[发明专利]嵌入式网关、采用该网关的铁路监测系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号通信技术领域，特别涉及铁路轨道状态实时监测技术。

背景技术

随着列车运行速度的大幅度提高，列车运营系统对铁路道岔相关设备的要求越来越高。道岔转换设备是列车运行的重要基础设备，此设备能否正常工作将直接影响到列车运行安全和运营效率。随着铁路客运专线的建设和既有线的提速，特别是在高速铁路大号码道岔上，一旦出现故障将严重影响铁路的运营，甚至发生灾难性事故。为此，在铁路线上特别是道岔上布置了大量的传感器阵列并建立了道岔监测系统以监测轨道交通线路上关键道岔及其转换设备，以便实时、可靠地监测道岔转换设备，为维护，保养和维修提供决策支持。因此，需要在现场的数据采集中，对大量的现场传感器测量信号进行高速实时采集，并进行高速的滤波和去噪处理，从而获取相应道岔转换设备的具体工作参数。

在现有技术中，通常采用集中式数据采集和处理模式。图1示出了现有技术中道岔监测系统的示意图。如图1所示，现场的传感器节点1－N负责测量现场道岔转换设备的工作参数，同时通过CAN总线直接接入一监测工控机，从而将所有的道岔转换设备的具体工作参数通过CAN总线发送给工控机，并由该工控机进行数据处理与分析；同时用户也是通过由工控机提供的诊断界面，操作工控机将控制命令发送给相应的传感器节点，如要求传送某一道岔的状态参数、变更传感器节点的采样频率等。然而上述集中式工作模式会极大的加重工控机的处理负担，轻则造成数据采集的延时和不同步，无法满足信号采集的精度和速度要求，严重时则会导致工控机的死机。

发明内容

在工业控制自动化领域，现场总线技术代表了控制系统向网络化、全开放、全分散的系统结构的发展方向，其中控制器局域网络（CAN）总线是目前应用最广泛的一种现场总线，而以以太网及TCP/IP协议为代表的信息网络则满足了社会各行业对更广泛的信息交换及共享的需求。本发明正是通过将这种控制网络与信息网络融合在一起，不仅可以实现整个铁路系统范围内的信息共享，而且提高了铁路设备如道岔状态的高速和实时监测。

本发明目的在于提出一种嵌入式网关和方法，特别适用于铁路系统，可以高速、实时、可靠地监测铁路设备如道岔转换设备的状态。通过使用嵌入式网关来实现上述CAN总线网络与以太网络的数据互连，不仅可以使管理深入到现场，而且还为系统组网带来非常大的方便。

按照本发明的一个方面，提供一种铁路专用的嵌入式网关，包括：

以太网接口，用于通过以太网与车站服务器通信；

CAN接口，用于通过CAN总线从铁路的轨道上设置的多个传感器节点接收符合CAN总线协议的多个CAN帧；

核心转换网关，用于基于与每个所述CAN帧相关的任务的优先级、由这些接收的CAN帧作为消息报文生成第一消息队列，并按该第一消息队列中预定的顺序，读出所述消息报文并将其转换成符合另一通信协议的数据报文以通过所述以太网接口发送给所述车站服务器。

优选地，所述核心转换网关通过所述以太网接口从所述车站服务器接收控制指令，将其转换为符合所述CAN总线协议的控制指令，将包含该控制指令的第二消息队列传递到所述CAN接口，以发送给由该控制指令中包含的传感器节点标识所确定的所述多个节点中的一个节点。

优选地，所述CAN接口包括分别用相互隔离的独立电源供电的CAN收发器和CAN控制器以及置于CAN收发器和CAN控制器之间的光耦。

优选地，所述核心转换网关包括CAN通信模块、协议转换模块以及以太网通信模块，

其中所述CAN通信模块将所述多个消息报文发送进所述第一消息队列中，并将该消息队列中每个消息报文的指针传递给一接收缓冲器；所述协议转换模块通过读取所述接收缓冲区中的消息报文指针来读取第一消息队列中的消息帧，以便转换成符合所述另一通信协议的数据报文；以及所述以太网通信模块将转换后的数据报文通过以太网发送给车站服务器。

优选地，所述接收缓冲器是环形数据缓存器。

优选地，所述第一消息队列的长度是可变的，以接受具有可变长度的消息报文。

优选地，所述核心转换网关还包括调度器，用于确定所接收的消息报文所属的任务优先级，并基于该优先级确定该消息报文在所述第一消息队列中的排列位置。

优选地，所述另一通信协议是TCP/IP或UDP协议。

根据本发明的另一个方面，提供一种铁路信号通信方法，包括：

通过连接到CAN总线上的CAN接口从铁路的轨道上设置的多个传感器节点接收符合CAN总线协议的CAN帧；