基于GMS的CIR文件远程升级方法与流程

本发明涉及铁路机车无线通信设备技术领域，尤其是涉及一种高效率、低成本、安全可靠的基于gms的cir文件远程升级方法。

背景技术：

铁路机车综合无线通信设备(简称“cir”)，是应用于铁路机车的车载无线通信设备，cir安装在动车组、各型机车和轨道车上，用于列车司机与地面行车指挥人员和其他人员的话音，是实现车地之间的数据通信功能的设备，是铁路运输中的重要车载通信设备。

随着铁路发展，对cir业务要求的增加，需要对cir内置的程序和数据文件进行升级更新。目前更新cir程序和数据方法，是通过cir维护接口，以人工方式进行逐台升级，不同的功能单元还需分别进行升级；升级数据的方式还可以通过cir的gsm-r数据传输接口，以gprs方式将待升级数据文件传输到cir内，再进行人工确认升级。

目前采用的升级方法，需要花费大量的人力、物力和财力，同时升级效率极低。特别是对于无固定运行和停放区域，车辆分散停放的轨道车，维护人员不能及时进行程序和数据的升级。程序和数据升级的滞后，将严重影响cir的正常运用。

现有技术的缺点如下：

需要通过维护人员上车进行数据或程序文件的更新。

通过无线方式进行升级，通过gsm-r网络的gprs方式进行数据或程序文件更新，传输方式为窄带低速，传输数据量大时，存在大量占用通信通道的问题。gsm-r网络的数据通道为cir业务通道，多台车辆的升级传输同时进行，将影响正常的铁路数据通信业务，可能带来安全性风险。

升级的区域不受限制，存在cir运用中或在其它不适合升级区域执行升级的可能，一旦升级过程中出现异常情况，司机未及时恢复，cir将不能实现正常功能，导致对行车的影响。

技术实现要素：

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的维护人员需要上车对cir内置的程序和数据文件进行更新，大量占用通信通道，升级的区域不受限制，会对行车造成影响的不足，提供了一种高效率、低成本、安全可靠的基于gms的cir文件远程升级方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于gms的cir文件远程升级方法，包括gyk远程维护检测系统gms和铁路机车综合无线通信设备cir；gyk远程维护检测系统gms包括gms地面服务设备和若干个gms车载设备；铁路机车综合无线通信设备cir包括主控单元、记录转接单元、卫星定位单元、450mhz机车电台单元、lbj单元和mmi单元；主控单元分别与记录转接单元、卫星定位单元、450mhz机车电台单元、lbj单元和mmi单元连接，记录转接单元分别与各个gms车载设备；gms地面服务设备通过无线方式与各个gms车载设备连接；包括如下步骤：

(1-1)将需要升级的数据和程序文件，分别进行加密，然后增加文件头后形成单个升级文件；

(1-2)将各个单个升级文件进行压缩，形成目标升级文件，制作目标升级文件的配置文件，配置文件描述目标升级文件的升级信息，升级信息包括版本信息、文件长度和文件校验值；目标升级文件和配置文件组成升级文件；

(1-3)将各个升级文件放置在gms地面服务设备中，gms地面服务设备以机车号作为标识对需要升级车辆建立升级任务，gms地面服务设备中预先设有车辆的驻地范围作为允许升级区域，允许升级区域采用经纬度坐标的方式设定。

作为优选，还包括如下步骤：

(1-4)gms车载设备开机后，主动连接gms地面服务设备，请求升级任务；如果有升级任务，gms车载设备向gms地面设备请求升级文件下载，并存储在本地；

(1-5)铁路机车综合无线通信设备cir开机后，铁路机车综合无线通信设备cir与gms车载设备建立通信连接，gms车载设备与铁路机车综合无线通信设备cir进行握手确认；采用加密握手方法，如果握手失败则不能进行下一步的文件传输操作；

(1-6)握手确认之后，主控单元定时通过记录转接单元向gms车载设备请求配置文件，主控单元获取配置文件后，对配置文件进行完整性和准确性校验，如果配置文件缺失或错误，则停止本次升级文件申请；

(1-7)主控单元获取到配置文件后，与本地的配置文件进行识别，对比待升级的版本和当前的版本信息，如果需要升级，则启动升级文件传输请求，通过记录转接单元将目标文件下载到主控单元内部，如果无需升级，则主控单元停止后续操作；

(1-8)主控单元完成升级文件的下载后，对该文件进行完整性和准确性校验，如果升级文件完整性和准确性校验失败，则主控单元重新进行升级文件请求，如果请求3次均失败则，停止后续操作；

(1-9)主控单元获得到完整、准确的升级文件后，将该升级文件用约定的解压方式解压后，提取目标升级文件，同时根据配置文件的版本更新要求，满足条件后，对相应的功能单元进行升级。

作为优选，当主控单元下载了升级文件后，对车辆当前状态进行判断，当车辆具有运行速度，车辆处于运用状态或车辆处于非允许升级区域时，不进行升级；否则，车辆满足升级条件。

作为优选，cir接收到正确、完整的升级文件后，对升级文件进行解压，确定升级对象，当作为升级对象的车辆符合升级条件后，启动升级流程。

作为优选，lbj单元程序的本地升级过程如下：

lbj单元程序包括启动代码和应用代码；lbj单元加电后，首先运行启动代码，启动代码如果没有识别到升级标识，则根据配置的应用程序启动地址，跳转到应用代码执行，否则进入升级流程；

升级包括数据升级和应用程序升级；

主控单元向lbj单元发起升级指令，lbj单元接收到升级指令后，在内部标识升级状态，然后跳转到启动代码中执行；

启动代码识别到升级标识后，向发起握手，握手方法采用“加密握手方法”，握手成功后，进入启动代码的升级流程；

在升级文件传输过程中，接收方一边接收数据一边解密，并保存数据；

完成数据传输后，接收方对数据进行完整性和正确性进行校验；

lbj单元完成文件传输后，进行升级文件校验，若校验不能通过，则丢弃数据，并重新请求升级文件，如果请求3次，仍然校验不通过，则保持原状不变，不进行升级操作；

lbj单元接收到的升级文件，校验通过后，则进行内部升级操作；如果升级的为程序文件，则修改应用程序的启动地址，如果升级的为数据文件，则修改应用程序访问数据的起始地址；

lbj单元完成升级操作，清除升级标识，启动程序采用自动重启的方式，重新加载程序启动程序，实现升级后的程序执行或数据应用。

作为优选，加密握手方法的步骤如下：

发起方和接收方均存储固定的32位明文a；

发起方：发送32位明文a，32位随机数b；

接收方：对接收到的明文a与本地存储的明文a进行比较，如果二者不同则握手失败；如果二者相同，将接收到的a和b进行异或计算后获得32位整数，对32位整数进行md5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据c，同时生成32位随机数d，然后将a、c、d依次发送给发起方，n为明文a的第4位的数值，位是指比特，二进制单位；

发起方：对a和b进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行md5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据e；将e与c进行对比，如果e与c不同，则握手失败；如果e与c相同，生成32位随机数f，将f与d进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行md5加密，算得128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据g，然后将a，g与f发送给接收方；

接收方：将接收到的f与d进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行md5加密，算得128位密文，顺序提取32位整数中的第n～第n+31位形成32位数据h，对h对g进行比对，h对g不同则握手失败，h对g相同则向发起方发送明文a、随机数b和f，明文a、随机数b和f为握手成功标识；

握手成功，双方可进行下一步的数据传输通信；否则，双方退出通信状态。

因此，本发明具有如下有益效果：高效率、低成本、安全可靠；实现cir程序和数据的在线升级，简化维护人员工作量；通过安全算法，保证升级的各个过程安全、可靠；采用安全升级机制，对cir的运用无影响；可以高速数据传输，不会影响铁路gsm-r网络的运用。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的一种加密握手方法的一种流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种基于gms的cir文件远程升级方法，包括gyk远程维护检测系统gms1和铁路机车综合无线通信设备cir2；gyk远程维护检测系统gms包括gms地面服务设备11和多个gms车载设备12；铁路机车综合无线通信设备cir包括主控单元21、记录转接单元22、卫星定位单元23、450mhz机车电台单元24、lbj单元25和mmi单元26；主控单元分别与记录转接单元、卫星定位单元、450mhz机车电台单元、lbj单元和mmi单元连接，记录转接单元分别与各个gms车载设备；gms地面服务设备通过无线方式与各个gms车载设备连接；包括如下步骤：

(1-1)将需要升级的数据和程序文件，分别进行加密，然后增加文件头后形成单个升级文件；数据和程序文件可以是其一或者两者都有；

表1

文件头包含的内容见表1，其中文件类型是为每个升级单元约定的升级识别编号，通过文件类型可确定该文件所属的功能单元和升级类别(数据或是程序文件)。

(1-2)将各个单个升级文件进行压缩，形成目标升级文件，制作目标升级文件的配置文件，配置文件描述目标升级文件的升级信息，升级信息包括版本信息、文件长度和文件校验值；目标升级文件和配置文件组成升级文件；

(1-3)将各个升级文件放置在gms地面服务设备中，gms地面服务设备以机车号作为标识对需要升级车辆建立升级任务，gms地面服务设备中预先设有车辆的驻地范围作为允许升级区域，允许升级区域采用经纬度坐标的方式设定。

(1-4)gms车载设备开机后，主动连接gms地面服务设备，请求升级任务；如果有升级任务，gms车载设备向gms地面设备请求升级文件下载，并存储在本地；

当主控单元下载了升级文件后，对车辆当前状态进行判断，当车辆具有运行速度，车辆处于运用状态或车辆处于非允许升级区域时，不进行升级；否则，车辆满足升级条件。

cir接收到正确、完整的升级文件后，对升级文件进行解压，确定升级对象，当作为升级对象的车辆符合升级条件后，启动升级流程。

(1-5)铁路机车综合无线通信设备cir开机后，铁路机车综合无线通信设备cir与gms车载设备建立通信连接，gms车载设备与铁路机车综合无线通信设备cir进行握手确认；采用加密握手方法，如果握手失败则不能进行下一步的文件传输操作；

(1-6)握手确认之后，主控单元定时通过记录转接单元向gms车载设备请求配置文件，主控单元获取配置文件后，对配置文件进行完整性和准确性校验，如果配置文件缺失或错误，则停止本次升级文件申请；

(1-7)主控单元获取到配置文件后，与本地的配置文件进行识别，对比待升级的版本和当前的版本信息，如果需要升级，则启动升级文件传输请求，通过记录转接单元将目标文件下载到主控单元内部，如果无需升级，则主控单元停止后续操作；

(1-8)主控单元完成升级文件的下载后，对该文件进行完整性和准确性校验，如果升级文件完整性和准确性校验失败，则主控单元重新进行升级文件请求，如果请求3次均失败则，停止后续操作；

(1-9)主控单元获得到完整、准确的升级文件后，将该升级文件用约定的解压方式解压后，提取目标升级文件，同时根据配置文件的版本更新要求，满足条件后，对相应的功能单元进行升级。

本发明中的随机数生成方法，均采用线性同余法获得，每次生成时以时钟作为种子数。本发明所用的md5只是用于描述该握手方法的一种加密校验措施，也可以采用其它的加密校验措施。

lbj单元程序的本地升级过程如下：

lbj单元程序包括启动代码和应用代码；lbj单元加电后，首先运行启动代码，启动代码如果没有识别到升级标识，则根据配置的应用程序启动地址，跳转到应用代码执行，否则进入升级流程；

升级包括数据升级和应用程序升级；

主控单元向lbj单元发起升级指令，lbj单元接收到升级指令后，在内部标识升级状态，然后跳转到启动代码中执行；

启动代码识别到升级标识后，向发起握手，握手方法采用“加密握手方法”，握手成功后，进入启动代码的升级流程；

在升级文件传输过程中，接收方一边接收数据一边解密，并保存数据；

完成数据传输后，接收方对数据进行完整性和正确性进行校验；

lbj单元完成文件传输后，进行升级文件校验，若校验不能通过，则丢弃数据，并重新请求升级文件，如果请求3次，仍然校验不通过，则保持原状不变，不进行升级操作；

lbj单元接收到的升级文件，校验通过后，则进行内部升级操作；如果升级的为程序文件，则修改应用程序的启动地址，如果升级的为数据文件，则修改应用程序访问数据的起始地址；

lbj单元完成升级操作，清除升级标识，启动程序采用自动重启的方式，重新加载程序启动程序，实现升级后的程序执行或数据应用。

如图2所示，加密握手方法的步骤如下：

发起方和接收方均存储固定的32位明文a；

发起方：发送32位明文a，32位随机数b；

接收方：对接收到的明文a与本地存储的明文a进行比较，如果二者不同则握手失败；如果二者相同，将接收到的a和b进行异或计算后获得32位整数，对32位整数进行md5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据c，同时生成32位随机数d，然后将a、c、d依次发送给发起方，n为明文a的第4位的数值，位是指比特，二进制单位；

发起方：对a和b进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行md5加密，得到128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据e；将e与c进行对比，如果e与c不同，则握手失败；如果e与c相同，生成32位随机数f，将f与d进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行md5加密，算得128位密文，顺序提取128位密文中的第n～第n+31位形成32位数据g，然后将a，g与f发送给接收方；

接收方：将接收到的f与d进行异或计算获得32位整数，对32位整数进行md5加密，算得128位密文，顺序提取32位整数中的第n～第n+31位形成32位数据h，对h对g进行比对，h对g不同则握手失败，h对g相同则向发起方发送明文a、随机数b和f，明文a、随机数b和f为握手成功标识；

握手成功，双方可进行下一步的数据传输通信；否则，双方退出通信状态。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。