适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法、设备及介质与流程

1.本发明涉及列车信号控制系统，尤其是涉及一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法、设备及介质。


背景技术：

2.当前国内地铁项目，车载信号系统与tcms系统为相互独立的子系统，各自的硬件设备、连接器与线缆均需要单独布置，即各自用各自的物理设备承载各自的数据传输业务。随着技术的发展，以太网逐渐在车辆tcms网络组成中得到愈加广泛的应用，想相比于传统的mvb或者can open总线，以太网的传输带宽大幅提高，从mvb的1.5mbps提升到了100mbps，极大地提升了网络承载能力。从承载能力看，足以同时承担车辆tcms网络传输和信号系统网络传输数据业务的带宽需求。而信号系统既有的车载架构也正是采用了基于以太网的分布方式，与tcms网络的物理形式一致。若继续采用信号系统与tcms网络各自组网的方式，将会造成以太网线缆的重复布置，带宽资源的闲置浪费，特别是对于全自动联挂地铁列车，将占用已经十分紧张的联挂车钩的电气连接资源。


技术实现要素：

3.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适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法、设备及介质。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.根据本发明的第一方面，提供了一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，该方法首先构建tcms网络与信号系统网络共享物理通道，然后通过vlan技术实现信号与车辆的业务隔离，最后利用全局ip实现列车联挂后vobc的跨车通信。
6.作为优选的技术方案，所述构建tcms网络与信号系统网络共享物理通道具体为：
7.采用车辆tcms提供的网络物理通道作为信号系统的头尾通信网络通道，同时利用tcms三层交换机进行跨车通信。
8.作为优选的技术方案，所述tcms网络用于提供本列车以及联挂列车间的透明传输通道。
9.作为优选的技术方案，所述tcms网络设置为独立的物理双网。
10.作为优选的技术方案，所述tcms网络在二层交换机ecn上划分单独的vlan用于vobc及车地无线网络通信，将车辆业务与信号业务进行逻辑隔离。
11.作为优选的技术方案，该方法在跨车通信时，采用车辆设备跨车通信的方式，具体为：
12.vobc通过与tcms接口接收全局ip或根据iec61375标准定义的规则计算全局ip，通过全局ip实现vobc的跨车通信，由车辆etbn实现跨车通信的路由。
13.作为优选的技术方案，该方法通过vlan方式保证信号系统传输业务的独立性和优先级；同时将列车两端休眠唤醒单元dwu均同时与ats进行通信。
14.作为优选的技术方案，所述根据iec61375标准定义的规则计算全局ip具体为：
15.首先获取编组号，具体为：默认被联挂车的编组号为1，去联挂车的编组号为2，在信号系统检测到电气钩已经联挂，并收到tcms发送的“tcms重组完成”信息后，去联挂车和被联挂车根据默认编组号尝试与对车发起通信；若超时未成功建立通信，则互换编组号，即被联挂车编组号切换为2，去联挂车切换为1，重新发起通信；
16.其次将需要访问的ip地址采用2进制表示。
17.作为优选的技术方案，该方法跨车通信ip地址规划为与单列多编组列车首尾车通信不同的网段。
18.作为优选的技术方案，该方法借助tcms提供的物理通道，联挂后列车的vobc-vobc间传输层采用udp协议进行通信，安全层采用rssp-1协议。
19.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。
20.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。
21.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.1，相对于既有的信号系统与车辆tcms系统各自单独组网的方式，本发明能够节省信号组网所需要的中继器设备、铺设于整列车的以太网线及车端连接器。以4编组列车为例，可节省2台中继器、约300米的网线及相应连接器以及6套车厢间网络连接线缆，节约的硬件成本十分可观，契合了城市轨道交通降本增效、绿色节约的发展要求。
23.2，在保证信号系统业务传输的独立性和带宽要求之余，由于本发明采用以太网传输技术，后续预留了极大的传输协议扩容空间，充分考虑了未来技术发展的传输需求。
24.3，本本发明适用于支持互联互通的全自动联挂解编需求，由于采用标准传输协议，支持不同tcms厂商，不同信号厂商之间列车的全自动联挂，符合城市轨道交通一致性的发展方向。
25.4，本发明提升了车辆即信号系统的一体化管控水平，为未来车辆信号系统的深度融合提供了实践方案，符合城市轨道交通智能化、智慧化的发展趋势。
附图说明
26.图1为本发明融合后的网络拓扑结构示意图；
27.图2为本发明基于编组id的寻址方式的流程图；
28.图3为本发明跨编组通信ip映射示例的示意图；
29.图4为本发明vobc-vobc传输协议框架的示意图。
具体实施方式
30.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。
31.本发明提供了一套适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，该方法首先构建
tcms网络与信号系统网络共享物理通道，然后通过vlan技术实现信号与车辆的业务隔离，最后利用全局ip实现列车联挂后vobc的跨车通信，实现了列车控制系统的降本增效，提升了车辆信号一体化管控水平。
32.本发明车载信号将不再自行组建头尾通信网络，拟采用车辆tcms提供的网络物理通道作为信号系统的头尾通信网络通道，同时提供利用tcms三层交换机(etbn)传输的跨车通信的解决方案。
33.本发明的具体详细过程如下：
34.1、信号系统对tcms网络的需求
35.tcms提供本列车以及联挂列车间的透明传输通道。
36.列车网络设置为独立的物理双网。
37.tcms在二层交换机ecn上划分单独的vlan用于vobc及车地无线网络通信，将车辆业务与信号业务进行逻辑隔离。
38.跨车通信时，可采用车辆设备跨车通信的方式：vobc通过与tcms接口接收全局ip或根据iec61375标准定义的规则计算全局ip，通过全局ip实现vobc的跨车通信，由车辆etbn实现跨车通信的路由。
39.vobc间通信业务数据周期发送(周期不小于50ms)，传输速率为11mbit/s；车地无线通信业务数据周期发送(周期不小于100ms)，传输速率为512kbit/s，车辆提供给信号专业的总传输速率不小于12mbit/s。
40.正常传输延时10ms以内。
41.2、本发明需考虑的约束及解决方案
42.目前车辆不支持通过ip、端口等方式将信号业务设置为较高的qos等级。通过vlan方式保证信号系统传输业务的独立性和优先级。
43.列车休眠后，ecn及etbn设备断电，将导致头尾dwu(休眠唤醒单元)间无通信，同时与ats间将只维持单网通信。为解决该问题，从系统架构上进行修改，从既有方案的两端dwu协调一个为主，由主dwu负责与ats通信，修改为两端dwu均同时与ats进行通信。
44.本发明具体网络拓扑如图1所示。
45.3、本发明列车联挂后的通信方式
46.3.1通信过程
47.(1)电气钩联挂，etbn网络开始重联，重联超时时间约为5s。(重启时间约为40s)
48.(2)vobc判断当前列车的编组号及编组节点，编组号用于判断目标地址的计算。
49.(3)vobc计算目标地址，进行跨车通信。
50.3.2全局ip的计算
51.3.2.1全局ip的计算方法
52.iec 61375提供了依据根据编组号计算ip地址的方法：
53.首先，需要获取编组号，目前通常采用的获取编组号的方法为：通过读取etbn广播包comid＝100的特定字段获取编组号，但该方法存在一种失效可能：即etbn对外广播的编组号出现错误。为规避该问题，特设计一种寻址方式，具体实现如下：如图2所示，默认被联挂车的编组号为1，去联挂车的编组号为2，在信号系统检测到电气钩已经联挂，并收到tcms发送的“tcms重组完成”信息后，去联挂车和被联挂车根据默认编组号尝试与对车发起通
信，若超时t(可配置，典型值可设为3s)未成功建立通信，则互换编组号，即被联挂车编组号切换为2，去联挂车切换为1，重新发起通信，由于只存在有两种编组号可能，因此最多尝试切换其次编组号，即可成功建立跨车通信。
54.其次，将需要访问的ip地址采用2进制表示，构成方式如下：
55.00001010.1000ssss.sshhhhhh.hhhhhhhh/18
56.第一个字节：00001010，即固定为10
57.第二个字节前4个bit固定为1000；第二个字节后4个bit以及第3个字节前面2个bit为ssssss:共计6个bit，即需要访问的设备所处编组号
58.第三个字节的后6个bit以及第四个字节为hhhhhhhhhhhhhhh:共计14个bit，即需要访问的设备本身所配置的ip地址。
59.3.2.2全局ip的计算
60.如图3所示，跨车通信ip地址规划为与单列4编组列车首尾车通信不同的网段，4编组列车首尾车通信使用的网段为(192.90/91)，跨车通信使用10.3/4网段ip，地址为10.3.1.47、10.4.1.48
61.etbn将车内ip映射为列车级ip 10.128.65.47、10.128.65.48、10.128.129.47、10.128.129.48。
62.4、列车联挂后vobc-vobc的通信协议
63.如图4所示，借助tcms提供的物理通道,联挂后列车的vobc-vobc间传输层采用udp协议进行通信，安全层采用rssp-1协议。
64.vobc-vobc的应用消息包括以下内容：
65.列车编组信息；
66.列车车头车尾的安全定位；
67.列车机械车钩和电气车钩的安全采集状态；
68.列车驾驶模式；
69.列车休眠、唤醒命令；
70.列车运行状态及故障消息等。
71.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。
72.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。
73.设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。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。
74.处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如本发明方法。例如，在一些实施例中，本发明方法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本发明方法的一个或多个步骤。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)而被配置为执行本发明方法。
75.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。
76.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。
77.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。
78.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：
1.一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，该方法首先构建tcms网络与信号系统网络共享物理通道，然后通过vlan技术实现信号与车辆的业务隔离，最后利用全局ip实现列车联挂后vobc的跨车通信。2.根据权利要求1所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，所述构建tcms网络与信号系统网络共享物理通道具体为：采用车辆tcms提供的网络物理通道作为信号系统的头尾通信网络通道，同时利用tcms三层交换机进行跨车通信。3.根据权利要求1所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，所述tcms网络用于提供本列车以及联挂列车间的透明传输通道。4.根据权利要求1所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，所述tcms网络设置为独立的物理双网。5.根据权利要求1所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，所述tcms网络在二层交换机ecn上划分单独的vlan用于vobc及车地无线网络通信，将车辆业务与信号业务进行逻辑隔离。6.根据权利要求1所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，该方法在跨车通信时，采用车辆设备跨车通信的方式，具体为：vobc通过与tcms接口接收全局ip或根据iec61375标准定义的规则计算全局ip，通过全局ip实现vobc的跨车通信，由车辆etbn实现跨车通信的路由。7.根据权利要求1所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，该方法通过vlan方式保证信号系统传输业务的独立性和优先级；同时将列车两端休眠唤醒单元dwu均同时与ats进行通信。8.根据权利要求6所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，所述根据iec61375标准定义的规则计算全局ip具体为：首先获取编组号，具体为：默认被联挂车的编组号为1，去联挂车的编组号为2，在信号系统检测到电气钩已经联挂，并收到tcms发送的“tcms重组完成”信息后，去联挂车和被联挂车根据默认编组号尝试与对车发起通信；若超时未成功建立通信，则互换编组号，即被联挂车编组号切换为2，去联挂车切换为1，重新发起通信；其次将需要访问的ip地址采用2进制表示。9.根据权利要求6所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，该方法跨车通信ip地址规划为与单列多编组列车首尾车通信不同的网段。10.根据权利要求6所述的一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法，其特征在于，该方法借助tcms提供的物理通道，联挂后列车的vobc-vobc间传输层采用udp协议进行通信，安全层采用rssp-1协议。11.一种电子设备，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1～10中任一项所述的方法。12.一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1～10中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种适用于全自动联挂的信号车辆网络融合方法、设备及介质，该方法首先构建TCMS网络与信号系统网络共享物理通道，然后通过VLAN技术实现信号与车辆的业务隔离，最后利用全局IP实现列车联挂后VOBC的跨车通信。与现有技术相比，本发明具有实现了列车控制系统的降本增效，提升了车辆信号一体化管控水平等优点。优点。优点。


技术研发人员：赵威阳 常鸣 赵晓宇 王冬海 郑承鑫 马永恒
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/7