一种双网冗余的装置系统及车道通信系统的制作方法

1.本发明涉及轨道交通信号系统的车地通信领域，特别涉及一种双网冗余的装置系统及车道通信系统。


背景技术：

2.目前国内轨道交通大部分都采用cbtc(基于通信的列车自动控制)系统，相对于传统固定闭塞方式的信号系统来说，cbtc系统采用的移动闭塞能够实现更高的运营效率。cbtc系统的车地无线通信系统是实现列车控制信息在车地之间可靠通信的关键系统。该系统基于通信实现车辆和轨旁信号设备之间的列控信息双向传输，其车地通信链路的可靠性就显得尤为重要。现在的车地通信是通过wifi网络或者lte网络接入无线网络，形成单一的传输链路。
3.但由于车地通信的开放环境存在各种不同制式的无线通信系统，cbtc车地无线系统不可避免的会受到其它无线系统的干扰，严重时会导致通信链路故障从而影响整个cbtc系统的可用性。且现有车地通信系统只支持单一制式的无线通信系统，无法充分利用已布置或其他可用的轨旁无线网络。
4.而且车地通信系统没有多链路数据的选用机制，必须通过应用层软件进行处理，处理过程复杂，且在网络环境出现变化或者运营方要求变更的情况下，需要通过修改应用层软件的方式进行变更，维护难度大。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种双网冗余的装置系统及车道通信系统，以实现提高车地通信的可靠性的目的。
6.为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
7.一种双网冗余的装置系统，包括：prp模块；若干个封装模块，若干个所述封装模块分别与所述prp模块连接；在发送数据时，所述prp模块用于将待发送的第一报文数据进行复制，并将复制得到若干个第一报文数据分别一一对应发送至所述封装模块中，每一所述封装模块用于对接收到的第一报文数据进行封装，并将封装后的所述第一报文数据发送至目标设备。
8.在接收数据时，每一所述封装模块用于对待发送的第二报文数据进行解封装，并将解封装后的所述第二报文数据发送给所述prp模块。
9.所述prp模块用于根据丢弃算法对接收到的所有所述第二报文数据进行计算，得到留存的所述第二报文数据，并将留存的所述第二报文数据发送给所述目标设备。
10.优选地，还包括三个接口模块，包括第一接口模块、第二接口模块和第三接口模块；所述封装模块为两个；
11.所述prp模块与所述目标设备之间采用所述第一接口模块连接；
12.两个所述封装模块中的第一封装模块与所述目标设备之间采用所述第二接口模
块连接；
13.两个所述封装模块中的第二封装模块与所述目标设备之间采用所述第三接口模块连接；
14.在发送数据时，所述prp模块将从所述第一接口模块接收的第一报文数据进行复制，得到两份所述第一报文数据，并在每一份所述第一报文数据的结尾添加一prp标识，将添加过所述prp标识的两份所述第一报文数据分别对应发送给所述第一封装模块和第二封装模块；
15.每一所述封装模块用于对接收到的所述第一报文数据的头部增加封装标识，以对所述第一报文数据进行封装，并将封装后的所述第一报文数据通过对应的所述第二接口模块和第三接口模块以双网的方式发送给所述目标设备。
16.优选地，在接收数据时，两个所述封装模块通过对应的所述第二接口模块和第三接口模块接收来自所述目标设备的两个所述第二报文数据，并移除相应的所述第二报文数据的封装标识，以对相应的所述第二报文数据进行解封装，并将解封装的所述第二报文数据传输至所述prp模块；
17.所述prp模块用于根据接收到的所述第二报文数据的prp标识信息通过丢弃算法，留存先到的所述第二报文数据，丢弃后到达的所述第二报文数据，并去除留存的所述第二报文数据的prp标识，并通过所述第一接口模块发送给所述目标设备。
18.优选地，所述prp标识包括报文长度、链路编号、报文序列号和prp识别码。
19.优选地，所述封装标识包括封装外层以太头、封装外层ip头、udp报文头、封装标识、保留位、封装编组号及其保留位。
20.优选地，所述prp模块和若干个所述封装模块均集成于fpga处理器上。
21.优选地，每一所述封装模块按需开启或关闭。
22.另一方面，本发明还提供一种车道通信系统，包括两个如上文所述的双网冗余的装置系统，其中第一双网冗余的装置系统设置在轨旁，第二双网冗余的装置系统设置在列车上；
23.所述第一双网冗余的装置系统的prp模块与轨旁信号系统连接；
24.所述第一双网冗余的装置系统的两个封装模块分别对应通过第一车地通信链路和第二车地通信链路与所述第二双网冗余的装置系统的两个封装模块连接；
25.所述第二双网冗余的装置系统的prp模块与车载信号系统连接；
26.所述轨旁信号系统生成第三报文数据，所述第三报文数据依次通过所述第一双网冗余的装置系统、第一车地通信链路和第二车地通信链路和所述第二双网冗余的装置系统发送至所述车载信号系统；
27.所述车载信号系统生成第四报文数据，所述第四报文数据依次通过所述第二双网冗余的装置系统、第一车地通信链路和第二车地通信链路和所述第一双网冗余的装置系统发送至所述轨旁信号系统。
28.优选地，所述第三报文数据和所述第四报文数据的传输过程均相同，所述第四报文数据的传输过程如下：
29.所述车载信号系统的源设备向所述第二双网冗余的装置系统的第一接口模块发送第四报文数据；
30.所述第二双网冗余的装置系统的prp模块接收来自所述第一接口模块的所述第四报文数据；
31.所述第二双网冗余的装置系统的prp模块对所述第四报文数据进行复制，形成第一份第四报文数据和第二份第四报文数据；
32.所述第二双网冗余的装置系统的prp模块将所述第一份第四报文数据的结尾增加prp标识并转发给所述第二双网冗余的装置系统的第一封装模块；
33.所述第二双网冗余的装置系统的第一封装模块将所述第一份第四报文数据的头部增加封装标识形成第一封装报文；
34.所述第二双网冗余的装置系统的第一封装模块将所述第一封装报文通过所述第二双网冗余装置系统的第二接口模块和所述第一车地通信链路转发给所述第一双网冗余的装置系统的第二接口模块；
35.所述第一双网冗余的装置系统的第二接口模块将所述第一封装报文转发给所述第一双网冗余的装置系统的第一封装模块；
36.所述第一双网冗余的装置系统的第一封装模块将所述第一封装报文解封装为第一报文，并转发给所述第一双网冗余的装置系统的prp模块；
37.所述第二双网冗余的装置系统的prp模块将所述第二份第四报文数据的结尾增加prp标识并转发给所述第二双网冗余的装置系统的第二封装模块；
38.所述第二双网冗余的装置系统的第二封装模块将所述第二份第四报文数据的头部增加封装标识形成第二封装报文；
39.所述第二双网冗余的装置系统的第二封装模块将所述第二封装报文通过所述第二双网冗余装置系统的第三接口模块和所述第二车地通信链路转发给所述第一双网冗余的装置系统的第三接口模块；
40.所述第一双网冗余的装置系统的第三接口模块将所述第二封装报文转发给所述第一双网冗余的装置系统的第二封装模块；
41.所述第一双网冗余的装置系统的第二封装模块将所述第二封装报文解封装为第二报文，并转发给所述第一双网冗余的装置系统的prp模块；
42.所述第一双网冗余的装置系统的prp模块分析所述第一报文和所述第二报文的prp标识信息；
43.所述第一双网冗余的装置系统的prp模块通过丢弃算法保留先到的所述第一报文或第二报文，丢弃后到所述第二报文或第一报文；
44.所述第一双网冗余的装置系统的prp模块去除先到所述第一报文或第二报文的prp标识，并转发给所述第一双网冗余的装置系统的第一接口模块；
45.所述第一双网冗余的装置系统的第一接口模块将所述第一报文或第二报文发送给所述轨旁信号系统。
46.本发明至少具有以下优点之一：
47.本发明提供的一种基于prp双网冗余的装置系统在发送数据时，利用prp模块(并行冗余模块)实现报文复制从而在双网上冗余传输，利用封装模块实现报文封装从而屏蔽车地通信的网络制式和外部信息，在接收数据时，利用封装模块实现报文解封装从而屏蔽车地通信的网络制式和外部信息，利用prp模块对双网上传输的报文进行对比，按照丢弃算
法进行处理，从而完成针对于双网数据进行优选。本发明使车地通信的可用性和可靠性更高，抗干扰性能更强，传输性能更好。
48.具体的，车地通信的网络可用性更高，由于车地通信的每个无线网络上各增加了一套无线链路，且冗余的无线链路同时工作，一条无线链路故障后实时切换到另一条无线链路，保证了在一套无线系统故障的情况下cbtc系统的双网车地通信不受影响。
49.车地通信的网络可靠性更高，prp模块接收先到的报文，丢弃后到的报文，此种双网冗余通信方式，可以实现网络故障恢复零延时、故障时不丢帧。
50.prp模块符合iec62439规范，可以很好的和其他符合此规范的设备进行通信，利于提高设备的兼容性。
51.对外提供双网接口，对内等效一路网口，在实现双网冗余通信的时候，不改变上层软件的网络接口及其设计。
52.采用封装的方式，可以屏蔽具体车地传输网络的网络制式及其网络内部设计。如有需要也可关闭封装功能，可以其他的prp设备连接组网。
附图说明
53.图1为本发明一实施例提供的一种双网冗余的装置系统的结构框图；
54.图2为本发明一实施例提供的报文数据结构示意图；
55.图3为本发明一实施例提供的车道通信系统的结构框图。
具体实施方式
56.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种双网冗余的装置系统及车道通信系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
57.如图1所示，本实施例提供的一种双网冗余的装置系统，包括：prp模块300；若干个封装模块，，若干个所述封装模块分别与所述prp模块300连接；在发送数据时，所述prp模块300用于将待发送的第一报文数据进行复制，并将复制得到若干个第一报文数据分别一一对应发送至所述封装模块中，每一所述封装模块用于对接收到的第一报文数据进行封装，并将封装后的所述第一报文数据发送至目标设备。
58.在接收数据时，每一所述封装模块用于对待发送的第二报文数据进行解封装，并将解封装后的所述第二报文数据发送给所述prp模块300。
59.所述prp模块300用于根据丢弃算法对接收到的所有所述第二报文数据进行计算，得到留存的所述第二报文数据，并将留存的所述第二报文数据发送给所述目标设备。
60.在本实施例中，一个双网冗余的装置系统还包括三个接口模块，包括第一接口模块201、第二接口模块202和第三接口模块203；在本实施例中所述封装模块为两个(第一封
装模块401和第二封装模块402)。
61.所述第一接口模块201将信号系统100与所述prp模块300连接，所述信号系统100与目标设备连接。
62.所述第一封装模块401分别与所述第二接口模块202和所述prp模块300连接；
63.所述第二封装模块402分别与所述第三接口模块203和所述prp模块300连接；
64.所述第二接口模块202与第一车地通信链路501连接，所述第三接口模块203与第二车地通信链路502连接。
65.在发送数据时，所述prp模块300将从所述第一接口模块201接收的第一报文数据进行复制，得到两份所述第一报文数据，并在每一份所述第一报文数据的结尾添加一prp标识，将添加过所述prp标识的两份所述第一报文数据分别对应发送给所述第一封装模块401和第二封装模块402。
66.每一所述封装模块(第一封装模块401和第二封装模块402)用于对接收到的所述第一报文数据的头部增加封装标识，以对所述第一报文数据进行封装，并将封装后的所述第一报文数据通过对应的所述第二接口模块202和第三接口模块203以双网的方式发送给所述目标设备。
67.在接收数据时，两个所述封装模块(第一封装模块401和第二封装模块402)通过对应的所述第二接口模块202和第三接口模块203接收来自所述目标设备的两个所述第二报文数据，并移除相应的所述第二报文数据的封装标识，以对相应的所述第二报文数据进行解封装，并将解封装的所述第二报文数据传输至所述prp模块300.
68.所述prp模块300用于根据接收到的所述第二报文数据的prp标识信息通过丢弃算法，留存先到的所述第二报文数据，丢弃后到达的所述第二报文数据，并去除留存的所述第二报文数据的prp标识，并通过所述第一接口模块201发送给所述信号系统，并通过所述信号系统发送至目标设备。
69.如图2所示，所述prp标识包括报文长度、链路编号、报文序列号和prp识别码。
70.所述封装标识包括封装外层以太头、封装外层ip头、udp报文头、封装标识、保留位、封装编组号及其保留位。
71.所述prp模块和若干个所述封装模块均集成于fpga处理器上。
72.由此可知，通过利用fpga技术实现设备的集成降低复杂度，最终实现网络故障恢复零延时，故障时不丢帧，大大提高了网络可靠性。
73.在本实施例中，每一所述封装模块按需开启或关闭，以适配不同的组网架构。
74.另一方面，如图3所示，本实施例还提供一种车道通信系统，包括两个相同的如上文所述的双网冗余的装置系统，其中第一双网冗余的装置系统601设置在轨旁，设置在轨旁的可以简称为轨旁装置，第二双网冗余的装置系统602设置在列车上，设置在列车上的可以简称为车载装置。
75.所述第一双网冗余的装置系统(轨旁装置)601的prp模块与轨旁信号系统101连接；
76.所述第一双网冗余的装置系统601的两个封装模块分别对应通过第一车地通信链路501和第二车地通信链路502与所述第二双网冗余的装置系统(车载装置)602的两个封装模块连接.
77.所述第二双网冗余的装置系统602的prp模块与车载信号系统102连接；
78.所述轨旁信号系统101生成第三报文数据，所述第三报文数据依次通过所述第一双网冗余的装置系统601、第一车地通信链路501和第二车地通信链路502和所述第二双网冗余的装置系统602发送至所述车载信号系统102；
79.所述车载信号系统102生成第四报文数据，所述第四报文数据依次通过所述第二双网冗余的装置系统602、第一车地通信链路501和第二车地通信链路502和所述第一双网冗余的装置系统601发送至所述轨旁信号系统101。
80.在本实施例中，所述第三报文数据和所述第四报文数据的传输过程均相同，所述第四报文数据的传输过程如下：
81.所述车载信号系统102的源设备向所述第二双网冗余的装置系统602的第一接口模块发送第四报文数据；
82.所述第二双网冗余的装置系统602的prp模块接收来自所述第一接口模块的所述第四报文数据；
83.所述第二双网冗余的装置系统602的prp模块对所述第四报文数据进行复制，形成第一份第四报文数据和第二份第四报文数据；
84.所述第二双网冗余的装置系统602的prp模块将所述第一份第四报文数据的结尾增加prp标识并转发给所述第二双网冗余的装置系统602的第一封装模块；
85.所述第二双网冗余的装置系统602的第一封装模块将所述第一份第四报文数据的头部增加封装标识形成第一封装报文；
86.所述第二双网冗余的装置系统602的第一封装模块将所述第一封装报文通过所述第二双网冗余装置系统602的第二接口模块和所述第一车地通信链路501转发给所述第一双网冗余的装置系统601的第二接口模块；
87.所述第一双网冗余的装置系统601的第二接口模块将所述第一封装报文转发给所述第一双网冗余的装置系统601的第一封装模块；
88.所述第一双网冗余的装置系统601的第一封装模块将所述第一封装报文解封装为第一报文，并转发给所述第一双网冗余的装置系统601的prp模块；
89.所述第二双网冗余的装置系统602的prp模块将所述第二份第四报文数据的结尾增加prp标识并转发给所述第二双网冗余的装置系统602的第二封装模块；
90.所述第二双网冗余的装置系统602的第二封装模块将所述第二份第四报文数据的头部增加封装标识形成第二封装报文；
91.所述第二双网冗余的装置系统602的第二封装模块将所述第二封装报文通过所述第二双网冗余装置系统602的第三接口模块和所述第二车地通信链路502转发给所述第一双网冗余的装置系统601的第三接口模块；
92.所述第一双网冗余的装置系统601的第三接口模块将所述第二封装报文转发给所述第一双网冗余的装置系统601的第二封装模块；
93.所述第一双网冗余的装置系统601的第二封装模块将所述第二封装报文解封装为第二报文，并转发给所述第一双网冗余的装置系统601的prp模块；
94.所述第一双网冗余的装置系统601的prp模块分析所述第一报文和所述第二报文的prp标识信息；
95.所述第一双网冗余的装置系统601的prp模块通过丢弃算法保留先到的所述第一报文或第二报文，丢弃后到所述第二报文或第一报文；
96.所述第一双网冗余的装置系统601的prp模块去除先到所述第一报文或第二报文的prp标识，并转发给所述第一双网冗余的装置系统601的第一接口模块；
97.所述第一双网冗余的装置系统601的第一接口模块将所述第一报文或第二报文发送给所述轨旁信号系统101，并通过所述轨旁信号系统101转发至对应的目标设备。
98.本实施例提供的一种基于prp双网冗余的装置系统在发送数据时，利用prp模块实现报文复制从而在双网上冗余传输，利用封装模块实现报文封装从而屏蔽车地通信的网络制式和外部信息，在接收数据时，利用封装模块实现报文解封装从而屏蔽车地通信的网络制式和外部信息，利用prp模块对双网上传输的报文进行对比，按照丢弃算法进行处理，从而完成针对于双网数据进行优选。本实施例使车地通信的可用性和可靠性更高，抗干扰性能更强，传输性能更好。
99.具体的，车地通信的网络可用性更高，由于车地通信的每个无线网络上各增加了一套无线链路，且冗余的无线链路同时工作，一条无线链路故障后实时切换到另一条无线链路，保证了在一套无线系统故障的情况下cbtc系统的双网车地通信不受影响。
100.车地通信的网络可靠性更高，prp模块接收先到的报文，丢弃后到的报文，此种双网冗余通信方式，可以实现网络故障恢复零延时、故障时不丢帧。
101.prp模块符合iec62439规范，可以很好的和其他符合此规范的设备进行通信，利于提高设备的兼容性。
102.对外提供双网接口，对内等效一路网口，在实现双网冗余通信的时候，不改变上层软件的网络接口及其设计。
103.采用封装的方式，可以屏蔽具体车地传输网络的网络制式及其网络内部设计。如有需要也可关闭封装功能，可以其他的prp设备连接组网。
104.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
105.应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方
框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
106.另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
107.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。