專利名稱：適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法
適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法技術領域
本技術發(fā)明涉及軌道交通自動化領域，尤其涉及分布式監(jiān)控系統(tǒng)領域，本技術發(fā)明可廣泛適用于電氣化鐵路和城市軌道交通各專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)以及綜合監(jiān)控系統(tǒng)等應用。
背景技術：
隨著計算機科學和自動化技術的迅速發(fā)展，在軌道交通的各個領域，例如電氣化鐵路和城市地鐵等領域，監(jiān)控系統(tǒng)已經從傳統(tǒng)的小型桌面系統(tǒng)向現代的分布式復雜系統(tǒng)發(fā)展，其控制的地域范圍，流程規(guī)模等都迅速增加。而且由于傳統(tǒng)方式采用的分立監(jiān)控系統(tǒng)模式，即存在信號、PSCADA (電力監(jiān)控)、BAS (環(huán)控)等多個獨立的監(jiān)控系統(tǒng)并各有專員進行操作，具有運營成本高，多個系統(tǒng)的信息難以共享等問題，集各子系統(tǒng)功能于一身的綜合監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為新的發(fā)展趨勢。在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)通過集成或互聯，實現由同一個上位系統(tǒng)進行監(jiān)控，從而使得信息可以有效共享，并且減少工作量，降低運營成本。不管是專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)還是綜合監(jiān)控系統(tǒng)，現代監(jiān)控系統(tǒng)的控制規(guī)模、流程結構，工程構架都遠為復雜。這就對系統(tǒng)之間以及系統(tǒng)內部的數據通訊提出了更高的要求，要求現代監(jiān)控系統(tǒng)的數據通訊應當兼具實時、高效、穩(wěn)定、健壯等特點。
為此，在現代監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置上，數據的發(fā)送設備和接收設備間往往通過設立兩臺獨立的交換機等方法同時提供兩條獨立可用的通訊通道，從而實現硬件通訊設備的熱備雙冗余，以保障系統(tǒng)通訊硬件的可用性。
另一方面，目前監(jiān)控系統(tǒng)中的數據通訊軟件，通常又被稱為通訊規(guī)約，一般采用冷備的連接框架。也就是正常運行僅基于一條通訊通道建立一條通訊連接用于傳輸數據。如果由于通訊故障導致通訊連接失效，那么再嘗試切換到另一條通訊通道重新建立一條新的通訊連接代替原來的連接傳輸數據。由于通訊故障的情況比較復雜，可能發(fā)生在通訊過程中的任何一個時刻，因此從發(fā)生通訊故障到重新建立通訊連接這一過程中，可能出現數據丟失的情況，也就是接收設備和發(fā)送設備之間出現了失步的狀況。為此，當重新建立了有效連接之后，必須重新傳輸全部數據從而重新實現接收設備和發(fā)送設備的數據同步。當數據量比較大的時候，例如在綜合監(jiān)控系統(tǒng)應用中，重新同步意味著很大的通訊開銷，同時也可能延誤新產生數據的傳輸。特別是由于軌道交通的現場環(huán)境復雜，有些地方干擾嚴重，往往網絡狀況不穩(wěn)定，容易出現頻繁切換通訊通道的情況。在這種情況下，由于每次切換都需要重新建立連接，所以每次也都需要重新同步數據，從而引起大量數據的重復傳輸，造成大量額外的通訊開銷，甚至可能嚴重延誤重要信號數據的正常傳輸，造成隱患。尤其在極端情況下，有可能因為過于頻繁的通訊通道切換，而出現通訊軟件卡死，造成系統(tǒng)癱瘓。
如果只是經過短暫的通訊故障，然后在重新建立連接之后重新同步數據，這時發(fā)送的數據大部分，甚至全部都是不需要的，因為在這個過程中可能并沒有生成新的數據或者新生成的數據都被緩存在本地，實際上發(fā)送設備和接收設備之間并沒失步，因此這時也不需要重新同步。但是通訊故障的情況比較復雜，可能發(fā)生在通訊過程的任何時刻，而且當通訊過程和本地數據訪問交錯進行的時候，哪些數據已經傳輸過就變得無法判斷，從而造3成難以有效判斷是否發(fā)生失步的局面，此時如果重新建立連接后不重新同步，而直接繼續(xù)傳輸數據，不但有可能造成數據丟失，還有可能發(fā)生數據重復，這就使得重新同步的過程以及由此帶來的額外通訊開銷不可避免。發(fā)明內容
針對現有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種適用于現代復雜監(jiān)控系統(tǒng)的重連接方法，通過引入數據庫領域中事務的概念，設定合理的事務類型和操作流程，有效的隔離數據處理和通訊處理的過程，并通過攜帶狀態(tài)標識幫助判斷是否發(fā)生失步，從而避免重建連接后不必要的重新同步過程并顯著降低由此帶來的通訊開銷，提高通訊效率。并且因為在網絡頻繁通斷時可以避免大量的重新同步過程，從而尤其適用于網絡不穩(wěn)定的環(huán)境。
本發(fā)明的技術方案為一種適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其特征在于將對一條連接的操作過程稱為一條控制流，所述控制流訪問的數據分為本地數據、連接狀態(tài)數據、通訊數據；控制流的每一個輪次均由兩個事務組成，通訊事務和數據事務；控制流即為這種輪次的不斷循環(huán)，如果一個輪次的通訊是正常的，那么當這一輪次全部完成，也就是通訊事務和數據事務依次正確完成時，控制流在通訊事務中成功的完成了上一個狀態(tài)的數據的發(fā)送以及應答的接收，而連接狀態(tài)數據保持不變，并且通過完成數據事務而將本地數據更新到下一個狀態(tài)；如果在通訊事務中出現了問題，那么連接狀態(tài)數據將隨之做相應的更新，但在同一個輪次接下來的數據事務中不允許修改任何本地數據， 本地數據將保持為前一個狀態(tài)不變；當通訊故障后一個有效的連接被重新建立，如果此時本地數據狀態(tài)沒有發(fā)生變化，那么就可以確定本地并沒有失步，則接著剛才沒有變化的本地數據狀態(tài)繼續(xù)傳輸數據即可。
上述的適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其進一步特征在于所述本地數據，是控制流根據通訊收發(fā)的訊息和應用需求而進行處理的當前應用數據的集合；所述連接狀態(tài)數據，用于表征控制流的當前連接狀態(tài)；所述通訊數據，包括控制流依據本地數據狀態(tài)生成的符合一定格式的待發(fā)送數據、接收到的待分析數據以及收發(fā)過程使用的一些暫存數據。
所述事務是由一組操作組成的一個不成分割的原子過程，即該過程中的所有操作要么全部完成，要么一個都不發(fā)生。所述數據事務，完全由一組對本地數據的操作組成，其中不涉及任何通訊操作，也就是在一個數據事務中不允許訪問任何通訊數據以及連接狀態(tài)數據；所述通訊事務，由數據準備并發(fā)送——數據接受并分析——連接狀態(tài)更新這幾個步驟組成，在一個通訊事務過程中不允許訪問任何本地數據。
上述的適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其進一步特征在于對本地數據的狀態(tài)進行標識，采用循環(huán)遞增計數，每一輪次傳輸數據的同時將本地數據的狀態(tài)標識攜帶傳輸，而對方只要比較連續(xù)兩次傳輸來的數據攜帶的狀態(tài)標識是否相同就可以確定是否是重復的數據；如果重復，丟棄不處理即可。
當原來的通訊連接因為通訊故障而失效，并且重新建立了有效的通訊連接之后， 接收方可以比較上次記錄下的狀態(tài)標識和新接收到的狀態(tài)標識，如果一致，那么說明收到了重復的數據，直接丟棄，下一次將是有效的數據；如果連續(xù)遞增，那么說明收到的正好是需要的數據。這兩種情況下，都可以判斷沒有發(fā)生失步，不需要重新同步，直接繼續(xù)原先的通訊流程即可。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出一種適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)的通訊規(guī)約軟件的重連接方法，通過引入數據庫領域中事務的概念，將通訊數據和非通訊數據的操作完全隔離，并且設定合理的事務類型和操作流程，再通過添加和比較狀態(tài)標識，有效判斷發(fā)生通訊故障的通訊雙方在重新建立有效連接后是否發(fā)生失步，從而避免在未失步的情況下仍然進行數據重新同步以及由此帶來的不必要的巨大通訊開銷。由于這種方式有助于在網絡頻繁通斷的情況下，盡可能減少不必要的數據同步，因而尤其適用于網絡狀況不穩(wěn)定的環(huán)^Mi ο


圖1為現有技術中的冷備連接工作流程圖。
圖2為本發(fā)明實施例的通訊事務流程示意圖。
圖3為本明實施例的控制流流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細闡述。
當前監(jiān)控系統(tǒng)中的通訊軟件，通常又稱為通訊歸約，大多采用冷備連接方式。也就是正常運行時僅基于一個可用的通訊通道建立一條連接用于傳輸通訊數據。如果發(fā)生通訊故障，則關閉原有的連接。切換到另一個通訊通道，建立一個新的連接，代替原有的連接傳輸數據。圖1是采用冷備連接方式的通訊規(guī)約軟件的流程示意圖。由于重新建立連接的時延比較大，這個過程中有可能丟失數據，并且沒有辦法能夠有效幫助判斷是否發(fā)生了通訊數據的丟失，因此必須重新同步數據，從而造成了巨大的額外通訊開銷。更為麻煩的是，在一次數據收發(fā)過程中有可能存在本地數據的多次訪問操作，那么一旦在一次通訊過程中發(fā)生通訊故障，那么可能出現本地數據的某些訪問操作已經完成，而另一些則沒有完成，那么當重新建立了有效的連接之后，不管數據傳輸是從本地數據的訪問尚未開始還是本地數據的訪問已經全部完成的狀態(tài)繼續(xù)，都會存在問題，前者會造成通訊數據重復，后者則會造成通訊數據丟失。此時，唯一的方法就是重新傳輸全部數據，因此，重新同步的過程以及由此帶來的巨大的額外通訊開銷依然是不可避免的。
為了解決這一問題，必須能夠對當前的狀態(tài)進行表征，并且對是否發(fā)生失步進行判斷。為了做到這一點，這里通過引入數據庫的相關概念，對通訊程序的框架進行規(guī)范和限制。首先，將對一條連接的操作過程稱為一條控制流，并將控制流訪問的數據按作用分為三類。
本地數據，也就是控制流根據通訊收發(fā)的訊息和應用需求而進行處理的當前應用數據的集合。這類數據的處理不涉及數據傳輸過程。
連接狀態(tài)數據，用于表征控制流的當前連接狀態(tài)。一旦當前連接的狀態(tài)發(fā)生變化， 例如因為通訊故障而失效，或者重新連接成功而新建一個有效的連接，那么將更新連接狀態(tài)數據。
通訊數據，這包擴控制流依據本地數據狀態(tài)生成的符合一定格式的待發(fā)送數據、 接收到的待分析數據以及收發(fā)過程使用的一些暫存數據等，主要用于保障數據傳輸的正確和高效。
如果控制流對這三類數據的訪問操作的順序沒有任何限制，訪問過程相互交錯并且摻雜在一塊，那么一旦發(fā)生通訊故障，就沒有辦法清楚地區(qū)分哪些數據已經被訪問過，哪些還沒有，也就不能確定是否發(fā)生了失步，以及重新建立連接后是否需要重新同步數據。為了解決這個問題，這里引入數據庫領域的事務的概念。事務是由一組操作組成的一個不成分割的原子過程，即該過程中的所有操作要么全部完成，要么一個都不發(fā)生。通過使用事務這個概念，可以對操作進行劃分，并定義相應的狀態(tài)。這里定義兩種事物類型。
數據事務。數據事務完全由一組對本地數據的操作組成，其中不涉及任何通訊操作，也就是在一個數據事務中不允許訪問任何通訊數據以及連接狀態(tài)數據。
通訊事務。通訊事務由數據準備并發(fā)送——數據接受并分析——連接狀態(tài)更新這幾個步驟組成，圖2是通訊事務的流程示意圖。其中前兩個步驟涉及一系列通訊數據操作， 而第三個步驟存在連接狀態(tài)數據的更新，同樣，在一個通訊事務過程中不允許訪問任何本地數據。
規(guī)定控制流的每一個輪次均由兩個事務組成，首先是一個通訊事務，然后是一個數據事務。而控制流即為這種輪次的不斷循環(huán)。如果一個輪次的通訊是正常的，那么當這一輪次全部完成，也就是通訊事務和數據事務依次正確完成時，控制流在通訊事務中成功的完成了上一個狀態(tài)的數據的發(fā)送以及應答的接收，而連接狀態(tài)數據保持不變，并且通過完成數據事務而將本地數據更新到下一個狀態(tài)。如果在通訊事務中出現了問題，例如通訊故障導致連接失效，那么連接狀態(tài)數據將隨之做相應的更新，但在同一個輪次接下來的數據事務中不允許修改任何本地數據，本地數據將保持為前一個狀態(tài)不變。這樣，通過把通訊數據和非通訊數據隔離，并以事務為單位進行操作。保證了不管連接狀態(tài)是否發(fā)生變化，本地數據要么處于上一個狀態(tài)，要么更新為下一個狀態(tài)，而不會處于更新中的一個中間狀態(tài)。 當通訊故障后一個有效的連接被重新建立，如果此時本地數據狀態(tài)沒有發(fā)生變化，并且通訊雙方都可以確認這一點，那么就可以確定雙方并沒有失步，因而不需要通過重新傳輸全部的數據來重新同步，只需要接著剛才沒有變化的本地數據狀態(tài)繼續(xù)傳輸數據即可，此時傳輸的正是控制流原來傳輸但沒有傳輸成功的數據。也就相當于重傳上一次的數據而已， 這就保證了連接重建的過程中沒有丟失數據。
這里還有兩個小問題，一方面由于通訊故障類型多樣，可能發(fā)生在發(fā)送數據的過程中，也可能發(fā)生在接收應答的過程中。如果是發(fā)生在發(fā)送數據的過程中，對方尚未收到， 那么再次發(fā)送同樣的數據，對于對方來說，就相當于第一次發(fā)送一樣，沒有任何問題。但是如果發(fā)生在接收對方應答的過程中，那么對方已經收到了上次的數據，再次發(fā)送就會導致收到重復的數據，在沒有判別和應對的情況下，就會進而導致重復處理數據的問題。另一方面，雖然可以基于事務的概念定義數據狀態(tài)，但是還必須通訊雙方有辦法確定狀態(tài)是否一致才能夠判斷是否發(fā)生了失步。不過考慮到現在本地數據的操作具有原子性，要么處于處理前狀態(tài)，要么處于處理完狀態(tài)，不會處于中間狀態(tài)，這兩個問題都變得很容易解決。一個有效的方法就是對本地數據的狀態(tài)進行標識，最簡單的方式可以采用循環(huán)遞增計數，當然也可以采用其它方式，只要保證每一輪次本地數據處理前和處理完的狀態(tài)標識不同就可以了。每一輪次傳輸數據的同時將本地數據的狀態(tài)標識攜帶傳輸，而對方只要比較連續(xù)兩次傳輸來的數據攜帶的狀態(tài)標識是否相同就可以確定是否是重復的數據。如果重復，丟棄不處理即可。這樣就有效避免了重復處理數據的問題。
當原來的通訊連接因為通訊故障而失效，并且重新建立了有效的通訊連接之后， 接收方可以比較上次記錄下的狀態(tài)標識和新接收到的狀態(tài)標識，如果一致，那么說明收到了重復的數據，直接丟棄，下一次將是有效的數據；如果連續(xù)遞增，那么說明收到的正好是需要的數據。這兩種情況下，都沒有發(fā)生失步，不需要重新同步，直接繼續(xù)原先的通訊流程即可。而如果不是這兩種情況，那么確實發(fā)生了通訊失步，出現了通訊數據丟失，必須通過重新發(fā)送全部數據以實現數據同步。圖3是控制流流程的示意圖。
通過劃分事務并且對比狀態(tài)標識的方法，在通訊出現故障并且重新建立通訊連接之后，可以有效地判斷通訊雙方是否發(fā)生了通訊失步，從而避免在未失步的情況下重新傳輸全部數據而帶來的不必要的巨大額外通訊開銷。特別是在網絡不穩(wěn)定的情況下，會出現頻繁通斷的狀況，如果每次故障后重新連接都需要重新同步數據，那么頻繁同步數據帶來的通訊開銷幾乎是不可接受的，并且可能造成重要信息傳輸的嚴重延誤，埋下隱患。文中提出的這種重連接方式可以幫助避免這一狀況，從而非常適用于網絡狀況不好的環(huán)境。
本發(fā)明提出一種適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)的通訊規(guī)約的重連接方法，通過引入數據庫領域中事務的概念，將通訊數據和非通訊數據的操作完全隔離，并且設定合理的事務類型和操作流程，再通過添加和比較狀態(tài)標識，有效判斷發(fā)生通訊故障的通訊雙方在重新建立有效連接后是否發(fā)生失步，從而避免在未失步的情況下仍然進行數據重新同步以及由此帶來的不必要的巨大通訊開銷。由于這種方式有助于在網絡頻繁通斷的情況下，盡可能減少不必要的數據同步，因而尤其適用于網絡狀況不穩(wěn)定的環(huán)境。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但具體實施例和附圖并不是用來限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內，自當可作各種變化或潤飾，但同樣在本發(fā)明的保護范圍之內。因此本發(fā)明的保護范圍應當以本申請的權利要求保護范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其特征在于將對一條連接的操作過程稱為一條控制流，所述控制流訪問的數據分為本地數據、連接狀態(tài)數據、通訊數據；控制流的每一個輪次均由兩個事務組成，通訊事務和數據事務；控制流即為這種輪次的不斷循環(huán)，如果一個輪次的通訊是正常的，那么當這一輪次全部完成，也就是通訊事務和數據事務依次正確完成時，控制流在通訊事務中成功的完成了上一個狀態(tài)的數據的發(fā)送以及應答的接收，而連接狀態(tài)數據保持不變，并且通過完成數據事務而將本地數據更新到下一個狀態(tài)；如果在通訊事務中出現了問題，那么連接狀態(tài)數據將隨之做相應的更新，但在同一個輪次接下來的數據事務中不允許修改任何本地數據，本地數據將保持為前一個狀態(tài)不變；當通訊故障后一個有效的連接被重新建立，如果此時本地數據狀態(tài)沒有發(fā)生變化，那么當前本地并沒有失步，則接著剛才沒有變化的本地數據狀態(tài)繼續(xù)傳輸數據即可。
2.根據權利要求1所述的適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其特征在于所述本地數據，也就是控制流根據通訊收發(fā)的訊息和應用需求而進行處理的當前應用數據的集合；所述連接狀態(tài)數據，用于表征控制流的當前連接狀態(tài)；所述通訊數據，包括控制流依據本地數據狀態(tài)生成的符合一定格式的待發(fā)送數據、接收到的待分析數據以及收發(fā)過程使用的一些暫存數據。
3.根據權利要求1所述的適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其特征在于所述事務是由一組操作組成的一個不成分割的原子過程，即該過程中的所有操作要么全部完成，要么一個都不發(fā)生。
4.根據權利要求3所述的適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其特征在于所述數據事務，完全由一組對本地數據的操作組成，其中不涉及任何通訊操作，也就是在一個數據事務中不允許訪問任何通訊數據以及連接狀態(tài)數據；所述通訊事務，由數據準備并發(fā)送——數據接受并分析——連接狀態(tài)更新這幾個步驟組成，在一個通訊事務過程中不允許訪問任何本地數據。
5.根據權利要求1至4之一所述的適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其特征在于對本地數據的狀態(tài)進行標識，采用循環(huán)遞增計數，每一輪次傳輸數據的同時將本地數據的狀態(tài)標識攜帶傳輸，而對方只要比較連續(xù)兩次傳輸來的數據攜帶的狀態(tài)標識是否相同就可以確定是否是重復的數據；如果重復，丟棄不處理即可。
6.根據權利要求1至4之一所述的適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約的重連接方法，其特征在于當原來的通訊連接因為通訊故障而失效，并且重新建立了有效的通訊連接之后，接收方可以比較上次記錄下的狀態(tài)標識和新接收到的狀態(tài)標識，如果一致，那么說明收到了重復的數據，直接丟棄，下一次將是有效的數據；如果連續(xù)遞增，那么說明收到的正好是需要的數據；這兩種情況下，都可以判斷沒有發(fā)生失步，不需要重新同步，直接繼續(xù)原先的通訊流程即可。
全文摘要
本發(fā)明提出一種適用于軌道交通現代監(jiān)控系統(tǒng)的通訊規(guī)約軟件的重連接技術，通過引入數據庫領域中事務的概念，將通訊數據和非通訊數據的操作完全隔離，并且設定合理的事務類型和操作流程，再通過添加和比較狀態(tài)標識，有效判斷發(fā)生通訊故障的通訊雙方在重新建立有效連接后是否發(fā)生失步，從而避免在未失步的情況下仍然進行數據重新同步以及由此帶來的不必要的巨大通訊開銷。由于這種方式有助于在網絡頻繁通斷的情況下，盡可能減少不必要的數據同步，因而尤其適用于網絡狀況不穩(wěn)定的環(huán)境。
文檔編號G05B9/03GK102508430SQ20111029531
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2011年9月29日
發(fā)明者戴宏斌 申請人:南京國電南自軌道交通工程有限公司