基于lua的互聯(lián)互通通信數(shù)據(jù)控件構(gòu)建

基于lua的互聯(lián)互通通信數(shù)據(jù)控件構(gòu)建

基于通信的自動(dòng)列車控制（rcc）是一種廣泛應(yīng)用于城市軌道交通的信號(hào)控制系統(tǒng)。通過(guò)車內(nèi)雙向通信，確保列車以更高的速度和更小的間隔安全運(yùn)行。目前廣泛應(yīng)用的CBTC系統(tǒng)通常包括列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（AutomaticTrainProtection,ATP）、列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（AutomaticTrainOperation,ATO）、列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（AutomaticTrainSupervision,ATS）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（ComputerInterlocking,CI）和區(qū)域控制器（ZoneController,ZC)5個(gè)子系統(tǒng)。城市軌道交通互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通是指裝備不同信號(hào)廠家車載設(shè)備的列車可以在裝備不同信號(hào)廠家軌旁設(shè)備的一條或多條軌道交通線路上無(wú)縫互通安全可靠運(yùn)營(yíng)。以實(shí)現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)軌道交通線網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的資源共享。1互聯(lián)互通通信協(xié)議互聯(lián)互通通信協(xié)議是用于同一數(shù)據(jù)格式和校驗(yàn)方法的集合，互聯(lián)互通通信協(xié)議約定了ATS、聯(lián)鎖、ZC、車載設(shè)備間的安全通信協(xié)議和互聯(lián)互通通用協(xié)議?；ヂ?lián)互通通信協(xié)議可粗略的分為3大部分。1.1車—車—地安全通信協(xié)議車載設(shè)備與地面設(shè)備（ATS、聯(lián)鎖、ZC）之間通信采用RSSP-II安全通信協(xié)議。安全通信協(xié)議的具體要求參見(jiàn)《RSSP-II鐵路信號(hào)安全通信協(xié)議》（運(yùn)基信號(hào)[2010]267號(hào)）文件。車—地通信的傳輸層采用TCP協(xié)議，MAC及PHY層取決于不同的網(wǎng)絡(luò)種類，無(wú)線網(wǎng)使用無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，地面網(wǎng)使用以太網(wǎng)協(xié)議（IEEE802.3）。RSSP-II包括SAI、MASL、ALE3層，城市軌道交通互聯(lián)互通通信采用RSSP-II的EC模式，因此在車—地設(shè)備握手建立連接時(shí)，可以在網(wǎng)絡(luò)上偵測(cè)到AU1/AU2/AU3認(rèn)證幀、AR鑒權(quán)響應(yīng)幀和EC機(jī)制啟動(dòng)幀，在車地通信斷開(kāi)時(shí)，可以在網(wǎng)絡(luò)上偵測(cè)到DI斷開(kāi)幀。1.2地區(qū)通信協(xié)議地面設(shè)備（ATS、聯(lián)鎖、ZC）之間通信采用RSSP-I安全通信協(xié)議。安全通信協(xié)議的相關(guān)細(xì)節(jié)參見(jiàn)《RSSP-I鐵路信號(hào)安全通信協(xié)議》（運(yùn)基信號(hào)[2010]267號(hào)）文件。傳輸層采用UDP協(xié)議,使用以太網(wǎng)協(xié)議（IEEE802.3）。RSSP-I安全通信協(xié)議是一種對(duì)等式協(xié)議，通信雙方?jīng)]有明確約定發(fā)起方和應(yīng)答方。通信雙方通過(guò)交互對(duì)時(shí)請(qǐng)求幀和對(duì)時(shí)應(yīng)答幀進(jìn)行安全鏈接的建立。1.3關(guān)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的協(xié)議1.3.1車地通信編碼設(shè)備互聯(lián)互通車地連續(xù)通信規(guī)范的通用包頭中約定車地雙方通信的接口信息、類型、發(fā)送方標(biāo)識(shí)信息、接收方標(biāo)識(shí)信息、數(shù)據(jù)版本校驗(yàn)信息、本方消息序列號(hào)、通信周期、對(duì)方消息序列號(hào)、收到上一條消息時(shí)本方序列號(hào)、協(xié)議版本號(hào)和應(yīng)用層數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，用于對(duì)車地雙方通信信息做進(jìn)一步的校驗(yàn)。1.3.2狀態(tài)信息幀傳遞車載設(shè)備和ATS間互聯(lián)互通協(xié)議包括ATS心跳信息幀、ATO命令信息幀、ATO狀態(tài)信息幀、列車信息幀、車載設(shè)備報(bào)警信息幀、車載設(shè)備日檢狀態(tài)信息幀等。ATS向車載設(shè)備傳遞車組號(hào)、車次號(hào)、跳停、扣車、折返等信息。車載設(shè)備周期性向ATS報(bào)告駕駛模式、運(yùn)行控制級(jí)別、列車完整性、列車精確位置、車門狀態(tài)、授權(quán)等信息。1.3.3列車運(yùn)行控制車載設(shè)備和ZC間互聯(lián)互通協(xié)議包括列車控制幀、應(yīng)用層注冊(cè)/注銷響應(yīng)幀、ZC主動(dòng)注銷請(qǐng)求、特殊控制報(bào)文、列車位置信息、應(yīng)用層注冊(cè)/注銷請(qǐng)求幀等。車載設(shè)備與ZC注冊(cè)成功后，周期性向ZC發(fā)送位置信息幀，報(bào)告駕駛模式、運(yùn)行控制級(jí)別、列車完整性、列車位置、運(yùn)行速度等信息；ZC周期性的向車載設(shè)備發(fā)送包括移動(dòng)授權(quán)位置、障礙物信息、臨時(shí)限速等信息的列車控制幀。1.3.4保險(xiǎn)幀的生成車載設(shè)備和聯(lián)鎖間互聯(lián)互通協(xié)議包括控制信息、狀態(tài)信息、心跳幀、城市自定義幀、廠商自定義幀、注銷請(qǐng)求幀和注銷回復(fù)幀等。列車進(jìn)站前，車載設(shè)備向聯(lián)鎖注冊(cè)成功后，周期性向聯(lián)鎖發(fā)送控制信息，用于控制屏蔽門聯(lián)動(dòng)，聯(lián)鎖則周期性向車載回復(fù)狀態(tài)信息，列車離站時(shí)，車載設(shè)備向聯(lián)鎖發(fā)送注銷請(qǐng)求幀。1.4議、互聯(lián)互通應(yīng)用協(xié)議的校準(zhǔn)規(guī)則及難點(diǎn)在不同廠家的信號(hào)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通調(diào)試的過(guò)程中，由于車—地安全通信協(xié)議、地—地安全通信協(xié)議、互聯(lián)互通應(yīng)用協(xié)議都具有其獨(dú)有的、較為嚴(yán)密的校驗(yàn)規(guī)則并且各個(gè)廠家對(duì)于線路數(shù)據(jù)、通信內(nèi)容理解上的細(xì)微偏差，且各廠家對(duì)同一功能的不同實(shí)現(xiàn)方式，導(dǎo)致互聯(lián)互通調(diào)試初期會(huì)出現(xiàn)各種不同的問(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題，最直接的處理方式就是通過(guò)抓取網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包，直接對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2基于腳本語(yǔ)言的協(xié)議分析軌道交通行業(yè)廣泛使用Wireshark軟件作為網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的抓取和分析軟件。2.1提取并無(wú)干擾Wireshark是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件。Wireshark直接從網(wǎng)卡端口抓取網(wǎng)絡(luò)封包，并盡可能顯示出最為詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)封包資料。Wireshark本身?yè)碛袕?qiáng)大的過(guò)濾器引擎，支持抓取UDP、TCP、IP、FTP、ICMP、HTTP等協(xié)議數(shù)據(jù)包。用戶可以使用過(guò)濾器篩選出有用的數(shù)據(jù)包，排除無(wú)關(guān)信息的干擾，如單獨(dú)查看某個(gè)端口的UDP數(shù)據(jù)包或者TCP數(shù)據(jù)包等。但對(duì)于在UDP、TCP上進(jìn)行了一次或多次協(xié)議封裝的互聯(lián)互通通信數(shù)據(jù)，想直接通過(guò)Wireshark進(jìn)行過(guò)濾、分析就比較困難，分析人員需要對(duì)互聯(lián)互通設(shè)備的IP地址和端口、傳輸數(shù)據(jù)包的關(guān)鍵字節(jié)、數(shù)據(jù)包交互邏輯等有較深入的了解，且分析傳輸內(nèi)容時(shí)需要其他解析工具軟件的配合。2.2基于代碼的設(shè)計(jì)Lua是一種輕量小巧的腳本語(yǔ)言，使用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫并以源代碼形式開(kāi)放，其設(shè)計(jì)目的是為了嵌入應(yīng)用程序中，從而為應(yīng)用程序提供靈活的擴(kuò)展和定制功能。Wireshark軟件支持Lua腳本語(yǔ)言開(kāi)發(fā)解析插件，用于自有協(xié)議解析。2.3車-地安全通信協(xié)議解析互聯(lián)互通數(shù)據(jù)解析插件由rssp1.lua、rssp2.lua、hlht.lua3個(gè)文件組成。分別完成車-地安全通信協(xié)議、地—地安全通信協(xié)議、互聯(lián)互通應(yīng)用協(xié)議的解析。每個(gè)lua文件作為一個(gè)解析器插件，每個(gè)解析器插件都需要包含以下內(nèi)容。2.3.1解析器前置條件對(duì)接收的數(shù)據(jù)做一個(gè)比較寬泛的限定，例如對(duì)車地通信數(shù)據(jù)解析時(shí)，則設(shè)置當(dāng)”“tcp.port”中包含配置的地面設(shè)備端口時(shí)，則進(jìn)入該解析器進(jìn)行處理，rssp2.lua的解析器前置條件腳本如圖1所示。2.3.2報(bào)文解析樹(shù)構(gòu)建用于解析符合前置解析條件的數(shù)據(jù)，解析器主函數(shù)的接口包含了報(bào)文緩存、上一級(jí)協(xié)議信息和待描述的報(bào)文解析樹(shù)。報(bào)文緩存，即實(shí)際的報(bào)文數(shù)據(jù)，是一串十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)；上一級(jí)協(xié)議信息包括報(bào)文長(zhǎng)度、報(bào)文捕獲時(shí)間、報(bào)文編號(hào)、報(bào)文的源地址、目的地址、報(bào)文列表列等信息；報(bào)文解析樹(shù)則是通過(guò)樹(shù)狀形式顯示解析數(shù)據(jù)項(xiàng)，如圖2所示。圖2中將符合RSSP-I規(guī)則的某條數(shù)據(jù)包中的源設(shè)備、目標(biāo)設(shè)備、源網(wǎng)絡(luò)地址、目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址、協(xié)議幀類型、協(xié)議攜帶的應(yīng)用數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、聯(lián)鎖設(shè)備類型等信息通過(guò)樹(shù)狀圖顯示了出來(lái)。2.3.3u2009通信配置文件此外，還通過(guò)Lua的文件讀取接口載入了通信配置文件、通信協(xié)議解析格式文件，不同的線路或不同應(yīng)用場(chǎng)景可以將配置文件更換后使用。通信配置文件中包含ATS、區(qū)域控制器、聯(lián)鎖、車載設(shè)備、屏蔽門控制器等設(shè)別的IP地址和端口配置，以及各個(gè)設(shè)備的互聯(lián)互通ID和RSSP-II的ETCS-ID的映射表，可以通過(guò)Wireshark的UI部分更直觀顯示設(shè)備名稱和紅藍(lán)網(wǎng)標(biāo)識(shí)。如圖3所示。3wirehark下腳本語(yǔ)言實(shí)際應(yīng)用基于Wireshark腳本語(yǔ)言插件的城市軌道交通互聯(lián)互通通信分析插件作為一個(gè)通用輔助工具，已用于城市軌道交通互聯(lián)互通實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和互聯(lián)線路調(diào)試中，現(xiàn)場(chǎng)反映使用方便直觀，為城市軌道交通互聯(lián)互通系統(tǒng)互聯(lián)互通調(diào)試中狀態(tài)偵測(cè)、故障排查提供了較為直觀、便捷的方法。相比原有抓包再通過(guò)解析軟件進(jìn)行解包分析的方式，基于Wireshark下腳本語(yǔ)言插件的解析方式具有以下優(yōu)點(diǎn)。1)在Wireshark實(shí)時(shí)抓包時(shí)，通過(guò)腳本語(yǔ)言插件的解析方式可以實(shí)時(shí)看到數(shù)據(jù)的粗略情況，如源設(shè)備、目標(biāo)設(shè)備、協(xié)議幀類型等。2)原有的分析方式，需要逐條拷貝數(shù)據(jù)到解析軟件中逐條解析，對(duì)于需要持續(xù)關(guān)注的連續(xù)數(shù)據(jù)包，手工作業(yè)量較大。3)傳統(tǒng)的報(bào)文解析工具由于使用了某些特定的鏈接庫(kù)文件，在不同的計(jì)算機(jī)上經(jīng)常會(huì)有無(wú)法啟動(dòng)的情況，而基于Wireshark下腳本語(yǔ)言插件的解析方式由于Wireshark本身對(duì)于不同操作系統(tǒng)支持較好，所以避免了很多因軟件部署環(huán)境導(dǎo)致的問(wèn)題。4協(xié)議數(shù)據(jù)分析用藥分析本文通過(guò)利用Wireshark網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件易于二次開(kāi)發(fā)的特性，在其基礎(chǔ)上采用Lua腳本語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將特定的自有通信協(xié)議如：互聯(lián)互通車—地安全通信協(xié)議、地—地安全通信協(xié)議、互聯(lián)互通應(yīng)用協(xié)議等分別進(jìn)行解析，從而能夠通過(guò)Wireshark軟件直觀地顯示城市軌道交通互聯(lián)互通傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容。在長(zhǎng)沙市軌道交通