(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011480927.1
(22)申请日 2020.12.15
(71)申请人 交控科技股份有限公司
地址 100070 北京市丰台区科技园海鹰路6
号院北京总部国际2、3号楼
(72)发明人 侯国建 张春雨
(74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限
公司 11002
代理人 王宇杨
(51)Int.Cl.
H04L 29/08(2006.01)
H04J 3/06(2006.01)
(54)发明名称列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法和终端(57)摘要本发明提供一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，包括：将需要采用TRDP协议发送的列车控制消息逐层封装打包；使用TSN网卡将从预先设置的ComID优先级配置文件中查询的列车控制消息的优先级封装形成TSN网络链路层帧；将TSN网络链路层帧转发至对应交换机；对应交换机按优先级对TSN网络链路层帧转发，TSN网络还用于将列车TCMS系统中所有使用TRDP协议进行通信的终端的底层时钟进行同步。本发明提供的方法，实现了将TRDP协议和TSN网络融合，改造交换协议，使得各个节点按照统一的时钟收发数据，实时有序的周期流转，保证基于TSN物理层和TRDP协议的列车实时以太网的可靠性和实时 性。权利要求书2页 说明书12页 附图4页CN 112671862 A 2021.04.16
C N 112671862
A
1.一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，其特征在于，包括：
将需要采用列车实时数据协议TRDP发送的列车控制消息逐层封装打包；
使用时间敏感网络TSN网卡将从预先设置的ComID优先级配置文件中查询的所述列车控制消息的优先级封装到所述列车控制消息中形成TSN网络链路层帧；
将所述TSN网络链路层帧转发至对应交换机；
其中，所述对应交换机在识别所述TSN网络链路层帧中携带的所述优先级和目的地址后按照所述优先级和目的地址对所述TSN网络链路层帧进行转发，TSN网络还用于将列车控制管理系统TCMS中所有使用TRDP协议进行通信的终端的底层时钟进行同步。
2.根据权利要求1所述的列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，其特征在于，所述TSN网络还用于将列车TCMS系统中所有使用TRDP协议进行通信的终端的底层时钟进行同步，具体包括：
列车TCMS系统中所有使用TRDP协议进行通信的终端发出的PTP消息在进出TSN网络中具备AS功能的端口时，获取PTP域的时间并将PTP同步机制覆盖列车TCMS系统中的整个AVB 局域网。
3.根据权利要求2所述的列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，其特征在于，所述获取PTP域的时间并将PTP同步机制覆盖列车TCMS系统中的整个AVB局域网，具体包括：任一使用TRDP协议进行通信的终端根据协议触发对本地时钟进行采样，并将自身RTC 值与所述具备AS功能的端口相对应的CM信息进行时间校正；
基于路径延时测算和步长技术将自身RTCT值同步到PTP域的时间。
4.根据权利要求3所述的列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，其特征在于，所述AS功能为IEEE 802.1AS功能或AS‑Rev功能。
5.根据权利要求1‑4中任一项所述的列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，其特征在于，所述将需要采用TRDP协议发送的列车控制消息逐层封装打包，具体包括：TRDP协议将需要发送的列车控制消息进行打包，所述TRDP协议根据应用的数据类型封装一个TRDP头；
对应地，所述将需要采用TRDP协议发送的列车控制消息逐层封装打包之后，还包括：所述TRDP协议将打包完成的列车控制消息数据通过Socket的Raw形式递交给所述TSN 网卡的驱动。
6.根据权利要求5所述的列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，其特征在于，所述使用TSN网卡将从预先设置的ComID优先级配置文件中查询的所述列车控制消息的优先级封装到所述列车控制消息中形成TSN网络链路层帧，具体包括：
所述TSN网卡的驱动根据提取所述TRDP头中的ComID；
以所述TRDP头中的ComID为查询条件从预先设置的ComID优先级配置文件中查询的所述列车控制消息的优先级；
将所述列车控制消息的优先级赋值到所述TSN网卡驱动封装所述列车控制消息形成的TSN网络链路层帧格式中。
7.根据权利要求1所述的列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，其特征在于，所述列车控制管理系统TCMS中所有使用TRDP协议进行通信的终端包括空中下载技术模块OTA、故障预测与健康管理模块PHM、列车自动驾驶系统ATO、列车控制系统VCU、驾驶台、信号
系统、故障图像检测系统TIDS探测、车头冗余远程输入输出模块RIOM、车门控制器、制动控制单元、通风空调、车厢远程输入输出模块RIOM和牵引控制器。
8.一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信终端，其特征在于，包括：
封装单元，用于将需要采用TRDP协议发送的列车控制消息逐层封装打包；
链路帧单元，用于使用TSN网卡将从预先设置的ComID优先级配置文件中查询的所述列车控制消息的优先级封装到所述列车控制消息中形成TSN网络链路层帧；
发送单元，用于将所述TSN网络链路层帧转发至对应交换机；其中，所述对应交换机在识别所述TSN网络链路层帧中携带的所述优先级和目的地址后按照所述优先级和目的地址对所述TSN网络链路层帧进行转发，TSN网络还用于将列车TCMS系统中所有使用TRDP协议进行通信的终端的底层时钟进行同步。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法的步骤。
列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法和终端
技术领域
[0001]本发明涉及列车实时通信技术领域，尤其涉及一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法和终端。
背景技术
[0002]以太网的标准IEC61375‑3‑4‑2014中规定了列车通信网络(Train communication network TCN)中以太网通讯网络(Ethernet Consist Network ECN)的标准。此标准制定的主要原因是目前列车通讯的数据量剧增，而传统列车总线无法满足大数据量传输，所以采用以太网通讯，可以满足数据的传输要求。比如车载广播系统、视频系统、下载固件程序等，由于其在价格相对MVB，较低廉，速度快，数据量大等优点，使之成为未来TMS网络发展的一个重要方向。本次通过在自身研发经历及在与株洲研究所做通信测试经验进行讲述。[0003]TRDP(Train Real‑time Data Protocol)协议，用于轨道交通实时以太网络，对于铁路用以太网，提高实时性、确保可靠性也是必不可少的条件。研究表明，铁路控制系统需要确保延迟时间在50ms左右，使用以太网TRDP协议即可满足这一要求。标准将通过行业团体“TCNOpen”，以开源的形式公开。其目的在于促进相应产品的开发，以及铁路用以太网的普及，同时削减铁路运营商和铁路车辆企业采购构件的成本。本发明中使用的是TCNOPEN团体的开源代码。
[0004]基于TRDP协议软件的实现的实时以太网，有先天的多个通信节点间通信周期源自于自身板卡CPU的时钟源，所以相同COMID的通信周期长短和相位起始各不相同，这就带来了由于通信周期错位带来数据包处理延时，甚至丢包现象。
[0005]采用软件实现的TRDP协议，存在周期通信不准确，网络周期通信调度存在碰撞的问题，进而导致通信数据丢包问题。数据帧到达时间不确定等问题。
[0006]如果在物理链路层单纯的替换为TSN网络，虽然可以改变数据帧之间的优先级传送碰撞问题，周期实时性依然得不到很好的改善。
[0007]因此，如何避免现有的使用以太网实现TRDP协议实时通信时由于时钟无法准确同步造成的通信周期错位带来的数据包处理延时或丢包，周期通信不准和网络周期通信调度存在碰撞，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
[0008]本发明提供一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法和终端，用以解决现有的使用以太网实现TRDP协议实时通信时由于时钟无法准确同步造成的通信周期错位带来的数据包处理延时或丢包，周期通信不准和网络周期通信调度存在碰撞的缺陷，通过使用TSN网络作为时钟同步的参考基准替代每个终端使用自身板卡CPU时钟源带来的通信周期错位，同时使用TSN网络替代以太网作为数据链路层的网络使得TSN网卡在形成链路层帧时携带每个将要发往交换机的列车控制消息的发送优先级数值，以供交换机收到数据后识别优先级数值并按照规定的优先级进行数据的转发，避免大量数据同时发送时存在的调度
碰撞。
[0009]本发明提供一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，该方法包括：[0010]将需要采用TRDP协议发送的列车控制消息逐层封装打包；
[0011]使用TSN网卡将从预先设置的ComID优先级配置文件中查询的所述列车控制消息的优先级封装到所述列车控制消息中形成TSN网络链路层帧；
[0012]将所述TSN网络链路层帧转发至对应交换机；
[0013]其中，所述对应交换机在识别所述TSN网络链路层帧中携带的所述优先级和目的地址后按照所述优先级和目的地址对所述TSN网络链路层帧进行转发，TSN网络还用于将列车TCMS系统中所有使用TRDP协议进行通信的终端的底层时钟进行同步。
[0014]根据本发明提供的一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，所述TSN网络还用于将列车TCMS系统中所有使用TRDP协议进行通信的终端的底层时钟进行同步，具体包括：
[0015]列车TCMS系统中所有使用TRDP协议进行通信的终端发出的PTP消息在进出TSN网络中具备AS功能的端口时，获取PTP域的时间并将PTP同步机制覆盖列车TCMS系统中的整个AVB局域网。
[0016]根据本发明提供的一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，所述获取PTP 域的时间并将PTP同步机制覆盖列车TCMS系统中的整个AVB局域网，具体包括:
[0017]任一使用TRDP协议进行通信的终端根据协议触发对本地时钟进行采样，并将自身RTC值与所述具备AS功能的端口相对应的CM信息进行时间校正；
[0018]基于路径延时测算和步长技术将自身RTCT值同步到PTP域的时间。
[0019]根据本发明提供的一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，所述AS功能为IEEE 802.1AS功能或AS‑Rev功能。
[0020]根据本发明提供的一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，所述将需要采用TRDP协议发送的列车控制消息逐层封装打包，具体包括：
[0021]TRDP协议将需要发送的列车控制消息进行打包，所述TRDP协议根据应用的数据类型封装一个TRDP头；
[0022]对应地，所述将需要采用TRDP协议发送的列车控制消息逐层封装打包之后，还包括：
[0023]所述TRDP协议将打包完成的列车控制消息数据通过Socket的Raw形式递交给所述TSN网卡的驱动。
[0024]根据本发明提供的一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，所述使用TSN 网卡将从预先设置的ComID优先级配置文件中查询的所述列车控制消息的优先级封装到所述列车控制消息中形成TSN网络链路层帧，具体包括：
[0025]所述TSN网卡的驱动根据提取所述TRDP头中的ComID；
[0026]以所述TRDP头中的ComID为查询条件从预先设置的ComID优先级配置文件中查询的所述列车控制消息的优先级；
[0027]将所述列车控制消息的优先级赋值到所述TSN网卡驱动封装所述列车控制消息形成的TSN网络链路层帧格式中。
[0028]根据本发明提供的一种列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法，所述列车
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