專利名稱：列車車地間數(shù)據(jù)通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種列車車地間數(shù)據(jù)通信方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我國高速鐵路建設(shè)已進(jìn)入快速發(fā)展時期，動車組開行數(shù)量多，與地面數(shù)據(jù)中心通信數(shù)量大，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常面對高負(fù)載大并發(fā)的問題。動車組在高速移動狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)通信面臨嚴(yán)重的多普勒頻移效應(yīng)，會嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性和可靠性，導(dǎo)致大量丟包、網(wǎng)絡(luò)連接異常中止、數(shù)據(jù)傳輸速率波動劇烈等問題。列車在高速運行時，需要地面系統(tǒng)能實時、 連續(xù)地監(jiān)督和控制列車的速度、掌握車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)診斷的各種故障、監(jiān)控各主要部件運行參數(shù)、保證運行效率以及行車安全性。目前，TCP/IP技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)技術(shù)手段，在數(shù)據(jù)通信中大量采用，但TCP/IP技術(shù)無法保證車地間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可用性，具體表現(xiàn)為車地通信隨時中斷導(dǎo)致車地雙向通信無法順利完成，一方面無法主動向列車傳輸信息，無法順利完成TCP的兩次握手，另一方面，中斷的通信會在服務(wù)端造成大量無效連接， 增加了系統(tǒng)服務(wù)的難度，因此，需通過采用容錯技術(shù)、高負(fù)載技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃蕴岣邤?shù)據(jù)處理效率。負(fù)載均衡是常用的解決高負(fù)載大并發(fā)問題的重要技術(shù)，且主要包括以下兩種1、硬件四層交換技術(shù)硬件四層交換技術(shù)，是一種基于硬件將業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)分離的技術(shù)。第四層交換使用第三層和第四層信息包的報頭信息，根據(jù)應(yīng)用區(qū)間識別業(yè)務(wù)流，將整個區(qū)間段的業(yè)務(wù)流分配到合適的應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行處理。第四層交換功能就像是虛IP，指向物理服務(wù)器。它傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)服從的協(xié)議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協(xié)議。這些業(yè)務(wù)在物理服務(wù)器基礎(chǔ)上，需要復(fù)雜的載量平衡算法。在IP世界，業(yè)務(wù)類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，在第四層交換中的應(yīng)用區(qū)間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。這種技術(shù)性能較高，但資金投入和后期維護(hù)成本較高，而且在實際使用中存在實現(xiàn)方式不靈活的弊端。2、軟件四層交換技術(shù)與硬件四層交換機相對應(yīng)的是基于OSI模型來實現(xiàn)的軟件四層交換技術(shù)。這種技術(shù)是指是指以代理服務(wù)器來接受internet上的連接請求，然后將請求轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器，并將從服務(wù)器上得到的結(jié)果返回請求連接的客戶端，此時代理服務(wù)器對外就表現(xiàn)為一個服務(wù)器。軟件四層交換技術(shù)是把將來自internet上的連接請求以反向代理的方式動態(tài)地轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的多臺服務(wù)器進(jìn)行處理，從而達(dá)到承擔(dān)高負(fù)載的需要。軟件四層交換技術(shù)與硬件四層交換機原理一致，所需成本低，軟件實現(xiàn)方式靈活，不過性能稍差。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高負(fù)載高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜度低、數(shù)據(jù)安全性、及時性、準(zhǔn)確性高，且穩(wěn)定、可靠的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法。(二)技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，該方法包括步驟Si.車載客戶端向地面系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接，所述網(wǎng)絡(luò)連接中包含所述車載客戶端的身份標(biāo)識；S2.地面系統(tǒng)將接收到的網(wǎng)絡(luò)連接注冊到網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列，并加時間戳；同時， 根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列中網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)先級以及地面系統(tǒng)與對應(yīng)的車載客戶端之間的連接通道的狀態(tài)，從回傳隊列中獲取優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的待回傳數(shù)據(jù)，將其發(fā)送至所述優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端，并在所述回傳隊列中加入回傳數(shù)據(jù)的時間戳。優(yōu)選地，在步驟S2中，若所述網(wǎng)絡(luò)連接包含網(wǎng)絡(luò)連接請求，則所述地面系統(tǒng)先根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)包的業(yè)務(wù)類型，建立與所述網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端的連接通道，再將接收到的網(wǎng)絡(luò)連接注冊到網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列，并加時間戳。優(yōu)選地，步驟S2中，注冊所述網(wǎng)絡(luò)連接包括步驟S2. 11對所述網(wǎng)絡(luò)連接中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，根據(jù)所述數(shù)據(jù)包所包含數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)類型，將要回傳給對應(yīng)的車載客戶端的數(shù)據(jù)按照所述車載客戶端的身份標(biāo)識加入所述回傳隊列；S2. 12根據(jù)所述身份標(biāo)識，獲取所述回傳隊列中上一次向所述車載客戶端回傳同種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)的時間戳，若與當(dāng)前時間的時間差大于第一設(shè)定時間，則將心跳數(shù)據(jù)包加入回傳隊列。優(yōu)選地，所述地面系統(tǒng)周期性地檢測與車載客戶端的連接通道的有效性。優(yōu)選地，所述地面系統(tǒng)根據(jù)車載客戶端的身份標(biāo)識，獲取所述網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列中與所述車載客戶端對應(yīng)的所有網(wǎng)絡(luò)連接，若當(dāng)前時間與網(wǎng)絡(luò)連接的時間戳的時間差大于第二設(shè)定時間，則清除所述網(wǎng)絡(luò)連接，關(guān)閉對應(yīng)的連接通道。優(yōu)選地，在步驟S2中，發(fā)送所述回傳數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括步驟S2. 21若連接通道已關(guān)閉，則選擇次一優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)連接繼續(xù)執(zhí)行本步驟，否則， 執(zhí)行步驟S2. 22 ；S2. 22根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)連接中的身份標(biāo)識，從所述回傳隊列中獲取所述網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的回傳數(shù)據(jù)；S2. 23將所述回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并按照預(yù)先約定的協(xié)議組包，得到回傳數(shù)據(jù)包；S2. 24經(jīng)由與所述網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的連接通道，將所述回傳數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端。優(yōu)選地，所述第一設(shè)定時間為一分鐘。優(yōu)選地，所述第二設(shè)定時間為十分鐘。優(yōu)選地，所述身份標(biāo)識為動車組的車組號。(三)有益效果本發(fā)明的方法基于異步通信交換方式，實現(xiàn)高負(fù)載高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；采用被動處理信息的策略，有效避免了列車在通信不暢時對地面系統(tǒng)造成的阻塞和延遲，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸效率和地面系統(tǒng)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)連接能力；基于HASH表技術(shù)以及帶有時間戳的隊列技術(shù)來管理網(wǎng)絡(luò)連接和待發(fā)送的信息，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻憫?yīng)速度，降低了系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性，保證了地面系統(tǒng)得安全性、可靠性，并能夠有效提高系統(tǒng)可用性。


圖1為依照本發(fā)明一種實施方式的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明如下。本實施方式以動車組與鐵道部中心服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信為例。二者以通過鐵道部公共安全平臺為傳輸通道，采用本發(fā)明的方法，基于異步通信交換方式，實現(xiàn)高負(fù)載高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實施方式的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法包括步驟Si.車載客戶端向地面系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接，該網(wǎng)絡(luò)連接中包含車載客戶端的身份標(biāo)識，本實施方式中即動車組的車組號；S2.地面系統(tǒng)的主線程實時接收網(wǎng)絡(luò)連接，將接收到的網(wǎng)絡(luò)連接注冊到網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列，并加時間戳，以記錄地面系統(tǒng)收到該網(wǎng)絡(luò)連接的時間；主線程繼續(xù)接收網(wǎng)絡(luò)連接的同時，由另一個線程根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列中網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)先級(該優(yōu)先級按時間定義，對于同一車組的多個連接而言，時間離當(dāng)前時間越近優(yōu)先級越高)以及地面系統(tǒng)與對應(yīng)的車載客戶端之間的連接通道的狀態(tài)，從回傳隊列中獲取優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的待回傳數(shù)據(jù)，將其發(fā)送至該優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端，并在回傳隊列中加入回傳數(shù)據(jù)的時間戳。需要說明的是，如果是該動車組首次與地面系統(tǒng)的通信，則該網(wǎng)絡(luò)連接包含請求建立連接通道的網(wǎng)絡(luò)連接請求，因此，在步驟S2中，地面系統(tǒng)先根據(jù)該網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)包的業(yè)務(wù)類型，建立與網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端的連接通道，再將接收到的網(wǎng)絡(luò)連接注冊到網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列，并加時間戳。車載客戶端與地面系統(tǒng)之間，對應(yīng)一個網(wǎng)絡(luò)連接即有一條連接通道。在本實施方式的方法中，步驟S2的注冊網(wǎng)絡(luò)連接過程具體包括步驟S2. 11對網(wǎng)絡(luò)連接中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，根據(jù)數(shù)據(jù)包所包含數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)類型，將要回傳給對應(yīng)的車載客戶端的數(shù)據(jù)按照車組號加入回傳隊列；S2. 12根據(jù)車組號，獲取回傳隊列中上一次向該車載客戶端回傳同種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)的時間戳，若與當(dāng)前時間的時間差大于一分鐘，則將心跳數(shù)據(jù)包加入回傳隊列，等待與回傳數(shù)據(jù)一同發(fā)送至該車載客戶端。與此同時，地面系統(tǒng)始終周期性地輪詢與車載客戶端的連接通道的有效性，以清除超期的網(wǎng)絡(luò)連接，強制關(guān)閉對應(yīng)的連接通道。具體過程為根據(jù)車組號，獲取網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列中與車載客戶端對應(yīng)的所有網(wǎng)絡(luò)連接，若當(dāng)前時間與網(wǎng)絡(luò)連接的時間戳的時間差大于十分鐘，則清除該網(wǎng)絡(luò)連接，關(guān)閉對應(yīng)的連接通道。在步驟S2中，發(fā)送所述回傳數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括步驟S2. 21若連接通道已關(guān)閉，則選擇次一優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)連接繼續(xù)執(zhí)行本步驟，否則， 執(zhí)行步驟S2. 22 ；
S2. 22根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接中的車組號，從回傳隊列中獲取該網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的回傳數(shù)據(jù)；S2. 23將回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并按照預(yù)先約定的協(xié)議組包，得到回傳數(shù)據(jù)包；S2. 24經(jīng)由與該網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的連接通道，將回傳數(shù)據(jù)包發(fā)送至對應(yīng)的車載客戶端。在本實施方式的方法中，地面系統(tǒng)采用異步方式，將與動車組通信所需的大量網(wǎng)絡(luò)連接以優(yōu)先隊列的形式管理，將網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)處理切分，從而有效降低了網(wǎng)絡(luò)連接的管理難度。同時，對每個網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)立時間戳記錄最后通信時間，定時輪詢這些網(wǎng)絡(luò)連接， 將超期連接清除，并強制關(guān)閉對應(yīng)的連接通道，從而有效的提高了地面系統(tǒng)服務(wù)端的負(fù)載能力。此外，地面系統(tǒng)采用被動方式與動車組通信，即地面系統(tǒng)將需要發(fā)送給列車的信息以 HASH鏈表的形式存儲(即回傳隊列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，以車組號為索引，當(dāng)?shù)孛嫦到y(tǒng)收到任何列車發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)連接時，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)先級從HASH鏈表中將待發(fā)送的數(shù)據(jù)回傳給相應(yīng)的動車組，從而避免了主動向列車發(fā)起連接，大大提高了數(shù)據(jù)發(fā)送的成功率。由于軟件復(fù)雜度的降低，有效縮短軟件開發(fā)周期；軟件時間耦合度減低，相比同步通信的車地通信方案， 顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性和地面系統(tǒng)的負(fù)載能力。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，該方法包括步驟51.車載客戶端向地面系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接，所述網(wǎng)絡(luò)連接中包含所述車載客戶端的身份標(biāo)識；52.地面系統(tǒng)將接收到的網(wǎng)絡(luò)連接注冊到網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列，并加時間戳；同時，根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列中網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)先級以及地面系統(tǒng)與對應(yīng)的車載客戶端之間的連接通道的狀態(tài)，從回傳隊列中獲取優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的待回傳數(shù)據(jù)，將其發(fā)送至所述優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端，并在所述回傳隊列中加入回傳數(shù)據(jù)的時間戳。
2.如權(quán)利要求1所述的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，在步驟S2中，若所述網(wǎng)絡(luò)連接包含網(wǎng)絡(luò)連接請求，則所述地面系統(tǒng)先根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)包的業(yè)務(wù)類型，建立與所述網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端的連接通道，再將接收到的網(wǎng)絡(luò)連接注冊到網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列，并加時間戳。
3.如權(quán)利要求1所述的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，步驟S2中，注冊所述網(wǎng)絡(luò)連接包括步驟S2. 11對所述網(wǎng)絡(luò)連接中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，根據(jù)所述數(shù)據(jù)包所包含數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)類型，將要回傳給對應(yīng)的車載客戶端的數(shù)據(jù)按照所述車載客戶端的身份標(biāo)識加入所述回傳隊列；S2. 12根據(jù)所述身份標(biāo)識，獲取所述回傳隊列中上一次向所述車載客戶端回傳同種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)的時間戳，若與當(dāng)前時間的時間差大于第一設(shè)定時間，則將心跳數(shù)據(jù)包加入回傳隊列。
4.如權(quán)利要求3所述的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述地面系統(tǒng)周期性地檢測與車載客戶端的連接通道的有效性。
5.如權(quán)利要求3所述的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述地面系統(tǒng)根據(jù)車載客戶端的身份標(biāo)識，獲取所述網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列中與所述車載客戶端對應(yīng)的所有網(wǎng)絡(luò)連接，若當(dāng)前時間與網(wǎng)絡(luò)連接的時間戳的時間差大于第二設(shè)定時間，則清除所述網(wǎng)絡(luò)連接，并關(guān)閉對應(yīng)的連接通道。
6.如權(quán)利要求5所述的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，在步驟S2中，發(fā)送所述回傳數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括步驟S2. 21若對應(yīng)的連接通道已關(guān)閉，則選擇次一優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)連接繼續(xù)執(zhí)行本步驟，否則，執(zhí)行步驟S2. 22 ；S2. 22根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)連接中的身份標(biāo)識，從所述回傳隊列中獲取所述網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的回傳數(shù)據(jù)；S2. 23將所述回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并按照預(yù)先約定的協(xié)議組包，得到回傳數(shù)據(jù)包；S2. M經(jīng)由與所述網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的連接通道，將所述回傳數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端。
7.如權(quán)利要求6所述的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述第一設(shè)定時間為一分鐘。
8.如權(quán)利要求6所述的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述第二設(shè)定時間為十分鐘。
9.如權(quán)利要求1-8任一項所述的列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述身份標(biāo)識為動車組的車組號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種列車車地間數(shù)據(jù)通信方法，涉及計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括步驟S1.車載客戶端向地面系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接，所述網(wǎng)絡(luò)連接中包含所述車載客戶端的身份標(biāo)識；S2.地面系統(tǒng)將接收到的網(wǎng)絡(luò)連接注冊到網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列，并加時間戳；同時，根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)連接管理隊列中網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)先級以及地面系統(tǒng)與對應(yīng)的車載客戶端之間的連接通道的狀態(tài)，從回傳隊列中獲取優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的待回傳數(shù)據(jù)，將其發(fā)送至所述優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)的車載客戶端，并在所述回傳隊列中加入回傳數(shù)據(jù)的時間戳。本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)高負(fù)載高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜度低、數(shù)據(jù)安全性、及時性、準(zhǔn)確性高，且穩(wěn)定、可靠。
文檔編號H04L29/08GK102355496SQ20111029822
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者單杏花, 張志強, 朱建生, 汪健雄, 賈成強, 閻志遠(yuǎn) 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院電子計算技術(shù)研究所