列车网络管理系统的制作方法

本发明属于列车以太网通信技术领域，尤其涉及一种列车网络管理系统。

背景技术：

随着工业以太网在轨道交通上的广泛应用，很多轨道交通车辆设备开始采用以太网传输数据。轨道交通车辆将众多不同厂家设备集成到一起，在装车前需要对这些设备及设备功能、性能和稳定性进行系统性检测。在装车后需要实时关注网络设备工作状态、网络线路状态、网络通信质量等；另外也需要实时监测和预警网络节点故障、网络传输设备故障及网络性能瓶颈等网络系统故障。

然而由于列车以太网网络的复杂性，对出现的网络故障只能依靠人工逐一排查，不但耗费时间，而且排查效果往往也不理想。对偶发性网络故障往往又很难复现和追溯，这给后期故障定位和分析带来很多不便。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种列车网络管理系统，以解决现有技术中对出现的网络故障只能依靠人工逐一排查，不但耗费时间，而且排查效果往往也不理想的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种列车网络管理系统，包括：

数据监测存储装置，用于实时监测列车上的以太网数据，并将实时监测的所述以太网数据进行存储；

网络管理装置，与所述数据监测存储装置电连接，用于根据所述数据监测存储装置实时监测的所述以太网数据进行实时分析，或者根据所述数据监测存储装置中存储的历史以太网数据进行下载、分析或者统计，以进行列车的故障排查。

在一实施例中，所述数据监测存储装置包括第一处理模块、第一存储模块、第一告警模块和对外接口，所述对外接口包括以太网接口、rs232调试口、usb接口、电源供电口中至少一个；

所述第一处理模块，用于实时监测列车上的以太网数据，以及实时分析所述以太网数据以确定设备故障或者网络故障；

所述第一存储模块，用于将实时监测的所述以太网数据进行存储；

所述第一告警模块，用于在设备故障或者网络故障时进行告警；

所述网络管理装置包括第二处理模块和第二存储模块；

所述第二处理模块，用于根据所述数据监测存储装置实时监测的所述以太网数据进行实时分析，或者根据所述数据监测存储装置中存储的历史以太网数据进行下载、分析或者统计；

所述第二存储模块，用于保存分析结果或者统计结果。

在一实施例中，所述列车网络管理系统还包括车载交换机，所述车载交换机包括司机室交换机和客室交换机；

所述司机室交换机和所述客室交换机，用于提供列车上的设备接入以太网的接口，以便列车上的接入以太网的设备通过列车网络组网；

所述数据监测存储装置通过所述司机室交换机接入所述列车的司机室中，所述数据监测存储装置通过以太网线与所述网络管理装置连接。

在一实施例中，所述司机室交换机上任意一个端口设置为镜像端口，所述镜像端口用于监测和抓取列车的以太网数据；

所述数据监测存储装置通过连接所述司机室交换机的镜像端口接入所述列车的司机室中。

在一实施例中，所述第二处理模块，用于分析所述以太网数据中的各个数据帧的mac地址和ip地址，根据所述mac地址和所述ip地址获得列车中接入以太网的设备的网络拓扑图；

所述第二存储模块，用于保存所述网络拓扑图。

在一实施例中，所述网络管理装置还包括第二告警模块；

所述第二处理模块，用于根据所述以太网数据中的数据帧，遍历arp、tcp或udp数据帧后，通过hash算法生成mac地址与ip地址的对应关系表；当不同mac地址命中同一ip地址时，确定发生ip地址冲突；

所述第二存储模块，用于存储生成的mac地址与ip地址的对应关系表；

所述第二告警模块，用于当发生ip地址冲突时进行告警。

在一实施例中，所述第二处理模块，用于分析所述以太网数据传输时采用的rtp序列号，检测传输所述以太网数据时是否丢包，或者判断所述车载交换机是否阻塞以及接收主机是否发生故障，所述接收主机为数据交互过程中接收数据的设备；

所述第二存储模块，用于存储传输所述以太网数据时采用的rtp序列号、检测结果以及判断结果；

所述第二告警模块，用于当检测到传输所述以太网数据时发生丢包、所述车载交换机阻塞或者接收主机发生故障时进行告警。

在一实施例中，所述第二处理模块，用于计算网络数据流量，并按总流量以及各设备流量进行分类；以及实时对获取的以太网数据的数据帧长度按照总分布以及各设备进行分类，以便分析超短帧高频度收发引起的网络负荷瓶颈的原因；以及分析获取的二进制数据列表、协议树以及数据列表，快速查找待查询数据以及获取所述待查询数据的内容。

在一实施例中，设置在所述列车的司机室内的显示装置，用于通过以太网实时接收所述第一处理模块发送的分析结果或者统计结果并进行显示。

在一实施例中，所述列车网络管理系统还包括终端设备；

所述终端设备，连接所述数据监测存储装置，用于在线实时监测和分析所述数据监测存储装置监测到的以太网数据，并将分析结果以图表形式显示；或者，下载存储在所述网络管理装置中的以太网数据，并对下载的以太网数据进行分析或统计，获得的分析结果或者统计结果以图表形式显示。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过数据监测存储装置实时检测列车中的以太网数据，并由网络管理装置对实时以太网数据进行分析，可以及时检测到列车故障或者其他各类数据，从而可以解决现有技术中对出现的网络故障只能依靠人工逐一排查，不但耗费时间，而且排查效果往往也不理想的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的列车网络管理系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的数据监测存储装置的示意图；

图3是本发明实施例提供的网络管理装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的列车网络管理系统的示例图；

图5是本发明另一实施例提供的网络管理装置的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种列车网络管理系统的示意图，详述如下。

轨道交通列车上可以包括两个司机室和多个客室，列车上的设备可以通过以太网连接，轨道交通列车上设置列车网络管理系统，列车网络管理系统以太网网络管理系统及其装置两部分组成，包括数据监测存储装置101和网络管理装置102。

数据监测存储装置101，用于实时监测列车上的以太网数据，并将实时监测的所述以太网数据进行存储；

网络管理装置102，与所述数据监测存储装置101电连接，用于根据所述数据监测存储装置实时监测的所述以太网数据进行实时分析，或者根据所述数据监测存储装置中存储的历史以太网数据进行下载、分析或者统计，以进行列车的故障排查。

上述列车网络管理系统，通过数据监测存储装置实时监测列车上的以太网数据，并由网络管理装置对实时以太网数据进行分析，可以及时检测到列车故障或者其他各类数据，从而可以解决现有技术中对出现的网络故障只能依靠人工逐一排查，不但耗费时间，而且排查效果往往也不理想的问题。

可选的，如图2所示，所述数据监测存储装置101包括第一处理模块1011、第一存储模块1012、第一告警模块1013和对外接口1014。

所述对外接口1014可以包括以太网接口、rs232调试口、usb接口、电源供电口中至少一个。

所述以太网接口即internet网口；所述rs232调试口是由电子工业协会(electronicindustriesassociation，eia)所制定的异步传输标准接口。

所述第一处理模块1011，用于实时监测列车上的以太网数据，以及实时分析所述以太网数据以确定设备故障或者网络故障。可选的，数据监测存储装置101的主要功能是采集数据和监测数据，也可以对采集的数据进行简单的分析，例如分析是否发生网络断开、列车上安装的显示设备无法显示等。

所述第一存储模块1012，用于将实时监测的所述以太网数据进行存储。

所述第一告警模块1013，用于在设备故障或者网络故障时进行告警。

可选的，第一告警模块1013进行告警的方式可以为控制主控室内的指示灯闪烁、发出警报声或者在主控室内的监控显示屏上进行文字或者警报图标的显示，在本申请中不对告警方式进行限定。

可选的，所述网络管理装置102可以包括第二处理模块1021和第二存储模块1022。

所述第二处理模块1021，用于根据所述数据监测存储装置实时监测的所述以太网数据进行实时分析，或者根据所述数据监测存储装置中存储的历史以太网数据进行下载、分析或者统计；

所述第二存储模块1022，用于保存分析结果或者统计结果。

可选的，网络管理装置102中可以设置网络管理系统，网络管理系统为基于qt开发的软件，具备跨平台和可移植性。qt是由qtcompany开发的跨平台c++图形用户界面应用程序开发框架，它既可以开发gui程序，也可用于开发非gui程序，比如开发控制台工具和服务器。qt是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展以及一些宏，qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。

可选的，网络管理装置102可以进行协议分析，例如分析物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层的网络协议；可以进行网络分析，例如分析带宽、帧长、拓扑发现和ip地址冲突等；可以对列车具体业务进行分析，例如通过网络控制系统、乘客信息系统及其他基于以太网通信的列车网络对列车的以太网数据进行分析；可以进行告警，例如当发生ip地址冲突、网络状态差、广播风暴以及自定义告警等情况时进行告警；可以进行统计，例如网络协议统计、网络设备状态统计、网络通信质量统计、具体业务统计以及故障率统计等。

可选的，当网络管理装置102执行上述操作实现上述功能时，需要获取列车上的以太网数据。分析发现列车网络交互数据流主要发生在司机室设备与客室设备之间，以及司机室内的设备之间，而客室设备与客室设备之间几乎没有交互数据。所以所有网络数据流都会流经司机室交换机，监测和抓取司机室交换机的全部数据就可以对网络进行全面的数据挖掘和分析。

可选的，如图3所示，所述列车网络管理系统还可以包括车载交换机，所述车载交换机包括司机室交换机103和客室交换机104。

所述司机室交换机103和所述客室交换机104，用于提供列车上的设备接入以太网的接口，多个客室交换机104之间通过汇聚端口串联，以便列车上的接入以太网的设备通过列车网络组网；

所述数据监测存储装置101通过所述司机室交换机103接入所述列车的司机室中，所述数据监测存储装置101通过以太网线与所述网络管理装置102连接。

可选的，可将列车司机室交换机任意一个端口配置为镜像端口，通过以太网线把数据监测存储装置接入镜像端口，上电开机后数据监测存储装置实时监测网路通信状态、网络设备状态、网络通信质量，实时监测、分析和存储以太网数据，供部署有以太网网络管理系统软件的pc机或专用手持装置下载和分析。

可选的，如图3所示，所述列车网络管理系统还可以包括镜像端口105。

所述司机室交换机103上任意一个端口设置为镜像端口105，所述镜像端口105用于监测和抓取列车的以太网数据，所述数据监测存储装置101通过连接所述司机室交换机103的镜像端口105接入所述列车的司机室中，通过镜像端口105可以获取列成上接入以太网的所有设备的数据流上的所有数据。

可选的，当司机室为两个时，可以将镜像端口105设置于司机室主控室交换机的上。

可选的，所述第二处理模块1021，用于分析所述以太网数据中的各个数据帧的mac地址和ip地址，根据所述mac地址和所述ip地址获得列车中接入以太网的设备的网络拓扑图；所述第二存储模块1022，用于保存列车中接入以太网的设备的网络拓扑图。网络拓扑图可以直观呈现列车中各个网络设备的连接关系，以及网络设备的在线状态。

网络层拓扑发现的原理是结合控制报文协议(internetcontrolmessageprotocol)internet，icmp)、地址解析协议(addressresolutionprotocol，arp)以及简单网络管理协议(simplenetworkmanagementprotocol，snmp)，对指定的网络进行活动设备的检查，以得到所有的活动设备，然后通过snmp取得设备的基本信息，根据基本信息确定设备的类型，再根据设备的类型取得相应设备的详细信息。各客室交换机通过汇聚端口串联，形成列车网络，仅为一层交换网络结构。网络中的各个设备节点不具备标准snmp网管能力，仅支持arp和icmp基础协议，因此网络拓扑发现可以采取arp遍历和icmpping发现两种技术实现。但是镜像端口仅能接收网络数据，不能支持发送网络数据，因此，不能采取传统arp遍历手段，只能分析获取的数据帧中的mac地址和ip地址，得到列车中设备的网络拓扑图，icmpping同理。且只能通过mac、ip与事先录入的设备信息匹配，进行网络拓扑图的查阅显示。

可选的，如图5所示，所述网络管理装置102还包括第二告警模块1023。

可选的，当列车上不同设备之间存在ip地址冲突时，会严重危害冲突设备之间的通讯。冲突后的现象又很难迅速发现原因，往往伴随着通讯时断时续的现象。

可选的，所述第二处理模块1021，用于根据所述以太网数据中的数据帧，遍历arp、传输控制协议(transmissioncontrolprotocol，tcp)或用户数据报协议(0userdatagramprotocol，udp)数据帧后，通过hash算法生成mac与ip对应关系表；当不同mac地址命中同一ip地址时，确定发生ip地址冲突；

所述第二存储模块1022，用于存储生成的mac与ip对应关系表；

所述第二告警模块1023，用于当发生ip地址冲突时进行告警。

可选的，第二告警模块1023进行告警的方式可以为控制主控室内的指示灯闪烁、发出警报声或者在主控室内的监控显示屏上进行文字或者警报图标的显示，在本申请中不对告警方式进行限定。

可选的，流媒体通常采用实时传输协议(real-timetransportprotoco，rtp)传输媒体数据块，rtp协议通常是面向不可靠连接服务的udp协议承载。rtp序列号可以用来区分和标识rtp报文，并为探测是否有丢包和是否有包的传输顺序错乱等问题提供了很好的线索。rtp序列号通常为一个16位的无符号二进制整数，并且以1个步长逐步递增。当rtp序列号递增到最大值时，会自动恢复为0。这种到达最大值后清0的行为被叫做：wrap-around。但是除了wrap-around情况外，rtp序列号永远遵循连续的原则，报文每发送一次，就递增1，而不会以其他步长往前或往后跳跃。因此，当rtp序列号不连续且不为最大值时，则可以判定数据传输时发生丢包现象。

可选的，所述第二处理模块1021，用于分析所述以太网数据传输时采用的rtp序列号，检测传输所述以太网数据时是否丢包，或者判断所述车载交换机是否阻塞以及接收主机是否发生故障，所述接收主机为数据交互过程中接收数据的设备；

所述第二存储模块1022，用于存储传输所述以太网数据时采用的rtp序列号、检测结果以及判断结果；

所述第二告警模块1023，用于当检测到传输所述以太网数据时发生丢包、所述车载交换机阻塞或者接收主机发生故障时进行告警。

可选的，媒体流通常分为单播流和组播流。媒体流由源ip地址、目的ip地址以及端口号唯一标识。通过分析媒体流数据帧可获得动态丢帧率、静态丢帧率以及丢帧数量，通过分析结果可判断音视频卡顿发生在源头，还是接收主机。源头丢帧又分为媒体主机性能稳定性差或网络交换机阻塞。如媒体源头流畅、某显示主机卡顿，则为接收主机故障。

可选的，所述第二处理模块1021，还可以用于当包的传输顺序被打乱的情况下，接收方可根据rtp序列号对包进行排序，进而重组。

可选的，所述第二处理模块1021，用于计算网络数据流量，便于实时了解网络负荷状态，并可以按总流量以及各设备流量进行分类，同时还可以支持实时查看带宽数据或者离线查看带宽数据。

所述第二处理模块1021，用于实时对获取的以太网数据的数据帧长度按照总分布以及各设备进行分类，以便分析超短帧高频度收发引起的网络负荷瓶颈的原因。

所述第二处理模块1021，用于分析获取的二进制数据列表、协议树以及数据列表，快速查找待查询数据以及获取所述待查询数据的内容，还可以重点监测某类协议情况。

可选的，二进制数据列表中可以包括：显示条目数、时间间隔、以太网原地址、以太网目的地址、协议族名称以及帧长度等；协议树可以包括：按树形结构逐渐展开从底之上的协议字段；二进制数据显示十六进制字节单位的数据内容，点击某块数据可高亮对应协议树上的协议字段。

可选的，所述第二处理模块1021，还可以用于捕获特定帧，测试时经常需要观察某设备是否发出特定数据帧，以便在网络上截获指定数据并及时发送给用户。所述第二处理模块1021，还可以用于执行交互性验证；交互性验证在验证程序逻辑时非常有用，例如：三个设备按照特定顺序进行通讯，可通过此功能预先设定验证顺序和内容，当检测到第一个逻辑时，进行第二个逻辑验证，逐一检测各个逻辑。

可选的，如图4所示，列车上的各个车厢中设置的显示装置106可以显示广告信息、车辆运行提醒信息等。在本实施例中，设置在所述列车的司机室内的所述显示装置106，用于通过以太网实时接收所述第一处理模块1011发送的分析结果或者统计结果并进行显示；

所述第一存储模块1012，用于以文件形式保存所述分析结果或者所述统计结果。

可选的，如图4所示，所述列车网络管理系统还包括终端设备107。可选的，终端设备107可以为pc机或者手持终端设备，例如手机、手提电脑等。

所述终端设备107，连接所述数据监测存储装置101，用于在线实时监测和分析所述数据监测存储装置101监测到的以太网数据，并将分析结果以图表形式显示；或者，下载存储在所述网络管理装置102中的以太网数据，并对下载的以太网数据进行分析或统计，获得的分析结果或者统计结果以图表形式显示。

上述列车网络管理系统，通过数据监测存储装置实时检测列车上的以太网数据，并由网络管理装置对实时以太网数据进行分析，可以及时检测到列车故障或者其他各类数据，从而可以实时掌握列车上的网络设备工作状态和网络系统工作状态，使得可以实时对数据进行分析，以及实时进行网络故障排查，有效解决现有轨道交通车辆缺少一体化以太网网络管理系统及其设备难题，提升轨道交通列车网络系统管理的实时性、便捷性及效率。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

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