專利名稱：一種cbtc系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性控制的方法。
背景技術(shù)：
在交通問題日益嚴(yán)重的大中型城市中，軌道交通由于符合低碳、節(jié)能趨勢受到了越來越多的關(guān)注。作為軌道交通的核心控制系統(tǒng)，基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng) (Communication Based Train Control, CBTC)由于在提高城市軌道交通的運(yùn)輸效率與安全性上具有顯著的優(yōu)勢，受到了越來越多的使用和推廣。數(shù)據(jù)庫存儲單元(Database Storage Unit, DSU)負(fù)責(zé)管理整條軌道線路的原始數(shù)據(jù)和整個(gè)系統(tǒng)的配置文件，是CBTC系統(tǒng)中重要的安全設(shè)備。CBTC系統(tǒng)中的車載子系統(tǒng) (Vehicle On Board Controller, V0BC)需要根據(jù)DSU提供的線路數(shù)據(jù)，利用傳感器得到測距信息，實(shí)時(shí)地計(jì)算運(yùn)行距離，得到當(dāng)前列車所在線路上的位置，完成列車位置的精確定位。區(qū)域控制器子系統(tǒng)(Zone Controller, ZC)通過查詢線路中障礙物的狀態(tài)信息和位置信息，為管轄區(qū)域內(nèi)列車計(jì)算移動(dòng)授權(quán)，指揮列車的安全運(yùn)行。由此可見DSU的可靠性以及安全性直接關(guān)系到CBTC系統(tǒng)中的列車運(yùn)行效率以及行車安全，因此DSU需要保證數(shù)據(jù)的完整性，并能夠?qū)崟r(shí)地檢測出數(shù)據(jù)被破壞的情況。同時(shí) DSU也需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分類和管理，減少在不同子系統(tǒng)間交互數(shù)據(jù)的數(shù)量和次數(shù)，最大限度地減少數(shù)據(jù)被破壞的可能性。良好的DSU設(shè)計(jì)對提高整個(gè)CBTC系統(tǒng)的性能以及安全性都具有十分重要的意義。由于DSU是一個(gè)對實(shí)時(shí)性要求很高的嵌入式系統(tǒng)，傳統(tǒng)的企業(yè)級數(shù)據(jù)庫如 Oracle,Sybase等在嵌入式環(huán)境下很難滿足整個(gè)系統(tǒng)對于實(shí)時(shí)性的要求。因此DSU設(shè)計(jì)者需要構(gòu)建嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將帶有各種空間屬性的事物抽象為可視的網(wǎng)絡(luò)平面圖以及可以被計(jì)算機(jī)識別的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)安全地存儲到DSU中。一個(gè)好的DSU設(shè)計(jì)方案需要同時(shí)滿足以下兩點(diǎn)(1)對軌道線路和系統(tǒng)設(shè)備簡潔有效地抽象和描述；(2)對數(shù)據(jù)的安全管理。對于軌道線路的描述方式上有很多理論可以借鑒和使用，例如可以應(yīng)用圖論相關(guān)理論，對軌道線路進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)建模和拓?fù)浞治?。之前的?shí)現(xiàn)方式過多地側(cè)重于數(shù)據(jù)抽象過程的研究，而忽視了對于建模對象本身特點(diǎn)的總結(jié)和分類。如前所述，DSU是CBTC系統(tǒng)重要的安全相關(guān)設(shè)備之一，需要達(dá)到SIL4等級的要求。 為了保證這一點(diǎn)，DSU通常選用2乘2取2或者3取2架構(gòu)的安全計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為硬件平臺。在保證數(shù)據(jù)安全方面，CBTC系統(tǒng)使用專用網(wǎng)絡(luò)和安全通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)間通信，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是有限的，能夠防止入侵者或非授權(quán)者對數(shù)據(jù)的惡意攻擊等破壞活動(dòng)。DSU本地?cái)?shù)據(jù)庫的安全可以通過數(shù)據(jù)值域檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性檢驗(yàn)等約束機(jī)制來防止錯(cuò)誤信息的輸入。在DSU運(yùn)行過程中使用，可用通過數(shù)據(jù)完整性檢查保證數(shù)據(jù)沒有遭到破壞。因此，DSU對于數(shù)據(jù)安全管理的關(guān)鍵在于不同子系統(tǒng)間使用數(shù)據(jù)的一致性控制，在線路或其他配置數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，CBTC系統(tǒng)中的VOBC和ZC等安全相關(guān)子系統(tǒng)需要能夠及時(shí)、安全地獲取和使用更新后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)安全控制的問題，提出了一種CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性控制的方法，用來實(shí)現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的安全管理。(二)技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性控制的方法，包括步驟Si, DSU, ZC以及VOBC各自上電后進(jìn)行初始化及自檢；S2，DSU自檢成功后，將硬盤中存儲的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中，并實(shí)時(shí)對數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)DSU中的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，在數(shù)據(jù)更新完畢后對版本號進(jìn)行升級；S3，ZC和VOBC周期性地發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請；S4, DSU根據(jù)收到的版本號申請發(fā)送當(dāng)前版本號；S5，ZC和VOBC根據(jù)收到的版本號進(jìn)行版本號一致性檢查，若收到的版本號與本地版本號一致則進(jìn)入正常工作流程，否則終止正常工作流程并申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載；S6，DSU根據(jù)收到的下載申請發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容； S7，ZC和VOBC收到數(shù)據(jù)庫內(nèi)容信息后，完成對本地?cái)?shù)據(jù)庫版本號和數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的更新，更新成功后，重新開始正常工作。優(yōu)選地，步驟S3-S6中，采用DSU集中存儲、DSU集中管理方式進(jìn)行，其具體步驟為S3'，ZC和VOBC分別周期性地向DSU發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請；S4'，DSU根據(jù)收到的版本號申請分別向ZC或VOBC發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)庫版本號；S5'，ZC和VOBC各自分別進(jìn)行版本號檢查，在不一致時(shí)各自分別向DSU申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載；S6'，DSU根據(jù)收到的下載申請分別向ZC或VOBC發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。優(yōu)選地，步驟S3-S7中，采用DSU集中存儲、ZC分散管理方式進(jìn)行，其具體步驟為S3 ‘‘，VOBC周期性地向ZC發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請，ZC周期性地向DSU發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請；S4"，DSU根據(jù)收到ZC發(fā)送的數(shù)據(jù)庫版本號申請向ZC發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號；S5"，ZC進(jìn)行一致性檢查，若一致則進(jìn)入正常工作流程并周期性地向VOBC發(fā)送運(yùn)行權(quán)限MA和數(shù)據(jù)庫版本號，若不一致時(shí)則終止正常工作流程，向VOBC發(fā)送空MA，同時(shí)向 DSU申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載；VOBC接收到ZC發(fā)送的信息后進(jìn)行一致性檢查，若一致則按照MA 運(yùn)行，若不一致時(shí)則停止運(yùn)行并向ZC申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載；S6"，DSU根據(jù)收到ZC發(fā)送的下載申請，向ZC發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；S7"，ZC根據(jù)收到的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容信息完成對本地?cái)?shù)據(jù)的更新，按照新的數(shù)據(jù)計(jì)算 MA,并將新的版本號和MA通知給VOBC ；以及ZC收到VOBC下載申請后，向VOBC發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容和版本號；VOBC根據(jù)收到的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容信息完成對本地?cái)?shù)據(jù)的更新，判斷本地版本號與ZC發(fā)送的版本號一致后，開始使用ZC發(fā)送的MA進(jìn)行正常的運(yùn)行。優(yōu)選地，步驟S5"中，所述按照MA運(yùn)行具體為若MA為空則停止運(yùn)行等待版本號和MA更新；若MA不為空則按照MA具體內(nèi)容運(yùn)行。優(yōu)選地，所述版本號中包括序列號、數(shù)據(jù)類型和版本號CRC校驗(yàn)碼。優(yōu)選地，當(dāng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫發(fā)生改變時(shí)，所述序列號遞增變化；所述數(shù)據(jù)類型用于區(qū)分DSU中存儲的不同數(shù)據(jù)；所述版本號CRC校驗(yàn)碼根據(jù)序列號、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度以及所有數(shù)據(jù)內(nèi)容計(jì)算得出。優(yōu)選地，所述DSU中存儲的不同數(shù)據(jù)具體分為四類數(shù)據(jù)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、系統(tǒng)兼容數(shù)據(jù)和臨時(shí)限速數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，根據(jù)所述四類數(shù)據(jù)將整個(gè)DSU數(shù)據(jù)庫分為四個(gè)子數(shù)據(jù)庫，針對所述四個(gè)子數(shù)據(jù)庫各分配一個(gè)版本號。(三)有益效果本發(fā)明的方案從CBTC系統(tǒng)本身的特點(diǎn)出發(fā)，采用了安全的數(shù)據(jù)一致性控制方法， 從而保證了在整個(gè)CBTC系統(tǒng)運(yùn)行過程中，所有V0BC、ZC以及其他子系統(tǒng)能夠及時(shí)從DSU獲取最新的數(shù)據(jù)，并使得相互間使用的數(shù)據(jù)完全一致，避免由此引發(fā)的安全隱患。


圖1為本發(fā)明的方法流程圖；圖2為本發(fā)明中版本號與數(shù)據(jù)內(nèi)容相關(guān)性示意圖；圖3為本發(fā)明中DSU集中存儲、DSU集中管理方式的示意圖；圖4為本發(fā)明中DSU集中存儲、ZC分散管理方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明公開了一種CBTC系統(tǒng)中使用數(shù)據(jù)的一致性控制方法，通過周期性地版本號申請和一致性檢查，控制系統(tǒng)中DSU和各子系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)的一致性，該方法的具體方案為DSU以及ZC、VOBC等子系統(tǒng)各自上電后進(jìn)行初始化及自檢；DSU自檢成功后，將硬盤中存儲的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中，并實(shí)時(shí)對數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)DSU中的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，在數(shù)據(jù)更新完畢后對版本號進(jìn)行升級；ZC、VOBC等子系統(tǒng)周期性地發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請；DSU根據(jù)收到的版本號申請發(fā)送當(dāng)前版本號；ZC、VOBC等子系統(tǒng)根據(jù)收到的版本號進(jìn)行版本號一致性檢查，若收到的版本號與本地版本號一致則進(jìn)入正常工作流程，否則終止正常工作流程并申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載；DSU根據(jù)收到的下載申請發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；
各子系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)庫內(nèi)容信息后，完成對本地?cái)?shù)據(jù)庫版本號和數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的更新，更新成功后，重新開始正常工作。其中，根據(jù)CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)、同時(shí)考慮不同線路之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的需求，采用了一種特定的DSU實(shí)現(xiàn)，具體地，將軌道線路數(shù)據(jù)、CBTC設(shè)備配置參數(shù)等在內(nèi)所有數(shù)據(jù)的分為了以下四類(1)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(2)系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)；(3)系統(tǒng)兼容數(shù)據(jù)；(4)臨時(shí)限速數(shù)據(jù)。通過以上分類方法，可以將整個(gè)DSU數(shù)據(jù)庫分為四個(gè)子數(shù)據(jù)庫，為了方便對四個(gè)子數(shù)據(jù)庫的管理，需要一種簡潔而又能夠準(zhǔn)確反映數(shù)據(jù)庫內(nèi)容變化的方式。在本發(fā)明中還基于版本號進(jìn)行管理，針對以上四個(gè)子數(shù)據(jù)庫各分配一個(gè)版本號，通過版本號的變化來識別數(shù)據(jù)的更新。在實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中，不同線路以及同一線路不同類型的數(shù)據(jù)之間應(yīng)該能夠彼此區(qū)別，這就要求數(shù)據(jù)的版本號不能僅僅是一個(gè)連續(xù)增長的序列號信息，而應(yīng)該具有互異性。根據(jù)以上原則，對版本號的內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)擴(kuò)充，包括了三種信息序列號、數(shù)據(jù)類型和版本號CRC校驗(yàn)碼。版本號與數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖1所示。當(dāng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫發(fā)生改變時(shí)，版本號中的序列號發(fā)生遞增的變化，以便對數(shù)據(jù)的變化信息產(chǎn)生提示。 數(shù)據(jù)類型用于區(qū)分DSU中存儲的四種不同數(shù)據(jù)?？紤]到CBTC不同子系統(tǒng)處于異步工作狀態(tài)以及故障安全原則，僅僅靠序列號和數(shù)據(jù)類型來完成數(shù)據(jù)內(nèi)容的一致性判斷是無法反映數(shù)據(jù)的真實(shí)變化狀態(tài)的。例如會出現(xiàn)兩個(gè)子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)庫版本號一致，但是數(shù)據(jù)內(nèi)容不一致的情況，這時(shí)如果僅靠序列號和數(shù)據(jù)類型來判斷，就不能及時(shí)檢測到數(shù)據(jù)的變化，給整個(gè)系統(tǒng)帶來安全隱患。基于以上考慮加入了版本號CRC校驗(yàn)碼，版本號CRC校驗(yàn)碼是根據(jù)序列號、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度以及所有數(shù)據(jù)內(nèi)容計(jì)算出來的，即能夠反映數(shù)據(jù)的任何更新和變動(dòng)，又避免了使用數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行判斷帶來的數(shù)據(jù)量過大的問題。其中，四類數(shù)據(jù)具體形式包括一、線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是對軌道線路的自然條件以及所有軌旁設(shè)備特征的精確描述。為了便于在線路延伸或改造時(shí)對于數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，將線路基礎(chǔ)信息分為了兩類(1)線路數(shù)據(jù)線路數(shù)據(jù)主要包括線路上所有計(jì)軸區(qū)段、邏輯區(qū)段的長度和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，道岔的位置，線路的坡度、曲率信息、線路最高允許速度等。同時(shí)，為了配合CBTC系統(tǒng)完成列車控制功能，對以上信息進(jìn)行了特定的篩選和組合，形成了進(jìn)路表、站臺區(qū)域和運(yùn)營停車點(diǎn)等相關(guān)數(shù)據(jù)。這些信息也是線路數(shù)據(jù)必不可少的一部分。(2)軌旁設(shè)備數(shù)據(jù)軌旁設(shè)備數(shù)據(jù)包括了鋪設(shè)在軌道線路現(xiàn)場的信號機(jī)、計(jì)軸器、應(yīng)答器、安全屏蔽門、防淹門等軌旁設(shè)備的位置信息。二、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)主要描述CBTC系統(tǒng)中所有子系統(tǒng)的配置參數(shù)信息。主要包括CBTC 系統(tǒng)中所有子系統(tǒng)的數(shù)量和連接拓?fù)潢P(guān)系，車輛類型和參數(shù)，每個(gè)子系統(tǒng)的ID、工作周期， 子系統(tǒng)間通信協(xié)議配置信息等。三、系統(tǒng)兼容數(shù)據(jù)
設(shè)置系統(tǒng)兼容數(shù)據(jù)庫的主要是為了滿足不同CBTC設(shè)備供應(yīng)商生產(chǎn)設(shè)備間互聯(lián)互通的需求以及CBTC系統(tǒng)故障后，在后備模式下正常運(yùn)行的需求。系統(tǒng)兼容數(shù)據(jù)包括CBTC 系統(tǒng)中每個(gè)子系統(tǒng)的軟硬件的版本信息、與其它系統(tǒng)的接口特征、所支持的兼容性版本以及在后備模式下使用的應(yīng)答器、標(biāo)簽的版本號信息。四、臨時(shí)限速數(shù)據(jù)臨時(shí)限速是指除線路固定速度以外的、具有時(shí)效性的限速，包括施工、維修引起的計(jì)劃性限速和自然災(zāi)害、設(shè)備故障引起的突發(fā)性限速等。之所以將臨時(shí)限速數(shù)據(jù)跟以上三種數(shù)據(jù)區(qū)分出來是因?yàn)橐陨先N數(shù)據(jù)一般是在線路設(shè)計(jì)完畢、系統(tǒng)正式投入運(yùn)營之前就固定好的，除非遇到對線路進(jìn)行升級改造或者對設(shè)備進(jìn)行更新時(shí)，才會修改。而臨時(shí)限速數(shù)據(jù)，一般由CBTC系統(tǒng)中的ATS進(jìn)行管理，調(diào)度員會根據(jù)線路的運(yùn)行情況進(jìn)行設(shè)置或取消操作，導(dǎo)致整個(gè)線路的臨時(shí)限速數(shù)據(jù)處于動(dòng)態(tài)變化的過程中。對于臨時(shí)限速信息，DSU必須實(shí)施監(jiān)督其變化情況，并及時(shí)通知其他相關(guān)設(shè)備進(jìn)行更新。采用這樣的分類方式，我們可以在DSU中保存整個(gè)軌道交通網(wǎng)絡(luò)中所有線路、車輛和設(shè)備的信息，從而有效地在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的互聯(lián)互通，對于提高軌道交通的運(yùn)營效率和實(shí)現(xiàn)資源的有效配置具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。例如特定的時(shí)間段內(nèi)，某條線路上的客流量急劇增加，線路上原有車輛的運(yùn)力無法滿足要求，必然造成大量的乘客滯留站臺，帶來很大的安全隱患。這時(shí)需要從客流量小的線路向客流量大的線路調(diào)集列車疏導(dǎo)旅客。列車由原來的線路進(jìn)入新線路運(yùn)行之前，只要保證系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)中包括了這輛列車的性能參數(shù)，同時(shí)此列車從DSU中獲取到新線路所有相關(guān)信息，CBTC中的其他子系統(tǒng)就能夠識別和管理這列列車，保證其在新線路上安全地運(yùn)行。進(jìn)一步地，本發(fā)明的技術(shù)方案還可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)具體管理控制組件的區(qū)別， 采用如下兩種具體的實(shí)施方式進(jìn)行實(shí)施例1基于以上的版本號設(shè)計(jì)方案，CBTC中的其他子系統(tǒng)可以周期地向DSU申請各種數(shù)據(jù)庫的版本號信息，通過比較版本號來判斷數(shù)線路或其他配置數(shù)據(jù)是否發(fā)生了變化，只有在版本號變化時(shí)，才向DSU申請下載對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，減少在不同子系統(tǒng)間交互數(shù)據(jù)的數(shù)量和次數(shù)，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)帶寬，最大限度地減少數(shù)據(jù)被破壞的可能性。這種方案的設(shè)計(jì)理念為 "DSU集中存儲，DSU集中管理”。下面以CBTC中的VOBC和ZC子系統(tǒng)為例，詳細(xì)說明了這一過程，如圖2所示。(l)DSU, ZC以及VOBC各自上電后進(jìn)行初始化及自檢；(2)DSU自檢成功后，將硬盤中存儲的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中，并對數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行校驗(yàn)；(3)ZC和VOBC在初始上電后，在進(jìn)入正常工作流程之前，需要向DSU申請所有數(shù)據(jù)庫的版本號；(4) DSU分別向ZC和VOBC發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號；(5) ZC和VOBC判斷從DSU收到的版本號與本地?cái)?shù)據(jù)庫版本號一致，則開始進(jìn)入正常工作流程，并周期性地向DSU申請數(shù)據(jù)庫版本號；(6)DSU中的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容發(fā)生了變化，例如線路中的某段區(qū)域設(shè)置了臨時(shí)限速。DSU 需要在數(shù)據(jù)更新完畢后對版本號進(jìn)行升級；
(7) VOBC向ZC發(fā)送請求并等待運(yùn)行權(quán)限MA ；(8) ZC開始周期地向VOBC發(fā)送運(yùn)行權(quán)限MA ；(9) VOBC按照MA正常運(yùn)行，版本號申請周期到來后，ZC和VOBC再次向DSU申請各種數(shù)據(jù)的版本號；(IO)DSU將更新后的數(shù)據(jù)庫版本號分別向ZC和VOBC發(fā)送；(Il)ZC和VOBC判斷從DSU收到的版本號與本地?cái)?shù)據(jù)庫版本號不一致，則終止正常工作流程，向DSU申請數(shù)據(jù)庫下載；(12)DSU收到ZC和VOBC的下載申請后，向其發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；(U)ZC和VOBC收到數(shù)據(jù)庫信息后，完成對本地?cái)?shù)據(jù)庫版本號和數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的更新。更新成功后，重新開始正常工作。以上方案基于版本號完成了對不同子系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)的一致性控制，最大程度上減少了不同子系統(tǒng)間交互數(shù)據(jù)的數(shù)量，提高了效率和安全性。但是仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，按照上述方案，ZC和VOBC的正常運(yùn)行都依賴于DSU，如果DSU發(fā)生故障，會對線路上所有ZC和 VOBC的正常工作造成影響。同時(shí)，由于一條線路一般只會在控制中心設(shè)置一套DSU設(shè)備，盡管DSU也屬于SIL4等級的安全設(shè)備，但是這種潛在的“單點(diǎn)”，還是會對整個(gè)系統(tǒng)的可用性造成影響。實(shí)施例2為了減少DSU故障時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，對圖2所示的工作流程進(jìn)行了修改， 提出了 “DSU集中存儲，ZC分散管理”的方案。具體過程如下圖3所示(l)DSU, ZC以及VOBC各自上電后進(jìn)行初始化及自檢；(2)DSU自檢成功后，對硬盤中存儲的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中，并對數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行校驗(yàn)；(3) VOBC自檢成功后，要想在CBTC系統(tǒng)中運(yùn)行，需要周期性地向ZC發(fā)送請求并等待MA ；(4)ZC自檢成功后，需要向DSU請求各種數(shù)據(jù)庫的版本號，在確認(rèn)與DSU的數(shù)據(jù)版本號一致之前，ZC不對列車進(jìn)行控制；(5) DSU收到ZC的數(shù)據(jù)版本號請求后，向其發(fā)送相應(yīng)的版本號；(6) ZC判斷從DSU收到的版本號與本地?cái)?shù)據(jù)庫版本號一致，則開始進(jìn)入正常工作流程；(7) ZC開始周期地向VOBC發(fā)送運(yùn)行權(quán)限MA和數(shù)據(jù)庫版本號；(8) VOBC接收到ZC發(fā)送的信息后，首先要判斷數(shù)據(jù)庫版本號是否與本地一致，只有在一致的前提下，才會按照MA運(yùn)行；(9)DSU中的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容發(fā)生了變化，例如線路中的某段區(qū)域設(shè)置了臨時(shí)限速。DSU 需要在數(shù)據(jù)更新完畢后對版本號進(jìn)行升級；(IO)ZC周期地向DSU發(fā)送版本號下載申請；(Il)DSU將更新后的數(shù)據(jù)庫版本號發(fā)送給ZC ；(12) ZC判斷從DSU收到的版本號與本地?cái)?shù)據(jù)庫版本號不一致，則終止正常工作流程，向VOBC發(fā)送空MA，同時(shí)向DSU申請數(shù)據(jù)庫下載；(13)DSU收到ZC的下載申請后，向其發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，ZC根據(jù)新數(shù)據(jù)完成對本地?cái)?shù)據(jù)的更新；(H)VOBC收到ZC空的MA后，停止正常運(yùn)行；(15) ZC完成數(shù)據(jù)更新后，按照新的數(shù)據(jù)計(jì)算MA，并將新的版本號通知給VOBC ；(16) VOBC接收到ZC發(fā)送的信息后，首先要判斷數(shù)據(jù)庫版本號是否與本地一致，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)版本號不一致時(shí)，會向ZC申請新的數(shù)據(jù)庫，此時(shí)VOBC仍然停止運(yùn)行；(17)ZC收到VOBC下載申請后，向其發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容和新的版本號；(18) VOBC對數(shù)據(jù)庫信息和版本號進(jìn)行更新，判斷本地版本號與ZC發(fā)送的版本號一致后，開始使用ZC發(fā)送的MA進(jìn)行正常地運(yùn)行。相比于第一種方案，更新后的方案中數(shù)據(jù)庫和版本號還是由DSU來維護(hù)，但是ZC 取代DSU來保證VOBC使用數(shù)據(jù)的一致性。采用這樣的管理方式有以下優(yōu)點(diǎn)(1)避免了 DSU故障給VOBC運(yùn)行帶來影響。在原來的方案中，DSU故障會導(dǎo)致ZC和VOBC同時(shí)無法正常工作。改動(dòng)后的方案中，如果DSU無法正常工作，VOBC從ZC收到的版本號也不會發(fā)生改變，不會對VOBC的正常工作造成影響。在安全方面，DSU發(fā)生故障時(shí)，將無法對其中的任何數(shù)據(jù)進(jìn)行更新或修改， CBTC所有子系統(tǒng)將使用原來的數(shù)據(jù)，這種情況下只會對系統(tǒng)的可用性有影響，不會產(chǎn)生任何安全問題。(2)降低了單點(diǎn)故障的影響范圍。在一條線路中，通常會根據(jù)線路本身的條件設(shè)置若干個(gè)ZC。當(dāng)某個(gè)ZC故障時(shí)，只會對本ZC管轄區(qū)域內(nèi)的列車造成影響，其他ZC管轄范圍內(nèi)的列車仍可以正常運(yùn)行。(3) VOBC不與DSU進(jìn)行直接通信，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明提出的技術(shù)方案具有以下技術(shù)優(yōu)勢(1)通過對DSU保存的整個(gè)軌道交通網(wǎng)絡(luò)中所有線路、車輛和設(shè)備信息，進(jìn)行合理地分類，從而有效地在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的互聯(lián)互通，對于提高軌道交通的運(yùn)營效率和實(shí)現(xiàn)資源的有效配置具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。(2)本文提出的版本號實(shí)現(xiàn)方案即能夠反映數(shù)據(jù)的任何更新和變動(dòng)，又避免了使用數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行判斷帶來的數(shù)據(jù)量過大的問題。(3) “DSU集中存儲，DSU集中管理”的數(shù)據(jù)一致性控制策略減少了不同子系統(tǒng)間交互數(shù)據(jù)的數(shù)量和次數(shù)，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)帶寬，最大限度地減少數(shù)據(jù)被破壞的可能性。(4)提出了 “DSU集中存儲，ZC分散管理”的改進(jìn)方案，ZC取代DSU來保證VOBC使用數(shù)據(jù)的一致性，避免了 DSU故障給VOBC運(yùn)行帶來的影響，同時(shí)降低了單點(diǎn)故障的影響范圍。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性控制的方法，其特征在于，該方法包括步驟 Si, DSU, ZC以及VOBC各自上電后進(jìn)行初始化及自檢；S2，DSU自檢成功后，將硬盤中存儲的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中，并實(shí)時(shí)對數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)DSU中的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，在數(shù)據(jù)更新完畢后對版本號進(jìn)行升級； S3，ZC和VOBC周期性地發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請； S4, DSU根據(jù)收到的版本號申請發(fā)送當(dāng)前版本號；S5，ZC和VOBC根據(jù)收到的版本號進(jìn)行版本號一致性檢查，若收到的版本號與本地版本號一致則進(jìn)入正常工作流程，否則終止正常工作流程并申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載； S6，DSU根據(jù)收到的下載申請發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；S7, ZC和VOBC收到數(shù)據(jù)庫內(nèi)容信息后，完成對本地?cái)?shù)據(jù)庫版本號和數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的更新，更新成功后，重新開始正常工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3-S6中，采用DSU集中存儲、DSU集中管理方式進(jìn)行，其具體步驟為S3'，ZC和VOBC分別周期性地向DSU發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請； S4'，DSU根據(jù)收到的版本號申請分別向ZC或VOBC發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)庫版本號； S5'，ZC和VOBC各自分別進(jìn)行版本號檢查，在不一致時(shí)各自分別向DSU申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載；S6'，DSU根據(jù)收到的下載申請分別向ZC或VOBC發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3-S7中，采用DSU集中存儲、ZC分散管理方式進(jìn)行，其具體步驟為S3"，VOBC周期性地向ZC發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請，ZC周期性地向DSU發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號申請；S4"，DSU根據(jù)收到ZC發(fā)送的數(shù)據(jù)庫版本號申請向ZC發(fā)送數(shù)據(jù)庫版本號； S5"，ZC進(jìn)行一致性檢查，若一致則進(jìn)入正常工作流程并周期性地向VOBC發(fā)送運(yùn)行權(quán)限MA和數(shù)據(jù)庫版本號，若不一致時(shí)則終止正常工作流程，向VOBC發(fā)送空MA，同時(shí)向DSU申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載；VOBC接收到ZC發(fā)送的信息后進(jìn)行一致性檢查，若一致則按照MA運(yùn)行， 若不一致時(shí)則停止運(yùn)行并向ZC申請數(shù)據(jù)庫內(nèi)容下載；S6"，DSU根據(jù)收到ZC發(fā)送的下載申請，向ZC發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容； S7"，ZC根據(jù)收到的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容信息完成對本地?cái)?shù)據(jù)的更新，按照新的數(shù)據(jù)計(jì)算MA， 并將新的版本號和MA通知給VOBC ；以及ZC收到VOBC下載申請后，向VOBC發(fā)送最新的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容和版本號；VOBC根據(jù)收到的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容信息完成對本地?cái)?shù)據(jù)的更新，判斷本地版本號與ZC發(fā)送的版本號一致后，開始使用ZC發(fā)送的MA進(jìn)行正常的運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S5"中，所述按照MA運(yùn)行具體為若 MA為空則停止運(yùn)行等待版本號和MA更新；若MA不為空則按照MA具體內(nèi)容運(yùn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述版本號中包括序列號、數(shù)據(jù)類型和版本號CRC校驗(yàn)碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫發(fā)生改變時(shí)，所述序列號遞增變化；所述數(shù)據(jù)類型用于區(qū)分DSU中存儲的不同數(shù)據(jù)；所述版本號CRC校驗(yàn)碼根據(jù)序列號、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度以及所有數(shù)據(jù)內(nèi)容計(jì)算得出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述DSU中存儲的不同數(shù)據(jù)具體分為四類數(shù)據(jù)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、系統(tǒng)兼容數(shù)據(jù)和臨時(shí)限速數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述四類數(shù)據(jù)將整個(gè)DSU數(shù)據(jù)庫分為四個(gè)子數(shù)據(jù)庫，針對所述四個(gè)子數(shù)據(jù)庫各分配一個(gè)版本號。
全文摘要
本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性控制的方法，用來實(shí)現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的安全管理，保證在整個(gè)CBTC系統(tǒng)運(yùn)行過程中，所有VOBC、ZC以及其他子系統(tǒng)能夠及時(shí)從DSU獲取最新的數(shù)據(jù)，并且相互間使用的數(shù)據(jù)完全一致。本發(fā)明中采用基于數(shù)據(jù)庫版本號的管理策略，能夠?qū)姹咎柵c數(shù)據(jù)內(nèi)容相關(guān)聯(lián)，減少了誤識別的可能性。同時(shí)，最大程度上減少了不同子系統(tǒng)間交互數(shù)據(jù)的數(shù)量，提高了效率和安全性。
文檔編號G06F19/00GK102201003SQ20111011839
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者劉波, 唐濤, 王悉, 郜春海 申請人:北京交通大學(xué)