用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统及方法与流程

本发明涉及轨道交通信号系统领域，尤其是涉及一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统及方法。

背景技术：

1、轨道交通作为公共交通重要的组成部分，具有效率高、运量大、快捷方便、安全舒适、能耗低等优点，对于减轻资源、环境压力、缓解交通拥堵具有重要意义。信号系统是保证轨道交通行车安全，提供信息服务，提高运输效率的核心系统。安全计算机平台是一种故障导向安全的底层平台，是服务于轨道交通行业信号系统的通用平台，是轨道交通信号系统的核心组成部分。

2、云计算具有很强的扩展性和灵活性，通过虚拟化、动态扩展、分布计算、冗余备份等技术混合演进，实现了高度灵活性，使得计算资源不再受时间和空间的限制，为铁路信号系统的数字化、一体化、智能化提供了技术发展的基础和动力。

3、公开号为cn116962400a的发明专利申请了一种基于五取三架构的铁路信号安全云平台，其特征在于，包括操作表示层、逻辑处理层和安全层；安全层接收到来自其它铁路信号系统的应用信息后对其进行安全协议解析得到解析结果，再将解析结果发送至逻辑处理层的所有节点，逻辑处理层对解析结果进行逻辑运算得到输出数据并将输出数据发送至安全层，安全层在规定的周期内对逻辑处理层的输出数据进行五取三一致性比较和安全协议的封装后发送至对应的其它铁路信号系统和操作表示层；所述操作表示层包含运行人机交互系统的第一服务器集群及运行维护系统的第二服务器集群，所述人机交互系统用于为操作人员提供车站及列车相关操作的人机交互界面，所述维护系统用于记录信号员的所有操作、相关站场设备状态及报警信息；所述逻辑处理层包含五个第三服务器集群，所有第三服务器集群具有相同的硬件结构及功能，第三服务器集群均作为五取三架构的一个节点；所述安全层由基于2×2oo2安全冗余架构的具有sil4级安全完整性等级的比较单元构成，用于实现数据的一致性比较和安全协议的解析。该专利中缺乏风险管理，平台有可能会使用有安全风险的虚拟化资源，从而影响平台安全；当2×2oo2安全冗余架构中某一2oo2单元出现问题时，无法自动恢复原先架构，存在安全隐患。

4、提供一种具有主从通道冗余管理的系统以及当某一通道故障后能够自动恢复架构的方法成为目前最紧迫的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统，包括安全中间件模块，所述用于轨道交通信号系统的处理过程包括主通道和从通道，组成二乘二通道主从通道冗余管理架构，所述安全中间件模块包括安全实时库单元和冗余管理单元；

4、通过实时更新安全实时库单元中的安全数据，将安全数据输出至轨道交通信号系统，并根据安全数据控制主通道和从通道间时钟同步以及实现主通道和从通道的判断；所述冗余管理单元在主从通道冗余管理中保证只有一个主通道对外输出以及控制主从通道间的同步，当某一通道故障时，能自动恢复二乘二通道主从通道冗余管理架构，实现冗余管理。

5、所述安全数据包括安全表决通过的数据、同步数据和主从协商数据；所述安全表决通过的数据输出至轨道交通信号系统，所述同步数据控制主通道和从通道间时钟同步，所述主从协商数据实现不同通道之间主通道和从通道的判断。

6、还包括安全管理模块、云管平台模块和安全虚拟化模块；

7、其中，所述云管平台模块实现虚拟化资源的管理，负责整个系统的监控和诊断维护功能；所述安全虚拟化模块完成基础硬件资源的管理，实现硬件资源的虚拟化；所述安全管理模块实现安全虚拟化模块与云管平台模块的安全接口，使安全计算机平台提供的虚拟化资源被云管平台模块管理，控制安全中间件模块实现主从通道冗余管理、输出安全数据至轨道交通信号系统和安全实时库单元实时更新安全数据。

8、还包括通信网关模块和基础硬件模块；

9、所述通信网关模块提供了统一访问入口，实现整个系统的流量控制，将轨道交通信号系统的信息传输至安全中间件模块；所述基础硬件模块提供硬件资源被安全虚拟化模块实现硬件资源的虚拟化。

10、所述安全中间件模块还包括应用管理单元、安全表决单元和安全时钟单元；

11、其中，所述应用管理单元为安全应用提供api接口以及任务调度管理功能；所述安全表决单元为m取n架构，进行输出一致性的比较以及安全数据的合并；所述安全时钟单元为整个系统提供安全的周期调度功能；所示主通道和从通道经过安全时钟单元进行时钟同步、安全表决单元安全表决后，若安全表决不通过，则应用管理单元让安全应用进入安全保持态。

12、所述m取n架构包括二取二或三取二。

13、根据如上任一所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统的方法，所述主通道的安全表决通过后，输出安全数据至轨道交通信号系统且安全实时库单元实时更新安全数据；所述从通道获取安全实时库单元的安全数据，若安全数据校验通过，则更新自身的数据并在安全表决通过后进行下一周期循环；当主通道安全表决未通过或从通道安全表达未通过时，使安全应用进入安全保持态；当发现主通道或从通道故障时，能自动选择一组通道，重新恢复二乘二通道主从通道冗余管理架构。

14、所述重新恢复二乘二通道主从通道冗余管理架构的恢复过程包括以下步骤：

15、s11、由a、b两个通道组成的冗余热备二乘二通道，当通道a发生故障后，进入安全保持态；

16、s12、冗余管理单元发现其处于安全保持态；

17、s13、冗余管理单元重新选择一组通道c；

18、s14、启动选择的通道c；

19、s15、若通道a为主通道，则通道c为主通道、通道b为从通道，或者通道b为主通道、通道c为从通道；若通道a为从通道，则通道c为从通道；

20、s16、冗余管理单元为通道c分发相应的应用程序和配置数据；

21、s17、通道c加载应用程序和配置数据后进行ready状态；

22、s18、通道c向安全管理模块发送注册请求，完成与既有的通道b配对成二乘二通道；通道c经过安全时钟单元进行时钟同步和安全实时库单元进行安全数据更新后，进入热备状态，完成自动修复。

23、所述安全数据将输出至轨道交通信号系统或安全应用进入安全保持态的过程包括以下步骤：

24、s21、系统上电，各子系统完成初始化；两个通道进入ready状态；

25、s22、两个通道向安全管理模块发送注册请求；

26、s23、两个通道在接受到安全管理模块的回复信息后，冗余管理单元进行主从判断；

27、s24、若是主通道，则向其他通道同步时钟信息；

28、s25、主通道进行安全表决，若主通道安全表决通过，则主通道将从安全应用获取的安全数据输出至轨道交通信号系统；

29、s26、将安全数据更新至安全实时库单元，进入下一个循环周期。

30、所述s24若是从通道，则包括以下步骤：

31、s241、从通道与主通道的时钟进行同步处理；

32、s242、从通道获取安全实时库单元状态数据，若安全数据校验通过后，将安全数据同步更新至从通道；

33、s243、从通道进行安全表决，若安全表决通过，则进入下一个循环周期。

34、若是s25安全表决不通过或s243安全表决不通过，则应用管理单元让安全应用进入安全保持态。

35、所述安全表决的过程包括以下步骤：

36、s31、通信网关模块采集外部系统的输入；

37、s32、通信网关模块将外部系统输入转发给安全中间件模块的安全协议单元，对数据进行处理后，通过应用附本1和应用附本2分别转发给安全应用；

38、s33、安全中间件模块的应用管理单元触发应用任务，应用附本1和应用附本2进行各自通道的运算；

39、s34、应用附本1和应用附本2分别将运算结果通过应用管理单元传递给安全表决单元；

40、s35、安全表决单元对应用附本1和应用附本2的数据进行二取二输出一致性表决；若表决结果一致，则安全表决通过，若表决结果不一致，则安全表决不通过。

41、与现有技术相比，本发明有以下优点：

42、1.本发明通过冗余管理单元，发现某一组通道发生故障，能够自动选择另一组通道，能够重新组成原有的架构。

43、2.本发明通过设置安全实时库单元，存储用于安全表决和冗余管理等功能使用的安全数据，通过实时更新安全数据，控制安全应用的状态。

44、3.本发明通过设置安全管理模块，安全管理模块在安全虚拟化模块与云管平台模块作为安全接口，安全虚拟化模块提供的虚拟化资源可以被云管平台模块管理，避免使用具有安全风险的虚拟化资源。

45、4.本发明安全应用的状态控制选择二乘二取二架构，提高了状态控制的稳定性和可靠性。

46、5.本发明安全表决单元架构为二取二或三取二，有两个结果相同才会输出结果通过，未有两个结果相同才会输出结果不通过。

技术特征：

1.一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统，包括安全中间件模块，其特征在于，所述用于轨道交通信号系统的处理过程包括主通道和从通道，组成二乘二通道主从通道冗余管理架构，所述安全中间件模块包括安全实时库单元和冗余管理单元；

2.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统，其特征在于，所述安全数据包括安全表决通过的数据、同步数据和主从协商数据；所述安全表决通过的数据输出至轨道交通信号系统，所述同步数据控制主通道和从通道间时钟同步，所述主从协商数据实现不同通道之间主通道和从通道的判断。

3.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统，其特征在于，还包括安全管理模块、云管平台模块和安全虚拟化模块；

4.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统，其特征在于，还包括通信网关模块和基础硬件模块；

5.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统，其特征在于，所述安全中间件模块还包括应用管理单元、安全表决单元和安全时钟单元；

6.根据权利要求4所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统，其特征在于，所述m取n架构包括二取二或三取二。

7.一种用于权利要求1-6任一所述的用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统的方法，其特征在于，所述主通道的安全表决通过后，输出安全数据至轨道交通信号系统且安全实时库单元实时更新安全数据；所述从通道获取安全实时库单元的安全数据，若安全数据校验通过，则更新自身的数据并在安全表决通过后进行下一周期循环；当主通道安全表决未通过或从通道安全表达未通过时，使安全应用进入安全保持态；当发现主通道或从通道故障时，能自动选择一组通道，重新恢复二乘二通道主从通道冗余管理架构。

8.根据权利要求7所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统的方法，其特征在于，所述重新恢复二乘二通道主从通道冗余管理架构的恢复过程包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统的方法，其特征在于，所述安全数据将输出至轨道交通信号系统或安全应用进入安全保持态的过程包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统的方法，其特征在于，所述s24若是从通道，则包括以下步骤：

11.根据权利要求10所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统的方法，其特征在于，若是s25安全表决不通过或s243安全表决不通过，则应用管理单元让安全应用进入安全保持态。

12.根据权利要求7所述的一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统的方法，其特征在于，所述安全表决的过程包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种用于轨道交通信号系统的主从通道冗余管理系统及方法，包括安全中间件模块，所述用于轨道交通信号系统的处理过程包括主通道和从通道，组成二乘二通道主从通道冗余管理架构，所述安全中间件模块包括安全实时库单元和冗余管理单元；通过实时更新安全实时库单元中的安全数据，将安全数据输出至轨道交通信号系统，并根据安全数据控制主通道和从通道间时钟同步以及实现主通道和从通道的判断；所述冗余管理单元在主从通道冗余管理中保证只有一个主通道对外输出以及控制主从通道间的同步，当某一通道故障时，能自动恢复二乘二通道主从通道冗余管理架构，实现冗余管理。本发明在某一通道发生故障时能够自动恢复原有架构。

技术研发人员：杨辉,周庭梁,郑重虎,胡源,顾文华,黄鸿
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5