CN110266783B - 一种基于dds的铁路ctc***通信平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，一方面，借鉴DDS通信框架，以对等节点的方式提供CTC***的所有通信功能，消除了服务器的不利影响；另一方面，采用基于DDS的发布/订阅通信模型实现信息传输，可扩展性强；此外，以点对点的方式传输数据，借助DDS的服务质量(Quality of Service，QoS)策略实现信息的传输服务控制，便于维护和管理。
Description
技术领域
本发明涉及铁路通信技术领域，尤其涉及一种基于DDS的铁路CTC***通信平台。
背景技术
铁路信号调度集中(Centralized Train Control，CTC)***是我国铁路保证行车安全、提高运输效率的基础装备，负责对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车进行管理，是整个铁路***有序、高效运行的核心。
铁路CTC***由铁路总公司、铁路局和基层车站三级网络构成，是一个典型的分层分布式***。中国铁道科学研究院研制的FZy-CTC分散自律调度集中控制***按结构可分为铁路局中心***、车站***和网络***三大主要部分，由各种通信服务器将各部分连成一个有机的整体，结构示意图请参见图1。
在FZy-CTC***中，铁路局中心***中的通信服务器有应用服务器、通信前置服务器，以及与GSM-R***、TDCS***、TSRS***、RBC***、IMS***等接口的服务器(包括GSM-R接口服务器、CTC-TDCS接口服务器、CTC-TSRS接口服务器、CTC-RBC接口服务器、IMS接口服务器等)。应用服务器用于铁路局中心的数据存储和数据交换,负责向所有CTC终端提供各类信息，并保存到数据库服务器。通信前置服务器用于铁路局中心***与车站***之间的信息交换。各种接口服务器用来实现铁路局中心***与对应的外部***的信息共享和数据交换。
车站***以车站为单位，设置的通信服务器有车站分机、站机通信服务。车站分机是整个车站信息运转的中心，主要有两个用途：一是完成本车站范围内的信息交换,二是实现车站与联锁***、列控中心、6502采集、采集中继站、无线车次号***、无线调度命令***、微机监测***等外部***的信息交换。站机通信服务主要是实现车务终端与其他设备的信息交互。
所有的对外接口都必须按照相应的接口协议，由相关通信服务器完成接口转换。
参考FZy-CTC***结构，结合实际应用需求，CTC***存在如下方面的不足：
1)FZy-CTC***是一个典型的分布式***，由大量的通信服务器来完成各设备间的数据分发及通信控制。
铁路局中心***各设备之间、铁路中心***与车站***之间、车站***各设备之间均采用以太网接口，按照TCP/IP协议进行数据传输。实际应用过程中由于通信网络的不稳定造成的TCP连接的释放和重建过程很常见，而TCP连接过程的重建又会引发服务端对客户端登录信息的处理、身份的验证和许可的发放，通信服务器处理的通信事务十分繁杂，需耗费相关人员大量的精力。
作为铁路运输的调度指挥中心，CTC***与众多信号设备都有接口，需采用对应的接口服务器与每一种外部设备进行信息交互，以实现内外信息的转换与数据转发功能，接口转换任务重。
2)结构固定，可扩展性不强。
应用服务器是铁路局中心***的通信控制中心，车站分机是车站***的通信控制中心。无论是在中心还是在车站，只要新增一种设备类型，不仅需要修改相关设备的逻辑和配置，还需要修改对应通信控制中心的配置。一般情况下，还需要办理相应的施工手续去重启通信控制中心的程序，以适应新增设备的加入。
3)结构分层且复杂，信息经过层层转发，可维护性差。
铁路局中心***会接入铁道部调度中心***，将行车信息实时、准确地传输给铁道部调度中心。以车务终端上传信息为例，至少要经过车务终端站机通信服务、车站分机、通信前置服务器、应用服务器、铁道部中心接口服务器等5级通信服务器才能到达铁道部调度中心。这种层层转发的不良影响，其一是若某种信息传递出现问题，则需要逐级跟踪分析，才能定位问题、排除故障；其二是因各通信服务器是按照一定的规则进行数据转发，若遇到不同铁路局不同线路(如高铁线路和普速线路)的车站需要交互某些信息时，经过层层转发和级级处理，信息成环风险很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，可实现CTC***内部信息的实时传输和高效分发，完成铁路CTC***的全部通信功能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，包括：基于数据分发服务DDS的发布-订阅模型构建全局数据空间；所述全局数据空间部署在各CTC设备内；各CTC设备均视为一个通信节点，每一通信节点作为发布节点和/或订阅节点，基于全局数据空间以及服务质量参数进行数据发布和/或信息订阅操作，当与符合要求的其它通信节点建立发布-订阅关系后，通过点对点的传输方式与符合要求的其它通信节点实现数据发布和/或感兴趣信息的订阅。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，一方面，借鉴DDS通信框架，以对等节点的方式提供CTC***的所有通信功能，消除了服务器的不利影响；另一方面，采用基于DDS的发布/订阅通信模型实现信息传输，可扩展性强；此外，以点对点的方式传输数据，借助DDS的服务质量(Quality of Service，QoS)策略实现信息的传输服务控制，便于维护和管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明背景技术提供的FZy-CTC***结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台示意图；
图3为本发明实施例提供的基于DDS的铁路CTC***通信平台架构示意图；
图4为本发明实施例提供的发布/订阅模型示意图；
图5为本发明实施例提供的订阅Qos指标影响示意图；
图6为本发明实施例提供的考虑优先级的发布Qos指标影响示意图；
图7为本发明实施例提供的考虑持续时间+优先级的发布Qos指标影响示意图；
图8为本发明实施例提供的参与者模型示意图；
图9为本发明实施例提供的数据交换示意；
图10为本发明实施例提供的GDS管理策略示意图；
图11为本发明实施例提供的数据分发原理示意图；
图12为本发明实施例提供的考虑QoS的发布/订阅模型示意。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
针对现有FZy-CTC通信***的种种不足，本发明结合DDS(Data DistributionService，数据分发服务)的优势，设计一种基于DDS的CTC***通信平台：
1)借鉴DDS通信框架，以对等节点的方式提供CTC***的所有通信功能，消除了服务器的不利影响。
DDS通信框架，专门针对分布式***的一种以数据为中心的通信方式，采用发布-订阅通信模型。各通信节点在逻辑上不是主从关系，而是对等关系，避免了服务器带来的瓶颈和单点失效问题。基于DDS的CTC***通信平台则借鉴该通信框架，实现CTC***的所有通信功能：
a)以中间件的形式实现所有内部接口设备的通信功能；
b)以接口转换程序的形式实现所有外部接口设备的接口转换和数据转发功能。此处的接口转换程序，主要用来实现CTC***与外部设备的信息交互，主要为：接收外部信息，并按照对外通信协议要求提取所需字段转换为CTC***可用的信息格式后在该通信平台内部分发；接收内部信息，并按照CTC通信协议提取所需字段，再按照对外通信协议要求进行转换后发送给对应的外部设备。
将研发人员与工程人员从繁重的通信事务处理中解放出来，以投入更多精力致力于产品本身功能的开发完善与其他事务处理。
2)采用基于DDS的发布/订阅通信模型实现信息传输，可扩展性强。
在基于DDS的发布/订阅通信模型下，发布者声明自己要发布的数据和能提供的服务质量等级就可以发布数据，而订阅者只需声明自己感兴趣的数据和所要求的服务质量等级就能订阅数据。发布者和订阅者之间不必直接连接，也都不需要关心对方是谁，有没有在线，对方的网络IP或者端口信息等。一旦增加一种新设备，只需要修改相关设备的功能和配置，而无需重启通信设备，能有效控制影响范围，大大简化了现场施工手续。也就是说，该通信平台能自动发现新加入的节点和处理节点的离开事件，并自动处理数据的分发事务，结构易于扩展。
3)以点对点的方式传输数据，借助DDS的Qos策略实现信息的传输服务控制，便于维护和管理。
在该通信平台中，实际数据的传输是直接由发布者“推向”订阅者，是点对点的传输方式，信息流明确、易于维护；而且，针对每个发布者和每个订阅者建立独立的Qos参数，只有主题相同和QoS参数匹配的发布者和订阅者才能建立发布-订阅关系，才能进行数据传输。QoS参数匹配，并不要求二者完全一致，只是从信息产生与信息使用的角度来看的兼容性要求，是通过适当调节QoS参数来满足不同要求的信息传输，管理也比较方便。
本发明实施例提供一种基于DDS的铁路CTC***通信平台(以下简称“通信平台”)，如图2所示，其主要包括：基于数据分发服务DDS的发布-订阅模型构建全局数据空间(Global Data Space，GDS)；所述全局数据空间部署在各CTC设备内；各CTC设备均视为一个通信节点，每一通信节点作为发布节点和/或订阅节点，基于全局数据空间以及服务质量参数进行数据发布和/或信息订阅操作，当与符合要求的其它通信节点建立发布-订阅关系后，通过点对点的传输方式与符合要求的其它通信节点实现数据发布和/或感兴趣信息的订阅。
图2中，虚线椭圆表示的转换接口也即前文提到的接口转换程序；接口转换程序在整个通信网络中也视为一个通信节点，其内部也设有全局数据空间。由于全局数据空间是一个虚拟的空间，其实际存在于各个通信节点内，因此，为了便于表示，将各个通信节点内的全局数据空间统一表示在图2的中间区域。
基于上述原理，本发明实施例所提供的通信平台中所有CTC设备不是直接建立通信连接，而是通过相应的全局数据空间来完成数据交互。
如联锁***按照规定的格式将站场表示信息发布至其本地的全局数据空间；自律机、车务终端、显示台、助调台等订阅站场表示，由联锁***的全局数据空间在合适的时机以恰当的方式将站场表示信息分发至自律机、车务终端、显示台、助调台等设备。
为了便于理解，下面针对通信平台架构以及原理等方面进行详细的介绍。
一、通信平台架构。
如图3所示，如之前所述，各CTC设备内部署了全局数据空间，除此之外，通信平台还包含发布与订阅接口、以及计算机网络接口，同样部署在各CTC设备内。
1、发布与订阅接口。
发布与订阅接口为各CTC设备的通信接口。如图4所示，为发布/订阅模型的示意图；值得注意的是，全局数据空间实际上是部署在各CTC设备内，图4为了便于表示，将各CTC设备的全局数据空间统一表示，但实际原理还是没有变化，即各CTC设备是通过各自的全局数据空间与其他CTC设备进行通信。
基于全局数据空间，可以存储所有的数据对象。通信节点借助“发布”操作，将数据更新至该全局数据空间；借助“订阅”操作，获取自己感兴趣的信息。单个通信节点可以是“发布节点”，也可以是“订阅节点”，还可以同时兼具“发布节点”和“订阅节点”。
发布与订阅接口是基于DDS的铁路CTC***通信平台对上层软件***(铁路CTC终端/对外接口)提供的接口，供铁路CTC各设备提出自己的数据传输需求。作为发布节点时，通过创建发布者来告知其他通信节点，其能提供什么主题的数据及服务等级。作为订阅节点时，创建订阅者来告知其他通信节点，其需要什么主题的数据及相应的服务等级要求。发布节点和订阅节点基于域标识来进行范围划分，多个应用程序通过域可实现通信的隔离，不同域的发布者和订阅者不能交换数据。一个应用程序可创建多个发布者或订阅者，这些发布者或订阅者可分属不同的域。
本发明实施例中，应用程序是指CTC设备的软件以及与外部设备接口的软件。这些应用程序可同时接入物理连通的网络，通过域标识进行逻辑上的划分。
2、计算机网络接口。
计算机网络接口为CTC设备与计算机操作***及通信设施间的接口，具备多种传输协议，包括：TCP/IP、UDP/IP、IP多路、共享内存和RTPS-UDP。
具体来说，由于历史原因，无论是铁路局中心子***，还是车站子***，铁路CTC***与众多外部设备接口，而各个接口使用的协议各不相同。基于DDS的铁路CTC***通信平台以接口转换小程序的形式提供对外接口转换功能和对内数据转发功能。
根据传输协议的不同，分为：
1)TCP/IP协议
2)UDP/IP协议
根据信息格式的不同，分为：
1)字节流
2)Xml文本
该接口转换程序采用分层设计，通道层负责处理不同的底层协议，接收或发送数据。转换层负责按照接口协议内容实现接收数据的解析和发送数据的组包功能。通道规则和内容格式通过数据配置来实现。
本发明实施中，利用计算机网络接口，提供统一接口方式，减少了接口转换任务；可以使得通信平台直接与中心的GSM-R、TDCS***、TSRS***、RBC***、IMS***以及车站的联锁***、列控中心、6502采集、采集中继站、无线车次号***、无线调度命令***、微机监测***等接口，为各对外设备定义统一的接口，负责相应通道数据的接收和发送。一旦接口协议发生变更，通信双方只需要重新定义一致的应用数据即可，大大减轻了CTC设备的接口转换任务。
3、全局数据空间。
全局数据空间是一个虚拟的空间，所有实时信息交换平台应用主机的地址空间均看作该空间的一部分；所述全局数据空间包括：全局一致的发布主题表、订阅登记表、发布数据缓冲区以及订阅失败队列；全局数据空间是通信平台的核心，负责发布/订阅模型中主题的管理与匹配、发布者和订阅者连接事件通知、基于主题的消息交换等功能。
1)发布主题表：记录了通信平台内所有发布主题的状态信息，包括：主题标识、发布节点的地址、传输方式、以及发布后的保留参数；其中，传输方式分为可靠传输和尽力而为两种，发布后的保留参数指的是是否有保留及保留的最后期限；传输方式和发布后的保留参数都来自发布节点的服务质量参数；同一个域内所有通信节点上的发布主题表保持一致并实时更新。
2)订阅登记表：记录了通信节点所发布的主题当前被成功订阅的情况，包括：主题标识、订阅节点的地址、订阅节点所要求的传输方式与最后期限、以及订阅行为的优先级；其中，订阅节点所要求的传输方式分为可靠传输和尽力而为两种；订阅节点所要求的传输方式与最后期限、以及订阅行为的优先级均来自订阅节点的服务质量参数；不同通信节点的订阅登记表各不相同。
3)订阅失败队列：保存了当前通信节点向其它通信节点订阅失败的历史记录；每个通信节点在同一其他通信节点上订阅失败的记录，与一个或多个主题有关。
4)发布数据缓冲区：保存了由当前通信节点发布且需要保留的发送数据；发送数据中数组的每一项表示同一主题已发送的数据样本；全局数据空间根据每个数据样本的存活期来决定是否清除相应记录；数据样本的存活期根据当前通信节点服务质量参数设置。
各通信节点在订阅主题时，通过发布主题表来确定提供可订阅主题的通信节点；发布主题时，通过订阅登记表来确定所需发送数据的通信节点。
4、QoS策略。
DDS提供的QoS策略，可供应用程序根据需要去配置数据的发送方式、接收方式、传输方式以及通信实体的属性(可靠性、资源使用、容错和其他要求的服务)。QoS策略可在主题、发布节点、订阅节点、数据写入者和数据读取者进行配置，来约束各实体的应用属性，贯穿于数据分发的整个过程。
1)通信节点作为订阅节点接收感兴趣信息的服务质量参数包括：a)最小间隔MiniSpan，要求每一个数据发送的最小间隔；b)时间期限Deadline，保证在此期限没有新数据到达就产生通知；
如图5所示，将前一个数据(即数据1)到达的时刻，记为t1，以t1开始计时，满足MiniSpan的时刻记为t2，满足Deadline的时刻记为t3；则t1～t2时刻之间到达的数据，不满足最小间隔的要求，不会被处理；例如，数据3在此期间到达，将不会被处理。t2～t3时刻之间到达的数据，满足最小间隔的要求，将被实时处理；例如，数据2在此期间到达，将被处理。如果t1～t3时刻期间没有任何数据到达，则订阅节点将产生超时通知。
2)通信节点作为发布节点进行数据发布的服务质量参数包括：a)优先级Strength，决定订阅节点的接收顺序，如图6所示；b)持续时间Persistence：定义了数据的有效时间，是订阅节点接收数据的保持时间。
Strength+Persistence的示意图如图7所示。
本发明实施例中，服务质量参数匹配，并不要求二者完全一致，只是从信息产生与信息使用的角度来看的兼容性要求，以最后期限来举例：当订阅节点的Deadline大于发布节点的Persistence时，认为订阅节点与发布节点的服务质量参数匹配成功；否则匹配不成功。
5、基于主题的消息交换
基于主题的消息交换是基于DDS的铁路CTC***通信平台实现各通信节点“在正确的时间和地点获取正确的数据”的关键。在各通信节点之间流转的信息，通过主题来标识。主题是两个通信节点之间建立发布-订阅关系的必要条件。当且仅当订阅和发布的主题相同及相应的服务质量匹配时，两个通信节点才能建立发布-订阅关系；一旦发布-订阅关系建立。
主题有唯一的主题名称、数据类型和一套QoS策略，可用关键字来区分同一主题的不同来源。
如图8所示，发布节点负责发布数据，通过创建不同的数据写入者来发布不同数据类型的数据，每种类型的数据用一个主题来标识，即一个数据写入者与一个主题相对应；订阅节点负责订阅并接收数据，通过创建不同的数据读取者来订阅不同的数据类型；对于一个待订阅的主题，同一时刻有一个或多个满足条件的数据写入者存在，数据读取者按照一定策略选择一个数据写入者进行订阅，当相应数据写入者失效时，使用其他的数据写入者替换。
类似的，图8中为了表示将所有发布者、订阅者(即发布节点、订阅节点)的全局数据空间统一表示，实际上各发布节点、订阅节点内部均单独部署全局数据空间。
二、通信平台工作原理
1、全局数据空间的管理策略。
全局数据空间并非是指将所有主机上的数据依靠某种机制实现完全同步，而是将所有主机视为公共数据总线上的节点，发布节点需要明确的仅仅是将信息基于自身的全局数据空间向外发布，订阅节点需要明确的是基于自身的全局数据空间订阅所需信息即可。发布节点和订阅节点都并不需要了解基于DDS的铁路CTC***通信平台是如何实现信息交换的。发布节点与订阅节点之间数据交换示意图请参见图9。
全局数据空间是通信平台实现主题订阅和数据分发的关键。如何更新各个节点上的发布主题表使其保持动态一致，以及维护和更新订阅登记表是GDS管理的核心环节。
如图10所示，全局数据空间使用如下管理策略：
1)每个通信节点开机时向所有其它通信节点广播自身的发布主题表。
2)其它通信节点收到后，检查本地订阅失败队列：若匹配，则向新开机通信节点重发订阅信息，否则不用处理；若本次订阅成功，则从本地订阅失败队列中删除相应记录，否则不用处理。
3)收到订阅信息的通信节点，在本节点的订阅登记表中登记该订阅信息。
4)发布节点上的全局数据空间实时发布数据：当有数据要发布时，激活相应数据写入者，将数据写入发布数据缓冲区；再从订阅登记表中查找是否存在主题一致且服务质量参数匹配的订阅节点，若存在则将数据发送给订阅方的相应数据读取者，否则不处理。
5)发布节点上的全局数据空间定时发布数据：发布节点的全局数据空间遍历发布数据缓冲区中的数据，从订阅登记表中查找是否存在主题一致且服务质量参数匹配的订阅节点，若存在则激活相应数据写入者将数据发送给相应数据读取者，否则不处理。
6)订阅节点变更订阅记录时应通知相应的发布节点更新其订阅登记表。
7)发布节点变更发布主题时通知所有通信节点更新发布主题表，以保持发布主题表的全局一致性。
8)新通信节点加入时，向其相邻通信节点发送注册信息，相邻通信节点发现新通信节点与自己同属一个域，相邻通信节点将发布主题表发送给新通信节点。
9)通信节点离开的情况：当通信节点离开时，向其它通信节点发送离线消息，同时清空本节点上的全局数据空间；其它节点收到该离线消息后，做如下处理：
a)作为订阅节点，则删除发布主题表、订阅失败队列中与离线通信节点有关的记录。
b)作为发布节点，则删除订阅登记表、发布数据缓冲区中与离线通信节点有关的记录。
10)通信节点失效的情况：各通信节点通过定期向其它通信节点发送心跳信息来表示其工作正常；一段时间内收不到某通信节点的心跳信息表明相应通信节点工作异常，其它通信节点则按照通信节点离开的情况进行处理。
2、数据分发原理。
如图11所示，主要包括如下两个部分：
1)建立发布-订阅关系。
发布过程：当通信节点i需要发布数据时，其作为发布节点Pi创建一个数据写入者DWi，数据写入者DWi将要发布数据的主题Ti及其可以提供的服务质量参数QoS＝Q(DWi,Ti)发布到其他通信节点的全局数据空间上，发布成功后，数据写入者DWi进入阻塞状态；各节点在其发布主题表中增加数据写入者DWi的发布记录(Ti,Pi_IP,…)。
订阅过程：当通信节点j要订阅主题Ti的数据时，其作为订阅节点Sj创建一个数据读取者DRj，数据读取者DRj在发布主题表中找到相匹配的一个或多个发布节点，若存在多个匹配的发布节点，则按照一定策略从中选择一个作为本次订阅的对象，然后将主题Ti及相应的服务质量参数发送到相应发布节点的全局数据空间上，接着进入阻塞状态等待有数据时被激活；发布节点Pi收到数据读取者DRj的订阅信息时，在其自身的订阅登记表中添加订阅记录(Ti,Pi_IP,…)，再查看发布主题表中Ti的持久性指标——Durability值：若为0，则表示该主题Ti的数据是非持久性数据，需等待新数据到来；若为1，则表示发布数据缓冲区中可能存在Ti对应的数据，继续在发布数据缓冲区中查找满足条件ID＝Ti的项，若存在则进行服务质量参数的匹配；当服务质量参数成功匹配，则建立数据写入者DWi与数据读取者DRj的发布-订阅关系。
持久性指标是数据产生者用来标识数据的保持时间属性，若为1，则发布后会放入发布数据缓冲区(后续有新的订阅节点，仍可以获取该数据)；若为0，则表明不需要持久保存，不会放入发布数据缓冲区，一旦单次发布完成，该数据也立刻被清除了。
2)数据分发过程
a、发布节点发布数据。
对于发布节点Pi，当发布的主题Ti有数据要发送时，数据写入者DWi被激活，先查看发布主题表中Ti所对应的Durability值，若为1，则在发布数据缓冲区中ID＝Ti的链表中添加一项；否则，发送完数据后将其丢弃。
b、传输数据。
发布节点Pi中的全局数据空间在订阅登记表中查找是否存在同时满足主题相同和服务质量参数匹配的数据读取者：若存在数据读取者DR1,DR2,…,DRn，则建立DWi和数据读取者DR1,DR2,…,DRn的发布订阅关系，n表示数据读取者数量；将订阅登记表中数据读取者DR1,DR2,…,DRn的订阅信息发送给数据写入者DWi，并激活数据读取者DR1,DR2,…,DRn；数据写入者DWi根据订阅信息按照相应的服务质量策略发送数据给数据读取者DR1,DR2,…,DRn，然后进入阻塞状态，等待下一次被激活；若不存在满足条件的数据读取者，则进入阻塞状态等待被激活；
c、接收数据。
各数据读取者接收到数据后对数据进行实际处理，然后进入阻塞状态，等待下一次被激活。
3、QoS原理
每对发布者-订阅者(即发布节点-订阅节点)之间可以建立独立的服务质量参数。DDS允许应用程序支持极其复杂的、灵活的数据流需求。QoS参数几乎能控制DDS模型和基本通信机制的每个方面。发布节点提供订阅者要求的服务水平，中间件负责确定是否提供了能满足要求的服务，从而建立沟通，或者指示不满足要求的错误，保证实时***的正常运转。如图12所示，为考虑QoS参数的发布/订阅模型示意图。其中的，DW表示数据写入者、DR表示数据读取者，二者后方的数字为序号，用来区分不同数据写入者、数据读取者；T为主题，后方数字为序号用来区分不同主题。
本发明实施例上述方案，主要获得如下有益效果：
首次将数据分发服务应用在调度集中***中，最终设计一个实时、高效的基于DDS的铁路CTC***通信平台，对灵活扩展CTC***结构、高效实现各通信节点“在正确的时间和地点获取正确的数据”具有十分重要的意义，具体表现在如下4个方面：
①内部结构方面，简化了FZy-CTC***结构
基于DDS的CTC***通信平台将替代既有FZy-CTC***的铁路局中心***中应用服务器、通信前置服务器、接口服务器(包括GSM-R接口服务器、CTC-TDCS接口服务器、CTC-TSRS接口服务器、CTC-RBC接口服务器、IMS接口服务器等)以及车站***中的车站分机、站机通信服务，负责实现FZy-CTC***的通信功能。对CTC***本身而言，减少了各级通信服务器，***结构得以大幅简化。
②对外接口方面，提供统一接口，减少了接口转换任务
基于DDS的CTC***通信平台将直接与中心的GSM-R、TDCS***、TSRS***、RBC***、IMS***以及车站的联锁***、列控中心、6502采集、采集中继站、无线车次号***、无线调度命令***、微机监测***等接口，为各对外设备定义统一的接口，负责相应通道数据的接收和发送。一旦接口协议发生变更，通信双方只需要重新定义一致的应用数据即可，大大减轻了CTC设备的接口转换任务。
③采用发布/订阅机制，为接口扩展提供支持
基于DDS的CTC***通信平台采用基于DDS的发布/订阅通信模型，能很好地适应具有动态配置变化的***，能够快速发现新的通信节点及其主题。尤其当网络被分割成两半时，每一半都能独立工作；如果网络被修复，将会自动重新连接，继续提供全部服务。一旦CTC***中定义了新的节点，只需定义新的发布/订阅关系，而不用修改该通信平台，为CTC***的动态配置和灵活扩展提供了有力保障。
④建立了一个虚拟的“全局数据中心”
建立了一个虚拟的“全局数据中心”，完成了铁路CTC***范围内信息收集，便于进一步的分析，的可为智能高铁在更高层次的信息融合提供数据来源。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，包括：基于数据分发服务DDS的发布-订阅模型构建全局数据空间；所述全局数据空间部署在各CTC设备内；各CTC设备均视为一个通信节点，每一通信节点作为发布节点和/或订阅节点，基于全局数据空间以及服务质量参数进行数据发布和/或信息订阅操作，当与符合要求的其它通信节点建立发布-订阅关系后，通过点对点的传输方式与符合要求的其它通信节点实现数据发布和/或感兴趣信息的订阅；
其中，所述全局数据空间包括：全局一致的发布主题表、订阅登记表、发布数据缓冲区以及订阅失败队列；其中：
发布主题表：记录了通信平台内所有发布主题的状态信息，包括：主题标识、发布节点的地址、传输方式、以及发布后的保留参数；其中，传输方式分为可靠传输和尽力而为两种，发布后的保留参数指的是是否有保留及保留的最后期限；传输方式和发布后的保留参数都来自发布节点的服务质量参数；同一个域内所有通信节点上的发布主题表保持一致并实时更新；
订阅登记表：记录了通信节点所发布的主题当前被成功订阅的情况，包括：主题标识、订阅节点的地址、订阅节点所要求的传输方式与最后期限、以及订阅行为的优先级；其中，订阅节点所要求的传输方式分为可靠传输和尽力而为两种；订阅节点所要求的传输方式与最后期限、以及订阅行为的优先级均来自订阅节点的服务质量参数；不同通信节点的订阅登记表各不相同；
订阅失败队列：保存了当前通信节点向其它通信节点订阅失败的历史记录；每个通信节点在同一其他通信节点上订阅失败的记录，与一个或多个主题有关；
发布数据缓冲区：保存了由当前通信节点发布且需要保留的发送数据；发送数据中数组的每一项表示同一主题已发送的数据样本；全局数据空间根据每个数据样本的存活期来决定是否清除相应记录；数据样本的存活期根据当前通信节点服务质量参数设置；
各通信节点在订阅主题时，通过发布主题表来确定提供可订阅主题的通信节点；发布主题时，通过订阅登记表来确定所需发送数据的通信节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，发布节点和订阅节点基于域标识来进行范围划分，从而实现通信的隔离；不同域的发布节点和订阅节点不能交换数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，
各通信节点之间流转的信息，通过主题来标识；主题有唯一的主题名称、数据类型及相应的服务质量参数，通过关键字能够区分同一主题的不同来源；
当发布节点所发布的主题与订阅节点所发布的主题相同，且相应的服务质量参数匹配时，二者才能够建立发布-订阅关系。
4.根据权利要求1所述的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，
发布节点负责发布数据，通过创建不同的数据写入者来发布不同数据类型的数据，每种类型的数据用一个主题来标识，即一个数据写入者与一个主题相对应；
订阅节点负责订阅并接收数据，通过创建不同的数据读取者来订阅不同的数据类型；对于一个待订阅的主题，同一时刻有一个或多个满足条件的数据写入者存在，数据读取者按照一定策略选择一个数据写入者进行订阅，当相应数据写入者失效时，使用其他的数据写入者替换。
5.根据权利要求4所述的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，建立发布-订阅关系的步骤包括：
当通信节点i需要发布数据时，其作为发布节点Pi创建一个数据写入者DWi，数据写入者DWi将要发布数据的主题Ti及其可以提供的服务质量参数发布到其他通信节点的全局数据空间上，发布成功后，数据写入者DWi进入阻塞状态；各节点在其发布主题表中增加数据写入者DWi的发布记录；
当通信节点j要订阅主题Ti的数据时，其作为订阅节点Sj创建一个数据读取者DRj，数据读取者DRj在发布主题表中找到相匹配的一个或多个发布节点，若存在多个匹配的发布节点，则按照一定策略从中选择一个作为本次订阅的对象，然后将主题Ti及相应的服务质量参数发送到相应发布节点的全局数据空间上，接着进入阻塞状态等待有数据时被激活；发布节点Pi收到数据读取者DRj的订阅信息时，在其自身的订阅登记表中添加订阅记录，再查看发布主题表中Ti的Durability值：若为0，则表示该主题Ti的数据是非持久性数据，需等待新数据到来；若为1，则表示发布数据缓冲区中可能存在Ti对应的数据，继续在发布数据缓冲区中查找满足条件ID＝Ti的项，若存在则进行服务质量参数的匹配；当服务质量参数成功匹配，则建立数据写入者DWi与数据读取者DRj的发布-订阅关系。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，
对于发布节点Pi，当发布的主题Ti有数据要发送时，数据写入者DWi被激活，先查看发布主题表中Ti所对应的Durability值，若为1，则在发布数据缓冲区中ID＝Ti的链表中添加一项；否则，发送完数据后将其丢弃；
发布节点Pi中的全局数据空间在订阅登记表中查找是否存在同时满足主题相同和服务质量参数匹配的数据读取者：若存在数据读取者DR1,DR2,…,DRn，则建立DWi和数据读取者DR1,DR2,…,DRn的发布订阅关系，n表示数据读取者数量；将订阅登记表中数据读取者DR1,DR2,…,DRn的订阅信息发送给数据写入者DWi，并激活数据读取者DR1,DR2,…,DRn；数据写入者DWi根据订阅信息按照相应的服务质量策略发送数据给数据读取者DR1,DR2,…,DRn，然后进入阻塞状态，等待下一次被激活；若不存在满足条件的数据读取者，则进入阻塞状态等待被激活；
各数据读取者接收到数据后对数据进行实际处理，然后进入阻塞状态，等待下一次被激活。
7.根据权利要求4所述的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，全局数据空间使用如下管理策略：
每个通信节点开机时向所有其它通信节点广播自身的发布主题表；
其它通信节点收到后，检查本地订阅失败队列：若匹配，则向新开机通信节点重发订阅信息，否则不用处理；若本次订阅成功，则从本地订阅失败队列中删除相应记录，否则不用处理；
收到订阅信息的通信节点，在本节点的订阅登记表中登记该订阅信息；
发布节点上的全局数据空间实时发布数据：当有数据要发布时，激活相应数据写入者，将数据写入发布数据缓冲区；再从订阅登记表中查找是否存在主题一致且服务质量参数匹配的订阅节点，若存在则将数据发送给订阅方的相应数据读取者，否则不处理；
发布节点上的全局数据空间定时发布数据：发布节点的全局数据空间遍历发布数据缓冲区中的数据，从订阅登记表中查找是否存在主题一致且服务质量参数匹配的订阅节点，若存在则激活相应数据写入者将数据发送给相应数据读取者，否则不处理；
订阅节点变更订阅记录时应通知相应的发布节点更新其订阅登记表；
发布节点变更发布主题时通知所有通信节点更新发布主题表；
新通信节点加入时，向其相邻通信节点发送注册信息，相邻通信节点发现新通信节点与自己同属一个域，相邻通信节点将发布主题表发送给新通信节点；
通信节点离开的情况：当通信节点离开时，向其它通信节点发送离线消息，同时清空本节点上的全局数据空间；其它节点收到该离线消息后，做如下处理：作为订阅节点，则删除发布主题表、订阅失败队列中与离线通信节点有关的记录；作为发布节点，则删除订阅登记表、发布数据缓冲区中与离线通信节点有关的记录；
通信节点失效的情况：各通信节点通过定期向其它通信节点发送心跳信息来表示其工作正常；一段时间内收不到某通信节点的心跳信息表明相应通信节点工作异常，其它通信节点则按照通信节点离开的情况进行处理。
8.根据权利要求1、3、4、5或7所述的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，服务质量参数根据主题类型的以及通信节点属性来进行配置；
通信节点作为订阅节点接收感兴趣信息的服务质量参数包括：最小间隔MiniSpan，要求每一个数据发送的最小间隔；时间期限Deadline，保证在此期限没有新数据到达就产生通知；
将前一个数据到达的时刻，记为t1，以t1开始计时，满足MiniSpan的时刻记为t2，满足Deadline的时刻记为t3；则t1～t2时刻之间到达的数据，不满足最小间隔的要求，不会被处理；t2～t3时刻之间到达的数据，满足最小间隔的要求，将被实时处理；如果t1～t3时刻期间没有任何数据到达，则订阅节点将产生超时通知；
通信节点作为发布节点进行数据发布的服务质量参数包括：优先级Strength，决定订阅节点的接收顺序；持续时间Persistence：定义了数据的有效时间，是订阅节点接收数据的保持时间；
当订阅节点的Deadline大于发布节点的Persistence时，认为订阅节点与发布节点的服务质量参数匹配成功；否则匹配不成功。
9.根据权利要求1、3、4、5或7所述的一种基于DDS的铁路CTC***通信平台，其特征在于，通信平台还包括：发布与订阅接口、以及计算机网络接口，同样部署在各CTC设备内；
其中，发布与订阅接口为各CTC设备的通信接口；
计算机网络接口为CTC设备与计算机操作***及通信设施间的接口，具备多种传输协议，包括：TCP/IP、UDP/IP、IP多路、共享内存和RTPS-UDP。
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