CN101415595B - 利用隐式消息序列编号的无线机车远程控制的方法和*** - Google Patents

利用隐式消息序列编号的无线机车远程控制的方法和*** Download PDF

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Abstract

一种用于在机车(16)上的机车控制单元(LCU)(14)和用于从车外位置控制机车的操作的便携式操作者控制单元(OCU)(12)之间提供无线通信的方法，包括计算无线消息的发送位误差校验值。该无线消息包括分配给该消息的显式序列号，使得该显式序列号被隐式编码在该发送位误差校验值中。该方法还包括在OCU和LCU之间发送具有发送位误差校验值而没有显式序列号的编码消息，与包括显式序列号的消息相比有效减少需要发送的总信息量。

Description

利用隐式消息序列编号的无线机车远程控制的方法和***
技术领域
本发明涉及机车的远程控制，尤其涉及为机车远程控制无线通信提供隐式消息序列编号。
背景技术
利用由铁路车场工作人员控制的远程无线电发送设备来远程控制调车场中的机车是已知的。现代远程控制***允许车场操作者利用电池供电的便携式操作者控制单元(OCU)来控制由车载机车控制单元(LCU)控制的无驱动、装备微处理器的调车机车(switching locomotive)，该OCU由位于邻近但是在要控制的机车外的操作者携带。在机车远程控制***网络基础设施中可以提供转发器，以便增强分开很远的OCU和LCU之间的无线电通信。
操作者经由在OCU输入的命令来控制机车的运动，同时机车运行数据和警告从机车返回到OCU。为了提供机车的远程控制，在OCU和LCU之间建立了双向无线通信。典型地，利用包括独立的无线电消息的分组传输方案实现OCU和LCU之间的通信。例如，由OCU发出到LCU的命令可以被编码并通过通信链路以各个无线电消息发送。
在机车远程控制应用中，给通过无线通信链路发出的每个消息提供安全信息以确保命令被正确接收和执行是重要的。因此，每个无线电消息可以包括为命令预留的消息部分、为消息的位误差校验方案值(如循环冗余校验(CRC)值)预留的部分、以及为指示消息相对于被发送的消息序列的序列位置的序列号预留的部分。发送的消息的这种序列编号允许例如经由转发器提供、可能已经被接收并操作的过期消息的标识。用于标识过期消息的能力对于远程控制的机车的安全操作是重要的。能够通过无线链路发送的信息量可能受如发送频率、发送频率带宽和在发送频率可用的波特率的各因素限制。
发明内容
本发明提供一种用于在机车上的机车控制单元(LCU)和用于从车外位置控制机车的操作的便携式操作者控制单元(OCU)之间提供无线通信的方法，包括：计算无线消息的发送位误差校验值，该无线消息包括分配给该消息的显式序列号，使得该显式序列号被隐式编码在该发送位误差校验值中；以及在OCU和LCU之间发送具有发送位误差校验值而没有显式序列号的编码消息，与包括显式序列号的消息相比有效减少需要发送的总信息量。
本发明还提供一种用于在机车上的机车控制单元(LCU)和用于从车外位置控制机车的操作的便携式操作者控制单元(OCU)之间提供无线数字通信的方法，包括：计算无线数字消息的发送位误差校验值，该无线数字消息包括分配给该消息的显式序列号的各位，使得该序列号被隐式编码在该位误差校验值中；以及从OCU到LCU发送具有计算的位误差校验值而没有显式序列号位的消息，与显式包括序列号的消息的位数相比有效减少需要发送的总位量；在OCU接收编码消息，并且根据发送位误差校验值和编码数据的预期的序列号验证编码消息。
本发明还提供一种用于在机车上的机车控制单元(LCU)和用于从车外位置控制机车的操作的便携式操作者控制单元(OCU)之间提供无线通信的***，包括：OCU，其包括：OCU处理器；OCU编程逻辑，可用OCU处理器操作，用于计算无线消息的发送位误差校验值，该无线消息包括分配给该消息的显式序列号，并且用于生成具有发送位误差校验值而没有显式序列号的编码消息；与OCU处理器通信的OCU收发机，用于发送编码消息；LCU，其包括：LCU收发机，用于接收编码消息；LCU处理器，与收发机通信；以及LCU编程逻辑，可用LCU处理器操作，用于根据发送位误差校验值和所述编码消息的预期的序列号验证该编码消息。
附图说明
唯一的图是用于为机车远程控制无线通信提供隐式消息序列编码的改进的机车远程控制***的示意性表示。
具体实施方式
机车远程控制***可能受频率、带宽和/或波特率约束限制。因此，期望将尽可能多的信息有效地编码到由***发送的每个消息中。安全问题表示被编码到每个发送消息中的消息完整性信息(如CRC信息)和消息标识信息(如消息序列编号)。本发明的发明人已经开发了一种创新的通信方案，其减少了每个消息中需要发送的显式消息序列信息的量，同时仍然提供安全的机车远程控制操作。在本发明的实施例中，该方案包括计算包括序列号的消息的CRC，然后发送包括隐式编码该序列号的CRC值、但是不包括显式序列号的消息。然后基于预期的消息序列号解码消息序列信息。
图中改进的机车远程控制***10图示为包括一个或多个操作者控制单元(OCU)12、13，其与远程控制的机车16的车载机车控制单元(LCU)14无线通信。LCU 14可以包括：LCU处理器22；和收发机30，用于发送机车信息(如由一个或多个传感器32读出的条件)到OCU 12、13，以及从OCU12、13接收机车命令。LCU 14和OCU 12、13之间的无线通信可以经由远程控制通信网络元件(如集中的控制中心28和/或一个或多个转发器26)实现。OCU 12可以包括与OCU处理器24通信的收发机20。机车控制信息(如远程控制命令)可以在OCU 12和LCU 14之间直接通信，或者可以经由控制中心28和/或转发器29间接通信。OCU 12可以包括各种致动器18(如控制杆、按钮和开关)和指示器19(如灯和LED)，以便允许OCU 12的操作者实现机车远程控制命令。
当最初如经由红外(IR)链接过程在LCU 14和OCU 12之间建立通信时，LCU 14可以按照从某个时间和日期(如2000年1月1日)开始的秒数的形式将当前时间和日期发送给OCU 12。每次OCU 12发送消息，OCU 12可以将最初从LCU 14接收的、从2000年1月1日开始的秒数增加1。对于关键的安全消息(如用于机车的操作命令)，消息可以包括序列号。因此，该序列号提供唯一的消息标识符，其允许在LCU 14接收的过期消息的标识。该序列号可以包括最初由LCU 14提供的当前时间和日期的增加版本，如在链接过程期间。例如，每次OCU 12发送消息，该序列号可以从在前一消息中使用的序列号增加1。此外，由OCU 12发送的每个消息可以包括位误差校验码，如为该消息计算的CRC值。
典型地，当消息由OCU 12构造时，OCU 12将显式消息序列号附加到该消息，并且计算该消息的CRC值，包括显式消息序列号。如在此使用的，显式意味着表示该消息序列号的值(如表示消息序列号的各个位)被直接包括在该消息中。包括显式序列号和CRC值的消息然后被发送到LCU 14。因为基于从2000年1月1日开始经过的秒数的序列号可能相对大，所以在发送的消息中，该显式序列号可能要求不成比例的空间量或负载。
在本发明的创新方面，序列号可以被隐式编码在CRC中，有利地消除了对在要发送到LCU 14的消息中显式包括序列号的需要。如在此使用的，隐式意味着与显式或直接包括在消息中相反，序列号被间接编码在消息中。通过消除包括显式序列号的需要，与包括显式序列号的消息相比，消息的负载要求可以减少。
用于提供OCU 12和LCU 14之间的这种减少的负载的消息发送的方法，可以包括计算无线消息的发送CRC值，该无线消息包括分配给该消息的显式序列号，使得该显式序列号被隐式编码在该发送CRC值中。例如，可以对包括表示显式序列号的位的消息计算发送CRC值。该方法还可以包括发送编码消息到LCU 14，该编码消息包括编码有隐式序列号的发送CRC值，但不包括显式序列号。通过消除对包括显式序列号的需要，与包括显式序列号的消息相比，可以减少需要发送的总信息量。
该方法还可以包括在LCU 14接收编码消息，并根据发送CRC值和该编码消息的预期的序列号确定编码消息是否有效(即，验证编码消息)。在本发明的一个方面，该预期的序列号可以基于在链接过程期间由LCU 14提供给OCU 12的初始编号和/或初始编号的增加，由LCU 14产生。例如，因为OCU12可以被配置为在每次其发送消息时增加序列号，所以LCU 14可以预期大于从OCU 12接收的最后消息序列号的序列号。对于已经与LCU 14链接的不同OCU 12、13，LCU 14可以维持不同的预期序列号。
验证发送的消息可以包括计算发送的消息的接收CRC，该发送的消息包括预期的序列号但不包括发送CRC，然后比较接收CRC和发送CRC来看各CRC值是否匹配，指示有效消息。在实施例中，验证可以包括从所述编码消息中截取发送CRC值，并将所述预期的序列号附加到截取的编码消息。然后可以计算截取的编码消息和附加的预期序列号的接收CRC值。该方法然后可以包括比较发送CRC与接收CRC以验证发送的消息。当根据预期的序列号不能验证所述编码消息时，可以增加当前预期的序列号，并且可以基于增加的序列号重复截取、附加、计算接收CRC以及比较发送和接收CRC的步骤。该验证循环可以重复直到该消息被验证，或者可以限为预期序列号增加循环的某个次数，在该次数之后该消息被宣告无效并且LCU 14可以忽略该消息。例如，LCU 14可以建立从初始预期的序列号递增扩展的多个预期序列号，以用作用于标识有效消息的窗。在本发明的实施例中，该窗可以设置为5个预期序列号，其可以用于在宣告消息无效前尝试验证消息。在另一方面，当由LCU 14接收的编码消息的显式序列号小于预期序列号时，LCU 14可以忽略该消息为过期。
消息验证的示例序列可以如下：在初始链接过程期间LCU 14提供初始序列号n给OCU 12。OCU 12然后提供包括n作为在发送CRC中编码的序列号的消息。预期消息具有用n隐式编码的CRC，LCU 14基于隐式编码的n和期望的序列号n验证接收的消息。LCU 14增加下一期望的序列号到n+1。OCU 12增加其序列号并发送具有n+1的下一消息，而预期接收具有n+1的下一消息的LCU 14验证消息。LCU 14增加下一预期序列号到n+2。LCU 14然后可以接收具有序列号n+3的消息。预期接收具有序列号n+2的LCU 14不能验证具有n+2的消息，因此LCU增加到n+3，然后可以验证该消息。LCU 14然后可能接收具有序列号n+1的消息(可能通过网络延迟)。LCU 14忽略该消息为过期。
在另一实施例中，LCU 14可以被配置为在尝试附加预期的序列号到消息用于解码序列号之前，识别没有用序列号编码的消息(如非关键消息)。例如，初始消息验证可以包括从消息中截取发送CRC值，然后计算截取的消息的接收CRC，并验证CRC值是否匹配。如果没有发现CRC匹配，则预期的序列号然后可以被如前所述附加尝试验证该消息。
在本发明的另一方面，OCU 12可以根据为LCU接收的指令更新序列编号。例如，LCU 14可以周期性地提供包括重新链接序列号的重新链接消息给OCU 12。在接收到重新链接命令时，如果当前维持的显式序列号小于重新链接序列号，则OCU 12可以用重新链接序列号更新由OCU 12当前维持的显式序列号。
基于前面说明书，描述的各方法可以利用包括计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集的计算机编程或工程技术来实现，其中技术效果是提供用于机车远程控制无线消息的隐式消息系列编号。具有计算机可读代码装置的任何这样得到的程序，可以体现或提供在一个或多个计算机可读介质内，由此根据本发明制造计算机程序产品，即，制造产品。计算机可读介质可以是例如固定(硬)驱动器、盘、光盘、磁带、半导体存储器(如只读存储器(ROM)等)或任何发送/接收介质(如因特网或其它通信网络或链路)。包括计算机代码的制造产品可以通过直接从一个介质执行、通过将代码从一个介质复制到另一个介质、或通过网络发送代码来制造或使用。
计算机科学领域的技术人员将能够容易地将如所述创建的软件和适当的通用或专用计算机硬件(如处理器22、24)组合，以创建体现本发明的方法的计算机***或计算机子***。用于制造、使用或销售本发明的装置可以是一个或多个处理***，其包括但不限于中央处理单元(CPU)、存储器、存储设备、通信链路和设备、服务器、I/O设备、或一个或多个处理***的任何子组件，该子组件包括软件、固件、硬件或其任何组合或子集，其体现本发明。
尽管已经在此示出并描述了本发明的各种实施例，但是将显而易见的是这种实施例只通过示例方式提供。许多变化、改变和替代将对本领域技术人员出现而不偏离这里的本发明。

Claims (22)

1.一种用于在机车上的机车控制单元LCU和用于从车外位置控制机车的操作的便携式操作者控制单元OCU之间提供无线通信的方法，包括：
计算无线消息的发送位误差校验码，该无线消息包括分配给该消息的显式序列号，使得该显式序列号被隐式编码在该发送位误差校验码中；以及
在OCU和LCU之间发送具有发送位误差校验码而没有显式序列号的编码消息，与包括显式序列号的消息相比有效减少需要发送的总信息量。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在LCU接收编码消息，并且根据发送位误差校验码和所述编码消息的预期的序列号验证该编码消息。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述预期的序列号包括基于在链接过程期间由LCU提供给OCU的初始编号的编号。
4.如权利要求2所述的方法，其中验证包括从所述编码消息中截取发送位误差校验码。
5.如权利要求4所述的方法，还包括将所述预期的序列号附加到截取的编码消息。
6.如权利要求5所述的方法，还包括计算所述截取的编码消息的接收位误差校验码以及附加的预期的序列号。
7.如权利要求6所述的方法，还包括比较发送位误差校验码与接收位误差校验码以验证发送的消息。
8.如权利要求2所述的方法，还包括当根据预期的序列号不能验证所述编码消息时，增加预期的序列号。
9.如权利要求8所述的方法，还包括根据发送位误差校验码和编码消息的增加的预期的序列号验证编码消息。
10.如权利要求9所述的方法，还包括当在期望次数的增加预期的序列号并尝试验证编码消息的循环后还不能验证消息时，忽略该消息。
11.如权利要求2所述的方法，还包括当编码消息已经被验证时，增加预期的序列号。
12.如权利要求2所述的方法，还包括当编码数据的显式序列号小于预期的序列号时，忽略该消息。
13.如权利要求2所述的方法，其中预期的序列号大于之前接收的消息的序列号。
14.如权利要求2所述的方法，还包括建立从所述预期的序列号递增扩展的多个预期序列号。
15.如权利要求1所述的方法，还包括在OCU处从LCU接收包括重新链接序列号的重新链接消息。
16.如权利要求15所述的方法，还包括当所述重新链接序列号大于当前的显式序列号时，用所述重新链接序列号更新由OCU保持的当前的显式序列号。
17.如权利要求1所述的方法，其中位误差校验码包括循环冗余校验CRC值。
18.一种用于在机车上的机车控制单元LCU和用于从车外位置控制机车的操作的便携式操作者控制单元OCU之间提供无线数字通信的方法，包括：
计算无线数字消息的发送位误差校验码，该无线数字消息包括分配给该消息的显式序列号的各位，使得该序列号被隐式编码在该位误差校验码中；
从OCU发送具有计算的位误差校验码而没有显式序列号位的消息到LCU，与显式包括序列号的消息的位数相比有效减少需要发送的总位量；
在OCU接收编码消息，并且根据发送位误差校验码和编码数据的预期的序列号验证编码消息。
19.如权利要求18所述的方法，其中验证包括：
计算编码消息的接收位误差校验码，其包括预期的序列号但不包括发送位误差校验码；以及
比较发送位误差校验码与接收位误差校验码以验证发送的消息。
20.如权利要求18所述的方法，其中位误差校验码包括循环冗余校验CRC值。
21.一种用于在机车上的机车控制单元LCU和用于从车外位置控制机车的操作的便携式操作者控制单元OCU之间提供无线通信的***，包括：
OCU，其包括：
OCU处理器；
OCU编程逻辑，可用OCU处理器操作，用于计算无线消息的位误差校验码，该无线消息包括分配给该消息的显式序列号，并且用于生成具有发送位误差校验码而没有显式序列号的编码消息；
与OCU处理器通信的OCU收发机，用于发送编码消息；
LCU，其包括：
LCU收发机，用于接收编码消息；
LCU处理器，与收发机通信；以及
LCU编程逻辑，可用LCU处理器操作，用于根据发送位误差校验码和所述编码消息的预期的序列号验证该编码消息。
22.如权利要求21所述的方法，其中位误差校验码包括循环冗余校验CRC值。
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