[go: up one dir, main page]

CN112492046B - 一种列车分布式tcms主备冗余管理方法及系统 - Google Patents

一种列车分布式tcms主备冗余管理方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112492046B
CN112492046B CN202011459035.3A CN202011459035A CN112492046B CN 112492046 B CN112492046 B CN 112492046B CN 202011459035 A CN202011459035 A CN 202011459035A CN 112492046 B CN112492046 B CN 112492046B
Authority
CN
China
Prior art keywords
train
communication
control unit
master
distributed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011459035.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112492046A (zh
Inventor
侯国建
张春雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Traffic Control Technology TCT Co Ltd
Original Assignee
Traffic Control Technology TCT Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Traffic Control Technology TCT Co Ltd filed Critical Traffic Control Technology TCT Co Ltd
Priority to CN202011459035.3A priority Critical patent/CN112492046B/zh
Publication of CN112492046A publication Critical patent/CN112492046A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112492046B publication Critical patent/CN112492046B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/02—Protocols based on web technology, e.g. hypertext transfer protocol [HTTP]
    • H04L67/025—Protocols based on web technology, e.g. hypertext transfer protocol [HTTP] for remote control or remote monitoring of applications
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0658—Clock or time synchronisation among packet nodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/06—Management of faults, events, alarms or notifications
    • H04L41/0654—Management of faults, events, alarms or notifications using network fault recovery
    • H04L41/0668—Management of faults, events, alarms or notifications using network fault recovery by dynamic selection of recovery network elements, e.g. replacement by the most appropriate element after failure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/08—Configuration management of networks or network elements
    • H04L41/0803—Configuration setting
    • H04L41/0823—Configuration setting characterised by the purposes of a change of settings, e.g. optimising configuration for enhancing reliability
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/04—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks
    • H04L63/0428—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the data content is protected, e.g. by encrypting or encapsulating the payload
    • H04L63/0442—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the data content is protected, e.g. by encrypting or encapsulating the payload wherein the sending and receiving network entities apply asymmetric encryption, i.e. different keys for encryption and decryption
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/1095—Replication or mirroring of data, e.g. scheduling or transport for data synchronisation between network nodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/1097—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network for distributed storage of data in networks, e.g. transport arrangements for network file system [NFS], storage area networks [SAN] or network attached storage [NAS]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

本发明提供一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法及系统，包括：根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期；所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互。本发明提供的管理方法，利用列车交换机的时间同步协议，通过列车环网的基准网络时钟对两端VCU进行时钟周期校正，能有效地克服彼此之间运行同步偏差问题，为保证主备冗余管理的正常开展提供了数据基础和网络基础。

Description

一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法及系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法及系统。
背景技术
列车控制与监控系统，通常是由两个车辆控制单元(Vehicle control unit，VCU)、若干远程输入输出输出(Remote Input/Output Module，RIOM)和车辆的控制网络组成。VCU通常分布在两个车头(即车头和车尾)，两个VCU之间构成主备冗余关系。传统的两个VCU之间的主备冗余一般是通过VCU之间相互发送周期通信帧，进行周期号比较，由备用VCU采用主控VCU同步过来的数据和周期同步更新数据。还有一种主备冗余采用的是，控制两个VCU之间进行心跳通信，如果本端收不到对方心跳帧，则将本端升为主控VCU，在上电时采用低地址数值为主等策略。
由于列车控制与监控系统(Train Control Monitoring System，TCMS)是由列车综合管理系统(Train Integrated Management Aystem)演变而来，早期列车只有监控没有控制功能，传统的TCMS系统中的VCU主备运行时，可能出现双主问题，但由于列车早期都是以硬线为主，即使出现双主问题，也不会带来严重后果，从而导致在VCU控制上的冗余设计方面，并没有充分考虑高可靠安全设计等方面的问题。
加之传统的两个VCU主备冗余存在严重的数据同步差异问题，即当主控VCU宕机时，备用VCU需要多个通信周期后，才能监测判断到主控VCU宕机。虽然主备VCU之间通过周期号方式，来同步彼此之间运行同步偏差问题，但对于高速短周期平台(例如20MS的高速处理平台)来说，主备VCU之间的周期偏差就会很大，且随着上电时间拉长，周期偏差会逐渐拉大，很难接近。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法及系统。
本发明提供一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法，包括：根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期；所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互。
根据本发明提供的一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法，在初始上电成功或完成主备转换的情况下，确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元；所述主控制单元向所有的输入输出单元广播更新私钥通知；所述输入输出单元响应于所述更新私钥通知，获取所述主控制单元的私钥，以根据所述主控制单元的私钥生成第一公钥通信码，并将所述第一公钥通信码反馈给所述主控制单元；所述主控制单元根据接收到的所述第一公钥通信码，确定与所有的所述输入输出单元之间的通信状态。
根据本发明提供的一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法，所述主控制单元根据接收到的所述第一公钥通信码，确定与所有的所述输入输出单元之间的通信状态，包括：在所述主控制单元接收到由所有的所述输入输出单元发送的所述第一公钥通信码的情况下，确定所述主控制单元与所有的所述输入输出单元之间的通信状态正常；在所述主控制单元未接收到任一由所有的所述输入输出单元发送的所述第一公钥通信码的情况下，确定所述主控制单元与任一所述输入输出单元之间的通信中断。
根据本发明提供的一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法，所述第一公钥通信码是根据所述主控制单元的私钥与所述输入输出单元的私钥共同生成的。
根据本发明提供的一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法，在所述主控制单元向所有的输入输出单元广播更新私钥通知之后，还包括：所述备用控制单元响应于所述更新私钥通知，基于备用私钥序列，更新备用控制单元的私钥。
根据本发明提供的一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法，在确定所述主控制单元与所有的所述输入输出单元之间的通信状态正常的情况下，还包括：
在所述主控制单元与目标输入输出单元进行数据通信的任一所述通信周期内，在由所述主控制单元发送的驱动数据帧中携带第二公钥通信码；所述目标输入输出单元利用自身的私钥对所述当第二公钥通信码进行解密；在解密正常的情况下，继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信；在解密不正常的情况下，触发双主防护模式，以重新确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元。
根据本发明提供的一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法，在继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信之后，还包括：
所述目标输入输出单元向所述主控制单元发送采集数据帧，所述采集数据帧中包含第三公钥通信码，所述第三公钥通信码是有所述目标输入输出单元根据自身的私钥和最新接收到的车辆控制器的私钥生成的；所述主控制单元对所述第三公钥通信码进行验证；若所述第三公钥通信码与所述第二公钥通信码相同，则继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信；若所述第三公钥通信码与所述第二公钥通信码不相同，则触发双主防护模式，以重新确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元。
本发明还提供一种列车分布式TCMS主备冗余管理系统，包括：时钟基准单元，用于根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；通信周期确定单元，基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期；所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述列车分布式TCMS主备冗余管理方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述列车分布式TCMS主备冗余管理方法的步骤。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法及系统，利用列车交换机的时间同步协议，通过列车环网的基准网络时钟对两端VCU进行时钟周期校正，能有效地克服彼此之间运行同步偏差问题，为保证主备冗余管理的正常开展提供了数据基础和网络基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法的流程示意图；
图2是本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理的网络设备拓扑图；
图3是本发明提供的车辆控制单元之间的平台同步帧取值的示意图；
图4是本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理的信令交互图；
图5是本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理系统的结构示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图6描述本发明实施例所提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法和系统。
图1是本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法的流程示意图，如图1所示，包括但不限于以下步骤：
步骤S1：根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；
步骤S2：基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期。
其中，所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互。
图2是本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理的网络设备拓扑图，如图2所示本发明以列车8编组网络设备拓扑为例进行说明。
本发明提出的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，列车环网是基于TRDP以太网构建的，主备冗余管理算法方法是在车辆控制主机(VCU)的平台软件上执行的。整个列车网络包括贯穿列车所有车厢的交换机的列车环网，同时每列车厢的交换机分别控制该车厢的制动子系统制动控制单元(Brake Control Unit，BCU)、牵引子系统列车牵引变流控制系统((Traction Control Unit，TCU)、车门子系统(Electronic Door Control Unit，EDCU)、空调子系统(Ventilation and Air Conditioning，HVAC)和RIOM等。在车头交换机还用于控制远程下载系统(Over-the-Air Technology，OTA)、故障预测与健康管理系统(Prognosticand Health Management，PHM)、自动列车运行系统(Automatic TrainOperation，ATO)以及VCU等，即在一辆列车上，采用冗余管理方法，分别在车头和车尾出设置一个VCU，以通过各自的交换机与列车环网通信连接。
图3是本发明提供的车辆控制单元之间的平台同步帧取值的示意图，如图3所示，在本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法中，列车的VCU平台进行周期计时，采用列车环网的时钟作为平台的计时基准。分布在车头和车尾的两个VCU之间的平台同步帧取值的周期可以取通信任务的最短时间，甚至是最短时间的N分之一数值(其中N≥2)。这样可以在平台进行主备切换时，其切换的周期时间做到小于列车各子系统接收业务的通信周期，以保证在平台主备倒系处理时，不至于产生数据同步偏差的问题。
具体地，一般情况下，列车上会配置两个VCU，各VCU之间的通信周期(即数据发送周期)，要小于VCU与列车上所有的子系统之间的通信周期。在车头VCU与车尾VCU采用相同的时钟源的情况下，在列车环网通信状态良好的情况下，VCU之间的通信周期设置的足够小的情况下，则平台同步帧的取值可以达到高度的同步。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，利用列车交换机的时间同步协议，通过列车环网的基准网络时钟对两端VCU进行时钟周期校正，能有效地克服彼此之间运行同步偏差问题，为保证主备冗余管理的正常开展提供了数据基础和网络基础。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，还包括：
在初始上电成功或完成主备转换的情况下，确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元；
所述主控制单元向所有的输入输出单元广播更新私钥通知；
所述输入输出单元响应于所述更新私钥通知，获取所述主控制单元的私钥，以根据所述主控制单元的私钥生成第一公钥通信码，并将所述第一公钥通信码反馈给所述主控制单元；
所述主控制单元根据接收到的所述第一公钥通信码，确定与所有的所述输入输出单元之间的通信状态。
在系统初始上电时，可以根据两个VCU的硬件运行状态和功能输出，动态切换主备状态；也可以根据两个VCU之间的协商确定出主备关系；或者，在运行过程中，若主控VCU出现输出错误，系统将立即切除主控VCU的输出并将备用VCU升级为新的主控VCU，并由新的主控VCU接管工作。本发明不对如何实现主备转换做具体地限定。
在本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，VCU1和VCU2中分别存储有不同的私钥序列，而在除VCU1和VCU2对应的RIOM之外的其余的RIOM中仅保存唯一的私钥。
例如：VCU1中存储的私钥序列可以是由以下16个私钥依次排列构成的私钥序列(以下称作私钥序列1)：
307,311,313,317,331,337,347,349,353,359,367,373,379,383,389；
VCU1中存储的私钥序列可以是由以下16个私钥依次排列构成的私钥序列(以下称为私钥序列2)：
211,223,227,229,233,239,241,251,263,269,271,277,281,283,293；
而除VCU1和VCU2对应的RIOM之外的其余的RIOM中的私钥只有选取一个，可以是以下私钥中的任一个：
101,103,107,109,113,127,131,137,139,149,151,157,163,163,167,173,179,181,191,193,197,199。
图4是本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理的信令交互图，如图4所示，本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法在初始上电成功或完成主备转换的情况下，在确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元(记为VCU1)和备用控制单元(记为VCU2)之后，由VCU1向所有的RIOM(包括VCU2中的RIOM)广播更新私钥通知，该更新私钥通知中携带有VCU1对应的私钥(即VCU1将其私钥向所有的RIOM进行广播)。由于除VCU2中的RIOM之外的其他RIOM中仅保存唯一的私钥，故并不会进行更改。
RIOM(包括VCU2对应的RIOM)在接收到所述更新私钥通知之后，根据更新私钥通知中所携带的VCU1的私钥，并结合自身的私钥生成第一公钥通信码。
进一步地，所述主控制单元根据接收到的所述第一公钥通信码，确定与所有的所述输入输出单元之间的通信状态，包括：
在所述主控制单元接收到由所有的所述输入输出单元发送的所述第一公钥通信码的情况下，确定所述主控制单元与所有的所述输入输出单元之间的通信状态正常；
在所述主控制单元未接收到任一由所有的所述输入输出单元发送的所述第一公钥通信码的情况下，确定所述主控制单元与任一所述输入输出单元之间的通信中断。
具体地，每个RIOM分别将生成的第一公钥通信码发送给VCU1，VCU1则可以在规定的时间段内，根据所接收到的每个第一公钥通信码判断，以确定是否与所述第一公钥通信码的发送方正常通信。
VCU1在规定时间内，一直未收到某个RIOM返回的第一公钥通信码，则认定该RIOM故障；若VCU1收到所有RIOM(包括VCU2对应的RIOM)的反馈信息，则认定VCU1与所有RIOM的通信均正常，进而可以认为本次主备切换是正常的，这转入工作状态，进行正常的数据收发处理。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，通过主控VCU向各车厢的RIOM发送私钥，并通过判断是否接收到各车厢RIOM反馈的公钥通信码，来判断是否与所有车厢保证正常的通信，进而盘旋出本次主备切换的正常与否，充分保证了主备切换后的行车安全。
进一步地，所述第一公钥通信码是根据所述主控制单元的私钥与所述输入输出单元的私钥共同生成的。
作为可选地，所述第一公钥通信码＝VCU私钥×RIOM自身的私钥。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，通过公私钥加密的方式，实现通信状态的检测，有效地保证了检测的可信性、安全性和准确性，防止干扰信号对检测结果的影响。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在所述主控制单元向所有的输入输出单元广播更新私钥通知之后，还包括：
所述备用控制单元响应于所述更新私钥通知，基于备用私钥序列，更新备用控制单元的私钥。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，列车上电成功产生一个主控VCU时或每次主备切换成功后，VCU2正常运行时，VCU1都会通过广播机制向所有的RIOM发送更新私钥通知。采用这一方式，是为了避免在进行主备切换后，各RIOM重新更新生成新的公钥私钥对，以保证后期的公私钥验证时，是基于切换后的主控VCU进行的。
假设，在主备切换前的主控VCU是VCU1，在主备切换后的主控VCU是VCU2，则在完成主备切换后，由VCU2向所有的RIOM发送更新私钥通知，VCU1则根据其预先存储的第一私钥序列，将其自身的私钥更换为所述第一私钥序列中的下一个私钥；由于除VCU1之外的其他RIOM中的私钥是唯一的，可以不进行更换。
在VCU1更换私钥后，检测主备切换后的VCU2是否与列车各车厢的各个子系统的通信正常，以确定主备切换后的系统是否正常运行。由于VCU1更换了私钥。故在VCU1作为主控VCU时的公私钥不会对本次检测产生任何干扰。
需要说明的是：如果当前列车网络没有发生断网的情况下，每次生成的公钥和RIOM里面存储的私钥都是成组存在。如果任一VCU要更新其RIOM中的私钥序列，需要同时更新两个VCU的RIOM中存储的私钥序列成功后，才能代表更新成功，否则则判断为更新失败。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，通过在每次主备切换后，重新生成新的公私钥对，以确保本次检测结果不会受切换之前的影响，有效的保证了检测结果的准确性。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在确定所述主控制单元与所有的所述输入输出单元之间的通信状态正常的情况下，还包括：
在所述主控制单元与目标输入输出单元进行数据通信的任一所述通信周期内，在由所述主控制单元发送的驱动数据帧中携带第二公钥通信码；
所述目标输入输出单元利用自身的私钥对所述当第二公钥通信码进行解密；
在解密正常的情况下，继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信；
在解密不正常的情况下，触发双主防护模式，以重新确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元。
结合图4所示，本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，为了避免VCU平台软件出现故障，利用目标RIOM(可以是任一RIOM)通过公私钥对的形式，用自身的私钥，对VCU1发送的驱动数据帧里携带的第二公钥通信码进行检测。若目标RIOM检测出发送通信码存在错误，则证明当前发送驱动数据帧的VCU1与之前的VCU不是同一个VCU，即列车网络中存在第二个主控VCU。
在VCU1与之前的VCU是同一个VCU情况下，发送的驱动数据帧里携带的第二公钥通信码即为第一公钥通信码，而所述第一公钥通信码是由目标RIOM自身的私钥和VCU1的私钥生成，故目标RIOM能够根据自身的私钥与第一公钥通信码确定出VCU1的私钥。
在VCU1与之前的VCU不是同一个VCU情况下，发送的驱动数据帧里携带的第二公钥通信码必然与第一公钥通信码不同，故目标RIOM不能对其进行解密，即解密不正常。此时，可以判断出当前平台中存在两个不同的VCU，对列车的行车安全产生了严重的威胁，故需要启动双主防护模式。
其中，在所述双主防护模式下，可以先在系统中重新进行主备机切换，以重新确定出行的主控VCU以及备用VCU，或者由工作人员进行故障确认即排除，直至恢复正常双机热备冗余运行为止。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，能够在RIOM上实现对VCU双主的第三方监测裁决处理，可以避免由于骨干网断网导致的列车VCU双主问题，有效地保证了行车安全。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信之后，还包括：
所述目标输入输出单元向所述主控制单元发送采集数据帧，所述采集数据帧中包含第三公钥通信码，所述第三公钥通信码是有所述目标输入输出单元根据自身的私钥和最新接收到的车辆控制器的私钥生成的；
所述主控制单元对所述第三公钥通信码进行验证；
若所述第三公钥通信码与所述第二公钥通信码相同，则继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信；
若所述第三公钥通信码与所述第二公钥通信码不相同，则触发双主防护模式，以重新确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元。
结合图4所示，还利用主控VCU根据目标RIOM发送的采集数据帧中所携带的第三公钥通信码，以检测所收到的第三公钥通信码是否是目标RIOM根据自身的私钥与其他VCU的私钥生成的，进而可以确定出平台中是否存在两个主控VCU。
具体地，在平台中仅存在一个主控VCU(VCU1)的情况下，目标RIOM发送的采集数据帧中所携带的第三公钥通信码，是与第一公钥通信码相同的，即是由VCU1的私钥和目标RIOM的私钥生成的。
在平台中中同时存在两个主控VCU(VCU1和VCU2，其中VCU1是正常情况下的主控VCU)的情况下，则第三公钥通信码可能是VCU2的私钥与目标RIOM的私钥生成的，在在VCU1接收到第三公钥通信码后，是不能对其进行解密的，即此时解密不成功。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，通过在主控VCU中利用其私钥对每个RIOM发送的采集数据中的公钥通信码进行验证，以时刻检测系统中是否同时存在两个主控VCU的情况发生，能够有效的保证行车的安全，
需要说明的是，本发明上述实施例中总共介绍了利用主控VCU是否接收到各RIOM反馈的公钥通信码进行检测，以判断平台中是否出现子系统断网的事故；通过每个RIOM作为第三方检测平台是否存在双主控的情况发生以及本实施例中介绍的利用主控VCU检测平台是否存在双主控的情况发生这三种不同的检测方式，在实际运行中可以采取其中的至少一种或者多种组合成不同的方案，均视为本发明的保护范围，对此本发明不作一一赘述。
如5是本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理系统的结构示意图，如图5所示，包括但不限于时钟基准单元1和通信周期确定单元2，其中：
时钟基准单元1主要用于根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期。
通信周期确定单元2主要用于基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期。
其中，所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互。
具体地，本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理系统中，列车的VCU平台进行周期计时，采用列车环网的时钟作为平台的计时基准。分布在车头和车尾的两个VCU之间的平台同步帧取值的周期可以取通信任务的最短时间，甚至是最短时间的N分之一数值(其中N≥2)。这样可以在平台进行主备切换时，其切换的周期时间做到小于列车各子系统接收业务的通信周期，以保证在平台主备倒系处理时，不至于产生数据同步偏差的问题。
具体地，列车上配置有两个VCU，各VCU之间的通信周期(即数据发送周期)，要小于VCU与列车上所有的子系统之间的通信周期。在车头VCU与车尾VCU采用相同的时钟源的情况下，在列车环网通信状态良好的情况下，VCU之间的通信周期设置的足够小的情况下，则平台同步帧的取值可以达到高度的同步。
故本发明通过时钟基准单元1计算出车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期，并利用通信周期确定单元2在每次平台同步帧取值的时候，基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期。
本发明提供的列车分布式TCMS主备冗余管理系统，利用列车交换机的时间同步协议，通过列车环网的基准网络时钟对两端VCU进行时钟周期校正，能有效地克服彼此之间运行同步偏差问题，为保证主备冗余管理的正常开展提供了数据基础和网络基础。
需要说明的是，本发明实施例提供的列车分布式TCMS主备冗余管理系统，在具体执行时，可以基于上述任一实施例所述的列车分布式TCMS主备冗余管理方法来实现，对此本实施例不作赘述。
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(CommunicationsInterface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行列车分布式TCMS主备冗余管理方法，该方法包括：根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期；所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，该方法包括：根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期；所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，该方法包括：根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期；所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种列车分布式TCMS主备冗余管理方法，其特征在于，包括：
根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；其中，所述分布在车头和车尾的两个车辆控制单元之间构成主备冗余关系；
基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期；其中，所述两个车辆控制单元之间的通信周期，小于所述车辆控制单元与所述各列车子系统之间的最小通信周期；其中，所述方法在车辆控制主机的平台软件上执行，所述两个车辆控制单元之间的平台同步帧取值的周期为通信任务的最短时间的N分之一数值，N=1或N≥2，以在所述两个车辆控制单元采用相同的时钟源、所述两个车辆控制单元之间的通信周期为通信任务的最短时间的N分之一数值的情况下，所述平台同步帧的取值达到高度的同步；
所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互；其中，所述分布在车头和车尾的两个车辆控制单元通过设置在各自车厢的交换机与所述列车环网通信连接。
2.根据权利要求1所述的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，其特征在于，还包括：
在初始上电成功或完成主备转换的情况下，确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元；
所述主控制单元向所有的输入输出单元广播更新私钥通知；
所述输入输出单元响应于所述更新私钥通知，获取所述主控制单元的私钥，以根据所述主控制单元的私钥生成第一公钥通信码，并将所述第一公钥通信码反馈给所述主控制单元；
所述主控制单元根据接收到的所述第一公钥通信码，确定与所有的所述输入输出单元之间的通信状态。
3.根据权利要求2所述的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，其特征在于，所述主控制单元根据接收到的所述第一公钥通信码，确定与所有的所述输入输出单元之间的通信状态，包括：
在所述主控制单元接收到由所有的所述输入输出单元发送的所述第一公钥通信码的情况下，确定所述主控制单元与所有的所述输入输出单元之间的通信状态正常；
在所述主控制单元未接收到任一由所有的所述输入输出单元发送的所述第一公钥通信码的情况下，确定所述主控制单元与任一所述输入输出单元之间的通信中断。
4.根据权利要求2所述的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，其特征在于，所述第一公钥通信码是根据所述主控制单元的私钥与所述输入输出单元的私钥共同生成的。
5.根据权利要求2所述的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，其特征在于，在所述主控制单元向所有的输入输出单元广播更新私钥通知之后，还包括：
所述备用控制单元响应于所述更新私钥通知，基于备用私钥序列，更新备用控制单元的私钥。
6.根据权利要求3所述的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，其特征在于，在确定所述主控制单元与所有的所述输入输出单元之间的通信状态正常的情况下，还包括：
在所述主控制单元与目标输入输出单元进行数据通信的任一所述通信周期内，在由所述主控制单元发送的驱动数据帧中携带第二公钥通信码；
所述目标输入输出单元利用自身的私钥对所述第二公钥通信码进行解密；
在解密正常的情况下，继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信；
在解密不正常的情况下，触发双主防护模式，以重新确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元。
7.根据权利要求6所述的列车分布式TCMS主备冗余管理方法，其特征在于，在继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信之后，还包括：
所述目标输入输出单元向所述主控制单元发送采集数据帧，所述采集数据帧中包含第三公钥通信码，所述第三公钥通信码是有所述目标输入输出单元根据自身的私钥和最新接收到的车辆控制器的私钥生成的；
所述主控制单元对所述第三公钥通信码进行验证；
若所述第三公钥通信码与所述第二公钥通信码相同，则继续保持所述主控制单元与所述目标输入输出单元的通信；
若所述第三公钥通信码与所述第二公钥通信码不相同，则触发双主防护模式，以重新确定所述两个车辆控制单元中的主控制单元和备用控制单元。
8.一种列车分布式TCMS主备冗余管理系统，其特征在于，包括：
时钟基准单元，用于根据列车环网的基准网络时钟，确定分布在车头和车尾的两个车辆控制单元与各列车子系统之间的最小通信周期；其中，所述分布在车头和车尾的两个车辆控制单元之间构成主备冗余关系；
通信周期确定单元，用于基于所述最小通信周期确定所述两个车辆控制单元之间的通信周期；其中，所述两个车辆控制单元之间的通信周期，小于所述车辆控制单元与所述各列车子系统之间的最小通信周期；其中，所述系统运行有车辆控制主机的平台软件，所述两个车辆控制单元之间的平台同步帧取值的周期为通信任务的最短时间的N分之一数值，N=1或N≥2，以在所述两个车辆控制单元采用相同的时钟源、所述两个车辆控制单元之间的通信周期为通信任务的最短时间的N分之一数值的情况下，所述平台同步帧的取值达到高度的同步；
所述列车环网是由设置在各车厢的交换机基于以太网组建的；每个所述交换机用于控制与其所在车厢相关的各列车子系统与所述列车环网的数据交互；其中，所述分布在车头和车尾的两个车辆控制单元通过设置在各自车厢的交换机与所述列车环网通信连接。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述列车分布式TCMS主备冗余管理方法步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述列车分布式TCMS主备冗余管理方法步骤。
CN202011459035.3A 2020-12-11 2020-12-11 一种列车分布式tcms主备冗余管理方法及系统 Active CN112492046B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011459035.3A CN112492046B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种列车分布式tcms主备冗余管理方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011459035.3A CN112492046B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种列车分布式tcms主备冗余管理方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112492046A CN112492046A (zh) 2021-03-12
CN112492046B true CN112492046B (zh) 2024-07-02

Family

ID=74917720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011459035.3A Active CN112492046B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种列车分布式tcms主备冗余管理方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112492046B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113364551B (zh) * 2021-06-18 2022-08-09 广东电网有限责任公司 一种配电网站域式保护装置的时钟同步方法及装置
CN113835337B (zh) * 2021-10-19 2023-07-11 中车株洲电力机车有限公司 一种列车网络冗余控制的方法与系统
CN114567652A (zh) * 2022-01-19 2022-05-31 中车南京浦镇车辆有限公司 一种基于通信冗余的不对称分区实时以太网列车网络系统
CN115649231A (zh) * 2022-11-02 2023-01-31 中车株洲电力机车有限公司 一种多编组列车的网络拓扑架构

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103197978A (zh) * 2013-04-03 2013-07-10 浙江中控技术股份有限公司 控制器、多重冗余控制系统及其同步控制方法
CN105656592A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 深圳市汇川技术股份有限公司 EtherCAT通信系统主站及通信方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2900522C (en) * 2013-03-13 2019-10-29 Wabtec Holding Corp. Train network management system and method
WO2014166062A1 (zh) * 2013-04-09 2014-10-16 Jian Lian 城市轨道交通列车防撞信息系统
JP6063339B2 (ja) * 2013-05-01 2017-01-18 株式会社日立製作所 列車制御システム
CN103647684A (zh) * 2013-12-17 2014-03-19 北京交通大学 一种城轨列车安全检测传感网络测试系统及测试方法
US20190322299A1 (en) * 2018-04-20 2019-10-24 General Electric Company Locomotive control system
CN109219019B (zh) * 2018-10-12 2021-02-09 北京特种机械研究所 基于以太网的列车通信网络多跳调度方法
ES2965375T3 (es) * 2018-12-12 2024-04-15 Speedinnov Tren de vehículo ferroviario y vehículo ferroviario
CN109753368B (zh) * 2018-12-20 2020-12-04 清华大学 一种实时数据发送方法及系统
CN110040158A (zh) * 2019-05-05 2019-07-23 中车青岛四方车辆研究所有限公司 轨道列车牵引制动级位控制方法
CN111585683B (zh) * 2020-05-11 2021-11-23 上海交通大学 一种面向时间敏感网络的高可靠时钟同步系统及方法
CN111717239A (zh) * 2020-07-06 2020-09-29 中车大连机车车辆有限公司 一种磁悬浮列车控制和管理系统及其通信方法
CN111781816B (zh) * 2020-08-05 2024-03-19 中车大连电力牵引研发中心有限公司 一种基于双总线的列车主控设备高速冗余切换方法及系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103197978A (zh) * 2013-04-03 2013-07-10 浙江中控技术股份有限公司 控制器、多重冗余控制系统及其同步控制方法
CN105656592A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 深圳市汇川技术股份有限公司 EtherCAT通信系统主站及通信方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112492046A (zh) 2021-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112492046B (zh) 一种列车分布式tcms主备冗余管理方法及系统
CN110658718A (zh) 一种多主控冗余切换控制方法及系统
US20100229046A1 (en) Bus Guardian of a User of a Communication System, and a User of a Communication System
US20160292106A1 (en) Bus Participant Device and Method for Operating a Bus Subscriber Device
EP2632081B1 (en) Path switch-back method and apparatus in transport network
CN109987118A (zh) 车载设备控制系统的异常处理方法、装置和系统
JP2017199360A (ja) 自動化された設備を制御するための装置および方法
CN101488863A (zh) 消除邻居重建中路由震荡的方法、装置及系统
JP2016092716A (ja) 鍵管理通信装置および鍵配布方法
CN104714862A (zh) 用于安全和任务关键系统的表决架构
US20220250665A1 (en) Apparatus and method for controlling a railway system
JP5975753B2 (ja) 情報処理システム、出力制御装置、およびデータ生成装置
TWI834832B (zh) 鐵路控制系統
US7437605B2 (en) Hot standby method and apparatus
JP4845918B2 (ja) 連動装置
JP2008146236A (ja) 二重化制御装置、及びその制御権設定信号の冗長化方法
CN112787802A (zh) 密钥切换方法、装置、终端及计算机可读存储介质
CN116382060A (zh) 一种故障无间断的can通讯车载域控制器系统
CN113485090A (zh) 控制器故障接替系统及方法
CN113835934A (zh) 一种主备表决切换方法及系统
JP2004007930A (ja) 電力系統監視制御システムおよびプログラム
CN116373945B (zh) 主备车辆控制单元同步运行方法和车辆控制单元
JP4541241B2 (ja) プラント制御システム
US20200287845A1 (en) Method and system for a geographical hot redundancy
CN115276710B (zh) 应答器传输系统、应答器定位补偿方法、设备及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant