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

基于通信的自動列車控制（rcc）是一種廣泛應(yīng)用于城市軌道交通的信號控制系統(tǒng)。通過車內(nèi)雙向通信，確保列車以更高的速度和更小的間隔安全運行。目前廣泛應(yīng)用的CBTC系統(tǒng)通常包括列車自動防護(hù)子系統(tǒng)（AutomaticTrainProtection,ATP）、列車自動運行子系統(tǒng)（AutomaticTrainOperation,ATO）、列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（AutomaticTrainSupervision,ATS）、計算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（ComputerInterlocking,CI）和區(qū)域控制器（ZoneController,ZC)5個子系統(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廠家車載設(shè)備的列車可以在裝備不同信號廠家軌旁設(shè)備的一條或多條軌道交通線路上無縫互通安全可靠運營。以實現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營，實現(xiàn)軌道交通線網(wǎng)建設(shè)和運營的資源共享。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《RSSP-II鐵路信號安全通信協(xié)議》（運基信號[2010]267號）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，無線網(wǎng)使用無線標(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，可以在網(wǎng)絡(luò)上偵測到AU1/AU2/AU3認(rèn)證幀、AR鑒權(quán)響應(yīng)幀和EC機(jī)制啟動幀，在車地通信斷開時，可以在網(wǎng)絡(luò)上偵測到DI斷開幀。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《RSSP-I鐵路信號安全通信協(xié)議》（運基信號[2010]267號）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。通信雙方通過交互對時請求幀和對時應(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)識信息、接收方標(biāo)識信息、數(shù)據(jù)版本校驗信息、本方消息序列號、通信周期、對方消息序列號、收到上一條消息時本方序列號、協(xié)議版本號和應(yīng)用層數(shù)據(jù)長度，用于對車地雙方通信信息做進(jìn)一步的校驗。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、車次號、跳停、扣車、折返等信息。車載設(shè)備周期性向ATS報告駕駛模式、運行控制級別、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/注銷響應(yīng)幀、ZC主動注銷請求、特殊控制報文、列車位置信息、應(yīng)用層注冊/注銷請求幀等。車載設(shè)備與ZC注冊成功后，周期性向ZC發(fā)送位置信息幀，報告駕駛模式、運行控制級別、列車完整性、列車位置、運行速度等信息；ZC周期性的向車載設(shè)備發(fā)送包括移動授權(quán)位置、障礙物信息、臨時限速等信息的列車控制幀。1.3.4保險幀的生成車載設(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，聯(lián)鎖則周期性向車載回復(fù)狀態(tài)信息，列車離站時，車載設(shè)備向聯(lián)鎖發(fā)送注銷請求幀。1.4議、互聯(lián)互通應(yīng)用協(xié)議的校準(zhǔn)規(guī)則及難點在不同廠家的信號設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通調(diào)試的過程中，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)議都具有其獨有的、較為嚴(yán)密的校驗規(guī)則并且各個廠家對于線路數(shù)據(jù)、通信內(nèi)容理解上的細(xì)微偏差，且各廠家對同一功能的不同實現(xiàn)方式，導(dǎo)致互聯(lián)互通調(diào)試初期會出現(xiàn)各種不同的問題。對于這些問題，最直接的處理方式就是通過抓取網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包，直接對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2基于腳本語言的協(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提取并無干擾Wireshark是一個網(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本身擁有強(qiáng)大的過濾器引擎，支持抓取UDP、TCP、IP、FTP、ICMP、HTTP等協(xié)議數(shù)據(jù)包。用戶可以使用過濾器篩選出有用的數(shù)據(jù)包，排除無關(guān)信息的干擾，如單獨查看某個端口的UDP數(shù)據(jù)包或者TCP數(shù)據(jù)包等。但對于在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Wireshark進(jìn)行過濾、分析就比較困難，分析人員需要對互聯(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)容時需要其他解析工具軟件的配合。2.2基于代碼的設(shè)計Lua是一種輕量小巧的腳本語言，使用標(biāo)準(zhǔn)C語言編寫并以源代碼形式開放，其設(shè)計目的是為了嵌入應(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腳本語言開發(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lua文件作為一個解析器插件，每個解析器插件都需要包含以下內(nèi)容。2.3.1解析器前置條件對接收的數(shù)據(jù)做一個比較寬泛的限定，例如對車地通信數(shù)據(jù)解析時，則設(shè)置當(dāng)”“tcp.port”中包含配置的地面設(shè)備端口時，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報文解析樹構(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)的接口包含了報文緩存、上一級協(xié)議信息和待描述的報文解析樹。報文緩存，即實際的報文數(shù)據(jù)，是一串十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)；上一級協(xié)議信息包括報文長度、報文捕獲時間、報文編號、報文的源地址、目的地址、報文列表列等信息；報文解析樹則是通過樹狀形式顯示解析數(shù)據(jù)項，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)長度、聯(lián)鎖設(shè)備類型等信息通過樹狀圖顯示了出來。2.3.3u2009通信配置文件此外，還通過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，以及各個設(shè)備的互聯(lián)互通ID和RSSP-II的ETCS-ID的映射表，可以通過Wireshark的UI部分更直觀顯示設(shè)備名稱和紅藍(lán)網(wǎng)標(biāo)識。如圖3所示。3wirehark下腳本語言實際應(yīng)用基于Wireshark腳本語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通用輔助工具，已用于城市軌道交通互聯(lián)互通實驗室調(diào)試和互聯(lián)線路調(diào)試中，現(xiàn)場反映使用方便直觀，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、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解析軟件進(jìn)行解包分析的方式，基于Wireshark下腳本語言插件的解析方式具有以下優(yōu)點。1)在Wireshark實時抓包時，通過腳本語言插件的解析方式可以實時看到數(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)的報文解析工具由于使用了某些特定的鏈接庫文件，在不同的計算機(jī)上經(jīng)常會有無法啟動的情況，而基于Wireshark下腳本語言插件的解析方式由于Wireshark本身對于不同操作系統(tǒng)支持較好，所以避免了很多因軟件部署環(huán)境導(dǎo)致的問題。4協(xié)議數(shù)據(jù)分析用藥分析本文通過利用Wireshark網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件易于二次開發(fā)的特性，在其基礎(chǔ)上采用Lua腳本語言進(jìn)行二次開發(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。在長沙市軌道交通