请求同一个资源时的冲突；同时，本发明也能解决两车各占用一部分资源、互不相让，导致双方都无法完成任务的情况；
43.2)本发明不必等待线路上之前的进路解锁和有关资源释放，资源分配更快；
44.3)本发明不必提前通过人工的方式安排进路，系统可根据线路实时情况自动分配资源；
45.4)本发明支持以车的需求为主导的资源分配；
46.5)本发明同时保留了人工干预，进行处理的通道。
附图说明
47.图1为本发明方法的流程图；
48.图2为第一类死锁场景的示意图；
49.图3为第二类死锁场景的示意图。
具体实施方式
50.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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
51.本发明应用于基于车车通信的列车自主运行系统，该列车自主运行系统包含车载控制器cc、轨旁列车控制器wtc与轨旁资源控制器wrc。系统由车载控制器cc或wtc轨旁代理控制器自主申请线路资源，wrc根据安全条件分配对应资源授权。由于每辆车都根据自己的任务计算所需要的资源的范围，可能出现两辆、甚至是多辆车，同时向轨旁wrc请求同一个资源的情况。wrc本发明防死锁的资源分配方法则用于解决不同控制器同时请求同一个资源时的冲突。同时，本发明防死锁的资源分配方法也能解决两车各占用一部分资源、互不相让，导致双方都无法完成任务的情况。
52.本发明防死锁的资源分配方法的主要的思路是通过cc/wtc将完成ats任务所需的轨道路径，提前告知wrc，在列车实际需要轨道资源之前，wrc就预先判断谁具有优先权来占用轨道资源。
53.a)如果列车不具有获得资源的优先权，即使列车申请，wrc也不会分配给该列车。
54.b)如果由于任务变化，列车在某资源的的优先权变得低于其他列车，则列车需要释放这些资源，wrc会告知列车释放资源。
55.本发明防死锁的资源分配方法的安全性由资源授权的互斥管控来保证，wrc保证不会在同一时刻，将有冲突的资源授权分给列车。从可用性的角度来说，防死锁可以在调度人员不干预的情况下自主解决一些行车有冲突的场景，提高整个系统的可用性、提高运营效率。在需要人工干预的情况下，仍可以由人工进行调度。
56.本发明防死锁的资源分配方法的主要解决的死锁场景，包括以下两大类：
57.1.两车(或多车)间存在明显前后位置关系，后车占用了资源授权，而使得前车无法继续完成任务的场景，如图2所示，后车b依据获得并占用了道岔反位的授权，致使a车无法经过定位越过道岔，而b车因为a车没有离开，也无法靠近道岔完成任务。
58.2.两车具有对等的位置关系，无法决断谁先获取有冲突需求的资源的场景，如图3所示，a车拥有道岔定位的授权，而b车拥有反位侧冲区的授权。双方各占用一部分资源而使
得双方都无法越过道岔。
59.定义列车向wrc发送的申请资源的范围，称之为视野。车向wrc申请的道岔授权、侧冲区授权、防碰撞区域授权、屏蔽门授权(包括站台移动和开门授权)等，称之为资源授权。不同车对于资源授权的同时申请，称之为冲突。
60.wrc本发明防死锁的资源分配方法根据预先定义的规则来裁决控制器之间的优先级。主要依据以下四个准则：
61.1.位置上处于前方的车，更为优先。此处，位置上处于前方的含义是：当两车有资源申请的冲突时，如果某车的非安全定位会阻挡冲突中另一辆车的任务，则该车位置上处于更前。
62.具体地，当两车同方向时，沿两车的方向可以先后找到a车、b车，定义b车的位置处于前方。
63.当两车对向，且车头对车头时，有任务的车相对无任务的车，更为优先；仅有自己的定位被对面冲突车的视野覆盖的车，更为优先。
64.当两车对向，且车尾对车尾时，车的前后位置关系不适用。
65.2.先获得wrc授权该资源的车，在该资源上更为优先。
66.3.先向wrc申请授权该资源的车，在该资源上更为优先。
67.4.车辆识别号(id)更小的车，更为优先。
68.以上四个准则按照优先级排序。例如，当处于冲突中的两车之一满足准则1的时候，wrc就已经能裁决出两车的先后优先关系，就不再进行准则2到准则4的判断。反之，如果两车都不满足准则1的时候，wrc进行准则2的判断来裁决两车的先后优先关系。以此类推。
69.对于每两辆车之间的单个资源上的冲突，wrc都可以用上述四个准则裁决出两车对于该资源是否具有优先获得授权的权利。对于视野覆盖范围内有被wrc拒绝的资源，从拒绝资源起的视野范围，称之为拒绝视野。拒绝视野范围内的其他资源请求，wrc将不会给出防死锁优先权。
70.wrc之间会互相传递每两辆车之间的单个资源上的冲突信息。一个wrc在计算单个资源上的冲突仲裁的时候，会综合考虑相邻wrc发来的关于该资源冲突车在相邻wrc上的资源冲突情况。相邻ic发来的信息包括：冲突的第一辆车、冲突的第二辆车、冲突资源坐标、该冲突是否限制第一辆车、该冲突在第一辆车的视野第几部分、第一辆车的视野是否因为输掉仲裁而收缩、冲突仲裁评分。
71.一个ic向相邻ic传递冲突的信息，受以下几个条件约束：1.至少在本ic内，存在冲突。2.冲突的信息不会发送到冲突的发源地或冲突信息的来源方。比如wrc1不会向wrc2转发冲突发源地在wrc2范围内的冲突，wrc1也不会向wrc2回发从wrc2这里收到的冲突信息。
72.当2辆以上的车发生资源冲突时，wrc根据两辆车之间的单个资源上的冲突信息，来做全局的仲裁。输掉冲突仲裁的列车将无法参与后续其他冲突的仲裁。
73.最终车的视野将收缩到视野范围内第一个输掉仲裁的冲突位置。
74.wrc的本发明防死锁的资源分配方法试图解决瞬时的资源的同时申请时，造成的线路资源随机分配致使车无法继续完成任务的困难。值得注意的是，wrc通过这种方法提出一种可行的、适用于软硬件计算能力的方案，并非所有死锁场景都可以通过该功能解决。wrc计算结果不保证为最优解，而是提供软硬件在实时要求下的尽可能好的解。对于wrc软
件无法解决的死锁场景，仍然可以由人工调度干预解决。
75.如图1所示，本发明方法包括以下步骤：
76.步骤s1、列车向wrc发送视野、定位和资源需求；
77.步骤s2、wrc计算列车视野冲突，识别列车之间可能的死锁，并判断是否列车资源需求是否存在冲突，若为是，执行步骤s3；否则执行步骤s9；
78.步骤s3、wrc计算列车视野定位位置关系；
79.步骤s4、wrc计算列车授权保有状态；
80.步骤s5、wrc计算列车资源需求；
81.步骤s6、wrc计算资源的四个准则，并计算冲突优先级；
82.步骤s7、wrc获取相邻wrc资源信息，并合并处理；
83.步骤s8、wrc仲裁冲突；
84.步骤s9、wrc计算车容许视野；
85.步骤s10、wrc向列车发送列车视野容许范围与资源释放请求。
86.具体实施例
87.以两车在道岔资源上产生冲突为例，结合图1进行详细描述：
88.步骤a，列车a与列车b分别向轨旁资源控制器wrc发送各自的视野、各自的定位以及对道岔p1资源的请求。
89.步骤b，轨旁资源控制器wrc经过计算得知列车a与列车b同时对道岔p1存在请求，且列车a与列车b的视野都覆盖道岔p1处。列车a与列车b之间存在资源需求的冲突。
90.步骤c，轨旁资源控制器wrc计算列车的行驶方向、视野范围与列车定位之间的关系，判断列车a与列车b的前后关系。
91.步骤d，轨旁资源控制器wrc计算当前两辆列车对于道岔p1的资源持有状态。
92.步骤e，轨旁资源控制器wrc计算列车a与列车b对于道岔p1的资源请求情况。
93.步骤f，轨旁资源控制器wrc计算列车a与列车b对于道岔p1资源的四个准则，计算a与列车b对于道岔p1资源冲突的优先级。
94.步骤g，轨旁资源控制器wrc获取相邻轨旁资源控制器wrc的资源信息，并合并处理。检查相邻的轨旁资源控制器wrc的范围内是否存在列车a与列车b先于道岔p1资源的冲突。
95.步骤h，轨旁资源控制器wrc仲裁冲突，裁决对于道岔p1资源具有优先权的列车。
96.步骤i，轨旁资源控制器wrc分别计算列车a与列车b可以被轨旁资源控制器wrc容许的视野范围。
97.步骤j，轨旁资源控制器wrc分别向列车a与列车b发送列车视野容许范围，若存在输掉仲裁的列车已经持有道岔p1资源，轨旁资源控制器wrc将向该列车发送释放资源的请求，并要求列车回缩视野范围。
98.以上是关于方法实施例的介绍，以下通过电子设备及储存介质实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
99.本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、
rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
100.设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：电源开关、身份识别单元等；输出单元，例如数码管、显示灯等；存储单元，例如移动存储设备等；以及通信单元，例如网络通信板卡等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
101.处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s1～s10。例如，在一些实施例中，方法s1～s10可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的方法s1～s10的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s1～s10。
102.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
103.用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
104.在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
105.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种防死锁的资源分配方法，该方法用于基于车车通信的列车自主运行系统，其中所述列车自主运行系统包括车载控制器cc、轨旁列车控制器wtc与轨旁资源控制器wrc，其特征在于，该方法通过cc或wtc将完成ats任务所需的轨道路径，提前告知wrc；在列车实际需要轨道资源之前，所述wrc就预先判断哪辆列车具有优先权来占用轨道资源。2.根据权利要求1所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤s1、列车向wrc发送视野、定位和资源需求；步骤s2、wrc计算列车视野冲突，识别列车之间可能的死锁，并判断是否列车资源需求存在冲突，若为是，执行步骤s3；否则执行步骤s9；步骤s3、wrc计算列车视野定位位置关系；步骤s4、wrc计算列车授权保有状态；步骤s5、wrc计算列车资源需求；步骤s6、wrc计算资源的四个准则，并计算冲突优先级；步骤s7、wrc获取相邻wrc资源信息，并合并处理；步骤s8、wrc仲裁冲突；步骤s9、wrc计算车容许视野；步骤s10、wrc向列车发送列车视野容许范围与资源释放请求。3.根据权利要求2所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，所述步骤s1中的视野为列车向wrc发送的申请资源的范围。4.根据权利要求2所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，所述步骤s1中的冲突为不同车对于资源授权的同时申请。5.根据权利要求2所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，所述步骤s3中的wrc计算列车视野定位位置关系具体为：所述wrc计算列车的行驶方向、视野范围与列车定位之间的关系，判断列车之间的前后关系。6.根据权利要求2所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，所述步骤s6中的四个准则包括：准则1、位置上处于前方的车，更为优先；准则2、先获得wrc授权资源的车，在该资源上更为优先；准则3、先向wrc申请授权资源的车，在该资源上更为优先；准则4、车辆识别号id更小的车，更为优先。7.根据权利要求6所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，所述准则1中，位置上处于前方的含义为：当两车有资源申请的冲突时，如果某车的非安全定位会阻挡冲突中另一辆车的任务，则该车位置上处于更前。8.根据权利要求7所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，当两车同方向时，沿两车的方向先后找到a车、b车，定义b车的位置处于前方；当两车对向，且车头对车头时，有任务的车相对无任务的车，更为优先；仅有自己的定位被对面冲突车的视野覆盖的车，更为优先。
9.根据权利要求6所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，所述四个准则按照优先级排序，具体为：当处于冲突中的两车之一满足准则1时，wrc就能裁决出两车的先后优先关系，就不再进行准则2到准则4的判断；反之，如果两车都不满足准则1时，wrc进行准则2的判断来裁决两车的先后优先关系，以此类推。10.根据权利要求6所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，对于每两辆车之间的单个资源上的冲突，wrc用所述四个准则裁决出两车对于该资源是否具有优先获得授权的权利；对于视野覆盖范围内有被wrc拒绝的资源，从拒绝资源起的视野范围，称之为拒绝视野，对于拒绝视野范围内的其他资源请求，wrc将不会给出防死锁优先权。11.根据权利要求2所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，所述步骤s7中的wrc获取相邻wrc资源信息包括冲突的第一辆车、冲突的第二辆车、冲突资源坐标、该冲突是否限制第一辆车、该冲突在第一辆车的视野第几部分、第一辆车的视野是否因为输掉仲裁而收缩、冲突仲裁评分。12.根据权利要求11所述的一种防死锁的资源分配方法，其特征在于，所述wrc向相邻wrc传递冲突的信息，受以下几个条件约束：a.至少在本wrc内，存在冲突；b.冲突的信息不会发送到冲突的发源地或冲突信息的来源方。13.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～12中任一项所述的方法。14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～12中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种防死锁的资源分配方法、电子设备及存储介质，该方法用于基于车车通信的列车自主运行系统，其中所述列车自主运行系统包括车载控制器CC、轨旁列车控制器WTC与轨旁资源控制器WRC，该方法通过CC或WTC将完成ATS任务所需的轨道路径，提前告知WRC；在列车实际需要轨道资源之前，所述WRC就预先判断哪辆列车具有优先权来占用轨道资源。与现有技术相比，本发明具有资源分配更快等优点。本发明具有资源分配更快等优点。本发明具有资源分配更快等优点。


技术研发人员：王立俊 吕新军 职文超 郭天泽 刘建邦
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.11.04
技术公布日：2023/3/7