轨交信号系统仿真接口管理服务器的制作方法

本发明涉及轨道交通信号系统中实验室仿真系统中的服务器技术，具体涉及城市轨道交通信号系统中的实验室仿真系统中的仿真接口管理服务器。

背景技术：

城市轨道交通信号系统的主要任务是保证列车在系统控制的线路内高效、安全运行。在城市轨道交通信号系统研发过程中，仿真软件用来模拟新研发的信号设备或既有信号设备在模拟的线路上调试运行，其有助于系统研发过程中进行调试、发现问题，节约开发调试时间以及研发成本。仿真软件通常由列车模拟软件、列车驾驶模拟台、仿真ats、仿真ci、仿真zc、仿真列车、协议转换器等部分组成。仿真软件是城市轨道交通信号系统研发过程中相当重要的一环，在仿真软件中如何部署和管理真实设备和仿真设备，并为设备间提供可靠的通信通道是一个非常关键的部分。

传统的实验室搭建通常采用将仿真设备和真实设备通过一个或多个交换机进行连接，连接原理如图1所示，仿真设备包括仿真zc(zonecontroller，区域控制器)、仿真联锁和仿真atp(automatictrainprotection列车自动防护)，真实设备包括真实zc(区域控制器)。这样会带来较多的问题，包括：

1.城市轨道交通信号实验室必须有完善的实验室网络规划，设备间都通过点对点的方式连接，增加设备(仿真设备或真实设备)、改变线路设备配置都不可避免的造成网络规划的改动，涉及到硬件的增加和网络设置的更改，对研发进度产生影响；

2.当设备间使用的安全通信协议或者业务数据协议发生变更后，需要相关的仿真设备和真实设备都需要作出相应的变更；

3.接入了新设备的实验室环境，往往会出现各类网络问题，需要投入人力和时间对网络问题进行解决，这会耽误项目的开发进展；

4.作为接入仿真实验室的设备，其定位主要是业务功能的验证，而不需要过多关心设备间网络拓扑、传输协议(tcp、udp、can、rs485、rs422等)、安全通信协议(rssp-i、rssp-ii、sahara等)，传统的仿真实验室环境即使在项目的预研或探索阶段就需要投入大量人力用于接口调试。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种轨交信号系统仿真接口管理服务器，简化实验室搭建成本，节省交换机服务器等硬件资源，可对调试和排查问题提供极大帮助，有助于项目研发进度快速推进，节约时间和金钱成本。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种轨交信号系统仿真接口管理服务器，包括：

数据接入层模块，用于与操作系统进行数据收发的接口，管理数据接收和转发上层需要发送的数据；

安全通信协议转换层模块，集成安全通信协议，用于按照设备配置文件中的预设对接收的数据去掉安全通信协议封装或者对需要发送且未封装的数据做出安全通信协议封装；

应用协议转换层模块，用于多个协议之间的互相转换或者不同版本的应用层协议的转换；以及

转发控制层模块，用于接收到应用数据后通过分析数据包中的源地址和目的地址，查询转发控制表以对接收到的数据作出标记，并交给下层进行封装和发送。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，数据接入层模块所管理的数据类型包括tcp、udp、rs485、rs422、can数据。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，数据接入层模块内置网络监控单元，记录can、rs422、rs485接收和转发的数据，并通过对ip层的检测抓取tcp和udp数据包。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，安全通信协议转换层模块集成的安全通信协议包括：铁路信号安全通信协议-i、铁路信号安全通信协议-ii、sahara安全协议以及企业内部私有安全通信协议。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，应用协议转换层模块互相转换的协议包括企业内部应用协议和互联互通gal层协议。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，转发控制层模块做标记的依据包括通信周期、通信链路、安全通信协议种类。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，轨交信号系统仿真接口管理服务器被配置为基于设备配置文件进行信号设备接入管理，包括转发控制层模块在重新启动时通过读取设备配置文件，更新转发控制层模块中的设备管理列表，其中设备管理列表中包含且不仅限于接入设备的类型、序号、id、互联互通id、安全通信协议的类型、通信ip与端口、链路层协议类型、业务协议是否需要转换、业务协议转换配置文件链接，其中当需要实际增减接入信号设备时，在仿真接口管理服务器的设备配置文件中增减信号设备。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，轨交信号系统仿真接口管理服务器被配置为基于设备配置文件进行信号设备数据转发，包括转发控制层模块解析接收到的业务数据，得知该业务数据的目的设备的id或互联互通id，通过搜索设备管理列表查找到对应的转发属性，并按照转发属性告知应用协议转换层模块和安全通信协议转换层模块按照指定属性对数据进行封装，之后由数据接入层模块将封装好的数据包发送到目的地。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，轨交信号系统仿真接口管理服务器被配置为通过多种安全通信协议进行转接，包括：

当某一信号设备的数据包传入仿真接口管理服务器时，仿真接口管理服务器的安全通信协议转换层模块将对其进行校验，如校验合法则将其中的应用数据传递到应用协议转换层模块；如果数据包校验不合法则直接丢弃该数据包；

当仿真接口管理服务器向信号设备发送数据时，安全通信协议转换层模块根据转发控制层模块输入的封装协议类型和配置文件链接，决定采用加载对应配置的安全通信协议处理组件对应用数据进行封装；

当安全通信协议转换层模块在未收到转发数据时，通过配置设备配置文件实现仿真接口管理服务器始终维持与某个设备的安全连接；

其中设备配置文件中带有每个信号设备接入时所带的安全通信协议类型及协议参数的配置地址，以及每个信号设备接收时所带的安全通信协议类型及其在仿真接口管理服务器上的配置文件链接。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，轨交信号系统仿真接口管理服务器被配置为按照配置对业务数据进行重新封装，包括：仿真接口管理服务器搜索设备管理列表中的业务协议转换配置文件链接，通过加载不同接口的业务协议转换配置，并通过通用的协议封装模块对需要转发的业务数据解析后重新封装，以实现不同版本的应用协议的兼容。

根据本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的一实施例，轨交信号系统仿真接口管理服务器被配置为利用数据接入层模块对通过仿真接口管理服务器转发的数据进行记录。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过在轨交信号系统仿真接口管理服务器上加载配置文件，从而在服务器软件内部形成一张管理列表，所有信号设备的所有业务数据都发送到仿真接口管理服务器上指定的一个或多个端口，仿真接口管理服务器再通过分析业务协议内容确定转发目的地并进行转发。相较于传统的实验室搭建手段，本发明可简化实验室搭建成本，节省交换机服务器等硬件资源，在研发初期开发人员可以不考虑网络搭建、使用何种安全通信协议、安全通信协议配置参数、信号设备之间新旧不同版本的业务协议、信号设备间不同应用协议等通信相关问题，将研发精力集中于业务逻辑本身。这样有助于项目研发进度快速推进，节约时间和金钱成本。

此外仿真接口管理服务器组网简单，占用资源较少，可以在单机上就可以搭建一套完整的信号系统进行运行，可对调试和排查问题提供了极大帮助。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了传统的仿真实验室的连接示意图。

图2示出了本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的实施例的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1所示，本发明的轨交信号系统仿真接口管理服务器的实施例包括转发控制层模块、应用协议转换层模块、安全通信协议转换层模块、数据接入层模块。

其中数据接入层模块用于与操作系统收发数据接口，管理tcp、udp、rs485、rs422、can数据的接收和转发上层需要发送的数据。数据接入层模块内置网络监控单元，网络监控单元记录can、rs422、rs485接收和转发的数据，并通过对ip层的检测抓取tcp和udp数据包。

安全通信协议转换层模块集成了铁路信号安全通信协议-i(即rssp-i)、铁路信号安全通信协议-ii(即rssp-ii)、sahara安全协议以及多个企业内部私有安全通信协议，按照配置文件中的预设对接收的数据去掉安全通信协议封装或者对需要发送且未封装的数据做出安全通信协议封装。

应用协议转换层模块用于企业内部应用协议和互联互通gal层协议之间的互相转换，也可以用于新旧不同版本的应用层协议之间的转换。

转发控制层模块接收到应用数据后，通过分析数据包中的源地址和目的地址，然后查询转发控制表对接收的数据按不同的通信周期、不同的通信链路、使用何种安全通信协议等作出标记，并交给下层进行封装和发送。

本实施例的轨交信号系统仿真接口管理服务器完成以下的功能：(1)基于配置文件的信号设备接入管理；(2)基于配置文件的信号设备数据转发；(3)带有多种安全通信协议的转接功能；(4)可按照配置对业务数据进行重新封装；(5)记录通过仿真接口管理服务器转发的数据。

以下就上述的各个功能进行详细描述。

(1)基于配置文件的信号设备接入管理：

本实施例的仿真接口管理服务器的转发控制层模块在重新启动时通过读取设备配置文件，更新转发控制层模块中的设备管理列表，设备管理列表中包含且不仅限于接入设备的类型、序号、id、互联互通id、使用何种安全通信协议、通信ip与端口、链路层协议类型、业务协议是否需要转换、业务协议转换配置文件链接等内容。

仿真实验室中的所有信号设备仅需要一个对外的通信端口与仿真接口管理服务器相连接即可，通过tcp、udp、can、rs422、rs485与配置文件中约定的仿真接口管理服务器端口相连接，并在业务需要的时候，向仿真接口管理服务器发送数据，当某个信号设备未在接入配置中配置时，仿真接口管理服务器将丢弃该信号设备传入的所有数据。

当需要增加或减少接入信号设备时，只需要在仿真接口管理服务器的设备配置文件增加或删除某个或某些信号设备即可。

(2)基于配置文件的信号设备数据转发

仿真接口管理服务器的转发控制层模块解析接收到的业务数据，得知该业务数据的目的设备的id(或互联互通id等)，通过搜索设备管理列表，查找到对应的转发属性(如：使用何种安全通信协议、通信ip与端口、链路层协议类型、业务协议是否需要转换、业务协议转换配置文件链接等内容)，并按照获得的属性告知应用协议转换层模块和安全通信协议转换层模块按照指定属性对数据进行封装。之后由数据接入层模块将封装好的数据包发送到目的地。

(3)带有多种安全通信协议的转接功能

仿真接口管理服务器加载的设备配置文件中带有每个信号设备接入时带有何种安全通信协议及协议参数的配置地址，以及每个信号设备接收时带有何种安全通信协议及其在仿真接口管理服务器上的配置文件链接。当某个信号设备的数据包传入仿真接口管理服务器时，仿真接口管理服务器的安全通信协议转换层模块将对其进行校验，如校验合法，则将其中的应用数据传递到应用协议转换层模块；如果数据包校验不合法，则直接丢弃该数据包。

当仿真接口管理服务器向信号设备发送数据时，安全通信协议转换层模块则会根据转发控制层模块输入的封装协议类型和配置文件链接，决定采用加载了哪个配置的安全通信协议处理组件对应用数据进行封装。

在安全通信协议转换层模块在未收到转发数据时，可以通过配置设备配置文件，实现仿真接口管理服务器始终维持与某个设备的安全连接。

(4)按照配置对业务数据进行重新封装

由于仿真系统中存在一些旧版本的信号设备(仿真设备或真实设备)或者在对某个新的信号设备进行研发时，其他相关系统并未完成修改，这就需要仿真接口管理服务器对业务数据进行重新组装作为临时的调试手段。

仿真接口管理服务器搜索设备管理列表中的业务协议转换配置文件链接，通过加载不同接口的业务协议转换配置，并通过通用的协议封装模块对需要转发的业务数据解析后重新封装，以实现不同版本的应用协议的兼容。

(5)记录通过仿真接口管理服务器转发的数据

仿真接口管理服务器的数据接入层模块除了通过与操作系统收发接口，管理tcp、udp、rs485、rs422、can数据的接收和发送，还内置了网络监控单元，网络监控单元对can、rs422、rs485接收和转发的数据进行记录，以及通过对ip层的检测抓取并记录tcp和udp数据包。

仿真接口管理服务器通过实时记录其接收和转发的数据，方便研发人员正确性、时效性以及检测信号设备收发数据性能，及时查找并解决问题。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。