申请/专利权人：中车青岛四方车辆研究所有限公司

申请日：2018-06-25

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN108900596B

主分类号：H04L29/08(20060101)

分类号：H04L29/08(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2018.12.21#实质审查的生效;2018.12.21#实质审查的生效 ;2018.11.27#公开

摘要：本发明提出一种WTB物理层数据帧采集装置，用于多节点数据的同步采集，包括多个WTB物理层接口、数据处理单元和控制单元；数据处理单元获取所述接口采集的数据，包括通信控制器；控制单元包括通信控制模块，用于产生对通信控制器的控制信号，以控制多个WTB物理层接口同步采集数据。控制多个WTB物理层接口在相同的时钟节拍下启动工作；多个WTB物理层接口同步采集多个节点的WTB物理层数据；可以实现多节点WTB物理层数据的同步采集。WTB物理层数据采集装置和方法，可同步采集所有WTB节点之间的物理层数据，从而为分析列车WTB初运行过程提供全面的数据。

主权项：1.一种WTB物理层数据帧采集装置，用于多节点数据的同步采集，其特征在于：包括多个WTB物理层接口、数据处理单元和控制单元；所述数据处理单元获取所述接口采集的数据，所述数据处理单元包括通信控制器；所述控制单元包括通信控制模块，用于产生对通信控制器的控制信号，以控制多个WTB物理层接口同步采集数据。

全文数据：WTB物理层数据帧采集装置及数据帧采集方法技术领域[0001]本发明涉及通信技术领域，涉及一种数据采集装置及采集方法，尤其涉及一种WTB物理层数据帧采集装置及数据帧采集方法。背景技术[0002]IEC61375-1标准规定的TCN列车通信网络，是目前应用最为广泛的列车通信标准，我国也引入该标准，作为中国列车通信网络的推荐标准。TCN标准规定了WTB和MVB两级总线结构实现对列车的控制，当列车根据运营需求进行编组或者解编时，rre总线能识别列车的拓扑变化，进行WTB初运行重新组态总线，从而实现WTB节点之间的互联互通。[0003]初运行完成后，所有节点和电缆节进行电气连接，形成一条两端都有端接器的单一总线;所有节点接收到唯一的节点地址，标识其相对于总线主的位置和取向;所有节点接收到总线拓扑信息，包括其他节点地址、位置和节点描述符等。典型的已完成初运行的总线如图1所示，所有节点己经命名，节点01为总线主，图中总线主为端节点，但它也可以是中间节点。所有WTB节点具有专用的介质连接部件，其具备两种设定状态:末端设定和中间设定。图1中两个端节点按末端设定，它们总线开关打开，两个端接器插入，主通道和辅助通道连到相反的方向上;其它中间节点按中间设定，它们总线开关闭合，两个端接器断开，辅助通道关断。[0004]按照初运行协议，初运行是通过监视数据进行握手，来完成对未知节点的命名，初运行期间需要进行总线开关的断开、闭合操作，直至形成一条两端都有端接器的单一总线，因此，在初运行期间无法在单个位置获取全部的初运行数据。[0005]国内外现有的WTB协议分析装置，主要工作在WTB链路层之上，获取总线上传输的过程数据、消息数据和监视数据，并基于此数据对网络上的事件进行记录和分析。但无法满足对WTB初运行过程分析，进行全面的WTB初运行过程分析需要所有节点之间的初运行数据，特别的，所有的初运行数据应当是时间同步的。例如，依据标准初运行时间定义为，从TCN初运行第一个“消名_请求”开始，但初运行完成前WTB总线无法在单个位置获取全部的初运行数据，现有的测试手段无法测试出多数场景下的初运行时间。但是标准中要求在所有情况下，初运行时间不少于25ms且不多于Is;如果由于发生错误，必须重复初运行协议，则全部的初运行时间最大不超过1•4s，因此，初运行时间的测试问题亟待解决。另外，获取WTB物理层上传输的数据，是对链路状态最真实的反应。因此，提供一种WTB物理层数据采集装置，同步获取所有WTB节点之间的物理层初运行数据是十分必要的。[0006]目前存在问题1:无法同步获取所有节点之间的初运行数据；[0007]目前存在问题2:无法获取WTB物理层数据，无法识别检测冲突场景下的碰撞帧情况。[0008]如果要实现对列车重组初运行的分析，需要解决WTB节点之间物理层数据的同步采集及分析的问题。发明内容[0009]本发明针对WTB节点之间无法进行数据同步采集的技术问题，提出一种可实现多节点WTB物理层数据的同步采集系统和方法。[0010]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：[0011]一种WTB物理层数据帧采集装置，用于多节点数据的采集，包括多个WTB物理层接口、数据处理单元和控制单元；[0012]数据处理单元获取所述接口采集的数据，包括通信控制器；[0013]控制单元包括通信控制模块，用于产生对通信控制器的控制信号，以控制多个WTB物理层接口同步采集数据。[0014]作为优选，数据处理单元进一步包括，解码模块：用于对WTB物理层接口采集的数据进行解码;时间标记模块:用于记录获取的数据的时间戳标记;数据打包模块：用于将解码数据和其对应的时间戳进行打包。[0015]作为优选，所述数据处理单元进一步包括数据缓存单元:用于缓存打包后的数据。[0016]作为优选，控制单元进一步包括数据存储单元，获取数据处理单元的数据并对数据进行分类存储。[0017]—种WTB物理层数据帧采集系统，包括上述的WTB物理层数据帧采集装置[0018]作为优选，包括多个数据节点，每个数据节点均包括数据通道，任意两个相邻数据节点之间均串连连接一个WTB物理层接口。[0019]作为优选，数据通道包括主通道和辅助通道，第nfWTB物理层接口连接在第n个数据节点和第n+1个数据节点的数据通道之间。[0020]数据帧采集方法，用于多节点数据的同步数据采集，包括以下步骤：[0021]控制多个WTB物理层接口在相同的时钟节拍下启动工作；[0022]多个WTB物理层接口同步采集多个节点的WTB物理层数据。[0023]作为优选，数据帧采集方法进一步包括以下步骤：[0024]在相同的时钟下对采集到的多节点WTB物理层数据进行解码，同步记录解码数据采集的时间戳，将解码数据和对应的时间戳进行打包。[0025]作为优选，数据帧采集方法进一步包括以下步骤:控制单元对数据处理单元进行周期性轮询，当数据处理单元数据达到标志位后，获取数据处理单元打包后的数据，并进行分类存储。[0026]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：[0027]本发明设计了一种WTB物理层数据采集装置和方法，可同步采集所有ffTB节占之间的物理层数据，从而为分析列车ffTB初运行过程提供全面的数据。^附图说明[0028]图1为现有技术中列车节点连接结构示意图；[0029]图2为本发明WTB物理层数据帧采集装置的结构示意图；[0030]图3为本发明数据帧采集系统结构示意图°’[0031]图4为WTB物理层数据采集流程图。具体实施方式[0032]下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。[0033]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0034]WTB总线结构是应用于列车控制的一种总线结构，列车进行重组时，WTB总线可以识别列车拓扑的变化。初运行是WTB总线的显著特征，进行全面的初运行分析是WTB设备实现互联互通的必要条件。[0035]本发明首先提供了一种WTB物理层数据帧采集装置，可以用于多网络节点的数据采集。WTB物理层数据帧采集装置的结构如图2所示，包括多个WTB物理层接口、数据处理单元和控制单元。每个WTB物理层接口均连接外部WTB总线段，每个总线段将反馈不同数据节点的数据。WTB物理层接口具有数据转换功能，可以将接收到的差分总线信号转换为单端信号，然后送入数据处理单元进行处理。本实施例中，数据处理单元采用的为FPGA，控制单元采用的为ARM。[0036]数据处理单元获取WTB物理层接口采集的数据，包括通信控制器;其中通信控制器的作用是控制WTB物理层接口的使能，控制WTB物理层接口是否可执行数据采集工作。[0037]控制单元包括通信控制模块，用于产生对通信控制器的控制信号，以控制多个WTB物理层接口同步采集数据。控制单元通过外部扩展总线与数据处理单元通信，本实施例中，ARM处理器通过ARM外部扩展总线与FPGA模块的扩展总线接口连接，实现ARM与FPGA之间的通信，ARM的通信控制模块实现对通信控制器的控制和管理，以控制各个WTB物理层接口开始数据采集工作。[0038]更进一步的，为了完成对采集数据的深度处理，数据处理单元进一步包括，解码单元:用于对WTB物理层接口采集的数据进行解码;时间标记单元:用于对获取的数据进行时间戳标记;数据打包模块：用于将解码数据和其对应的时间戳进行打包;数据缓存单元：用于缓存解码打包后的数据。由于WTB物理层接口是同时被启动的，则各个接口可以同时启动对各个节点的数据采集工作，同步采集各个节点数据。[0039]为了后续进行数据应用处理，更进一步的，控制单元进一步包括数据存储单元，获取数据处理单元的数据并对数据进行分类存储。同时，控制单元还包括多种类型的外接端口，以便于进行数据的拷贝、上传，方便使用。[0040]基于以上的WTB物理层数据帧采集装置，进一步提供一种WTB物理层数据帧采集系统。[0041]数据采集系统包括多个数据节点，每个数据节点均包括数据通道，任意两个相邻数据节点之间均串连连接一个WTB物理层接口。[0042]进一步提供一种每个数据节点包括两个数据通道的结构，来说明接口与节点的串联连接关系。数据通道包括主通道和辅助通道，第n个WTB物理层接口连接在第n个数据节点和第n+1个数据节点的数据通道之间。此处可以是第n个数据节点的主通道和第n+1个数据通道的辅助通道之间，也可以是两个数据节点的主通道之间或两个节点的辅助通道之间。[0043]具体参考图3,本实施例以四节点列车系统为例，来说明WTB物理层数据帧采集系统的结构和数据采集原理。[0044]四个节点分别为端节点01、中间节点02、中间节点03和端节点04。其中端节点〇1为总线主。每个节点均具有两个数据通道，分别为主通道和辅助通道。四节点结构的WTB数g采集系统包括三个WTB物理层接口，分别为第一WTB物理层接口，第二WTB物理层接口和第三WTB物理层接口。其中，第一WTB物理层接口至少可以获得端节点〇1和中间节点〇2的数据;第二WTB物理层接口至少可以获得中间节点02和中间节点03的数据;第三WTB物理层接口至少可以获得中间节点03和端节点04的数据。[0045]三个WTB物理层接口同步启动数据采集工作，并将获得的数据最终上传至ARM。通过WTB物理层数据帧采集系统获取完整的WTB物理层数据帧，即完整的初运行数据，用户可以进行完整的初运行过程分析、初运行关键参数测试。[0046]基于上述的WTB物理层数据帧采集装置或WTB物理层数据帧采集系统，本发明进一步还提供了一种WTB物理层数据帧采集方法，用于多节点数据的同步数据采集，具体流程参考图4,包括以下步骤：[0047]1在所有的WTB节点之间，串连接入数据帧采集装置的WTB物理层接口。具体到本实施例，将第一WTB物理层接口、第二WTB物理层接口和第三WTB物理层接口分别连接到四个列车节点之间。[0048]⑵控制多个WTB物理层接口在相同的时钟节拍下启动工作。[0049]通过控制器单元CPU通过CHJ模块服务接口或以太网接口发出开始采集信号，ARM完成自身初始化工作，并通过扩展总线接口控制FPGA完成初始化。[0050]3多个WTB物理层接口同步采集多个节点的WTB物理层数据。[0051]开始数据采集后，三个WTB物理层接口在相同的时钟节拍下开始工作，分别采集各节点数据，并将采集的差分总线信号转换为单端信号，送入到FPGA中。[0052]⑷数据处理单元进行数据处理。[0053]在相同的时钟下对采集到的多节点WTB物理层数据进行解码，同步记录解码数据采集的时间戳，将解码数据和对应的时间戳进行打包。[0054]具体到本实施例，FPGA解码器1-3，分别将对应的单端总线信号转换成数据帧，并分别记录当前的时间戳信息，将数据帧信息与时间戳信息统一打包成数据包；因为解码器1-3工作在相同的时钟下，采集的数据具有同步性。[0055]⑸控制器数据存储。[0056]控制单元对数据处理单元进行周期性轮询，当数据处理单元数据达到标志位后，获取数据处理单元打包后的数据，并进行分类存储。[0057]完整的数据包缓存完成后，将对应三个WTB物理层接口的数据到达标志置位。通过总线带宽、ARM轮询周期等参数，合理设置缓存大小避免数据缓存单元的数据溢出;ARM通过扩展总线接口，周期性轮询FPGA内部数据，接口1-3的数据到达标志位，在接口的数据到达标志置位时，读取对应接口数据包;ARM将接收到的所有接口1-3的数据包，进行数据分类存储，保存至本地存储单元FLASH中。[0058]将本发明所述的WTB物理层数据帧采集方法用于WTB初运行期间的数据采集，可以实现对多节点数据的同步采集，同步获取所有WTB节点之间的物理层数据。获取的数据可以用于WTB初运行的分析。通过完整的初运行数据可以分析初运行过程是否正常，通过物理层提供的数据帧时间戳，可以计算初运行时间等关键参数，通过物理层提供的碰撞信息，可以判定初运行期间是否发生帧碰撞，检测冲突避免是否合理;通过物理层提供的数据帧时间戳，可以计算主从帧响应间隔是否合理。[0059]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭不的技术内容加以变更或改型为等冋变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

权利要求：1.一种WTB物理层数据帧采集装置，用于多节点数据的同步采集，其特征在于:包括多个WTB物理层接口、数据处理单元和控制单元；所述数据处理单元获取所述接口采集的数据，包括通信控制器；所述控制单元包括通信控制模块，用于产生对通信控制器的控制信号，以控制多个WTB物理层接口同步采集数据。2.如权利要求1所述的WTB物理层数据帧采集装置，其特征在于:所述数据处理单元进一步包括，解码模块:用于对WTB物理层接口采集的数据进行解码;时间标记模块:用于记录获取的数据的时间戳标记;数据打包模块:用于将解码数据和其对应的时间戳进行打包。3.如权利要求2所述的WTB物理层数据帧采集装置，其特征在于:所述数据处理单元进一步包括数据缓存单元:用于缓存打包后的数据。4.如权利要求1所述的WTB物理层数据帧采集装置，其特征在于:所述控制单元进一步包括数据存储单元，获取数据处理单元的数据并对数据进行分类存储。5.—种WTB物理层数据帧采集系统，其特征在于:进一步包括权利要求1至4中任意一项所述的一种WTB物理层数据帧采集装置。6.如权利要求5所述的WTB物理层数据帧采集系统，其特征在于:包括多个数据节点，每个数据节点均包括数据通道，任意两个相邻数据节点之间均串连连接一个WTB物理层接口。7.如权利要求6所述的WTB物理层数据帧采集系统，其特征在于:所述数据通道包括主通道和辅助通道，第n个WTB物理层接口连接在第n个数据节点和第n+1个数据节点的数据通道之间。8.数据帧采集方法，采用权利要求1至4中任意一项所述的WTB物理层数据帧采集系统，用于多节点数据的同步采集，其特征在于，包括以下步骤：控制多个WTB物理层接口在相同的时钟节拍下启动工作；多个WTB物理层接口同步采集多个节点的WTB物理层数据。9.如权利要求8所述的数据帧采集方法，其特征在于，所述数据帧采集方法进一步包括以下步骤：在相同的时钟下对采集到的多节点WTB物理层数据进行解码，同步记录解码数据采集的时间戳，将解码数据和对应的时间戳进行打包。10.如权利要求8所述的数据帧采集方法，其特征在于，所述数据帧采集方法进一步包括以下步骤:控制单元对数据处理单元进行周期性轮询，当数据处理单元数据达到标志位后，获取数据处理单元打包后的数据，并进行分类存储。

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