CN102437898A - 高速铁路实时生成应答器报文的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速铁路实时生成应答器报文的***和方法。涉及通信技术领域；解决了现有方案编码处理效果较差的问题。该***包括：列控中心主控设备和接口编码板，所述列控中心主控设备与所述接口编码板之间通过分散***总线相连；所述接口编码板一端通过所述DP总线与所述列控中心主控设备相连，另一端与轨旁电子单元相连。本发明提供的技术方案适用于铁路运输***，实现了高可靠性高效的列车实时控制。

Description

高速铁路实时生成应答器报文的***和方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种高速铁路实时生成应答器报文的***和方法。

背景技术

铁路是我国主要的运输手段，为了满足国内日益增长的快速铁路客运服务需要，列控中心(Train Control Center，简称TCC)在中国铁路控制***中的作用愈显重要。列控中心根据轨道电路区段占用信息、联锁进路信息，再加上调度集中控制***(Centralized Traffic Control System，简称CTC)下发的临时限速信息，产生列车行车许可命令报文，发送到车载***上。行车许可报文是控制列车运行命令，信息的正确性直接影响到行车的安全，利用欧标SUBSET-036中所描述的报文扰码算法来保证信息的正确性。现有报文编制过程现有以下2种方案：

1、开发独立报文编制软件工具，通过该软件将行车报文进行编码，并将其保存到列控中心设备，供主控***读取；

2、直接将报文编码软件算法移植到列控中心主控软件，根据条件生成报文并进行编码后发送给车载***。

现有方案1中由独立软件编制报文，主控直接读取编码报文进行控车，虽然主控处理过程比较简便，但是也存在很多弊端。首先，报文编制过程非常复杂，要分析并罗列出现场所有情况的报文信息，然后需要专门的团队来进行编码，并保证其编码过程的正确性；第二，编码的工作量很大，每个车站情况都有所不同，报文编码的工作量很大；第三，应用信息局限性，报文需要人工罗列，部分信息比如速度、长度等分辨率会很低。

现有方案2中可以实现自动编码功能，由于编码算法运算量比较大，必定占用很大处理器资源对实时控制的安全设备来说存在很大的风险。

综上，现有方案编码处理效果较差。

发明内容

本发明提供了一种高速铁路实时生成应答器报文的***和方法，解决了现有方案编码处理效果较差的问题。

一种高速铁路实时生成应答器报文的***，包括列控中心主控设备和接口编码板，所述列控中心主控设备与所述接口编码板之间通过分散***总线(DP总线)相连；

所述接口编码板一端通过所述DP总线与所述列控中心主控设备相连，另一端与轨旁电子单元相连；

所述列控中心主控设备，用于生成列车行车许可命令报文，并通过所述报文传输接口将生成的列车行车许可命令报文发送给所述接口编码板；

所述接口编码板，用于接收所述列控中心主控设备通过所述报文传输接口发送的列车行车许可命令报文，并根据预置的算法对所述列车行车许可命令报文进行编码，将编码后的列车行车许可命令报文发送给所述轨旁电子单元(LEU)。

优选的，所述DP总线支持830位或1023位列车行车许可命令报文的传输。

优选的，所述接口编码板包括结构相同的第一套电路和第二套电路共两套电路，所述第一套电路与所述第二套电路均为二取二电路，所述第一套电路和所述第二套电路共同构成二乘二取二电路，所述第一套电路的CPU与所述第二套电路的CPU通过串行总线连接。

优选的，所述第一套电路的CPU与所述第二套电路的CPU具体为FPGA。

本发明还提供了一种高速铁路实时生成应答器报文的方法，包括：

列控中心主控设备生成列车行车许可命令报文，并将所述列车行车许可命令报文发送给接口编码板；

所述接口编码板根据预置的编码算法对所述列车行车许可命令报文进行编码，并将编码后的列车行车许可命令报文发送至LEU。

优选的，所述列控中心主控设备生成列车行车许可命令报文包括：

所述列控中心主控设备根据轨道电路区段物理数据、占用信息、进路信息、线路信息以及临时限速信息生成列车行车许可命令报文。

优选的，所述列控中心主控设备生成的列车行车许可命令报文的大小为830位(bit)或1023bit。

优选的，所述接口编码板根据预置的编码算法对所述列车行车许可命令报文进行编码包括：

在所述列控中心主控设备发送的列车行车许可命令报文为830bit时，将所述列车行车许可命令报文编码为1023bit，并将编码后的列车行车许可命令报文发送至LEU。

优选的，上述高速铁路实时生成应答器报文的方法还包括：

所述接口编码板在所述列控中心主控设备发送的列车行车许可命令报文为1023bit时，透传所述列车行车许可命令报文给所述LEU。

本发明提供了一种高速铁路实时生成应答器报文的***和方法，列控中心主控设备生成列车行车许可命令报文，并将所述列车行车许可命令报文发送给接口编码板，所述接口编码板根据预置的编码算法对所述列车行车许可命令报文进行编码，并将编码后的列车行车许可命令报文发送至LEU，由专门用于编码的接口编码板完成对列车行车许可命令报文的编码转发，实现了高效编码，保证了***的实时性，解决了现有方案编码处理效果较差的问题。

附图说明

图1为本发明的实施例一提供的一种高速铁路实时生成应答器报文的***的结构示意图；

图2为图1中接口编码板内部二取二电路中的一套电路的结构示意图；

图3为以FPGA为CPU的二取二电路中的一套电路的结构示意图；

图4为本发明的实施例提供的一种速铁路实时生成应答器报文的方法流程图；

图5为图3所示二取二电路按照Subset036步骤完成运算的原理示意图。

具体实施方式

报文编制过程有以下两种现有方案：

1、开发独立报文编制软件工具，通过该软件将行车报文进行编码，并将其保存到列控中心设备，供主控***读取；

2、直接将报文编码软件算法移植到列控中心主控软件，根据条件生成报文并进行编码后发送给车载***。

现有方案1中由独立软件编制报文，主控直接读取编码报文进行控车，虽然主控处理过程比较简便，但是也存在很多弊端。首先，报文编制过程非常复杂，要分析并罗列出现场所有情况的报文信息，然后需要专门的团队来进行编码，并保证其编码过程的正确性；第二，编码的工作量很大，每个车站情况都有所不同，报文编码的工作量很大；第三，应用信息局限性，报文需要人工罗列，部分信息比如速度、长度等分辨率会很低。

现有方案2中可以实现自动编码功能，由于编码算法运算量比较大，必定占用很大处理器资源对实时控制的安全设备来说存在很大的风险。

为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种高速铁路实时生成应答器报文的***和方法。下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

首先结合附图，对本发明的实施例一进行说明。

本发明实施例提供了一种高速铁路实时生成应答器报文的***，其结构如图1所示，包括：列控中心主控设备101和接口编码板102，所述列控中心主控设备101与所述接口编码板102之间通过DP总线相连，采用Profisafe安全协议。

所述列控中心主控设备101包括两套完全一样的二取二电路，共同构成一二乘二取二电路结构。其中一套二取二电路的结构如图2所示，实时组帧模块有两块电路板组成：通信板和编码板。通信板主要负责实现列控中心与LEU之间的通信协议，编码板主要负责应答器报文的编码实现。所有电路相同，但电气上必须进行隔离，所以选择两套对称的电路。两路CPU、网卡、DP从站控制器、接口编码板都是相同的元器件，两个CPU之间采用串行通信进行数据的二取二比较，双CPU采用任务级同步。

优选的，图1所示高速铁路实时生成应答器报文的***还包括：CTC自律机、CTC调度中心、计算机联锁上位机、计算机联锁下位机、轨旁电子单元(LEU)和有源应答器。

所述接口编码板102一端通过所述DP总线与所述列控中心主控设备101相连，另一端与LEU相连；所述列控中心主控设备101，用于生成列车行车许可命令报文，并通过所述报文传输接口将生成的列车行车许可命令报文发送给所述接口编码板102；所述接口编码板102，用于接收所述列控中心主控设备101通过所述报文传输接口发送的列车行车许可命令报文，并根据预置的算法对所述列车行车许可命令报文进行编码，将编码后的列车行车许可命令报文发送给所述LEU。

下面结合附图，对本发明的实施例二进行说明。

本发明实施例提供了一种高速铁路实时生成应答器报文的***，具体的，以现场可编程门阵列(FPGA)作为图2所示二取二电路中的CPU，如图3所示，为符合二取二的***结构，FPGA的电路也采用对称硬件结构，保证电路的相对独立性。两个FPGA有各自的电源、晶振、配置芯片、JTAG(标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线)口，JTAG要设计成下载和调试并用的模式，便于开发后的验证。

下面结合图1、图2及图3所示的由二取二电路构成的高速铁路实时生成应答器报文的***，对使用本发明的实施例所提供的一种高速铁路实时生成应答器报文的方法来生成应答器报文的流程进行说明。以图3所示的二取二电路为例，生成应答器报文的流程如图4所示，包括：

步骤401、列控中心主控设备生成列车行车许可命令报文，并将所述列车行车许可命令报文发送给接口编码板；

本步骤中，列控中心主控设备101根据轨道电路区段占用信息、进路信息、线路信息，以及临时限速信息，产生列车行车许可命令报文。报文的组成是由静态数据和动态数据两部分，静态数据是铁路线路固有的物理数据比如坡度、曲率等等，动态数据是线路当前的运营情况比如临时限速、占用情况，进路信息等，这两部分同时决定了行车许可命令报文。

列控中心主控设备每周期向接口编码板下发一帧数据，如，每50ms向接口编码板发送一帧数据(每帧只能传108个字节，每个有源应答器对应128个字节，还有校验字节及帧头帧尾等信息)，共5帧完成4个有源应答器的数据，即对于列控中心主控设备来说是每250ms向接口编码板连续发送分别对应4个有源应答器的报文。

步骤402、所述接口编码板根据预置的编码算法对所述列车行车许可命令报文进行编码，并将编码后的列车行车许可命令报文发送至LEU；

本步骤中，接口编码板组包4个应答器数据后，将收到的830位原始报文信息转化为1023位编码后报文将其发送给LEU；而如果接收到的原始报文信息为1023位，则直接转发给LEU。之后，由LEU向4个有源应答器发送相应的报文。

优选的，在以FPGA完成编码运算时，接口编码板的报文编码算法采用基于DSP(Digital Signal Processing，简称DSP)和FPGA的方法，FPGA代码实现采用标准硬件描述语言(Very-High-Speed Integrated CircuitHardwareDescription Language，简称VHDL)，实现过程采用流水线的方法，将编码时间减少为2～3毫秒，DSP主要实现与列控中心主控之间的通信。

编码算法严格按照Subset036步骤进行，算法实现流程如图5所示。

编码算法的实现用VHDL语言来实现，一共有接收数据、计算求和报文、计算扰码寄存器初始值、循环扰码、10转11、计算85位余项、四个条件校验等算法模块。其计算过程如图5所示，12位扰码种子，再加上10修正码，一共有22位变化，即每条报文如果不进行筛选的话一共有4096K的报文，我们要从这4百万次扰码过程中，选出符合解码要求的报文。

编码算法速度决定影响着***控制的实时性，对于FPGA来说它的资源有逻辑单元、锁相环、内存块、IO口、集成运算内核，以及内部布线资源。充分、合理地利用好这些内部资源是编码算法实现的一个重要保障。具体解决方法如下：

1、用锁相环进行倍频、分频，实现所需要的计算频率；

2、用内存块来存储查找表；

3、利用卡诺图化简逻辑运算式；

4、利用其内部集成运算内核来实现快速简洁地算法；

5、将大块的算法分割成具体若干小部分，利用流水线方式实现，来节约内部的布线资源；

6、设计C语言程序生成大量重复、需要复杂化简的VHDL语言。

本发明的实施所涉及的有源应答器实际是列控中心(主要包括列控中心主控设备与接口编码板，LEU是接口模块与应答器通信的驱动器)与车载设备通信的一个天线，一个接口编码板可以控制4个有源应答器，每个有源应答器功能不同，所以报文也是不同，具体报文的内容由列控中心主控设备来控制。

接口编码板每周期向列控中心主控设备上传一帧状态数据，一共两帧，一帧本CPU的状态数据，第二帧上传邻CPU的状态数据。

本发明的实施例提供了一种高速铁路实时生成应答器报文的***和方法，列控中心主控设备生成列车行车许可命令报文，并将所述列车行车许可命令报文发送给接口编码板，所述接口编码板根据预置的编码算法对所述列车行车许可命令报文进行编码，并将编码后的列车行车许可命令报文发送至LEU，由专门用于编码的接口编码板完成对列车行车许可命令报文的编码转发，实现了高效编码，保证了***的实时性，解决了现有方案编码处理效果较差的问题。

将报文生成和报文编码分成独立的模块，即列控中心主控根据轨道电路区段占用信息、进路信息、线路信息，以及临时限速信息，产生列车行车许可命令报文，然后发给报文接口编码板进行编码后发送给车载设备。

整个***基于二取二乘2的列控***，从上至下，每一步都采取了故障-安全设计理念。保证了整个***安全，列控中心主控二取二后将报文下发接口编码板，接口编码板将报文编码，并将编码状态上传列控中心，二取二比较后将报文下发给LEU。列控中心发现编码失败，会将临时限速区域长度加1，再下发接口编码板编码。接口编码板的一般情况会在1-3毫秒左后完成编码，换言之，如果让编码板遍历编码过程，会每隔1-3毫秒就出现一条正常的编码报文，满足整个列控***的报文发送的实时性、安全性要求。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的全部或部分步骤可以使用计算机程序流程来实现，所述计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在相应的硬件平台上(如***、设备、装置、器件等)执行，在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用集成电路来实现，这些步骤可以被分别制作成一个个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元可以采用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，也可以分布在多个计算装置所组成的网络上。

上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元以软件功能模块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。上述提到的计算机可读取存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高速铁路实时生成应答器报文的***，其特征在于，包括列控中心主控设备和接口编码板，所述列控中心主控设备与所述接口编码板之间通过DP总线相连；

所述接口编码板一端通过所述DP总线与所述列控中心主控设备相连，另一端与轨旁电子单元相连；

所述列控中心主控设备，用于生成列车行车许可命令报文，并通过所述报文传输接口将生成的列车行车许可命令报文发送给所述接口编码板；

所述接口编码板，用于接收所述列控中心主控设备通过所述报文传输接口发送的列车行车许可命令报文，并根据预置的算法对所述列车行车许可命令报文进行编码，将编码后的列车行车许可命令报文发送给所述轨旁电子单元(LEU)。

2.根据权利要求1所述的高速铁路实时生成应答器报文的***，其特征在于，所述DP总线支持830位或1023位列车行车许可命令报文的传输。

3.根据权利要求1所述的高速铁路实时生成应答器报文的***，其特征在于，所述接口编码板包括结构相同的第一套电路和第二套电路共两套电路，所述第一套电路与所述第二套电路均为二取二电路，所述第一套电路和所述第二套电路共同构成二乘二取二电路，所述第一套电路的CPU与所述第二套电路的CPU通过串行总线连接。

4.根据权利要求3所述的高速铁路实时生成应答报文的***，其特征在于，所述第一套电路的CPU与所述第二套电路的CPU具体为FPGA。

5.一种高速铁路实时生成应答器报文的方法，其特征在于，包括：

列控中心主控设备生成列车行车许可命令报文，并将所述列车行车许可命令报文发送给接口编码板；

所述接口编码板根据预置的编码算法对所述列车行车许可命令报文进行编码，并将编码后的列车行车许可命令报文发送至LEU。

6.根据权利要求5所述的高速铁路实时生成应答器报文的方法，其特征在于，所述列控中心主控设备生成列车行车许可命令报文包括：

所述列控中心主控设备根据轨道电路区段物理数据、占用信息、进路信息、线路信息以及临时限速信息生成列车行车许可命令报文。

7.根据权利要求5所述的高速铁路实时生成应答器报文的方法，其特征在于，所述列控中心主控设备生成的列车行车许可命令报文的大小为830位(bit)或1023bit。

8.根据权利要求7所述的高速铁路实时生成应答器报文的方法，其特征在于，所述接口编码板根据预置的编码算法对所述列车行车许可命令报文进行编码包括：

在所述列控中心主控设备发送的列车行车许可命令报文为830bit时，将所述列车行车许可命令报文编码为1023bit，并将编码后的列车行车许可命令报文发送至LEU。

9.根据权利要求7所述的高速铁路实时生成应答器报文的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述接口编码板在所述列控中心主控设备发送的列车行车许可命令报文为1023bit时，透传所述列车行车许可命令报文给所述LEU。

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