專利名稱：高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信技術領域，尤其涉及一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
鐵路是我國主要的運輸手段，為了滿足國內(nèi)日益增長的快速鐵路客運服務需要， 列控中心(Train Control Center，簡稱TCC)在中國鐵路控制系統(tǒng)中的作用愈顯重要。列控中心根據(jù)軌道電路區(qū)段占用信息、聯(lián)鎖進路信息，再加上調度集中控制系統(tǒng)(Centralized Traffic Control System，簡稱CTC)下發(fā)的臨時限速信息，產(chǎn)生列車行車許可命令報文，發(fā)送到車載系統(tǒng)上。行車許可報文是控制列車運行命令，信息的正確性直接影響到行車的安全，利用歐標SUBSET-036中所描述的報文擾碼算法來保證信息的正確性。現(xiàn)有報文編制過程現(xiàn)有以下2種方案1、開發(fā)獨立報文編制軟件工具，通過該軟件將行車報文進行編碼，并將其保存到列控中心設備，供主控系統(tǒng)讀?。?、直接將報文編碼軟件算法移植到列控中心主控軟件，根據(jù)條件生成報文并進行編碼后發(fā)送給車載系統(tǒng)?，F(xiàn)有方案1中由獨立軟件編制報文，主控直接讀取編碼報文進行控車，雖然主控處理過程比較簡便，但是也存在很多弊端。首先，報文編制過程非常復雜，要分析并羅列出現(xiàn)場所有情況的報文信息，然后需要專門的團隊來進行編碼，并保證其編碼過程的正確性； 第二，編碼的工作量很大，每個車站情況都有所不同，報文編碼的工作量很大；第三，應用信息局限性，報文需要人工羅列，部分信息比如速度、長度等分辨率會很低?，F(xiàn)有方案2中可以實現(xiàn)自動編碼功能，由于編碼算法運算量比較大，必定占用很大處理器資源對實時控制的安全設備來說存在很大的風險。綜上，現(xiàn)有方案編碼處理效果較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)和方法，解決了現(xiàn)有方案編碼處理效果較差的問題。一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)，包括列控中心主控設備和接口編碼板，所述列控中心主控設備與所述接口編碼板之間通過分散外圍總線(DP總線)相連；所述接口編碼板一端通過所述DP總線與所述列控中心主控設備相連，另一端與軌旁電子單元相連；所述列控中心主控設備，用于生成列車行車許可命令報文，并通過所述報文傳輸接口將生成的列車行車許可命令報文發(fā)送給所述接口編碼板；所述接口編碼板，用于接收所述列控中心主控設備通過所述報文傳輸接口發(fā)送的列車行車許可命令報文，并根據(jù)預置的算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼，將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送給所述軌旁電子單元(LEU)。優(yōu)選的，所述DP總線支持830位或1023位列車行車許可命令報文的傳輸。優(yōu)選的，所述接口編碼板包括結構相同的第一套電路和第二套電路共兩套電路， 所述第一套電路與所述第二套電路均為二取二電路，所述第一套電路和所述第二套電路共同構成二乘二取二電路，所述第一套電路的CPU與所述第二套電路的CPU通過串行總線連接。優(yōu)選的，所述第一套電路的CPU與所述第二套電路的CPU具體為FPGA。本發(fā)明還提供了一種高速鐵路實時生成應答器報文的方法，包括列控中心主控設備生成列車行車許可命令報文，并將所述列車行車許可命令報文發(fā)送給接口編碼板；所述接口編碼板根據(jù)預置的編碼算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼，并將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送至LEU。優(yōu)選的，所述列控中心主控設備生成列車行車許可命令報文包括所述列控中心主控設備根據(jù)軌道電路區(qū)段物理數(shù)據(jù)、占用信息、進路信息、線路信息以及臨時限速信息生成列車行車許可命令報文。優(yōu)選的，所述列控中心主控設備生成的列車行車許可命令報文的大小為830位 (bit)或 1023bit。優(yōu)選的，所述接口編碼板根據(jù)預置的編碼算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼包括在所述列控中心主控設備發(fā)送的列車行車許可命令報文為830bit時，將所述列車行車許可命令報文編碼為1023bit，并將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送至LEU。優(yōu)選的，上述高速鐵路實時生成應答器報文的方法還包括所述接口編碼板在所述列控中心主控設備發(fā)送的列車行車許可命令報文為 1023bit時，透傳所述列車行車許可命令報文給所述LEU。本發(fā)明提供了一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)和方法，列控中心主控設備生成列車行車許可命令報文，并將所述列車行車許可命令報文發(fā)送給接口編碼板，所述接口編碼板根據(jù)預置的編碼算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼，并將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送至LEU，由專門用于編碼的接口編碼板完成對列車行車許可命令報文的編碼轉發(fā)，實現(xiàn)了高效編碼，保證了系統(tǒng)的實時性，解決了現(xiàn)有方案編碼處理效果較差的問題。


圖1為本發(fā)明的實施例一提供的一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)的結構示意圖；圖2為圖1中接口編碼板內(nèi)部二取二電路中的一套電路的結構示意圖；圖3為以FPGA為CPU的二取二電路中的一套電路的結構示意圖；圖4為本發(fā)明的實施例提供的一種速鐵路實時生成應答器報文的方法流程圖；圖5為圖3所示二取二電路按照Subset036步驟完成運算的原理示意圖。
具體實施例方式報文編制過程有以下兩種現(xiàn)有方案1、開發(fā)獨立報文編制軟件工具，通過該軟件將行車報文進行編碼，并將其保存到列控中心設備，供主控系統(tǒng)讀?。?、直接將報文編碼軟件算法移植到列控中心主控軟件，根據(jù)條件生成報文并進行編碼后發(fā)送給車載系統(tǒng)?，F(xiàn)有方案1中由獨立軟件編制報文，主控直接讀取編碼報文進行控車，雖然主控處理過程比較簡便，但是也存在很多弊端。首先，報文編制過程非常復雜，要分析并羅列出現(xiàn)場所有情況的報文信息，然后需要專門的團隊來進行編碼，并保證其編碼過程的正確性； 第二，編碼的工作量很大，每個車站情況都有所不同，報文編碼的工作量很大；第三，應用信息局限性，報文需要人工羅列，部分信息比如速度、長度等分辨率會很低。現(xiàn)有方案2中可以實現(xiàn)自動編碼功能，由于編碼算法運算量比較大，必定占用很大處理器資源對實時控制的安全設備來說存在很大的風險。為了解決上述問題，本發(fā)明的實施例提供了一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)和方法。下文中將結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。首先結合附圖，對本發(fā)明的實施例一進行說明。本發(fā)明實施例提供了一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)，其結構如圖1所示，包括列控中心主控設備101和接口編碼板102，所述列控中心主控設備101與所述接口編碼板102之間通過DP總線相連，采用Profisafe安全協(xié)議。所述列控中心主控設備101包括兩套完全一樣的二取二電路，共同構成一二乘二取二電路結構。其中一套二取二電路的結構如圖2所示，實時組幀模塊有兩塊電路板組成 通信板和編碼板。通信板主要負責實現(xiàn)列控中心與LEU之間的通信協(xié)議，編碼板主要負責應答器報文的編碼實現(xiàn)。所有電路相同，但電氣上必須進行隔離，所以選擇兩套對稱的電路。兩路CPU、網(wǎng)卡、DP從站控制器、接口編碼板都是相同的元器件，兩個CPU之間采用串行通信進行數(shù)據(jù)的二取二比較，雙CPU采用任務級同步。優(yōu)選的，圖1所示高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)還包括CTC自律機、CTC調度中心、計算機聯(lián)鎖上位機、計算機聯(lián)鎖下位機、軌旁電子單元(LEU)和有源應答器。所述接口編碼板102 —端通過所述DP總線與所述列控中心主控設備101相連，另一端與LEU相連；所述列控中心主控設備101，用于生成列車行車許可命令報文，并通過所述報文傳輸接口將生成的列車行車許可命令報文發(fā)送給所述接口編碼板102 ；所述接口編碼板102，用于接收所述列控中心主控設備101通過所述報文傳輸接口發(fā)送的列車行車許可命令報文，并根據(jù)預置的算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼，將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送給所述LEU。下面結合附圖，對本發(fā)明的實施例二進行說明。本發(fā)明實施例提供了一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)，具體的，以現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)作為圖2所示二取二電路中的CPU，如圖3所示，為符合二取二的系統(tǒng)結構，F(xiàn)PGA的電路也采用對稱硬件結構，保證電路的相對獨立性。兩個FPGA有各自的電源、晶振、配置芯片、JTAG(標準的JTAG接口是4線TMS、TCK、TDI、TD0，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線)口，JTAG要設計成下載和調試并用的模式，便于開發(fā)后的驗證。下面結合圖1、圖2及圖3所示的由二取二電路構成的高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)，對使用本發(fā)明的實施例所提供的一種高速鐵路實時生成應答器報文的方法來生成應答器報文的流程進行說明。以圖3所示的二取二電路為例，生成應答器報文的流程如圖4所示，包括步驟401、列控中心主控設備生成列車行車許可命令報文，并將所述列車行車許可命令報文發(fā)送給接口編碼板；本步驟中，列控中心主控設備101根據(jù)軌道電路區(qū)段占用信息、進路信息、線路信息，以及臨時限速信息，產(chǎn)生列車行車許可命令報文。報文的組成是由靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)兩部分，靜態(tài)數(shù)據(jù)是鐵路線路固有的物理數(shù)據(jù)比如坡度、曲率等等，動態(tài)數(shù)據(jù)是線路當前的運營情況比如臨時限速、占用情況，進路信息等，這兩部分同時決定了行車許可命令報文。列控中心主控設備每周期向接口編碼板下發(fā)一幀數(shù)據(jù)，如，每50ms向接口編碼板發(fā)送一幀數(shù)據(jù)(每幀只能傳108個字節(jié)，每個有源應答器對應1 個字節(jié)，還有校驗字節(jié)及幀頭幀尾等信息)，共5幀完成4個有源應答器的數(shù)據(jù)，即對于列控中心主控設備來說是每 250ms向接口編碼板連續(xù)發(fā)送分別對應4個有源應答器的報文。步驟402、所述接口編碼板根據(jù)預置的編碼算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼，并將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送至LEU ；本步驟中，接口編碼板組包4個應答器數(shù)據(jù)后，將收到的830位原始報文信息轉化為1023位編碼后報文將其發(fā)送給LEU ；而如果接收到的原始報文信息為1023位，則直接轉發(fā)給LEU。之后，由LEU向4個有源應答器發(fā)送相應的報文。優(yōu)選的，在以FPGA完成編碼運算時，接口編碼板的報文編碼算法采用基于 DSP (Digital Signal Processing，簡稱DSP)和FPGA的方法，F(xiàn)PGA代碼實現(xiàn)采用標準硬件描述語目(Very-High-Speed Integrated CircuitHardwareDescription Language，簡禾爾 VHDL)，實現(xiàn)過程采用流水線的方法，將編碼時間減少為2 3毫秒，DSP主要實現(xiàn)與列控中心主控之間的通信。編碼算法嚴格按照SubSet036步驟進行，算法實現(xiàn)流程如圖5所示。編碼算法的實現(xiàn)用VHDL語言來實現(xiàn)，一共有接收數(shù)據(jù)、計算求和報文、計算擾碼寄存器初始值、循環(huán)擾碼、10轉11、計算85位余項、四個條件校驗等算法模塊。其計算過程如圖5所示，12位擾碼種子，再加上10修正碼，一共有22位變化，即每條報文如果不進行篩選的話一共有4096K的報文，我們要從這4百萬次擾碼過程中，選出符合解碼要求的報文。編碼算法速度決定影響著系統(tǒng)控制的實時性，對于FPGA來說它的資源有邏輯單元、鎖相環(huán)、內(nèi)存塊、IO 口、集成運算內(nèi)核，以及內(nèi)部布線資源。充分、合理地利用好這些內(nèi)部資源是編碼算法實現(xiàn)的一個重要保障。具體解決方法如下1、用鎖相環(huán)進行倍頻、分頻，實現(xiàn)所需要的計算頻率；2、用內(nèi)存塊來存儲查找表；3、利用卡諾圖化簡邏輯運算式；4、利用其內(nèi)部集成運算內(nèi)核來實現(xiàn)快速簡潔地算法；5、將大塊的算法分割成具體若干小部分，利用流水線方式實現(xiàn)，來節(jié)約內(nèi)部的布線資源；6、設計C語言程序生成大量重復、需要復雜化簡的VHDL語言。本發(fā)明的實施所涉及的有源應答器實際是列控中心(主要包括列控中心主控設備與接口編碼板，LEU是接口模塊與應答器通信的驅動器)與車載設備通信的一個天線，一個接口編碼板可以控制4個有源應答器，每個有源應答器功能不同，所以報文也是不同，具體報文的內(nèi)容由列控中心主控設備來控制。接口編碼板每周期向列控中心主控設備上傳一幀狀態(tài)數(shù)據(jù)，一共兩幀，一幀本CPU 的狀態(tài)數(shù)據(jù)，第二幀上傳鄰CPU的狀態(tài)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的實施例提供了一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)和方法，列控中心主控設備生成列車行車許可命令報文，并將所述列車行車許可命令報文發(fā)送給接口編碼板，所述接口編碼板根據(jù)預置的編碼算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼，并將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送至LEU，由專門用于編碼的接口編碼板完成對列車行車許可命令報文的編碼轉發(fā)，實現(xiàn)了高效編碼，保證了系統(tǒng)的實時性，解決了現(xiàn)有方案編碼處理效果較差的問題。將報文生成和報文編碼分成獨立的模塊，即列控中心主控根據(jù)軌道電路區(qū)段占用信息、進路信息、線路信息，以及臨時限速信息，產(chǎn)生列車行車許可命令報文，然后發(fā)給報文接口編碼板進行編碼后發(fā)送給車載設備。整個系統(tǒng)基于二取二乘2的列控系統(tǒng)，從上至下，每一步都采取了故障-安全設計理念。保證了整個系統(tǒng)安全，列控中心主控二取二后將報文下發(fā)接口編碼板，接口編碼板將報文編碼，并將編碼狀態(tài)上傳列控中心，二取二比較后將報文下發(fā)給LEU。列控中心發(fā)現(xiàn)編碼失敗，會將臨時限速區(qū)域長度加1，再下發(fā)接口編碼板編碼。接口編碼板的一般情況會在 1-3毫秒左后完成編碼，換言之，如果讓編碼板遍歷編碼過程，會每隔1-3毫秒就出現(xiàn)一條正常的編碼報文，滿足整個列控系統(tǒng)的報文發(fā)送的實時性、安全性要求。本領域普通技術人員可以理解上述實施例的全部或部分步驟可以使用計算機程序流程來實現(xiàn)，所述計算機程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質中，所述計算機程序在相應的硬件平臺上(如系統(tǒng)、設備、裝置、器件等)執(zhí)行，在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用集成電路來實現(xiàn)，這些步驟可以被分別制作成一個個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結合。上述實施例中的各裝置/功能模塊/功能單元可以采用通用的計算裝置來實現(xiàn)， 它們可以集中在單個的計算裝置上，也可以分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡上。上述實施例中的各裝置/功能模塊/功能單元以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。上述提到的計算機可讀取存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所述的保護范圍為準。
權利要求
1.一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)，其特征在于，包括列控中心主控設備和接口編碼板，所述列控中心主控設備與所述接口編碼板之間通過DP總線相連；所述接口編碼板一端通過所述DP總線與所述列控中心主控設備相連，另一端與軌旁電子單元相連；所述列控中心主控設備，用于生成列車行車許可命令報文，并通過所述報文傳輸接口將生成的列車行車許可命令報文發(fā)送給所述接口編碼板；所述接口編碼板，用于接收所述列控中心主控設備通過所述報文傳輸接口發(fā)送的列車行車許可命令報文，并根據(jù)預置的算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼，將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送給所述軌旁電子單元(LEU)。
2.根據(jù)權利要求1所述的高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)，其特征在于，所述DP 總線支持830位或1023位列車行車許可命令報文的傳輸。
3.根據(jù)權利要求1所述的高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)，其特征在于，所述接口編碼板包括結構相同的第一套電路和第二套電路共兩套電路，所述第一套電路與所述第二套電路均為二取二電路，所述第一套電路和所述第二套電路共同構成二乘二取二電路， 所述第一套電路的CPU與所述第二套電路的CPU通過串行總線連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的高速鐵路實時生成應答報文的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一套電路的CPU與所述第二套電路的CPU具體為FPGA。
5.一種高速鐵路實時生成應答器報文的方法，其特征在于，包括列控中心主控設備生成列車行車許可命令報文，并將所述列車行車許可命令報文發(fā)送給接口編碼板；所述接口編碼板根據(jù)預置的編碼算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼，并將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送至LEU。
6.根據(jù)權利要求5所述的高速鐵路實時生成應答器報文的方法，其特征在于，所述列控中心主控設備生成列車行車許可命令報文包括所述列控中心主控設備根據(jù)軌道電路區(qū)段物理數(shù)據(jù)、占用信息、進路信息、線路信息以及臨時限速信息生成列車行車許可命令報文。
7.根據(jù)權利要求5所述的高速鐵路實時生成應答器報文的方法，其特征在于，所述列控中心主控設備生成的列車行車許可命令報文的大小為830位(bit)或1023bit。
8.根據(jù)權利要求7所述的高速鐵路實時生成應答器報文的方法，其特征在于，所述接口編碼板根據(jù)預置的編碼算法對所述列車行車許可命令報文進行編碼包括在所述列控中心主控設備發(fā)送的列車行車許可命令報文為830bit時，將所述列車行車許可命令報文編碼為1023bit，并將編碼后的列車行車許可命令報文發(fā)送至LEU。
9.根據(jù)權利要求7所述的高速鐵路實時生成應答器報文的方法，其特征在于，該方法還包括所述接口編碼板在所述列控中心主控設備發(fā)送的列車行車許可命令報文為102;3bit 時，透傳所述列車行車許可命令報文給所述LEU。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高速鐵路實時生成應答器報文的系統(tǒng)和方法。涉及通信技術領域；解決了現(xiàn)有方案編碼處理效果較差的問題。該系統(tǒng)包括列控中心主控設備和接口編碼板，所述列控中心主控設備與所述接口編碼板之間通過分散外圍總線相連；所述接口編碼板一端通過所述DP總線與所述列控中心主控設備相連，另一端與軌旁電子單元相連。本發(fā)明提供的技術方案適用于鐵路運輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了高可靠性高效的列車實時控制。
文檔編號H04L1/00GK102437898SQ20111042170
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者何春明, 倪松華, 史增樹, 孫寧先, 王連福 申請人:北京和利時系統(tǒng)工程有限公司