CN114236358B - 一种聚合错峰调度的io板卡维护故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其包括：通过判断IO板卡生成的维护数据，分别形成第一状态维护数据包和第一故障维护数据包；根据错峰调度算法，将所述第一状态维护数据包和第一故障维护数据包发送至中低速总线；所述第一状态维护数据包和第一故障维护数据包拆分成多个字节包并通过中低速总线传输至通信板；通信板将包含有第一状态维护数据和第一故障维护数据的多个字节包重新组合形成第二状态维护数据包和第二故障维护数据包，并通过高速总线发送到主处理板和数据记录板；主处理板将接收的第二故障维护数据包上传给应用进行故障处理。本发明具有传输效率高、记录稳定性强、故障维护数据可回放等优势。

Description

一种聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法

技术领域

本发明属于列车***维护领域，特别涉及一种聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法。

背景技术

随着列车***的不间断运行，IO板卡(输入/输出板卡)产生的维护数据也越来越多，如何有效合理的运用这些维护数据，对***进行实时监控和故障分析，也引起了大家广泛的关注。根据IO板卡自身功能不同，产生的数据也不同；如果只是存放部分维护数据在本地，仅够用于判断已知错误类型，无法处理瞬态未知故障；考虑到经济性和维护的便利性，IO板卡本身没有设置足够大的FLASH空间用于存储维护数据，需要将众多IO板卡的维护数据通过总线传输给专用的数据记录板卡进行保存。考虑到目前IO板卡与***主控单元之间正常运行所需的带宽较小通常会选用经济性好的中低速总线，受总线带宽限制，在传输正常交互命令的同时，如果大量维护数据的无序直发会直接影响中低速总线的性能，从而影响***的反应时间和安全性。

因此，如果列车控制***中所有的IO板卡都需要记录大量的维护数据，可能会面临以下几个严峻的问题：1、IO板卡自身没有足够的存储空间去记录长时间的维护数据；2、通过中低速总线发送的维护数据会影响安全数据的传输，同时存在丢失数据包的可能性；3、维护数据如果没有及时通过通信板转发到***主控单元，就无法实时监控IO板卡的状态；4、即使能够将维护数据记录在数据记录板卡，面对大量的维护数据也无法直观的分析和查找。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术存在的问题，提供了一种聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，在不影响总线安全数据传输的情况下，能够保证维护数据完整地被记录，同时提供实时分析和日志回放的维护诊断方法。

为实现上述目的，本发明提供一种聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其包括：通过判断IO板卡生成的维护数据，分别形成第一状态维护数据包和第一故障维护数据包；根据错峰调度算法，将所述第一状态维护数据包和第一故障维护数据包发送至中低速总线；所述第一状态维护数据包和第一故障维护数据包拆分成多个字节包并通过中低速总线传输至通信板；通信板将包含有第一状态维护数据和第一故障维护数据的多个字节包重新组合形成第二状态维护数据包和第二故障维护数据包，并通过高速总线发送到主处理板和数据记录板；主处理板将接收的第二故障维护数据包上传给应用进行故障处理。

其中，根据IO板卡的数量定义发送窗口内的周期数量N，采用错峰调度算法发送IO板卡的维护数据包至中低速总线包括如下步骤：步骤S1、运行IO板卡；步骤S2、获取所述IO板卡在T个周期运行过程中产生的IO板卡维护数据，周期T≥0；步骤S3、记录所述IO板卡产生的维护数据到IO板卡缓冲区Buffer；步骤S4、根据每个IO板卡维护数据中包含的状态位字段判断所述IO板卡维护数据是否为故障维护数据；若所述IO板卡维护数据是故障维护数据，则进入步骤S5；若所述IO板卡维护数据不是故障维护数据，则进入步骤S6；步骤S5、根据错峰调度算法，将IO板卡维护数据形成第一故障维护数据包，并通过第一文件传输服务发送到中低速总线；步骤S6、判断发送时间是否满足错峰调度算法的发送时机；若发送时间满足错峰调度算法的发送时间，则进入步骤S7；若发送时间不满足错峰调度算法的发送时间，则等待下一个发送时间；步骤S7、根据错峰调度算法，将IO板卡维护数据形成第一状态维护数据包，并通过第二文件传输服务发送到中低速总线。

优选地，步骤S3中所述的IO板卡缓冲区Buffer存放有i+1条IO板卡维护数据，i＝T％N，T为IO板卡运行周期，N为发送窗口内的周期数量。

优选地，通过步骤S4完成故障维护数据判断后，将所述i+1条IO板卡维护数据组成IO板卡故障维护数据组或IO板卡状态维护数据组。

优选地，步骤S5中所述第一故障维护数据包是由文件传输Index Number字段和对应的IO板卡故障维护数据组组成；步骤S7中所述第一状态维护数据包是由文件传输IndexNumber字段和对应的IO板卡状态维护数据组组成。

其中，所述错峰调度算法通过更新每个IO板卡的发送能量，对IO板卡进行优先级排序，筛选需要发送维护数据的IO板卡序号。

优选地，所述更新IO板卡的发送能量包括如下步骤：步骤a、初始所有IO板卡的初始发送能量P＝N-j，设置超限次数OverNum＝0；其中，N为发送窗口内的周期数量，j为IO板卡序号，且0<j<N；步骤b、如果某IO板卡已收集到T个周期的维护数据，则更新发送能量P_b＝P+T；步骤c、如果某IO板卡当前发送窗口内的周期M发生故障，且已完成M个周期的状态维护数据和故障维护数据的收集，则更新发送能量P_c＝P+M×N+1，其中M的取值范围为0<M≤N；步骤d、如果某IO板卡在当前周期未向总线发送维护数据，则更新发送能量P_d＝P+1；步骤e、由于各个IO板卡之间通信连接，所有IO板卡可将自身当前的发送能量广播给其他IO板卡。

优选地，所述筛选需要发送维护数据的IO板卡序号包括如下步骤：步骤f、每块IO板卡将自身的发送能量与接收其他板卡的发送能量进行比较，进行优先级Priority排序；在正常情况下，根据发送能量P的大小将优先级Priority从发送能量P值最大的IO板卡开始依次排序；按照发送能量P值大小排序的IO板卡对应的优先级Priority的优先值从IO板卡数boardNum开始依次减1；如果IO板卡发生故障，则在正常情况排序的优先级对该IO板卡的优先级Priority的优先值加boardNum；如果自身的发送能量P大于其他所有IO板卡的发送能量，发送能量P大于等于发送窗口内的周期数量N，且优先级Priority大于等于IO板卡数boardNum，则该IO板卡向中低速总线发送IO板卡维护数据包，并广播本次发送维护数据的长度L。

其中，步骤f中IO板卡向中低速总线发送IO板卡维护数据具体包括如下规则：规则f1、如果该IO板卡在当前周期内发送完成所有维护数据，更新该IO板卡的发送能量P＝0，OverNum＝0；规则f2、如果该IO板卡在当前周期内未完成所有维护数据的发送，则更新该板卡的发送能量P＝P-boardNum，且在下一个空闲发送窗口优先发送该IO板卡剩余的维护数据，并更新超限次数OverNum＝OverNum+1；规则f3、如果超限次数OverNum>3，且上个发送窗口空闲发送周期为0，则对该板卡维护数据进行限流，限制连续3个发送窗口的维护数据长度不得超过平均发送长度L_aver，并更新OverNum＝0。

优选地，规则f3所述平均发送长度的计算方法如下：每个IO板卡统计本周期发送的维护数据长度和有效发送周期数，并将每个IO板卡的各个周期统计的维护数据长度和有效发送周期数汇总形成历史发送维护数据总长度L_total和所有有效发送周期数N_total，平均发送长度L_aver＝L_total/N_total。

优选地，所述中低速总线在每一个周期内包括标准帧和扩展帧，所述状态维护数据包和故障维护数据包通过中低速总线的扩展帧传输至通信板，通信板收发维护数据具体包括如下步骤：步骤1、IO板卡作为发送维护数据的客户端，将判断后的第一状态维护数据包和第一故障维护数据包以文件的形式向通信板发送写请求；步骤2、通信板接收IO板卡发送的写请求，并作为服务器端，将第一状态维护数据包和第一故障维护数据包进行写文件处理，将维护数据记录在通信板的缓冲区；步骤3、判断通信板是否完成接收该IO板卡的所有维护数据；如果未接收到所有维护数据，则进入步骤4；如果接收到所有维护数据，则发送给数据记录板或主处理板；步骤4、通信板继续等待接收维护数据，若接收超时，则重新发送ACK消息给IO板卡，直到接收到该IO板卡的所有维护数据。

优选地，步骤1中所述的IO板卡向通信板发送写请求是将第一故障维护数据包或第一状态维护数据包拆分为多个字节包进行发送，并作为中低速总线的扩展帧的内容进行发送。

优选地，步骤2中所述的通信板进行写文件处理是将步骤1发送的多个字节包重新组包生成第二故障维护数据包和第二状态维护数据包并记录在通信板的缓冲区。

优选地，步骤3中通信板接收到所有维护数据后，对接收到的维护数据进行分类，将第二状态维护数据包发送给数据记录板进行记录，将第二故障维护数据包同时发送给主处理板和数据记录板。

优选地，所述主处理板收到第二故障维护数据包后，按照故障维护数据的等级进行分类处理，将故障维护数据上传给应用处理。

优选地，所述数据记录板收到第二状态维护数据包和第二故障维护数据包后进行压缩，将压缩后的第二状态维护数据包和第二故障维护数据包按照日志文件的形式进行存储管理，支持通过U盘的方式按照时间段对包含有维护数据的日志文件进行查询与拷贝。

优选地，所述数据记录板还可以对第二状态维护数据包和第二故障维护数据包进行实时转发，通过车载无线电台，将第二状态维护数据包和第二故障维护数据包实时转发给地面控制中心的数据记录监控器。

优选地，所述数据记录监控器实时接收来自于数据记录板的第二状态维护数据包和第二故障维护数据包，根据数据定义格式进行解包分析，将IO板卡的每个端口的采集、驱动和故障数据实时显示在监控器界面，便于实时监控列车状态。

优选地，所述数据记录监控器可加载数据记录板卡记录的包含有第二状态维护数据包和第二故障维护数据包的日志文件，通过解压缩、解包分析，可以实时回放日志文件中记录的第二状态维护数据和第二故障维护数据，便于分析过往列车的状态。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，具有如下有益效果：

1、本发明基于中低速总线的文件传输错峰调度维护故障数据方式，能够有效缓解中低速总线数据拥塞，同时保证了维护数据的完整性。

2、本发明解决了IO板卡本身无法存储维护数据的问题，通过通信板将维护数据转发给数据记录板卡存储，提供长时间日志文件的稳定记录功能。

3、本发明通过数据记录监控器聚合监控维护数据，直观进行显示，并通过数据记录单元的日志文件进行诊断分析，实现了对于IO板卡维护故障双重保障。

附图说明

图1为本发明的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法的模块图；

图2为本发明的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法的数据聚合流程图；

图3为本发明的提供的实施例中的维护数据的结构示意图；

图4为本发明提供的实施例中的维护数据文件结构示意图；

图5为本发明提供的实施例中的CAN总线发送周期示意图；

图6为本发明的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法的数据错峰发送流程图；

图7为本发明的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法的数据收发流程图。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图1～附图7，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，该IO板卡维护故障诊断方法包括：通过判断IO板卡生成的维护数据，分别形成第一状态维护数据包和第一故障维护数据包；根据错峰调度算法，将第一状态维护数据包和第一故障维护数据包发送至中低速总线；第一状态维护数据包和第一故障维护数据包拆分成多个字节包并通过中低速总线传输至通信板；通信板将包含有第一状态维护数据和第一故障维护数据的多个字节包重新组合形成第二状态维护数据包和第二故障维护数据包，并通过高速总线发送到主处理板和数据记录板；主处理板将接收的第二故障维护数据上传给应用进行故障处理。

其中，IO板卡的状态维护数据主要包括：板卡类型，使用端口数量，应用发送的驱动命令，采集的状态，实际制动的状态等；IO板卡的故障维护数据主要包括：故障码，故障时板卡输出状态、采集状态等。

基于中低速总线收发数据的性能限制，若每块IO板卡在每个周期都发送维护数据包至中低速总线，则会增加中低速总线的开销，因此采用错峰调度算法发送IO板卡的维护数据包至中低速总线，根据IO板卡的数量定义发送窗口内的周期数量，发送窗口内的周期数量大于IO板卡的数量且小于中低速总线的最大成承载能力，发送窗口内的周期数量与IO板卡产生维护数据的T个周期相匹配，也就是说，***中所有IO板卡组成的T个周期的维护数据需要在发送窗口内的周期数量为T的发送周期内依次发送，具体地，如图2所示，假设一个发送窗口内的周期数量为N，采用错峰调度算法发送IO板卡的维护数据包至中低速总线包括如下步骤：

步骤S1、运行IO板卡；IO板卡运行过程中，每个周期都会产生IO板卡维护数据；

步骤S2、获取该IO板卡在T个周期(T≥0)运行过程中产生的IO板卡维护数据；

步骤S3、记录该IO板卡产生的维护数据到IO板卡缓冲区Buffer；

步骤S4、根据每个IO板卡维护数据中包含的状态位字段判断该IO板卡维护数据是否为故障维护数据；若该IO板卡维护数据是故障维护数据，则进入步骤S5；若该IO板卡维护数据不是故障维护数据，则进入步骤S6；

步骤S5、根据错峰调度算法，将IO板卡维护数据形成第一故障维护数据包，并通过第一文件传输服务发送第一故障维护数据包到中低速总线；

步骤S6、判断发送时间是否满足错峰调度算法的发送时机；若发送时间满足错峰调度算法的发送时间，则进入步骤S7；若发送时间不满足错峰调度算法的发送时间，则等待下一个发送时间；

步骤S7、根据错峰调度算法，将IO板卡维护数据形成第一状态维护数据包，并通过第二文件传输服务发送第一状态维护数据包到中低速总线。

其中，步骤S3中所述的IO板卡缓冲区Buffer存放有i+1条IO板卡维护数据，i＝T％N，即i等于第T个周期与发送窗口内的周期数量N的余数(i＝0，1，…，N-1)；进一步地，步骤S4完成故障维护数据判断后，将所述i+1条IO板卡维护数据组成IO板卡维护数据组；如图3所示，步骤S5中所述第一故障维护数据包是由文件传输Index Number字段和IO板卡维护数据组组成；同样地，步骤S7中所述第一状态维护数据包也是由文件传输Index Number字段和IO板卡维护数据组组成。所述Index Number字段为文件传输链接的识别字段，即文件传输链接通过识别Index Number可以读取对应的IO板卡维护数据。

其中，步骤S5～S7任一步骤所述的错峰调度算法是通过对IO板卡维护数据的优先级排序，查找出当前需要发送的IO板卡的序号，避免全部IO板卡的维护数据无规律的发送至中低速总线，如图6所示，其对IO板卡维护数据的优先级排序包括如下步骤：

步骤a、初始所有IO板卡的初始发送能量P＝N-j，设置超限次数OverNum＝0；(N为发送窗口内的周期数量，j为IO板卡序号，且0<j<N)；

步骤b、如果某IO板卡已收集到T个周期的维护数据，则更新发送能量P_b＝P+T；

步骤c、如果某IO板卡当前发送窗口内的周期M(0<M≤N)发生故障，且已完成M个周期的状态维护数据和故障维护数据的收集，则更新发送能量P_c＝P+M×N+1；

步骤d、如果某IO板卡在当前周期未向中低速总线发送维护数据，则更新发送能量P_d＝P+1；

步骤e、由于各个IO板卡之间通信连接，所有IO板卡可将自身当前的发送能量广播给其他IO板卡；

步骤f、每块IO板卡将自身的发送能量与接收其他板卡的发送能量进行比较，进行优先级Priority排序；在正常情况下，根据发送能量P的大小将优先级Priority从发送能量P值最大的IO板卡开始依次排序；按照发送能量P值大小排序的IO板卡对应的优先级Priority的优先值从IO板卡数boardNum开始依次减1，第一优先级Priority的优先值等于IO板卡数boardNum，也就是说，发送能量P值大，优先级Priority高(优先值大)；如果IO板卡发生故障，则在正常情况排序上对该IO板卡的优先级Priority的优先值加boardNum；如果自身的发送能量P大于其他所有IO板卡的发送能量，发送能量P大于等于发送窗口内的周期数量N，且优先级Priority大于等于IO板卡数boardNum，则该IO板卡向中低速总线发送IO板卡维护数据，并广播本次发送维护数据的长度L。

其中，步骤f中IO板卡向中低速总线发送IO板卡维护数据，具体包括如下规则：

规则f1、如果该IO板卡在当前周期内发送完成所有维护数据，更新该IO板卡的发送能量P＝0，OverNum＝0；

规则f2、如果该IO板卡在当前周期内未完成所有维护数据的发送，则更新该板卡的发送能量P＝P-boardNum，且在下一个空闲发送窗口优先发送该IO板卡剩余的维护数据，并更新超限次数OverNum＝OverNum+1；

规则f3、如果超限次数OverNum>3，且上个发送窗口空闲发送周期为0，则对该板卡维护数据进行限流，限制连续3个发送窗口的维护数据长度不得超过平均发送长度L_aver，并更新OverNum＝0。

其中，规则f3所述平均发送长度的计算方法如下：每个IO板卡统计本周期发送的维护数据长度和有效发送周期数，并将每个IO板卡的各个周期统计的维护数据长度和有效发送周期数汇总形成历史发送维护数据总长度L_total和所有有效发送周期数N_total，进而计算平均发送长度L_aver＝L_total/N_total。

其中，如果某块IO板卡的维护数据通过步骤S4判断为IO板卡故障维护数据，则将该IO板卡的第一故障维护数据包在当前周期实时发出，以保证故障数据能够及时被应用接收到。

其中，如图5所示，所述中低速总线在每一个周期内包括标准帧和扩展帧，所述第一状态维护数据包和第一故障维护数据包通过中低速总线的扩展帧传输至通信板；如图7所示，通信板收发维护数据具体包括如下步骤：

步骤1、IO板卡作为发送维护数据的客户端，将判断后的第一状态维护数据包和第一故障维护数据包以文件的形式向通信板发送写请求；

步骤2、通信板接收IO板卡发送的写请求，并作为服务器端，将第一状态维护数据包和第一故障维护数据包进行写文件处理，将维护数据记录在通信板的缓冲区；

步骤3、判断通信板是否完成接收该IO板卡的所有维护数据；如果未接收到所有维护数据，则进入步骤4；如果接收到所有维护数据，则发送给数据记录板或主处理板；

步骤4、通信板继续等待接收维护数据，若接收超时，则重新发送ACK消息(确认消息)给IO板卡，直到接收到该IO板卡的所有维护数据。

其中，如图4所示，步骤1中所述的IO板卡向通信板发送写请求是将第一故障维护数据包和第一状态维护数据包拆分为8个字节为一组的多个字节包，并作为中低速总线的扩展帧的内容进行发送；步骤2中通信板进行的写文件处理是将步骤1发送的多个字节包重新组包生成第二故障维护数据包和第二状态维护数据包并记录在通信板的缓冲区；如果维护数据在传输过程中发生丢包，则由步骤4所述的文件传输的重传机制保证维护数据的完整性。

由于中低速总线发送SYNC、PDO、HB和NMT等标准帧都是有严格时序控制的，用于发送维护数据的扩展帧发送不能打乱正常的标准帧时序，因此对扩展帧的发送进行时序控制，只在每周期非标准帧发送的时隙内发送扩展帧。如果当前周期未发送完成，则延迟到下一个周期再发送。

当通信板接收IO板卡的所有维护数据后，将通信板重组后的第二故障维护数据包和第二状态维护数据包通过高速总线发送到主处理板和数据记录板。具体地，通信板对接收到的维护数据进行分类，将周期性第二状态维护数据包发送给数据记录板进行记录，将第二故障维护数据包同时发送给主处理板和数据记录板；主处理板收到第二故障维护数据包后，按照故障维护数据的等级进行分类处理，将故障维护数据上传给应用处理。

其中，所述数据记录板不仅可以对状态维护数据和故障维护数据进行记录还可以对状态维护数据和故障维护数据进行实时转发。具体地，数据记录板接收到第二故障维护数据包和第二状态维护数据包后进行压缩，将压缩后的第二状态维护数据包和第二故障维护数据包按照日志文件的形式进行存储管理，并支持通过U盘的方式按照时间段对包含有第二状态维护数据包和第二故障维护数据包的日志文件进行查询与拷贝；数据记录板通过车载无线电台，可以将第二状态维护数据包和第二故障维护数据包实时转发给地面控制中心的数据记录监控器。

进一步地，如图1所示，数据记录监控器可以对第二状态维护数据包和第二故障维护数据包进行实时显示和日志回放分析。具体地，所述数据记录监控器实时接收来自于数据记录板的第二状态维护数据包和第二故障维护数据包，并根据数据定义格式进行解包分析，将IO板卡的每个端口的采集、驱动和故障数据实时显示在监控器界面，便于实时监控列车状态；另外，数据记录监控器可加载数据记录板卡记录的包含有第二状态维护数据包和第二故障维护数据包的日志文件，通过解压缩、解包分析，可以实时回放日志文件中记录的IO板卡状态维护数据和故障维护数据，便于分析过往列车的状态。

下面结合一实施例进一步具体说明本发明中的错峰调度算法的应用，本实施例采用CAN总线作为传输的中低速总线，采用错峰调度算法解决CAN总线的发送维护数据拥塞的问题，如图6所示，假设每个IO板卡收集T个周期的维护数据，当前发送窗口内的周期数量N＝10，***中IO板卡数boardNum＝5(板卡序号j＝1，2，3，4，5)，则5块IO板卡的初始发送能量P由计算公式P＝N-j得到初始发送能量分别为9，8，7，6，5。

根据当前发送窗内的周期数量N、IO板卡收集的T个周期数据以及IO板卡的状态进行优先级排序：

1)如果在当前发送窗口为1时，由于所有IO板卡均未收集到10个周期的维护数据(T＝0)，也未有发生故障的IO板卡，所以根据步骤b中的P_b＝P+T得到更新后的发送能量P1＝9，P2＝8，P3＝7，P4＝6，P5＝5；又因为在当前周期未向CAN总线发送维护数据，根据步骤d中的P_d＝P+1得到更新后的发送能量P1＝10,P2＝9,P3＝8,P4＝7,P5＝6，所有IO板卡将自身当前的发送能量广播给其他板卡；P1>P2>P3>P4>P5，且P1＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝5(Priority1表示IO板卡1的优先值，后续类推)，Priority2＝4，Priority3＝3，Priority4＝2，Priority5＝1，由于优先级大于boardNum的IO板卡先发送，因此IO板卡1发送维护数据；假设IO板卡1在当前周期完成所有维护数据的发送，则更新IO板卡的发送能量P1＝0,OverNum1＝0。

2)如果在当前发送窗口为2时，IO板卡2发生故障，并且完成2个周期的维护数据和故障数据的收集，由于当前窗口发生故障，则根据步骤c中的P_c＝P+M×N+1更新发送能量P2＝9+2×10+1＝30；P2>P3>P4>P5>P1，并且P2>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝1，Priority2＝5+5＝10，Priority3＝4，Priority4＝3，Priority5＝2，因此IO板卡2发送维护数据；假设板卡2在当前周期未完成所有维护数据的发送，则根据步骤f2中P＝P-boardNum更新IO板卡的发送能量P2＝30-5＝25，OverNum2＝1；根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝1，P2＝25，P3＝9，P4＝8，P5＝7。

3)如果在当前发送窗口为3时，板卡3和板卡4发生故障，并且完成3个周期的维护数据和故障数据的收集，由于当前窗口发生故障，则根据步骤c中的P_c＝P+M×N+1更新发送能量P3＝9+3×10+1＝40，P4＝8+3×10+1＝39，P3>P4>P2>P5>P1，由于P3>＝10，P4>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝1，Priority2＝3，Priority3＝5+5＝10，Priority4＝4+5＝9，Priority5＝2，因此IO板卡3和IO板卡4发送维护数据，假设IO板卡3和IO板卡4均发送完成，则根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝2，P2＝26，P3＝0，P4＝0，P5＝8。

4)如果在当前发送窗口为4时，板卡5发生故障，并且完成4个周期的维护数据和故障数据的收集，由于当前窗口发生故障，则根据步骤c中的P_c＝P+M×N+1更新发送能量P5＝8+4×10+1＝49，P5>P2>P1>P3＝P4，并且P5>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝3，Priority2＝4，Priority3＝2，Priority4＝2，Priority5＝5+5＝10，因此IO板卡5发送维护数据，假设IO板卡5未完成所有维护数据的发送，则根据步骤f2中P＝P-boardNum更新IO板卡的发送能量P5＝49-5＝44，OverNum5＝1；根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝3，P2＝27，P3＝1，P4＝1。

5)如果在当前发送窗口为5时，IO板卡3和IO板卡5发生故障，并且完成5个周期的维护数据和故障数据的收集，由于当前窗口发生故障，则根据步骤c中的P_c＝P+M×N+1更新发送能量P3＝1+5×10+1＝52，P5＝44+5×10+1＝95，P5>P3>P2>P1>P4，且P5>＝10，P3>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝2，Priority2＝3+5＝8，Priority3＝4，Priority4＝1，Priority5＝5+5＝10，因此IO板卡5和IO板卡3进行发送，假设IO板卡3发送完成，板卡5未发送完所有维护数据，则根据步骤f2中P＝P-boardNum更新IO板卡的发送能量P3＝0，P5＝95-5＝90,OverNum5＝2；根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝4，P2＝28，P4＝2。

6)如果在当前发送窗口为6时，IO板卡5发生故障，并且完成6个周期的维护数据和故障数据的收集，由于当前窗口发生故障，则根据步骤c中的P_c＝P+M×N+1更新发送能量P5＝90+6×10+1＝151，P5>P2>P1>P4>P3，且P5>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝3，Priority2＝4，Priority3＝1，Priority4＝2，Priority5＝5+5＝10，因此IO板卡5继续发送维护数据，假设IO板卡5依旧未发送完所有的维护数据，则根据步骤f2中P＝P-boardNum更新IO板卡的发送能量P5＝151-5＝146，OverNum5＝3；根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝5，P2＝29，P3＝1，P4＝3。

7)如果在当前发送窗口为7时，IO板卡5发生故障，并且完成7个周期的维护数据和故障数据的收集，由于当前窗口发生故障，则根据步骤c中的P_c＝P+M×N+1更新发送能量P5＝146+7×10+1＝217，P5>P2>P1>P4>P3，且P5>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝3，Priority2＝4，Priority3＝1，Priority4＝2，Priority5＝5+5＝10，因此IO板卡5继续发送维护数据，假设IO板卡5依旧未发送完所有的维护数据，则根据步骤f2中P＝P-boardNum更新IO板卡的发送能量P5＝217-5＝212,OverNum5＝4>3，则对IO板卡5发送的维护数据进行限流；根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝6，P2＝30，P3＝2，P4＝4。

8)如果在当前发送窗口为8时，所有IO板卡均未发生故障，则根据发送窗口7发送结束后的各IO板卡的发送能量进行排序P5>P2>P1>P4>P3，且P5>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝3，Priority2＝4，Priority3＝1，Priority4＝2，Priority5＝5，因此IO板卡5发送维护数据，由于IO板卡5被限流，所以IO板卡5发送维护数据字节的长度不能超过L_aver＝L_total/N_total，根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝7,P2＝31,P3＝3,P4＝5,P5＝212-5＝207。

9)如果在当前发送窗口为9时，所有IO板卡均未发生故障，则根据发送窗口8发送结束后的各IO板卡的发送能量进行排序P5>P2>P1>P4>P3，且P5>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝3，Priority2＝4，Priority3＝1，Priority4＝2，Priority5＝5，因此IO板卡5发送维护数据，由于IO板卡5被限流，所以IO板卡5发送维护数据字节的长度不能超过L_aver＝L_total/N_total，根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝8，P2＝32，P3＝4，P4＝6，P5＝207-5＝202。

10)如果在当前发送窗口为10时，所有IO板卡均未发生故障，则根据发送窗口9发送结束后的各IO板卡的发送能量进行排序P5>P2>P1>P4>P3，且P5>＝10，根据步骤f中对优先级的设置规则得到Priority1＝3，Priority2＝4，Priority3＝1，Priority4＝2，Priority5＝5，因此IO板卡5发送维护数据，由于IO板卡5被限流，所以IO板卡5发送维护数据字节的长度不能超过L_aver＝L_total/N_total，连续三个周期限流之后，IO板卡5的维护数据发送完毕，根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝9，P2＝33，P3＝5，P4＝7，P5＝0，OverNum5＝0。

11)如果在当前发送窗口为11时，所有IO板卡均未发生故障，则根据发送窗口10发送结束后的各IO板卡的发送能量进行排序P2>P1>P4>P3>P5，P2>＝10，Priority1＝4，Priority2＝5，Priority3＝2，Priority4＝3，Priority5＝1，因此IO板卡2发送维护数据，若IO板卡5的维护数据发送完毕，则根据步骤d中P_d＝P+1更新发送能量P1＝10，P2＝0，P3＝6，P4＝8，P5＝1。

12)此后继续进行循环检查，IO板卡的发送能量最大，并且发送能量大于等于发送窗口内的周期数量，即优先级大于等于板卡数，则该IO板卡进行状态维护数据的发送；如果遇到故障维护数据，则在当前周期进行发送。在每个发送周期，优先保证安全数据(CAN标准帧)的发送，只在非标准帧发送的时隙内(CAN扩展帧)发送故障维护消息。

需要说明的是，如图1所示，完整的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法是通过四个模块对IO板卡生成的维护数据进行处理，其具体包括维护数据聚合与错峰发送模块1、维护数据处理模块2、维护数据记录与转发模块3和显示分析模块4；其中维护数据聚合与错峰发送模块1通过生成维护数据1a、聚合维护数据1b和错峰发送维护数据1c三个步骤将维护数据发送给维护数据处理模块2；所述维护数据处理模块2通过收集维护数据2d、分发维护数据2e和处理故障维护数据2f三个步骤进行故障维护数据的处理以及传输维护数据至维护数据记录与转发模块3；所述维护数据记录与转发模块3通过记录维护数据3g和实时转发维护数据3h两个步骤实现维护数据的文件存储和实时转发给数据记录监控器的功能；所述显示分析模块4基于数据记录监控器实现维护数据的实时显示4i和回放维护数据文件4j。

综上所述，与现有技术相比，本发明所提供的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法具有传输效率高、记录稳定性强、故障维护数据可以回放以及保证维护数据的完整等优势。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，包括：

通过判断IO板卡生成的维护数据，分别形成第一状态维护数据包和第一故障维护数据包；

根据错峰调度算法，将所述第一状态维护数据包和第一故障维护数据包发送至中低速总线；

所述第一状态维护数据包和第一故障维护数据包拆分成多个字节包并通过中低速总线传输至通信板；

通信板将包含有第一状态维护数据和第一故障维护数据的多个字节包重新组合形成第二状态维护数据包和第二故障维护数据包，并通过高速总线发送到主处理板和数据记录板；

主处理板将接收的第二故障维护数据包上传给应用进行故障处理；

其中，根据IO板卡的数量定义发送窗口内的周期数量N，采用错峰调度算法发送IO板卡的维护数据包至中低速总线包括如下步骤：

步骤S1、运行IO板卡；

步骤S2、获取所述IO板卡在T个周期运行过程中产生的IO板卡维护数据，周期T≥0；

步骤S3、记录所述IO板卡产生的维护数据到IO板卡缓冲区Buffer；

步骤S4、根据每个IO板卡维护数据中包含的状态位字段判断所述IO板卡维护数据是否为故障维护数据；若所述IO板卡维护数据是故障维护数据，则进入步骤S5；若所述IO板卡维护数据不是故障维护数据，则进入步骤S6；

步骤S5、根据错峰调度算法，将IO板卡维护数据形成第一故障维护数据包，并通过第一文件传输服务发送到中低速总线；

步骤S6、判断发送时间是否满足错峰调度算法的发送时机；若发送时间满足错峰调度算法的发送时间，则进入步骤S7；若发送时间不满足错峰调度算法的发送时间，则等待下一个发送时间；

步骤S7、根据错峰调度算法，将IO板卡维护数据形成第一状态维护数据包，并通过第二文件传输服务发送到中低速总线。

2.如权利要求1所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，步骤S3中所述的IO板卡缓冲区Buffer存放有i+1条IO板卡维护数据，i=T%N，T为IO板卡运行周期，N为发送窗口内的周期数量。

3.如权利要求2所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，通过步骤S4完成故障维护数据判断后，将所述i+1条IO板卡维护数据组成IO板卡故障维护数据组或IO板卡状态维护数据组。

4.如权利要求3所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，步骤S5中所述第一故障维护数据包是由文件传输Index Number字段和对应的IO板卡故障维护数据组组成；步骤S7中所述第一状态维护数据包是由文件传输Index Number字段和对应的IO板卡状态维护数据组组成。

5.如权利要求1所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述错峰调度算法通过更新每个IO板卡的发送能量，对IO板卡进行优先级排序，筛选需要发送维护数据的IO板卡序号。

6.如权利要求5所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述更新IO板卡的发送能量包括如下步骤：

步骤a、初始所有IO板卡的初始发送能量P=N-j，设置超限次数OverNum=0；其中，N为发送窗口内的周期数量，j为IO板卡序号，且0<j<N；

步骤b、如果某IO板卡已收集到T个周期的维护数据，则更新发送能量P_b=P+T；

步骤c、如果某IO板卡当前发送窗口内的周期M发生故障，且已完成M个周期的状态维护数据和故障维护数据的收集，则更新发送能量P_c=P+M×N+1，其中M的取值范围为0<M≤N；

步骤d、如果某IO板卡在当前周期未向总线发送维护数据，则更新发送能量P_d=P+1；

步骤e、由于各个IO板卡之间通信连接，所有IO板卡可将自身当前的发送能量广播给其他IO板卡。

7.如权利要求6所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述筛选需要发送维护数据的IO板卡序号包括如下步骤：

步骤f、每块IO板卡将自身的发送能量与接收其他板卡的发送能量进行比较，进行优先级Priority排序；

在正常情况下，根据发送能量P的大小将优先级Priority从发送能量P值最大的IO板卡开始依次排序；按照发送能量P值大小排序的IO板卡对应的优先级Priority的优先值从IO板卡数boardNum开始依次减1；

如果IO板卡发生故障，则在正常情况排序的优先级对该IO板卡的优先级Priority的优先值加boardNum；

如果自身的发送能量P大于其他所有IO板卡的发送能量，发送能量P大于等于发送窗口内的周期数量N，且优先级Priority大于等于IO板卡数boardNum，则该IO板卡向中低速总线发送IO板卡维护数据包，并广播本次发送维护数据的长度L。

8.如权利要求7所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，步骤f中IO板卡向中低速总线发送IO板卡维护数据具体包括如下规则：

规则f1、如果该IO板卡在当前周期内发送完成所有维护数据，更新该IO板卡的发送能量P=0，OverNum=0；

规则f2、如果该IO板卡在当前周期内未完成所有维护数据的发送，则更新该板卡的发送能量P=P-boardNum，且在下一个空闲发送窗口优先发送该IO板卡剩余的维护数据，并更新超限次数OverNum=OverNum+1；

规则f3、如果超限次数OverNum>3，且上个发送窗口空闲发送周期为0，则对该板卡维护数据进行限流，限制连续3个发送窗口的维护数据长度不得超过平均发送长度L_aver，并更新OverNum=0。

9.如权利要求8所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，规则f3所述平均发送长度的计算方法如下：每个IO板卡统计本周期发送的维护数据长度和有效发送周期数，并将每个IO板卡的各个周期统计的维护数据长度和有效发送周期数汇总形成历史发送维护数据总长度L_total和所有有效发送周期数N_total，平均发送长度L_aver=L_total/N_total。

10.如权利要求1所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述中低速总线在每一个周期内包括标准帧和扩展帧，所述状态维护数据包和故障维护数据包通过中低速总线的扩展帧传输至通信板，通信板收发维护数据具体包括如下步骤：

步骤1、IO板卡作为发送维护数据的客户端，将判断后的第一状态维护数据包和第一故障维护数据包以文件的形式向通信板发送写请求；

步骤2、通信板接收IO板卡发送的写请求，并作为服务器端，将第一状态维护数据包和第一故障维护数据包进行写文件处理，将维护数据记录在通信板的缓冲区；

步骤3、判断通信板是否完成接收该IO板卡的所有维护数据；如果未接收到所有维护数据，则进入步骤4；如果接收到所有维护数据，则发送给数据记录板或主处理板；

步骤4、通信板继续等待接收维护数据，若接收超时，则重新发送ACK消息给IO板卡，直到接收到该IO板卡的所有维护数据。

11.如权利要求10所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，步骤1中所述的IO板卡向通信板发送写请求是将第一故障维护数据包和第一状态维护数据包拆分为多个字节包进行发送，并作为中低速总线的扩展帧的内容进行发送。

12.如权利要求11所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，步骤2中所述的通信板进行写文件处理是将步骤1发送的多个字节包重新组包生成第二故障维护数据包和第二状态维护数据包并记录在通信板的缓冲区。

13.如权利要求12所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，步骤3中通信板接收到所有维护数据后，对接收到的维护数据进行分类，将第二状态维护数据包发送给数据记录板进行记录，将第二故障维护数据包同时发送给主处理板和数据记录板。

14.如权利要求13所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述主处理板收到第二故障维护数据包后，按照故障维护数据的等级进行分类处理，将故障维护数据上传给应用处理。

15.如权利要求13所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述数据记录板收到第二状态维护数据包和第二故障维护数据包后进行压缩，将压缩后的第二状态维护数据包和第二故障维护数据包按照日志文件的形式进行存储管理，支持通过U盘的方式按照时间段对包含有维护数据的日志文件进行查询与拷贝。

16.如权利要求13所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述数据记录板还可以对第二状态维护数据包和第二故障维护数据包进行实时转发，通过车载无线电台，将第二状态维护数据包和第二故障维护数据包实时转发给地面控制中心的数据记录监控器。

17.如权利要求16所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述数据记录监控器实时接收来自于数据记录板的第二状态维护数据包和第二故障维护数据包，根据数据定义格式进行解包分析，将IO板卡的每个端口的采集、驱动和故障数据实时显示在监控器界面，便于实时监控列车状态。

18.如权利要求17所述的聚合错峰调度的IO板卡维护故障诊断方法，其特征在于，所述数据记录监控器可加载数据记录板卡记录的包含有第二状态维护数据包和第二故障维护数据包的日志文件，通过解压缩、解包分析，可以实时回放日志文件中记录的第二状态维护数据和第二故障维护数据，便于分析过往列车的状态。