嵌入式網(wǎng)關(guān)、采用該網(wǎng)關(guān)的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鐵路專用的嵌入式網(wǎng)關(guān)、采用該網(wǎng)關(guān)的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括以太網(wǎng)接口，用于通過以太網(wǎng)與車站服務(wù)器通信；CAN接口，用于通過CAN總線從鐵路的軌道上設(shè)置的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收符合CAN總線協(xié)議的多個(gè)CAN幀；核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，用于基于與每個(gè)所述CAN幀相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)、由這些接收的CAN幀作為消息報(bào)文生成第一消息隊(duì)列，并按該第一消息隊(duì)列中預(yù)定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文以通過所述以太網(wǎng)接口發(fā)送給所述車站服務(wù)器。利用本發(fā)明的嵌入式網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)高速、實(shí)時(shí)、可靠地監(jiān)測(cè)鐵路設(shè)備如道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的狀態(tài)。
【專利說明】嵌入式網(wǎng)關(guān)、采用該網(wǎng)關(guān)的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及鐵路軌道狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著列車運(yùn)行速度的大幅度提高，列車運(yùn)營系統(tǒng)對(duì)鐵路道岔相關(guān)設(shè)備的要求越來越高。道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備是列車運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)備，此設(shè)備能否正常工作將直接影響到列車運(yùn)行安全和運(yùn)營效率。隨著鐵路客運(yùn)專線的建設(shè)和既有線的提速，特別是在高速鐵路大號(hào)碼道岔上，一旦出現(xiàn)故障將嚴(yán)重影響鐵路的運(yùn)營，甚至發(fā)生災(zāi)難性事故。為此，在鐵路線上特別是道岔上布置了大量的傳感器陣列并建立了道岔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)軌道交通線路上關(guān)鍵道岔及其轉(zhuǎn)換設(shè)備，以便實(shí)時(shí)、可靠地監(jiān)測(cè)道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備，為維護(hù)，保養(yǎng)和維修提供決策支持。因此，需要在現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集中，對(duì)大量的現(xiàn)場(chǎng)傳感器測(cè)量信號(hào)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采集，并進(jìn)行高速的濾波和去噪處理，從而獲取相應(yīng)道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的具體工作參數(shù)。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用集中式數(shù)據(jù)采集和處理模式。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中道岔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，現(xiàn)場(chǎng)的傳感器節(jié)點(diǎn)I一 N負(fù)責(zé)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的工作參數(shù)，同時(shí)通過CAN總線直接接入一監(jiān)測(cè)工控機(jī)，從而將所有的道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的具體工作參數(shù)通過CAN總線發(fā)送給工控機(jī)，并由該工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析；同時(shí)用戶也是通過由工控機(jī)提供的診斷界面，操作工控機(jī)將控制命令發(fā)送給相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，如要求傳送某一道岔的狀態(tài)參數(shù)、變更傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣頻率等。然而上述集中式工作模式會(huì)極大的加重工控機(jī)的處理負(fù)擔(dān)，輕則造成數(shù)據(jù)采集的延時(shí)和不同步，無法滿足信號(hào)采集的精度和速度要求，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)導(dǎo)致工控機(jī)的死機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)代表了控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、全開放、全分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，其中控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線是目前應(yīng)用最廣泛的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，而以以太網(wǎng)及TCP/IP協(xié)議為代表的信息網(wǎng)絡(luò)則滿足了社會(huì)各行業(yè)對(duì)更廣泛的信息交換及共享的需求。本發(fā)明正是通過將這種控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)融合在一起，不僅可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)鐵路系統(tǒng)范圍內(nèi)的信息共享，而且提高了鐵路設(shè)備如道岔狀態(tài)的高速和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0005]本發(fā)明目的在于提出一種嵌入式網(wǎng)關(guān)和方法，特別適用于鐵路系統(tǒng)，可以高速、實(shí)時(shí)、可靠地監(jiān)測(cè)鐵路設(shè)備如道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的狀態(tài)。通過使用嵌入式網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)上述CAN總線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)互連，不僅可以使管理深入到現(xiàn)場(chǎng)，而且還為系統(tǒng)組網(wǎng)帶來非常大的方便。
[0006]按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種鐵路專用的嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括:
[0007]以太網(wǎng)接口，用于通過以太網(wǎng)與車站服務(wù)器通信；
[0008]CAN接口，用于通過CAN總線從鐵路的軌道上設(shè)置的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收符合CAN總線協(xié)議的多個(gè)CAN幀；
[0009]核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，用于基于與每個(gè)所述CAN幀相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)、由這些接收的CAN幀作為消息報(bào)文生成第一消息隊(duì)列，并按該第一消息隊(duì)列中預(yù)定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文以通過所述以太網(wǎng)接口發(fā)送給所述車站服務(wù)器。
[0010]優(yōu)選地，所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)通過所述以太網(wǎng)接口從所述車站服務(wù)器接收控制指令，將其轉(zhuǎn)換為符合所述CAN總線協(xié)議的控制指令，將包含該控制指令的第二消息隊(duì)列傳遞到所述CAN接口，以發(fā)送給由該控制指令中包含的傳感器節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)所確定的所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0011]優(yōu)選地，所述CAN接口包括分別用相互隔離的獨(dú)立電源供電的CAN收發(fā)器和CAN控制器以及置于CAN收發(fā)器和CAN控制器之間的光耦。
[0012]優(yōu)選地，所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)包括CAN通信模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊以及以太網(wǎng)通信模塊，
[0013]其中所述CAN通信模塊將所述多個(gè)消息報(bào)文發(fā)送進(jìn)所述第一消息隊(duì)列中，并將該消息隊(duì)列中每個(gè)消息報(bào)文的指針傳遞給一接收緩沖器；所述協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊通過讀取所述接收緩沖區(qū)中的消息報(bào)文指針來讀取第一消息隊(duì)列中的消息幀，以便轉(zhuǎn)換成符合所述另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文；以及所述以太網(wǎng)通信模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)報(bào)文通過以太網(wǎng)發(fā)送給車站服務(wù)器。
[0014]優(yōu)選地，所述接收緩沖器是環(huán)形數(shù)據(jù)緩存器。
[0015]優(yōu)選地，所述第一消息隊(duì)列的長度是可變的，以接受具有可變長度的消息報(bào)文。
[0016]優(yōu)選地，所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)還包括調(diào)度器，用于確定所接收的消息報(bào)文所屬的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，并基于該優(yōu)先級(jí)確定該消息報(bào)文在所述第一消息隊(duì)列中的排列位置。
[0017]優(yōu)選地，所述另一通信協(xié)議是TCP/IP或UDP協(xié)議。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種鐵路信號(hào)通信方法，包括:
[0019]通過連接到CAN總線上的CAN接口從鐵路的軌道上設(shè)置的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收符合CAN總線協(xié)議的CAN幀；
[0020]生成第一消息隊(duì)列，該第一消息隊(duì)列包括作為其消息報(bào)文的CAN巾貞,該消息報(bào)文在該消息隊(duì)列的排列位置取決于與所述消息報(bào)文相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；
[0021]基于該第一消息隊(duì)列中給定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包以通過以太網(wǎng)接口發(fā)送給車站服務(wù)器。
[0022]優(yōu)選地，該方法還包括:通過所述以太網(wǎng)接口從所述車站服務(wù)器接收控制指令，將其轉(zhuǎn)換為符合所述CAN總線協(xié)議的CAN控制指令，發(fā)送包含該CAN控制指令的第二消息隊(duì)列到所述CAN接口以控制由包含在指令中的傳感器節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)所確定的所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0023]優(yōu)選地，該方法還包括:將第一消息隊(duì)列中每個(gè)消息報(bào)文的指針傳遞給一接收緩沖器；通過讀取所述接收緩沖區(qū)中的消息指針來讀取第一消息隊(duì)列中的消息數(shù)據(jù)，以便轉(zhuǎn)換成符合所述另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包。
[0024]優(yōu)選地，所述接收緩沖器是環(huán)形數(shù)據(jù)緩存器。
[0025]優(yōu)選地，所述第一消息隊(duì)列的長度是可變的，以接受具有可變長度的消息報(bào)文。
[0026]優(yōu)選地，所述生成第一消息隊(duì)列的步驟包括確定所接收的消息報(bào)文所屬的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，并基于該優(yōu)先級(jí)確定該消息報(bào)文在所述第一消息隊(duì)列中的排列位置。[0027]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種鐵路專用的嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括:
[0028]處理器，配置為:
[0029]通過連接到CAN總線上的CAN接口從鐵路的軌道上設(shè)置的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收符合CAN總線協(xié)議的CAN幀；
[0030]生成第一消息隊(duì)列，該第一消息隊(duì)列包括作為其消息報(bào)文的CAN巾貞,該消息報(bào)文在該消息隊(duì)列的排列位置取決于與所述消息報(bào)文相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；
[0031]基于該第一消息隊(duì)列中給定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包以通過以太網(wǎng)接口發(fā)送給車站服務(wù)器；以及
[0032]與該處理器耦合的存儲(chǔ)器。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括:連接到CAN總線的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，用于采集鐵道設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)；嵌入式網(wǎng)關(guān)，連接到所述CAN總線以接收所述狀態(tài)參數(shù)；以及通過以太網(wǎng)連接到所述嵌入式網(wǎng)關(guān)的車站服務(wù)器，用于分析通過所述嵌入式網(wǎng)關(guān)傳送的來自傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)并控制所述傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，記錄有機(jī)器可讀的指令，在執(zhí)行時(shí)使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下操作:
[0035]通過連接到CAN總線上的CAN接口從鐵路的軌道上設(shè)置的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收符合CAN總線協(xié)議的CAN幀；
[0036]生成第一消息隊(duì)列，該第一消息隊(duì)列包括作為其消息報(bào)文的CAN巾貞,該消息報(bào)文在該消息隊(duì)列的排列位置取決于與所述消息報(bào)文相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；
[0037]基于該第一消息隊(duì)列中給定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包以通過以太網(wǎng)接口發(fā)送給車站服務(wù)器。
[0038]根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的嵌入式網(wǎng)關(guān)優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)在:增大了鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中CAN節(jié)點(diǎn)即傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。在無中繼器的情況下，借助于該現(xiàn)場(chǎng)的嵌入式網(wǎng)關(guān)的電氣驅(qū)動(dòng)能力，所連接的傳感器節(jié)點(diǎn)可達(dá)110個(gè)。同時(shí)可利用每個(gè)嵌入式網(wǎng)關(guān)連接一個(gè)CAN子網(wǎng)，并由多個(gè)嵌入式網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)方便地組建大型網(wǎng)絡(luò)，將多個(gè)CAN子網(wǎng)聯(lián)結(jié)在一起，增加了鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0039]這種嵌入式網(wǎng)關(guān)所帶來的好處還表現(xiàn)在擴(kuò)大了系統(tǒng)的組網(wǎng)范圍。一般的在通信速率最高達(dá)IMbps的狀況下，CAN的傳輸距離大約在40米，而根據(jù)本發(fā)明通過以嵌入式網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)CAN子網(wǎng)的互聯(lián)，可突破區(qū)域和距離的限定。另外，正是借助于這種嵌入式網(wǎng)關(guān)，可允許不同的總線傳輸速度的CAN節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)在一起，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置IP地址和CAN控制器的波特率。
[0040]根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有通信實(shí)時(shí)性高，噪聲環(huán)境中抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，故障狀態(tài)檢測(cè)及恢復(fù)迅速特點(diǎn)，適用于網(wǎng)絡(luò)傳感器以及實(shí)時(shí)系統(tǒng)的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為鐵路信號(hào)領(lǐng)域數(shù)據(jù)傳輸方面提供了一種高可靠性的技術(shù)方案。
[0041]而且，借助于本發(fā)明的嵌入式網(wǎng)關(guān)，在進(jìn)行CAN和以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換期間，具有協(xié)議轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)解析的正確完整，響應(yīng)迅速，耗時(shí)低，實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；[0043]圖2是根據(jù)本發(fā)明的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖；
[0044]圖3是根據(jù)本發(fā)明的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的處理流程圖；
[0045]圖4a和4b是本發(fā)明使用的消息隊(duì)列的示例，其示出發(fā)送消息的情形；
[0046]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的嵌入式網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的消息傳送機(jī)制；
[0048]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理的示例性流程圖；
[0049]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的嵌入式網(wǎng)關(guān)的硬件實(shí)現(xiàn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下參照附圖并舉實(shí)施例，來對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。在以下全文描述中，同一附圖參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件或特征。
[0051]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。如圖所示，其包括車站服務(wù)器1、與車站服務(wù)器I通過以太網(wǎng)4通信的專用嵌入式網(wǎng)關(guān)3，嵌入式網(wǎng)關(guān)3通過CAN總線5與多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)2連接。如圖所示，本發(fā)明的鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過設(shè)置多個(gè)嵌入式網(wǎng)關(guān)以及與每個(gè)網(wǎng)關(guān)連接的、由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的CAN子網(wǎng)，而擴(kuò)展了可監(jiān)測(cè)的鐵路道岔的節(jié)點(diǎn)數(shù)，并可對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理?，F(xiàn)場(chǎng)的傳感器節(jié)點(diǎn)2采用基于微處理器的控制網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的工作參數(shù)，將測(cè)量結(jié)果通過CAN總線發(fā)送給嵌入式網(wǎng)關(guān)3。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，嵌入式網(wǎng)關(guān)3負(fù)責(zé)由傳感器節(jié)點(diǎn)2通過CAN總線5傳送的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的緩存、預(yù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)，但不對(duì)這些狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)符合CAN總線協(xié)議即以CAN幀形式傳送。傳感器節(jié)點(diǎn)2可接收車站服務(wù)器I通過嵌入式網(wǎng)關(guān)3下傳的調(diào)控參數(shù)以監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備。
[0053]根據(jù)預(yù)先設(shè)置的策略，傳感器節(jié)點(diǎn)2定時(shí)采集道岔設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，嵌入式網(wǎng)關(guān)3可以定時(shí)從CAN總線接收表示所述狀態(tài)參數(shù)的CAN幀，然后對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理和打包，將符合CAN協(xié)議的CAN幀轉(zhuǎn)換成符合TCP/IP或UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文(這里，CAN與以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換主要是對(duì)源IP地址、目的IP地址以及TCP/IP或UDP數(shù)據(jù)幀的格式進(jìn)行相應(yīng)的映射)，在一定的間隔周期內(nèi)再通過以太網(wǎng)接口(例如IOOMbps的高速接口)將封裝好的數(shù)據(jù)報(bào)文送入車站服務(wù)器1，由車站服務(wù)器執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理。由此可實(shí)現(xiàn)大容量的傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸至車站服務(wù)器。同時(shí)嵌入式網(wǎng)關(guān)3也可實(shí)時(shí)接收車站服務(wù)器I發(fā)出的指令，分析該指令，解析出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，并向相應(yīng)的道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出控制參數(shù)，例如改變傳感器節(jié)點(diǎn)的定時(shí)采集頻率等。
[0054]車站服務(wù)器I主要負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，可分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和通信適配子系統(tǒng)，MMI用戶工作界面。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)完成道岔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，日常數(shù)據(jù)管理和維護(hù)功能；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)測(cè)分機(jī)上傳的傳感器監(jiān)測(cè)的道岔狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行失真判別、失真修復(fù)和噪聲去除的數(shù)據(jù)凈化功能；通信適配子系統(tǒng)負(fù)責(zé)與監(jiān)測(cè)分機(jī)、應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)和本系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)間的通信與數(shù)據(jù)交互功能，而MMI用戶工作界面負(fù)責(zé)將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)及分析判斷的結(jié)果通過MMI向用戶顯示，以便用戶進(jìn)行檢測(cè)和做出相應(yīng)的控制處理。四個(gè)子系統(tǒng)各負(fù)其責(zé)，相互配合組成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)，構(gòu)成了車站服務(wù)器的系統(tǒng)。上述各子系統(tǒng)均可以采用本領(lǐng)域已知的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)(例如在圖1所示的工控機(jī)中實(shí)現(xiàn)的)，因此在此不再詳述。
[0055]圖3示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)流程圖。如圖3所示，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)初始化系統(tǒng)配置參數(shù)(步驟301)，這里的初始化包括系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化和啟動(dòng)，中斷的啟動(dòng)，CAN控制器的初始化和啟動(dòng)，網(wǎng)關(guān)IP地址的初始化等，這里不再贅述。然而嵌入式網(wǎng)關(guān)3建立用于CAN網(wǎng)絡(luò)通信的進(jìn)程(步驟302)和用于TCP/IP通信的進(jìn)程(步驟303)，進(jìn)而系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)。
[0056]按照本發(fā)明的一個(gè)方面，在定時(shí)數(shù)據(jù)采集情況下，嵌入式網(wǎng)關(guān)3內(nèi)的CAN網(wǎng)絡(luò)通信的進(jìn)程按照預(yù)定的定時(shí)間隔輪循查詢CAN總線接口(步驟304)，以檢測(cè)是否有中斷發(fā)生，該中斷是在某一傳感器節(jié)點(diǎn)采集到數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)存在中斷時(shí)，嵌入式網(wǎng)關(guān)3接收從CAN總線采集到的CAN幀(步驟305)，并由TCP/IP通信進(jìn)程來解析所采集的數(shù)據(jù)，包括從符合CAN協(xié)議的CAN幀DATAot提取有用數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)ID，并將之轉(zhuǎn)換成符合TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文DATAtop (步驟306)。為了保證數(shù)據(jù)可靠，在這里還可以利用目前的算法判斷數(shù)據(jù)包DATAra是否存在異常(步驟307)。當(dāng)存在異常時(shí)，則終止數(shù)據(jù)傳輸并將任務(wù)掛起(步驟310);而在沒有異常的情況下，將所述數(shù)據(jù)包DATAra通過以太網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到車站服務(wù)器I。
[0057]另一方面，當(dāng)車站服務(wù)器I處的用戶希望了解某組道岔的特定狀態(tài)曲線或狀態(tài)參數(shù)時(shí)，其可以在車站服務(wù)器I提供的用戶界面MMI上“點(diǎn)播”該組道岔的特定狀態(tài)曲線或狀態(tài)參數(shù)而發(fā)出指令。作為緊急任務(wù)，嵌入式網(wǎng)關(guān)3可通過以太網(wǎng)接收到TCP/IP格式的緊急數(shù)據(jù)采集命令(步驟304’)。嵌入式網(wǎng)關(guān)3隨后所接收到的指令予以解析提取相關(guān)命令，該命令包含與用戶點(diǎn)播的道岔相關(guān)聯(lián)的傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)ID，該命令通過CAN接線被發(fā)送到所標(biāo)識(shí)的傳感器節(jié)點(diǎn)(步驟305’)。作為響應(yīng)，該傳感器節(jié)點(diǎn)返回實(shí)時(shí)的道岔狀態(tài)參數(shù)，并按照前述的定時(shí)采集類似的過程，發(fā)送給車站服務(wù)器，從而完成緊急數(shù)據(jù)的采集分發(fā)。在本發(fā)明中，嵌入式網(wǎng)關(guān)3采用TCP/IP協(xié)議的形式接收車站服務(wù)器下發(fā)的控制指令，然后進(jìn)行報(bào)文的解析，將有用的信息按規(guī)定的格式組合成CAN幀，送入CAN總線的發(fā)送緩沖區(qū)，然后啟動(dòng)其內(nèi)部的CAN接口收發(fā)器進(jìn)行發(fā)送。需要注意的是，本發(fā)明并不限于TCP/IP協(xié)議，還可以使用其它適合以太網(wǎng)通信的協(xié)議例如用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP;而且在通過CAN發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送報(bào)文之前，必須先判斷是否正在接收?qǐng)?bào)文，上次發(fā)送是否完成以防發(fā)送沖突。
[0058]這里需要指出的是，由車站服務(wù)器I發(fā)出的命令既可以是要求立即獲取道岔狀態(tài)參數(shù)，也可以是對(duì)相關(guān)傳感器采集的控制，例如控制采樣頻率。傳感器節(jié)點(diǎn)接收到相應(yīng)的采樣頻率指令后，例如通過調(diào)整傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的微控制器的采樣時(shí)鐘，即可實(shí)現(xiàn)重配傳感器的采樣頻率。
[0059]在本發(fā)明中，通過利用嵌入式網(wǎng)關(guān)3的快速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力、車站服務(wù)器I的綜合數(shù)據(jù)處理能力、以及以太網(wǎng)的高速帶寬，因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)的快速、實(shí)時(shí)采集和處理。
[0060]根據(jù)本發(fā)明，嵌入式網(wǎng)關(guān)3具有實(shí)時(shí)多任務(wù)處理能力，并且可根據(jù)具體任務(wù)實(shí)時(shí)性和重要性要求而劃分各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。在本明中，對(duì)嵌入式網(wǎng)關(guān)3要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)劃分為7種并相應(yīng)地設(shè)定了任務(wù)優(yōu)先級(jí)。如下表所示:
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種鐵路專用的嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，包括: 以太網(wǎng)接口(34)，用于通過以太網(wǎng)與車站服務(wù)器(I)通信； CAN接口(30)，用于通過CAN總線(5)從鐵路的軌道上設(shè)置的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(2)接收符合CAN總線協(xié)議的多個(gè)CAN幀； 核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)(37)，用于基于與每個(gè)所述CAN幀相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)、由這些接收的CAN幀作為消息報(bào)文生成第一消息隊(duì)列，并按該第一消息隊(duì)列中預(yù)定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文以通過所述以太網(wǎng)接口(34)發(fā)送給所述車站服務(wù)器(I)。
2.如權(quán)利要求1所述的嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，其中所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)(37)通過所述以太網(wǎng)接口(34)從所述車站服務(wù)器(I)接收控制指令，將其轉(zhuǎn)換為符合所述CAN總線協(xié)議的控制指令，將包含該控制指令的第二消息隊(duì)列傳遞到所述CAN接口(30)，以發(fā)送給由該控制指令中包含的傳感器節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)所確定的所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(2)。
3.如權(quán)利要求2所述嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，其中所述CAN接口(30)包括分別用相互隔離的獨(dú)立電源供電的CAN收發(fā)器(301)和CAN控制(302)器以及置于CAN收發(fā)器和CAN控制器之間的光耦(303)。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，其中所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)包括CAN通信模塊(31)、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(32)以及以太網(wǎng)通信模塊(33)， 其中所述CAN通信模塊(31)將所述多個(gè)消息報(bào)文發(fā)送進(jìn)所述第一消息隊(duì)列中，并將該消息隊(duì)列中每個(gè)消息報(bào)文的指針傳遞給一接收緩沖器； 所述協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(32)通過讀取所述接收緩沖區(qū)中的消息報(bào)文指針來讀取第一消息隊(duì)列中的消息幀，以便轉(zhuǎn)換成符合所述另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文；以及 所述以太網(wǎng)通信模塊(33 )將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)報(bào)文通過以太網(wǎng)發(fā)送給車站服務(wù)器(I)。
5.如權(quán)利要求4所述嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，其中所述接收緩沖器是環(huán)形數(shù)據(jù)緩存器。
6.如權(quán)利要求1-3所述嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，其中所述第一消息隊(duì)列的長度是可變的，以接受具有可變長度的消息報(bào)文。
7.如權(quán)利要求1-3所述嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，其中所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)還包括調(diào)度器(35)，用于確定所接收的消息報(bào)文所屬的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，并基于該優(yōu)先級(jí)確定該消息報(bào)文在所述第一消息隊(duì)列中的排列位置。
8.如權(quán)利要求1所述的嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，其中所述另一通信協(xié)議是TCP/IP或UDP協(xié)議。
9.一種鐵路信號(hào)通信方法，包括: 通過連接到CAN總線上的CAN接口從鐵路的軌道上設(shè)置的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收符合CAN總線協(xié)議的CAN幀； 生成第一消息隊(duì)列，該第一消息隊(duì)列包括作為其消息報(bào)文的CAN幀,該消息報(bào)文在該消息隊(duì)列的排列位置取決于與所述消息報(bào)文相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)； 基于該第一消息隊(duì)列中給定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包以通過以太網(wǎng)接口發(fā)送給車站服務(wù)器。
10.如權(quán)利要求9所述的鐵路信號(hào)通信方法，還包括: 通過所述以太網(wǎng)接口從所述車站服務(wù)器接收控制指令，將其轉(zhuǎn)換為符合所述CAN總線協(xié)議的CAN控制指令，發(fā)送包含該CAN控制指令的第二消息隊(duì)列到所述CAN接口以控制由包含在指令中的傳感器節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)所確定的所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的鐵路信號(hào)通信方法，還包括: 將第一消息隊(duì)列中每個(gè)消息報(bào)文的指針傳遞給一接收緩沖器； 通過讀取所述接收緩沖區(qū)中的消息指針來讀取第一消息隊(duì)列中的消息數(shù)據(jù)，以便轉(zhuǎn)換成符合所述另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包。
12.如權(quán)利要求9或10所述鐵路監(jiān)測(cè)方法，其中所述生成第一消息隊(duì)列的步驟包括確定所接收的消息報(bào)文所屬的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，并基于該優(yōu)先級(jí)確定該消息報(bào)文在所述第一消息隊(duì)列中的排列位置。
13.一種鐵路專用的嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括: 處理器，配置為: 通過連接到CAN總線上的CAN接口從鐵路的軌道上設(shè)置 的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收符合CAN總線協(xié)議的CAN幀； 生成第一消息隊(duì)列，該第一消息隊(duì)列包括作為其消息報(bào)文的CAN幀,該消息報(bào)文在該消息隊(duì)列的排列位置取決于與所述消息報(bào)文相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)； 基于該第一消息隊(duì)列中給定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包以通過以太網(wǎng)接口發(fā)送給車站服務(wù)器；以及與該處理器耦合的存儲(chǔ)器。`
14.一種鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括: 連接到CAN總線的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(2)，用于采集鐵路的軌道設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)； 如前述權(quán)利要求1_8、14所述的嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)，連接到所述CAN總線(5)以接收所述狀態(tài)參數(shù)；以及 通過以太網(wǎng)連接到所述嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)的車站服務(wù)器(1)，用于分析通過所述嵌入式網(wǎng)關(guān)(3)傳送的、來自傳感器節(jié)點(diǎn)(2)的狀態(tài)參數(shù)并控制所述傳感器節(jié)點(diǎn)(2)的數(shù)據(jù)采集。
15.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，記錄有機(jī)器可讀的指令，在執(zhí)行時(shí)使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下操作: 通過連接到CAN總線上的CAN接口從鐵路的軌道上設(shè)置的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收符合CAN總線協(xié)議的CAN幀； 生成第一消息隊(duì)列，該第一消息隊(duì)列包括作為其消息報(bào)文的CAN幀,該消息報(bào)文在該消息隊(duì)列的排列位置取決于與所述消息報(bào)文相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)； 基于該第一消息隊(duì)列中給定的順序，讀出所述消息報(bào)文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包以通過以太網(wǎng)接口發(fā)送給車站服務(wù)器。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK103684944SQ201210332511
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月10日
【發(fā)明者】陳立, 齊小民, 韓銳 申請(qǐng)人:西門子信號(hào)有限公司