一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法及系统，通过硬件电路实现控制单元的冗余切换，通过多路复用技术实现控制单元无缝接管控制权，通过冗余切换状态机保障通信单元的主备冗余切换，能够在任意时刻实现控制单元热备冗余通信单元也热备冗余的状态，极大的提高了设备的可靠性和可用性。极大的提高了设备的可靠性和可用性。极大的提高了设备的可靠性和可用性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法及系统


[0001]本专利技术涉及铁路交通
，尤其涉及一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法及系统。

技术介绍

[0002]已知安全列尾设备的安全数据传输基于安全通信协议SUBSET037实现，为了满足实际应用，列尾设备的内部结构分为数据采集单元和数据传输单元，其中数据采集单元承担了列车完整性数据的安全可靠采集，承担SFM(安全功能模块)层的功能，进行安全数据的防护和传输，数据传输单元仅实现对数据的透传功能，承担CFM层的功能。
[0003]在目前的数据传输单元的设计中，采用单CPU单通信电台的方式实现，随着系统可靠性和可用性的要求逐步提高，单机通信已经不能满足当前安全列尾设备的应用需求。
[0004]当前单机控制单机通信存在的缺陷如下：
[0005]1)仅由单机控制，若CPU出现硬件故障，则系统无法正常功能。
[0006]2)仅由单电台进行通信，若电台故障，则数据传输中断。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法及系统，通过冗余的设计，提升系统工作的可靠性和可用性。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法，包括：
[0010]设置双路控制单元实现热备冗余控制，双路控制单元采用竞争机制，决定主备状态，在运行过程中处于主用状态的控制单元发生故障，则双路控制单元执行主备状态的切换；
[0011]设置双路通信单元实现主备冗余通信，并通过接口复用技术，实现任一处于主用状态的控制单元对双路通信单元的状态控制以及主备切换的无缝控制。
[0012]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过硬件电路实现控制单元的冗余切换，通过多路复用技术实现控制单元无缝接管控制权，通过冗余切换状态机保障通信单元的主备冗余切换，能够在任意时刻实现控制单元热备冗余通信单元也热备冗余的状态，极大的提高了设备的可靠性和可用性。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的一些实施例，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。
[0014]图1为本专利技术实施例提供的一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的原理
图；
[0015]图2为本专利技术实施例提供的双机热备仲裁电路示意图；
[0016]图3为本专利技术实施例提供的工作时序图；
[0017]图4为本专利技术实施例提供的通信单元主备状态的无缝切换控制方案示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。
[0019]首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
[0020]术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
[0021]除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
[0022]下面对本专利技术所提供的一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法进行详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本专利技术实施例中所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0023]如图1所示，为本专利技术实施例提供的一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法的原理图，主要包括：
[0024]设置双路控制单元实现热备冗余控制，双路控制单元采用竞争机制，决定主备状态，在运行过程中处于主用状态的控制单元发生故障，则双路控制单元执行主备状态的切换；
[0025]设置双路通信单元实现主备冗余通信，并通过接口复用技术，实现任一处于主用状态的控制单元对双路通信单元的状态控制以及主备切换的无缝控制。
[0026]为了更加清晰地展现出本专利技术所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面针对双路控制单元与双路通信单元的冗余方案、以及相关的接口复用技术方案做详细介绍。
[0027]一、双路控制单元热备冗余控制。
[0028]本专利技术实施例中，引入硬件电路来决定主备状态，主要包括：
[0029]1)双路控制单元的输出端各自连接硬件电路中可重复性单稳态触发器一个输入端。
[0030]2)上电启动后，每一控制单元独自生成随机数的延时，到达延时时间后输出相应
信号。
[0031]3)可重复性单稳态触发器接收到控制单元输出的信号后，产生两路仲裁输出信号。其中对应于先输出信号的控制单元而言，仲裁输出信号为低电平，仲裁相应控制单元为主用状态，另一控制单元仲裁输出信号为高电平，仲裁为备用状态；如果未收到某一控制单元输出的信号，则仲裁有故障状态。双路控制单元包括第一控制单元与第二控制单元，如果双路控制单元的输出信号同时到达可重复性单稳态触发器，则固定配置第一控制单元为主用状态，当然，也可以固定配置第二控制单元为主用状态。
[0032]如图2所示，为引入的硬件电路(双机热备仲裁电路)示意图。本专利技术实施例中，采用心跳检测方法检测双路控制单元的存活状态，从而判断控制单元是否发生故障；所述心跳检测方法是指设定时间间隔内，向外传播自身的存活状态，并且检测其他节点的存活状态。
[0033]图2中，将第一控制单元与第二控制单元简称为A机与B机，具体的可以通过两个CPU实现。PTA和PTB分别为A机与B机发出的状态信号(也即存活状态的信号)，机器正常时为高电平，出现故障时为低电平。Arbitration_TO_AJ，Arbitration_TO_BJ为对应于A机，B机的仲裁输出信号，引导引到A机，B机的输入引脚；仲裁输出信号低电平为主机，高电平为备机或故障机。真值表如表1所示。
[0034]PTAPTBArbitration_TO_AJArbitration_TO_BJENA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法，其特征在于，包括：设置双路控制单元实现热备冗余控制，双路控制单元采用竞争机制，决定主备状态，在运行过程中处于主用状态的控制单元发生故障，则双路控制单元执行主备状态的切换；设置双路通信单元实现主备冗余通信，并通过接口复用技术，实现任一处于主用状态的控制单元对双路通信单元的状态控制以及主备切换的无缝控制。2.根据权利要求1所述的一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法，其特征在于，引入硬件电路来决定主备状态以及判断控制单元是否发生故障，包括：双路控制单元的输出端各自连接硬件电路中可重复性单稳态触发器一个输入端；上电启动后，每一控制单元独自生成随机数的延时，到达延时时间后输出相应信号；可重复性单稳态触发器接收到控制单元输出的信号后，产生两路仲裁输出信号；其中对应于先输出信号的控制单元而言，仲裁输出信号为低电平，仲裁相应控制单元为主用状态，另一控制单元仲裁输出信号为高电平，仲裁为备用状态；如果未收到某一控制单元输出的信号，则仲裁有故障状态。3.根据权利要求1所述的一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法，其特征在于，双路控制单元包括第一控制单元与第二控制单元，如果双路控制单元的输出信号同时到达可重复性单稳态触发器，则固定配置第一控制单元为主用状态。4.根据权利要求1所述的一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法，其特征在于，所述通过接口复用技术，实现任一控制单元对双路通信单元的无缝切换、状态控制以及主备切换的控制包括：通过接口复用技术将双路控制单元与双路通信单元连接，确定主用状态的控制单元后，总线开关切换到主用状态的控制单元接口，主用状态的控制单元与双路通信单元连接，能够实现双路通信单元的状态控制以及主备切换的无缝控制；其中，所述主备切换的无缝控制包括：检测各通信单元工作状态，按照设定的控制逻辑进行通信单元主备状态的无缝切换控制；所述双路通信单元的状态控制包括：按照设定的控制逻辑对双路通信单元的状态进行控制。5.根据权利要求4所述的一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法，其特征在于，所述按照设定的控制逻辑对双路通信单元的状态进行控制包括：对于主用状态的通信单元进行初始化GSM
‑
R网络附着、PDP激活与PPP拨号流程控制；对于备用状态的通信单元仅进行初始化GSM
‑
R网络附着；对于故障状态的通信单元不断重启并尝试初始化GSM
‑
R网络附着。6.根据权利要求4所述的一种应用于列尾设备的冗余控制和冗余通信的方法，其特征在于，所述检测各通信单元工作状态，按照设定的控制逻辑进行通信单元主备状态的无缝切换控制包括：双路通信单元包括第一通信单元与第二通信单元，所处的工作状态分为五种情况：第一种工作状态下，第一通信单元为主用状态，第二通信单元为备用状态；第二种工作状态下，第一通信单元为故障状态，第二通信单元为主用状态；第三种工作状态下，第一通信单元与第二通...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦垭锡，高尚勇，李辉，张秀广，李月明，王开锋，刘畅，付文刚，杨居丰，欧阳智辉，李毅，王洪杨，姜宏敏，唐茂顺，白晓楠，李岸宁，王芳，李旭，张弘毅，王祖元，张玉金，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司北京华铁信息技术有限公司北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：