基于U形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统的制作方法

本发明涉及轨道交通列车门技术领域，具体涉及一种基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统。

背景技术

目前，市面上的轨道交通列车的车门通信网络主要采用星形拓扑结构，少量采用链式拓扑结构，这两种类型的通信网络拓扑结构都不具备冗余功能。而且，iec（国际电工委员会）发布了高可用性工业自动化通信网络协议集（iec62439-1~7），共七个标准文件，定义了七种协议。协议分别如下：媒介冗余协议（mediaredundancyprotocol，mrp）、并行冗余协议（parallelredundancyprotocol，prp）、高可用无缝环网协议（high-availabilityseamlessredundancy，hsr）、跨网冗余协议（cross-networkredundancyprotocol，crp）、信标冗余协议（beaconredundancyprotocol，brp）、分布式冗余协议（distributedredundancyprotocol，drp）和环路冗余协议（ring-basedredundancyprotocol，rrp）。

针对上述的现有技术，由于当前人们对轨道交通列车车门的通信网络可靠性要求越来越高，不具备冗余功能的星形和链式的网络拓扑结构难以满足要求，如图1和图2所示。iec62439协议集定义的mrp、prp和hsr协议可适用于轨道交通列车车门通信网络，但都具备一定的缺点：mrp协议单节点线路异常后，有网络故障恢复时间，会导致数据丢包，不满足车门对可靠性的要求；prp协议无网络故障恢复时间，但网络连接方式会占用列车较多的以太网网口；hsr协议无网络故障恢复时间，但实现复杂，需要特殊的数据链路层。现有技术的不足表现在图1的星形以太网拓扑结构图中为若以太网线路故障，与其连接的dcu（车门控制单元）即失去通信功能（如dcu8）；图2的链式以太网拓扑结构图，以太网线路故障，与其连接后续所有dcu（车门控制单元）即失去通信功能，而且，dcu7与dcu8直接连接会导致网络形成逻辑环路，产生网络风暴。

因此，通过上述陈述，如何解决车门控制单元（dcu）与列车控制系统（tcms）之间的以太网网络冗余问题，是当前需要解决的。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术无法解决车门控制单元（dcu）与列车控制系统（tcms）之间的以太网网络冗余问题。本发明的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，实现轨道交通列车车门的以太网网络冗余功能，使得以太网网络上若发生单点故障，不会出现数据丢包情况且网络故障恢复时间0ms，有效提升列车车门网络的安全性与可靠性，本发明仅占用列车以太网交换机的两个以太网网口，且整个车门网络采用u形网络拓扑结构连接，相比于传统的星形网络拓扑，可节省以太网交换机数量和网络线缆，极大降低车辆制造成本，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，包括车厢数量匹配的车辆级以太网网络单元，各车辆级以太网网络单元包括两个主车门控制单元和多个本地车门控制单元，

所述两个主车门控制单元和多个本地车门控制单元均设置有两个网口，且两个主车门控制单元两个网口配置有具备独立的mac，各个本地车门控制单元两个网口配置成共用一个mac，

第一主车门控制单元mdcu1的一个网口与第一以太网交换机相连接，多个本地车门控制单元采用链式连接，位于首部的本地车门控制单元通过空置网口与第一主车门控制单元mdcu1的另一个网口相连接，位于尾部的本地车门控制单元通过空置网口与第二主车门控制单元mdcu2的一个网口相连接，所述第二主车门控制单元mdcu2的另一个网口与第二以太网交换机相连接，构成u形网络拓扑结构，所述第一以太网交换机、第二以太网交换机接入轨道交通列车的列车级以太网网络，各个本地车门控制单元两个网口之间均连接有旁路继电器。

前述的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，所述u形网络拓扑结构的数据协议为trdp数据协议。

前述的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，各个车辆级以太网网络单元之间相互独立。

前述的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，两个主车门控制单元两个网口配置有具备独立的mac地址，网络信号相隔离，且两个网口具有独立的ip地址，且处于不同的网段。

前述的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，各个本地车门控制单元两个网口配置成共用的mac地址，网络信号直连，每个本地车门控制单元两个网口共用一个ip地址。

前述的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，列车控制系统通过列车级以太网网络，将tcms数据信息发送给两个主车门控制单元，两个主车门控制单元将接收到的tcms数据信息形成组播发送数据包，并以组播的方式周期性发送给对应车辆级以太网网络单元内的各个本地车门控制单元，且两个主车门控制单元之间可互相接收到对方的组播发送数据。

前述的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，所述tcms数据信息包括控制命令、时间信息和车辆号信息，所述组播发送数据包括控制命令、时间信息和车辆号信息。

前述的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，本地车门控制单元将需要发送给tcms系统的数据，以组播方式发往车辆级网络，两个主车门控制单元从车辆级网络读取到本地车门控制单元的数据，且包括主车门控制单元自身的数据，再通过列车级网络转发给tcms系统。

前述的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，所述本本地车门控制单元将需要发送给tcms系统的数据，包括车门的状态信息、故障信息、开关门循环次数和软件版本信息。

本发明的有益效果是：本发明的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，实现轨道交通列车车门的以太网网络冗余功能，使得以太网网络上若发生单点故障，不会出现数据丢包情况且网络故障恢复时间0ms，有效提升列车车门网络的安全性与可靠性，本发明仅占用列车以太网交换机的两个以太网网口，且整个车门网络采用u形网络拓扑结构连接，相比于传统的网络拓扑，可节省以太网交换机数量和网络线缆，极大降低车辆制造成本，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是现有的的星形以太网拓扑的结构图；

图2是现有的链式以太网拓扑的结构图；

图3是本发明的本地车门控制单元网口的系统示意图；

图4是本发明的主车门控制单元网口的系统示意图；

图5是本发明的实施例的系统框图；

图6本发明的实施例列车级以太网线路出现异常的示意图；

图7本发明的实施例车辆级以太网线路出现异常的示意图；

图8本发明的实施例ldcu故障且车辆级以太网线路单点故障的示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，包括车厢数量匹配的车辆级以太网网络单元，各车辆级以太网网络单元包括两个主车门控制单元和多个本地车门控制单元（ldcu），

所述两个主车门控制单元和多个本地车门控制单元均设置有两个网口，且两个主车门控制单元两个网口配置有具备独立的mac，各个本地车门控制单元两个网口配置成共用一个mac，

第一主车门控制单元mdcu1的一个网口与第一以太网交换机（或以太网交换机的第一网口）相连接，多个本地车门控制单元采用链式连接，位于首部的本地车门控制单元通过空置网口与第一主车门控制单元mdcu1的另一个网口相连接，位于尾部的本地车门控制单元通过空置网口与第二主车门控制单元mdcu2的一个网口相连接，所述第二主车门控制单元mdcu2的另一个网口与第二以太网交换机（或以太网交换机的第二网口）相连接，构成u形网络拓扑结构，所述第一以太网交换机、第二以太网交换机（或其两个网口连接着两个主车门控制单元的一台交换机）接入轨道交通列车的列车级以太网网络，

各个本地车门控制单元两个网口之间均连接有旁路继电器，各个本地车门控制单元两个网口配置成共用的mac，每个本地车门控制单元两个网口共用一个ip地址，如图3所示，网口1与网口2之间焊接了一个旁路继电器，ldcu断电后，继电器闭合，旁路的ldcu正常使用。

优选的，所述u形网络拓扑结构的实时数据协议为trdp数据协议，iec61375-2-3标准规定，可组播发送。

优选的，各个车辆级以太网网络单元之间相互独立，不形成逻辑回路，不会导致网络风暴问题。

优选的，两个主车门控制单元两个网口配置有具备独立的mac，且两个网口具有独立的ip地址，且处于不同的网段，如图4所示，主车门控制单元的网口1与网口2之间无继电器。

本发明的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，列车控制系统通过列车级以太网网络，将tcms数据信息发送给两个主车门控制单元，两个主车门控制单元将接收到的tcms数据信息形成组播发送数据，并以组播的方式周期性发送给对应车辆级以太网网络单元内的各个本地车门控制单元，且两个主车门控制单元之间可互相接收到对方的组播发送数据。

优选的，所述tcms数据信息包括控制命令、时间信息和车辆号信息，所述组播发送数据包括控制命令、时间信息和车辆号信息。

本发明的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，本地车门控制单元将需要发送给tcms系统的数据，以组播方式发往车辆级网络，两个主车门控制单元从车辆级网络读取到本地车门控制单元的数据，且包括主车门控制单元自身的数据，再通过列车级网络转发给tcms系统。优选的，所述本本地车门控制单元将需要发送给tcms系统的数据，包括车门的状态信息、故障信息、开关门循环次数和软件版本信息。

下面介绍根据本发明的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统应用的一具体实施例，以每节车厢有八个车门的列车为例：

每个dcu（车门控制单元）内部集成具有两个网口的以太网通信模块，通过vlan技术，mdcu（两个主车门控制单元）的两个网口配置成具备独立的mac，ldcu（各本地车门控制单元ldcu3-ldcu8）的两个网口配置成共用一个mac，在ldcu的两个网口上设计一个旁路继电器，mdcu的两个网口在链路上是相互隔离，对应两个独立ip地址，且处于不同的网段，各ldcu的两个网口在链路上是直通，共享同一个ip地址，两个mdcu的其中一个网口，与第一或者第二列车以太网交换机相连接，接入列车级以太网网络，另一个网口与ldcu相连接，多个ldcu之间采用链式连接，首尾两个ldcu与对应的mdcu的另一个网口相连接，组成一个u形车辆级网络。

列车级网络与车辆级网络单元完全隔离，不形成逻辑回路，不会导致网络风暴问题，两个mdcu从列车级网络获得到tcms数据后，同时通过trdp协议的pd（过程数据）组播方式发送给车辆级网络，ldcu从组播地址获取读取tcms数据，ldcu将需要发送给tcms的的数据同样以组播方式发往车辆级网络，mdcu从车辆级网络读取到ldcu的数据，再通过列车级网络发给tcms。

若上述的冗余网络出现单节点故障，例如mdcu与列车级网络断线，或ldcu之间连接线断线，整个网络均能正常通信，不会出现数据丢失。本设计相比于现有的技术，不仅实现网络冗余功能，而且具备实现方式简单、网络故障恢复时间0ms以及无数据丢包的优点。

u形车辆级网络的网络连接方法，如图5所示，mdcu1→ldcu3→ldcu5→ldcu7→ldcu8→ldcu6→ldcu4→mdcu2。

车辆级网络采用trdp协议的pd通信方式进行通信，不同dcu的数据通过comid（通信识别码）来区分。列车级网络根据项目的需求不同，应用相应的通信协议。tmcs通过列车级以太网网络，将控制命令、时间信息和车辆号信息发送给mdcu，两个mdcu同时将接收到的tcms数据，以组播的方式周期性发送给车辆级网络的ldcu3、ldcu4、ldcu5、ldcu6、ldcu7、ldcu8、ldcu9，两个mdcu之间可互相接收到对方组播数据，mdcu的组播信号中还包含自身的状态信息、故障信息和软件版本等信息。

ldcu3、ldcu4、ldcu5、ldcu6、ldcu7和ldcu8的状态信息、故障信息和软件版本信息，以组播的方式周期性发往车辆级以太网网络，mdcu从车辆级以太网网络读取ldcu的这些数据，并通过列车级以太网网络发往tcms。

当mdcu的列车级以太网线路出现异常冗余实现，如图6所示，x号为故障断开点，下同：

此故障模式下，tcms的以太网数据通过列车级以太网线路发往mdcu2，mdcu2再通过车辆级以太网网络，将tcms的数据以组播方式发送给mdcu1、ldcu3、ldcu4、ldcu5、ldcu6、ldcu7、ldcu8；这些dcu的状态信息、故障信息和软件版本等信息通过组播方式发往车辆级总线，mdcu2从车辆级以太网网络的组播地址读取这些信息，并通过列车级以太网网络发给tcms。

当车辆级以太网线路出现断线的冗余实现，如图7所示：

mdcu1负责ldcu3、ldcu5、ldcu7相关数据的发送与接收，mdcu2负责ldcu4、ldcu6、ldcu8数据的发送与接收，保证所有dcu的数据不丢失。数据发送与接收的方法同上。

ldcu故障后旁路功能，如图8所示：

ldcu发生故障后，其两个网口间的继电器闭合，将故障ldcu旁路，不影响后续ldcu的通信功能。

综上所述，本发明的基于u形网络拓扑结构的轨道交通列车车门冗余网络系统，实现轨道交通列车车门的以太网网络冗余功能，使得以太网网络上若发生单点故障，不会出现数据丢包情况且网络故障恢复时间0ms，有效提升列车车门网络的安全性与可靠性，本发明仅占用列车以太网交换机的两个以太网网口，且整个车门网络采用u形网络拓扑结构连接，相比于传统的网络拓扑，可节省以太网交换机数量和网络线缆，极大降低车辆制造成本，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。