基于MVB总线的车载网络调试系统及方法与流程

基于mvb总线的车载网络调试系统及方法
技术领域
1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于mvb总线的车载网络系统及方法。


背景技术：

2.mvb总线(multifunction vehicle bus，多功能车辆总线)是tcn(train communication network，列车通信网络)的一部分，mvb总线是一种串行数据总线，主要为(并非专用)有互操作性和互换性的互联设备而设计。通常，mvb总线由采用下列传输介质的一个或多个总线段构成，包括：(1)esd电气短距离介质，采用依照rs-485标准的差分传输导线，在无需电气隔离的情况下在20m传输距离内最多可支持32个连接设备；(2)emd电气中距离介质，采用屏蔽双绞线，在200m传输距离内最多可支持32个连接设备，允许使用变压器作为电气隔离；(3)ogf光纤介质，采用光纤并通过星形耦合器组成网络，其传输距离可达2.0km，主要用于较为苛刻的环境。目前的轨道交通应用中，绝大多数通信多采用基于emd电气中距离介质的mvb通信，其最大传输距离为200米。
3.现有技术中，如图1所示，当需要对基于mvb总线的车载网络进行调试时，其基于mvb总线的调试过程如下：假设在a地有一个完整的mvb拓扑网络，其所有的mvb网络子系统都在a地通过mvb总线连接起来，并且该mvb拓扑网络需要设置mvb总线管理主设备；在a地需要配置路由器，路由器支持4g/5g上网功能，a地的目标设备支持以太网调试功能，并且通过单点接入本地路由器；而此时在b地的pc端可通过路由器实现对a地目标设备的监控和调试。
4.在列车进行首列装车调试前，通常需要执行地面联调，即：在实验室或者其他非装车环境下，模拟列车实际装车子系统的接口以及进行功能测试。因此，地面联调是整个列车从设计到运营的一个重要环节，能够实现列车装车前将车辆各个子系统连接并进行联调测试，有效减少接口、功能问题，并且可提前验证相关设计功能，可大幅度节省列车在实际调试过程中的时间。
5.基于iec 61375标准的mvb总线实现列车通信的技术已经在轨道交通中得到广泛应用，依据iec 61375标准要求，mvb总线通信的最大传输距离为2000米。因此，这种情况下的地面调试环节中，各个子系统连接的实际距离不能超过2000米，那么，对于位于不同地区的厂家而言，如果要实现基于mvb总线的车载网络地面联调，必须将设备集中安装在同一个空间。需要说明的是，现有基于mvb总线进行通信的子系统已经达到20多个，并且各个子系统设备大小也不统一，如果集中安装在特定的空间执行地面联调，不仅增加了各方面的成本，也是对资源的巨大浪费。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：在进行地面联调时，需要将基于mvb总线的子系统中的设备安装于一个特定空间执行地面联调，增加成本，浪费资源。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于mvb总线的车载网络调试系统，其特征在于，包括：云服务器和位于不同地区的多个子系统；
8.所述云服务器具有与所述多个子系统各自本地接口装置相对应的虚拟接口模块；
9.各个子系统分别利用无线通信技术与所述云服务器建立连接，且各个子系统基于所述云服务器中虚拟接口模块与对应地区的子系统进行mvb总线车载网络调试。
10.可选地，所述云服务器包括：
11.单独设置的服务器或服务器集群；或者，
12.多个子系统中的服务器。
13.可选地，所述多个子系统通过以太网或者4g/5g网络与所述云服务器通信。
14.可选地，所述云服务器设置有mvb总线管理主设备，所述mvb总线管理主设备按照轮询机制实现所述多个子系统的远程虚拟接入。
15.可选地，所述多个子系统包括位于两个不同地区的子系统，且以第一子系统中的第一设备作为总线管理主设备。
16.可选地，所述云服务器实现对各个子系统的权限接入与检验；对各个子系统的数据之间的交互进行管理；对系统的统计数据进行可视化界面展示，进行数据模拟；支持防火墙、事件审计日志。
17.为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于mvb总线的车载网络调试方法，应用于上述基于mvb总线的车载网络调试系统的方法，包括：
18.预先建立云服务器与mvb总线的通信连接；
19.所述云服务器对多个子系统的本地接口装置进行模拟，得到与各个本地接口装置相对应的虚拟接口模块，所述子系统位于不同地区；
20.建立所述多个子系统与所述云服务器的通信连接，且基于由所述云服务器、多个虚拟接模块搭建的虚拟测试平台进行车载网络联调。
21.可选地，所述本地的mvb总线拓扑具备主帧，所述各个本地接口装置传输到云服务器的数据为各个子系统的从属设备响应的从帧或者接收的其他子系统的总线从帧。
22.为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机设备，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计算机程序时实现如权利要求7或8所述的方法。
23.为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求7或8所述的方法。
24.与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
25.应用本发明的基于mvb总线的车载网络调试系统及方法，使得基于mvb总线通信的各个子系统可以实现远程的地面联调，解决了现有技术中由于mvb总线通信距离的限制而必须将各个子系统中的设备集中安装在同一空间的问题。而且，通过构建虚拟的远程连接系统，使得位于不同地区的子系统无需将设备集中安装在同一空间即可实现多个子系统之间的mvb通信，降低了成本，避免了资源浪费。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
27.图1为本发明实施例提供的常见远程接入拓扑网络的一种架构图；
28.图2为本发明实施例提供的基于mvb总线的车载网络调试系统的一种结构图；
29.图3为本发明实施例提供的基于mvb总线的车载网络调试方法的一种流程图；
30.图4为本发明实施例提供的各个子系统数据收发流过程的示意图；
31.图5为本发明实施例提供的以太网传输传输格式的一种示意图；
32.图6为本发明实施例提供的计算机设备的一种结构图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
34.在进行地面联调时，需要将基于mvb总线的子系统中的设备安装于一个特定空间执行地面联调，增加成本，浪费资源。为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于mvb总线的车载网络调试系统及方法。
35.下面对本发明实施例提供的基于mvb总线的车载网络调试系统进行说明。
36.实施例一
37.如图2所示，为本发明实施例提供的基于mvb总线的车载网络调试系统的一种架构图，包括：云服务器和位于不同地区的多个子系统。具体地，图2中的多个子系统可以包括位于某a地、某b地、某c地、
……
、某x地的多个子系统。
38.其中，所述云服务器具有与所述多个子系统各自本地接口装置相对应的虚拟接口模块。
39.可选地，所述云服务器包括：单独设置的服务器或服务器集群；或者，多个子系统中的服务器。实际应用中，针对该mvb总线的车载网络调试系统中的云服务器也可不用设置，例如，通过将云服务器的相关功能下移至本地接口终端实现云服务器的功能。
40.各个子系统分别利用无线通信技术与所述云服务器建立连接，一种情形下，所述多个子系统通过以太网或者4g/5g网络与所述云服务器通信；而且，各个子系统基于所述云服务器中虚拟接口模块与对应地区的子系统进行mvb总线车载网络调试。需要说明的是，本发明无需限定无线通信技术的具体形式，只要能够满足远距离通信即可。
41.一个实施例中，所述云服务器设置有mvb总线管理主设备，所述mvb总线管理主设备按照轮询机制实现所述多个子系统的远程虚拟接入。
42.一种情形下，多个子系统可以包括位于两个不同地区的子系统，且以第一子系统中的第一设备作为总线管理主设备。例如，可以包括某a地和某b地的两个子系统，且以某a地的第一设备如设备a1作为总线管理主设备。
43.此外，所述云服务器实现对各个子系统的权限接入与检验；对各个子系统的数据之间的交互进行管理；对系统的统计数据进行可视化界面展示，进行数据模拟；支持防火墙、事件审计日志。
44.需要说明的是，该方法能够实现基于mvb总线通信的各个子系统之间的远程连接，从而“打破”mvb总线通信距离的限制，即在各个不同地区的子系统无需将实物集中安装在某一空间，就可实现多个系统的mvb总线通信，从而构建一个虚拟的远程连接系统。
45.而且，基于本发明实施例提供的基于mvb总线的车载网络调试系统可在各地接入均可获取整列车数据，并通过本地装置查询列车的实际情况，也可基于线上云系统构建列车大数据分析，并且该列车大数据还可实现多方共享；基于该系统可实现各地不同系统的联调，支持当前列车构建的虚拟测试平台。
46.应用本发明的基于mvb总线的车载网络调试系统，使得基于mvb总线通信的各个子系统可以实现远程的地面联调，解决了现有技术中由于mvb总线通信距离的限制而必须将各个子系统中的设备集中安装在同一空间的问题。而且，通过构建虚拟的远程连接系统，使得位于不同地区的子系统无需将设备集中安装在同一空间即可实现多个子系统之间的mvb通信，降低了成本，避免了资源浪费。
47.下面对本发明实施例提供的基于mvb总线的车载网络调试方法进行说明。
48.实施例二
49.如图3所示，为本发明实施例提供的基于mvb总线的车载网络调试方法的流程图，应用于上述基于mvb总线的车载网络调试系统的方法，该方法可以包括以下步骤：
50.步骤s101：预先建立云服务器与mvb总线的通信连接。
51.步骤s102：所述云服务器对多个子系统的本地接口装置进行模拟，得到与各个本地接口装置相对应的虚拟接口模块，所述子系统位于不同地区。
52.步骤s103：建立所述多个子系统与所述云服务器的通信连接，且基于由所述云服务器、多个虚拟接模块搭建的虚拟测试平台进行车载网络联调。
53.在本发明的一个实例中，所述本地的mvb总线拓扑具备主帧，所述各个本地接口装置传输到云服务器的数据为各个子系统的从属设备响应的从帧或者接收的其他子系统的总线从帧。
54.通过该系统联网的不同子系统中的设备可位于世界各个地，传输延迟和响应间隔达到毫秒级，然而主从帧之间的回复间隔却需要在规定的时间内如微秒级进行响应，如果各个子系统之间要实现远程交互，势必实现不了主从设备之间的正常轮询。而由于mvb总线的主从帧通信机制，任何一个最小的mvb总线网络中必须存在一个总线管理主设备，举例而言，分属各地的各个子系统比如a、b、c系统中必须存在一个总线管理主设备才能实现，比如将子系统a中的a1设备设定为子系统a、子系统b、子系统c的总线管理主(为便于理解，可记为总线大主)，子系统b的本地接口装置b为子系统b内的主设备(为便于理解，可记为总线小主)，子系统c的本地接口装置c为子系统c内的主设备(为便于理解，可记为总线小主)。需要说明的是，子系统a的本地接口装置a则成为子系统a的从设备(为便于理解，可记为总线小从)。
55.本发明中本地主设备、从设备的设置原则为：总线管理主设备所在子系统的本地接口装置为总线拓扑结构内的次级从设备；而其他子系统的本地接口装置为总线拓扑结构
内的次级主设备，代替总线管理主设备在本地组成的系统完成主从机制的通信。
56.需要说明的是，请参见图4，对于各个子系统中的本地接口装置而言，按照所实现的功能可划分为第一管理单元和第二管理单元两大部分，第一管理单元可通过mvb总线收取云服务器发送的数据、配置指令等，或向云服务器发送固定格式的数据，第二管理单元可对本地构建的总线拓扑网络进行管理。
57.具体地，第一管理单元主要是将子系统内的从帧打包成以太网数据包并传输到云服务器、以及将从云服务器获取的以太网数据解析成一包从帧传输给第二管理单元。
58.此外，以太网数据包定义如下图5所示，一般通用以太网格式可以通俗理解为：帧头+应用数据+帧尾，而第一管理单元则主要在应用数据中对远程虚拟连接的其他子系统的数据进行自定义，本技术可灵活选择以太网格式，仅需要保持应用数据按照下图格式定义即可，因此选择通信方式的灵活性非常大，使得车载网络联调更为方便。
59.一种情形下，当某子系统中的本地接口装置为总线小主时，第二管理单元可实现对本地设备的总线管理的主从轮询机制，并将本地子系统中设备的从帧传递给第一管理单元，由第一管理单元将从帧数据打包传输到云系统；另外，将从第一管理单元中获取的从帧数据结合本地子系统的拓扑网络中存在的主帧，投放到本地子系统的拓扑网络中，从而实现本地子系统中其他设备也可以从本地子系统的拓扑网络中获取到远程接入的设备的列车数据。
60.当本地接口装置为总线次级从设备时，第二管理单元将本地子系统设备的从帧传递给第一管理单元，由第一管理单元将从帧数据打包传输到云系统；另外，第二管理单元从第一管理单元获取从帧数据，当检测到系统mvb总线存在该从帧对应的主帧时，将该从帧投放到总线上响应主帧。由于主帧是周期性的，而从帧也必须为周期性响应，第二管理单元需要设定数据模拟发送机制，在t时间内如果没有到从第一管理单元获取某端口的从帧，则把上一时刻获取的数据作为t时间内对本地子系统的拓扑网络中主帧的周期响应，超过t时间未收到第一管理单元的数据更新时，则确定该端口的从帧异常，本地总线拓扑中仍然发送该端口的主帧但是不投放从帧，本地的其他系统收不到远程系统针对该端口的数据。
61.mvb总线的主从轮询机制是基于mvb总线端口地址实现的，因此本地接口装置需要配置对应的端口列表，对于子系统的端口需要预先配置，该列表支持手动配置、也可以通过云服务器远程安装。另外，对于其他远程子系统的端口而言，通过从第一管理单元获取数据中的端口进行自动识别并支持自动加入到列表中，该列表可下载在第二管理单元中。
62.下面对mvb总线的主帧轮询机制进行说明，依据iec 61375标准，mvb总线通信使用主帧轮询从帧应答的通信模式，即一个完整的mvb报文是由mvb主帧和从帧组成，其中mvb主帧由总线管理主设备发出，从帧由本次报文源端口对应的设备(简称源设备即各个子系统，例如空调、车门等)发出，当源设备收到总线管理主设备发出的主帧后会立即响应，发出对应的从帧，从帧中包含本次报文的通信数据，即完成一次mvb通信。由于主帧是周期轮询，依据iec 61375标准，处于总线上通信正常的设备在检测到总线管理主设备发送的主帧属于本系统需要回复的主帧后，必须回复一帧从帧，并且主帧从帧之间的回复间隔需要在规定的时间内响应(微秒级)，因而从帧也是对应主帧周期答复，周而复始,不断循环，实现了mvb总线的数据交互，如果检测到主帧而不回复从帧，属于异常情况。由于mvb总线的主从帧通信机制，任何一个最小的mvb总线网络中必须存在一个总线管理主设备，从设备不做要求。
63.mvb总线端口是指mvb通信帧，依据iec 61375标准，在主帧中的一段字段表示该信息，可以通俗理解为：连接在总线的系统通过识别主帧中的mvb总线端口从而区别总线中需要本系统回复从帧的主帧。
64.应用本发明的基于mvb总线的车载网络调试方法，使得基于mvb总线通信的各个子系统可以实现远程的地面联调，解决了现有技术中由于mvb总线通信距离的限制而必须将各个子系统中的设备集中安装在同一空间的问题。而且，通过构建虚拟的远程连接系统，使得位于不同地区的子系统无需将设备集中安装在同一空间即可实现多个子系统之间的mvb通信，降低了成本，避免了资源浪费。
65.实施例三
66.为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机设备，如图6所示，包括存储器210、处理器220及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。
67.所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机设备可包括，但不仅限于处理器220、存储器210。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是计算机设备的示例，并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
68.所称处理器220可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
69.所述存储器210可以是所述计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。所述存储器210也可以是计算机设备的外部存储设备，例如所述计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器210还可以既包括所述计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器210用于存储所述计算机程序以及所述计算机设备所需的其它程序和数据。所述存储器210还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
70.实施例四
71.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中的存储器中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在、未装配入计算机设备中的计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述所述的方法。
72.所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上
述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器210、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
73.对于系统或装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
74.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
75.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
76.应当理解，在本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
77.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
78.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到所描述条件或事件”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到所描述条件或事件”或“响应于检测到所描述条件或事件”。
79.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。