[发明专利]列车TSN网络结合TRDP协议的实时通信方法和终端

说明书

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。

技术领域

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

以太网的标准IEC61375-3-4-2014中规定了列车通信网络(Train communicationnetwork 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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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：

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；