DMS结构化数据订阅设计思考

1背景

   本文主要讲述SSIP(Signaling SCADA Integration Platform)人机界面与DMS信息之间的订阅问题。主要包括实时数据库表定义，怎样使用protobuf结构化数据作为订阅的单元？

   在SCADA实时监控系统中，图形组态时可以按照常规的模拟量和数字量订阅方式。但是我们也会面临这样的实时结构化的数据，订阅时需要作为整体，那该怎么办呢。

   本文将使用一个DMS例子，构思这样的特殊订阅过程。

2 DMS结构定义

序号	内容	字节数	内容说明
1	帧类型	1	0x07
2	ATP时间	4	UNIX时间
3	服务器时间	4	UNIX时间
4	机车号	2	WORD型
5	机车型号	2	WORD型
6	车次	8	字符串直接显示
7	司机号	2	WORD型
8	副司机号	2	WORD型
9	输入交路号	1
10	实际交路号	1
11	车站号	2	WORD型，TMIS号，全路统一且唯一
12	机车运行方向	1	1：上行 2：下行
13	常用制动速度	2	WORD型
14	紧急制动速度	2	WORD型
15	目标速度	2	WORD型
16	目标距离	2	WORD型
17	最大限制速度	2	WORD型
18	允许速度	2	WORD型
19	临时限速速度	2	WORD型
20	ATP等级	1	1：CTCS-0 LKJ控车 2：CTCS-1 LKJ控车 3：CTCS-2 ATP控车 其他值预留
21	ATP模式	1	1：FS【完全监控】 2：PS【部分监控】 3：R0【反向运行】 4：C0【引导】 5：OS【目视】 6：SH【调车】 7：SL休眠模式 8：SB【备用】 9：TR【冒进】 10：PT【冒后】 11：SF【系统故障】 12：IS【隔离】 其他值预留
22	制动信息	1	1：一级常用制动 2：四级常用制动 3：七级常用制动 4：施加紧急制动 5：缓解紧急制动 6：施加常用制动 7：缓解常用制动 其他预留
23	DMI文本信息长度	1
24	DMI文本信息	n	字符串
25	司机对DMI操作信息长度	1
26	司机对DMI操作信息	n	既有线CTCS-2： 包含司机对DMI的操作信息、隔离开关的状态信息、牵引手柄的位置信息和方向手柄的位置信息。 客运专线CTCS-3： 包含司机输入数据信息、司机对列车数据的确认信息。
27	牵引手柄信息	1	1：牵引 2：零位 3：制动 4：异常 其他预留
28	方向手柄信息	1	1：向前 2：向后 其他：预留
29	轨道电路区段名称长度	1
30	轨道电路区段名称	n
31	入口电压	2	WORD型
32	出口电压	2	WORD型
33	最低电压	2	WORD型
34	最高电压	2	WORD型
35	载频编码	1
36	低频编码	1
37	载频	2	载频×10 (Hz)（0xFFFF为未知）
38	低频	2	低频×10(Hz)（0xFFFF为未知）
39	幅度	2	幅度×10(mv)（0xFFFF为未知）
40	RBC报文信息	1
41	RBC报文信息	n
42	经度	4	GPS经度
43	纬度	4	GPS纬度
44	当前速度	2	GPS速度，WORD型
45	动车编号	2	WORD型
46	里程	4	动车组当前运行位置的公里标信息，浮点数FLOAT32
47	线路编号	2	当前运行的线路，全路统一且惟一
48	线路名称长度	1
49	线路名称	N
50	线路行别	1	1上行；2下行
51	前方车站	2	WORD型
52	停发车信息	1	1：区间停车 2：区间发车 3：站内停车 4：站内发车 5：非正常发车 其他：预留
53	信号机种类制式	1	1：进出站 2：出站 3：进站 4：通过 5：预告 6：容许 7：分割 9：第1预告 10：第2预告 其他：预留
54	信号机编号	2	WORD型
55	信号机灯位	2	Bit8=1：闪光 Bit7=1：白 Bit6=1：红 Bit5=1：红黄 Bit4=1：双黄 Bit3=1：黄2 Bit2=1：黄 Bit1=1：绿黄 Bit0=1：绿
56	前方信号种类制式	1	1：进出站 2：出站 3：进站 4：通过 5：预告 6：容许 7：分割 9：第1预告 10：第2预告 其他：预留
57	前方信号机编号	2	WORD型
58	前方信号机灯位	1	Bit7=1：白 Bit6=1：红 Bit5=1：红黄 Bit4=1：双黄 Bit3=1：黄2 Bit2=1：黄 Bit1=1：绿黄 Bit0=1：绿
59	距前方信号机距离	2	WORD型，单位m
60	应答器编号	2	WORD型
61	应答器报文信息长度	1
62	应答器报文信息	n
63	应答器监测结果	1	1：OK 0：为异常 其他：预留
64	应有电容	4	FLOAT32
65	实有电容	4	FLOAT32
66	电容是否失效	1	1：失效 2：正常 其他：预留

 

3实时库定义

3.1 dms_data数据表

id	列车编号	char(8)
atp_time	ATP时间	uint32
server_time	服务器时间	uint32
train_id	机车号	uint16
train_type	机车型号	uint16
train_number	车次	char(8)
pilot_no	司机号	uint16
copilot_no	副司机号	uint16
input_crossroadno	输入交路号	uint8
real_crossroadno	实际交路号	uint8
station_no	车站号	uint16
dir	机车运行方向	uint8
normalspeed	常用制动速度	uint16
breakspeed	紧急制动速度	uint16
targetspeed	目标速度	uint16
targetdistance	目标距离	uint16
maxspeed	最大限制速度	uint16
permitspeed	允许速度	uint16
tempspeed	临时限速速度	uint16
atp_priority	ATP等级	uint8
atp_mode	ATP模式	uint8
break_info	制动信息	uint8
dmitextlen	DMI文本信息长度	uint8
dmitext	DMI文本信息	char(32)
driverdmilen	司机对DMI操作信息长度	uint8
driverdmitext	司机对DMI操作信息	char(32)
pullhandle	牵引手柄信息	uint8
pullhandle2	方向手柄信息	uint8
trackregionnamelen	轨道电路区段名称长度	uint8
trackregionname	轨道电路区段名称	char(32)
involtage	入口电压	uint16
outvoltage	出口电压	uint16
lowvoltage	最低电压	uint16
maxvoltage	最高电压	uint16
carryfrequencycode	载频编码	uint8
lowfrequencycode	低频编码	uint8
carryfrequency	载频	uint16
lowfrequency	低频	uint16
scope	幅度	uint16
rbc_text	RBC报文信息	uint8
rbc_text2	RBC报文信息	char(32)
longitude	经度	int32
latitude	纬度	int32
currentspeed	当前速度	uint16
runcarcno	动车编号	uint16
mileage	里程	float32
lineno	线路编号	uint16
linenamelen	线路名称长度	uint8
linename	线路名称	char(32)
linelevel	线路行别	uint16
forwardstation	前方车站	uint16
stopcartext	停发车信息	uint8
signaltype	信号机种类制式	uint8
signalno	信号机编号	uint16
signallampposition	信号机灯位	uint16
forwardsignaltype	前方信号种类制式	uint8
forwardsignalno	前方信号机编号	uint16
forwardlampposition	前方信号机灯位	uint8
forwardsignaldistance	距前方信号机距离	uint16
apno	应答器编号	uint16
apgramlen	应答器报文信息长度	uint8
apgramtext	应答器报文信息	char(32)
propercap	应有电容	float32
apresult	应答器监测结果	uint16
realcap	实有电容	float32
capenable	电容是否失效	uint8

 

注：id主键。

3.2 dms_tempdata数据表

id	列车编号	char(8)
data	数据区	blob(512)

 

注：id主键。

 

4 protobuf接口定义

package SSIP;

 

message dmsData

{

   required string id = 1;

   optional int32 atp_time = 2;

   optional int32 server_time = 3;

   optional int32 train_id = 4;

   optional int32 train_type = 5;

   optional string train_number = 6;

   optional int32 pilot_no = 7;

   optional int32 copilot_no = 8;

   optional uint32 input_crossroadno = 9;

   optional uint32 real_crossroadno = 10;

   optional int32 station_no = 11;

   optional uint32 dir = 12;

   optional int32 normalspeed = 13;

   optional int32 breakspeed = 14;

   optional int32 targetspeed = 15;

   optional int32 targetdistance = 16;

   optional int32 maxspeed = 17;

   optional int32 permitspeed = 18;

   optional int32 tempspeed = 19;

   optional uint32 atp_priority = 20;

   optional uint32 atp_mode = 21;

   optional uint32 break_info = 22;

   optional string dmitext = 23;

   optional string driverdmitext = 24;

   optional uint32 pullhandle = 25;

   optional uint32 pullhandle2 = 26;

   optional string trackregionname = 27;

   optional int32 involtage = 28;

   optional int32 outvoltage = 29;

   optional int32 lowvoltage = 30;

   optional int32 maxvoltage = 31;

   optional uint32 carryfrequencycode = 32;

   optional uint32 lowfrequencycode = 33;

   optional int32 carryfrequency = 34;

   optional int32 lowfrequency = 35;

   optional int32 scope = 36;

   optional string rbc_text = 37;

   optional int32 longitude = 38;

   optional int32 latitude = 39;

   optional int32 currentspeed = 40;

   optional int32 runcarcno = 41;

   optional float mileage = 42;

   optional int32 lineno = 43;

   optional string linename = 44;

   optional uint32 linelevel = 45;

   optional int32 forwardstation = 46;

   optional uint32 stopcartext = 47;

   optional uint32 signaltype = 48;

   optional int32 signalno = 49;

   optional int32 signallampposition = 50;

   optional uint32 forwardsignaltype = 51;

   optional int32 forwardsignalno = 52;

   optional uint32 forwardlampposition = 53;

   optional int32 forwardsignaldistance = 54;

   optional int32 apno = 55;

   optional string apgramtext = 56;

   optional int32 apresult = 57;

   optional float propercap = 58;

   optional float realcap = 59;

   optional uint32 capenable = 60;

}

 

message dmsDataSet

{

   repeated dmsData dms = 1;

}

5构造dms_tempdata数据区

        表“dms_tempdata”的字段id与表“dms_data”的字段成一一映射关系。表“dms_tempdata”的字段data主要由两块组成：header+body。Header包含当前data数据体的长度，类型以及描述；body是由表“dms_data”中的字段组合，使用protobuf序列成数据体。

  

下面的过程为实时库表dms_data结构，序列化到dmsDataSet接口中。

::SSIP::dmsDataSet dms;

   ::SSIP::dmsData* data = dms.add_dms();

   data->set_dms_id(d.dms_id);

   data->set_atp_time(d.atp_time);

   data->set_server_time(d.server_time);

   data->set_train_id(d.train_id);

   data->set_train_type(d.train_type);

   data->set_train_number(d.train_number);

   data->set_pilot_no(d.pilot_no);

   data->set_copilot_no(d.copilot_no);

   data->set_input_crossroadno(d.input_crossroadno);

   data->set_real_crossroadno(d.real_crossroadno);

   data->set_station_no(d.station_no);

   data->set_dir(d.dir);

   data->set_normalspeed(d.normalspeed);

   data->set_breakspeed(d.breakspeed);

   data->set_targetspeed(d.targetspeed);

   data->set_targetdistance(d.targetdistance);

   data->set_maxspeed(d.maxspeed);

   data->set_permitspeed(d.permitspeed);

   data->set_tempspeed(d.tempspeed);

   data->set_atp_priority(d.atp_priority);

   data->set_atp_mode(d.atp_mode);

   data->set_break_info(d.break_info);

   data->set_dmitext(d.dmitext);

   data->set_driverdmitext(d.driverdmitext);

   data->set_pullhandle(d.pullhandle);

   data->set_pullhandle2(d.pullhandle2);

   data->set_trackregionname(d.trackregionname);

   data->set_involtage(d.involtage);

   data->set_outvoltage(d.outvoltage);

   data->set_lowvoltage(d.lowvoltage);

   data->set_maxvoltage(d.maxvoltage);

   data->set_carryfrequencycode(d.carryfrequencycode);

   data->set_lowfrequencycode(d.lowfrequencycode);

   data->set_carryfrequency(d.carryfrequency);

   data->set_lowfrequency(d.lowfrequency);

   data->set_scope(d.scope);

   data->set_rbc_text(d.rbc_text);

   data->set_longitude(d.longitude);

   data->set_latitude(d.latitude);

   data->set_currentspeed(d.currentspeed);

   data->set_runcarcno(d.runcarcno);

   data->set_mileage(d.mileage);

   data->set_lineno(d.lineno);

   data->set_linename(d.linename);

   data->set_linelevel(d.linelevel);

   data->set_forwardstation(d.forwardstation);

   data->set_stopcartext(d.stopcartext);

   data->set_signaltype(d.signaltype);

   data->set_signalno(d.station_no);

   data->set_signallampposition(d.signallampposition);

   data->set_forwardsignaltype(d.forwardsignaltype);

   data->set_forwardsignalno(d.forwardsignalno);

   data->set_forwardlampposition(d.forwardlampposition);

   data->set_forwardsignaldistance(d.forwardsignaldistance);

   data->set_apno(d.apno);

   data->set_apgramtext(d.apgramtext);

   data->set_apresult(d.apresult);

   data->set_propercap(d.propercap);

   data->set_realcap(d.realcap);

   data->set_capenable(d.capenable);

 

   std::string strOut = dms.SerializeAsString();

   int nlen = dms.ByteSize();

 

   BLOB_HEADER hd;

   hd.type = NET_BITS_PROTOBUF;

   hd.len = strOut.length();

   strncpy(hd.desc,"SSIP.dmsDataSet",sizeof(hd.desc));

   。。。

dms_tempdata d;

   memset(&d, 0,sizeof(tempdata));   

   strncpy(d.id, d.dms_id.c_str(),sizeof(d.id));

   assert(strOut.length() <= (sizeof(d.data) -sizeof(BLOB_HEADER)));

   memcpy(d.data, &hd,sizeof(BLOB_HEADER));

   memcpy(d.data +sizeof(BLOB_HEADER), strOut.c_str(), strOut.length());

        。。。

这里的strOut就是表“dms_tempdata”的protobuf，nlen就是Header信息体的长度。毫无疑问Protobuf结构化数据已经跨平台了，BLOB_HEADER定义的结构也应考虑跨平台封装。

6订阅dms_tempdata数据

订阅规则表达式：

1)        key                       [a-z0-9A-Z]模拟量和数字量

2)        [email protected]         自定义表和字段

3)        [email protected][;field.type]适用blob少量字段分解

4)        [email protected][field.xml] 适用blob批量字段分解

当1003列车信息数据产生变化，data数据将主动把这块数据(blob)推送给人机界面。然后HMI使用一个标准动态链接库解析器接口，把data元素进行相应的分解。在这里我们将封装一个接口程序，这个解析器可以回调人机界面处理函数，也可以使用getValue接口分别调用处理。

例：

1003@dms_tempdata.data.blob[;atp_time.uint32;server_time.uint32]

列车编号：1003

实时库表:dms_tempdata

字段域:data

类型:blob

        考虑软件工程中的封闭开放原则，能够集成不同的业务范围，不影响整个HMI软件重构。因此，我们使用动态链接库封装此接口—显示调用方式。随着业务范围的变化，我们可以对libblob.dll扩展业务功能，而不需要编译HMI软件。

 

l libblob.dll接口

extern"C"__declspec(dllexport)

bool

parserBlob(void* buf,constint& type,const int& len,

   const std::string& typedesc, LPFUNC_PARSELUA lpfnPaser)

{

。。。

}

 

extern"C"__declspec(dllexport)

bool

getValue(const std::string& object, CBaseValue& value)

{

。。。

}

 

l HMI调用接口

   typedefbool (*LPFUNC_PARSELUA)(const std::string& data);

   typedefbool (*PARSEBLOB)(void* buf,constint& type,const int& len,

const std::string& desc, LPFUNC_PARSELUA lpfnParser);

   typedefbool (*GETVALUE)(const std::string& object, CBaseValue& value);

   PARSEBLOB lpfnParseBlob;

   GETVALUE lpfnGetValue;

     hInst = LoadLibrary(_T("libblob.dll"));

 

   lpfnParseBlob = (PARSEBLOB)GetProcAddress(hInst,"parserBlob");

   lpfnGetValue = (GETVALUE)GetProcAddress(hInst,"getValue");

   。。。

   FreeLibrary(hInst);

l HMI订阅接口

。。。

int nBlobSize;

void* lpBlobData;

CBaseValue value;

LPFUNC_PARSELUA lpfnParser = (LPFUNC_PARSELUA)parser;

。。。

if (nBlobSize > sizeof(BLOB_HEADER))

{

   BLOB_HEADER* hd = (BLOB_HEADER*)lpBlobData;

   if (hd->len <= (nBlobSize - sizeof(BLOB_HEADER)))

   {

       void* buf = (char*)lpBlobData + sizeof(BLOB_HEADER);                           

       if (lpfnParseBlob && lpfnGetValue)

       {

           (*lpfnParseBlob)(buf, hd->type, hd->len, hd->desc, lpfnParser);

           //下面可能循环处理，把data分解的内容释放到不同的动画对象中。

           。。。

           (*lpfnGetValue)(data->obj, value);

           。。。

       }

   }

}

。。。

 

 

7总结

        省略。