陳 亮，張 浩，呂方瑤，趙 琳

（1．中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081；2．中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司通信信號研究所，北京 100081）

無線閉塞中心（RBC）作為CTCS-3級列控系統(tǒng)的地面核心設(shè)備，車載消息模擬器可以模擬車載ATP設(shè)備與RBC進行消息交互，進行特定場景試驗，從而實現(xiàn)對RBC功能的驗證，是RBC仿真測試環(huán)境中必不可少的一個組成部分。

本文重點研究車載消息模擬器的軟件模塊設(shè)計與實現(xiàn)，通過實際測試案例進行驗證，表明車載消息模擬器可滿足RBC的功能測試場景需求。

1 車載消息模擬器

車載消息模擬器根據(jù)運營場景，結(jié)合行車所需要的外部信息，生成與RBC通信的消息。外部信息包括：1）牽引制動信息：包括前進、后退，以及列車當(dāng)前運行速度等；2）車輛靜態(tài)信息：如車次號、列車長度、軸重等；3）應(yīng)答器報文信息：由仿真平臺向車載消息模擬器發(fā)送的應(yīng)答器報文；4）軌道電路碼序信息：仿真平臺發(fā)送當(dāng)前運行區(qū)段軌道電路碼序；5）RBC發(fā)送給車載消息模擬器的消息：如行車許可、臨時限速、級間切換、緊急停車消息等。

1.1 軟件開發(fā)環(huán)境

車載消息模擬器的軟件開發(fā)采用C#開發(fā)語言以及Visual Studio 2019開發(fā)環(huán)境。軟件設(shè)計采用多例模式，運行主程序的PC機可以同時運行多個程序，因此可以滿足多個車載消息模擬器同時注冊、注銷RBC的場景試驗需求。

1.2 軟件總體設(shè)計

車載消息模擬器主要模擬ATP與RBC間的消息交互，因此在系統(tǒng)功能劃分上與ATP類似，軟件結(jié)構(gòu)主要由4個模塊組成：核心計算模塊、仿真平臺接口模塊、無線報文傳輸模塊、人機界面模塊。軟件總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軟件總體設(shè)計結(jié)構(gòu)Fig.1 Software overall design structure diagram

核心計算模塊。根據(jù)收到的外部信息計算并生成發(fā)送給RBC的無線消息、解析從RBC收到的無線消息、根據(jù)外部輸入的信息控制車載模式、等級和速度等。

仿真平臺接口模塊。實現(xiàn)車載消息模擬器與仿真平臺的通信功能，接收應(yīng)答器報文、軌道電路碼序，并將列車速度周期性地發(fā)送給仿真平臺，由仿真平臺根據(jù)列車速度計算列車當(dāng)前位置。

無線報文傳輸模塊。主要負責(zé)與RBC進行通信，通過調(diào)用已經(jīng)封裝好的subset-037協(xié)議棧與RTU進行接口，實現(xiàn)與真實RBC間的數(shù)據(jù)傳輸。

人機界面模塊。用于向測試人員提供仿真車載的控制信息，并顯示當(dāng)前列車的狀態(tài)信息。例如，與仿真平臺的通信狀態(tài)、與RBC的通信狀態(tài)、與外部軟件的通信數(shù)據(jù)等；測試人員也可以設(shè)置列車參數(shù)，選擇控車模式與等級等。

2 軟件模塊功能實現(xiàn)

2.1 核心計算模塊

本模塊是車載消息模擬器的核心模塊，用于初始化全局變量、讀取車載配置文件、綁定通信端口、無線消息的生成與解析等。

初始化全局變量包括車載模式、等級、初始的最近相關(guān)應(yīng)答器編號；車載配置文件包括車次號、RBC電話號碼/ID號、車長、軸重等相關(guān)信息；綁定通信端口是指車載消息模擬器與RTU以及仿真平臺的發(fā)送/接收端口的綁定；無線消息的生成與解析功能是車載消息模擬器的主要功能之一。

解析消息是生成消息的逆過程，是將收到的RBC消息、仿真平臺發(fā)送的應(yīng)答器報文以及軌道電路信息，根據(jù)通信協(xié)議解析出消息的對應(yīng)字段，最后在人機界面接口進行相應(yīng)的顯示。

2.2 仿真平臺接口模塊

2.2.1 應(yīng)答器信息接口

車載消息模擬器通過以太網(wǎng)與仿真平臺直接通信進行仿真。與實物仿真方式，即通過應(yīng)答器和BTM天線獲取應(yīng)答器信息的方式相比，通過以太網(wǎng)傳輸信息能夠保證在滿足功能測試需求的前提下，避免不必要的復(fù)雜性，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時縮短其開發(fā)周期。

2.2.2 軌道電路信息接口

軌道電路信息接口在編程方式上仍采用異步回調(diào)委托方式接收仿真平臺發(fā)來的消息。

由于車載消息模擬器與RBC通信時，不發(fā)送相關(guān)的軌道電路碼序信息，因此，僅在顯示界面上提示操作人員當(dāng)前的碼序信息。

2.2.3 速度-距離信息接口

與仿真平臺的速度-距離信息接口，主要是將車載消息模擬器當(dāng)前的速度以及累積運行距離報告給仿真測試平臺；仿真測試平臺計算仿真列車在線路上的具體位置。

車載消息模擬器按照500 ms的周期向仿真平臺發(fā)送列車運行的累積距離，以保證仿真平臺精確計算仿真列車的當(dāng)前運行位置。

2.3 無線報文傳輸模塊

車載消息模擬器通過仿真RTU與真實RBC進行通信。仿真RTU為獨立的PC機，同時安裝有Primux板卡與以太網(wǎng)板卡，利用Primux板卡通過E1線與RBC的ISDN端口連接通信，利用以太網(wǎng)板卡通過以太網(wǎng)線與車載消息模擬器連接通信，車載消息模擬器與RTU連接示意如圖2所示。

圖2 車載消息模擬器與RTU連接Fig.2 Connecti on between onboard message simulator and RTU

車載消息模擬器在通信模塊中開發(fā)與RBC通信的應(yīng)用層，通過調(diào)用RTU程序中按照Subset-037協(xié)議實現(xiàn)的無線通信功能模塊（Communicational Functional Module，CFM）與RBC進行通信，通信模塊示意如圖3所示。

圖3 通信模塊示意Fig.3 Schematic diagram of communication module

2.4 人機界面模塊

人機界面模塊接口是測試人員完成注冊、注銷、與RBC建立安全連接、RBC移交等場景功能的人工操作接口。

測試過程中，車載消息模擬器依據(jù)測試用例向RBC發(fā)送特定的消息，以滿足測試RBC功能的需求。

人機界面模塊接口提供了需要人工設(shè)置特定消息字段的內(nèi)容，可以實現(xiàn)人工消息插入功能，將輸入的數(shù)據(jù)組合成消息發(fā)送給RBC。

3 軟件測試舉例

在CTCS-3級列控系統(tǒng)的實驗室環(huán)境下，車載消息模擬器可以實現(xiàn)以下測試場景：注冊與注銷、等級與模式的轉(zhuǎn)換、RBC移交、調(diào)車、臨時限速、緊急消息處理、故障模擬場景。為了對RBC進行功能測試，基于運營場景對測試序列進行測試。本文以RBC移交及等級轉(zhuǎn)換兩個典型場景為例，說明車載消息模擬器實現(xiàn)基于運營場景的測試過程。

車載消息模擬器可以向RBC發(fā)送正常的消息進行功能測試，也可以向RBC發(fā)送真實車載設(shè)備所不能發(fā)出的異常消息，作為RBC功能測試的一項重要需求。

3.1 測試流程

測試開始前，車載消息模擬器與仿真平臺、RBC建立正確連接，其測試流程如圖4所示。

3.2 試驗場景舉例說明

以RBC移交場景為例，RBC移交是在兩個RBC的邊界處，實現(xiàn)列車行車許可安全切換的過程，車載消息模擬器可以完成仿真列車通過RBC邊界的移交場景。

車載消息模擬器根據(jù)測試需要選擇手動移交或自動移交。手動移交由消息插入功能實現(xiàn)，車載消息模擬器按照RBC移交流程向RBC發(fā)送測試RBC功能所需要的正確或者異常的消息，完成特定場景的測試；自動移交則是按照RBC移交流程由車載消息模擬器自動完成與移交/接收RBC的消息交互。

RBC移交流程如圖5所示，描述列車在兩個RBC間行車許可控制的安全切換過程。

圖5 RBC移交過程Fig.5 RBC handover process

車載消息模擬器選擇完全模式，仿真列車以完全模式運行，當(dāng)移動授權(quán)（MA）延伸至RBC移交邊界時，收到移交RBC發(fā)送的包含P131的行車許可（M3）消息后，通過解析P131包中的接收RBC的ID號及電話號碼信息呼叫接收RBC；與接收RBC建立連接后，車載消息模擬器同時與移交RBC、接收RBC進行無線消息交互，待列車最大前端通過移交邊界，接收RBC接管仿真列車，列車繼續(xù)運行，待最小安全后端通過移交邊界后列車與移交RBC斷開連接，完成移交場景。

3.3 測試實例

本實例以取消C2/C3等級轉(zhuǎn)換與移交RBC縮短移動授權(quán)場景的測試序列為例說明，如表1所示。

表1 取消C2/C3等級轉(zhuǎn)換與移交RBC縮短移動授權(quán)場景的測試序列Tab.1 Test sequence for cancelling C2/C3 conversion and shortening movement authority by handover RBC

經(jīng)過實際仿真測試，序列中各步驟的測試結(jié)果均符合系統(tǒng)需求規(guī)范，證明車載消息模擬器能夠在列控系統(tǒng)研發(fā)、測試等方面提供仿真技術(shù)支持。

4 結(jié)束語

目前CTCS-3級列控車載消息模擬器已基于C#語言實現(xiàn)了基本功能，下一步將采用腳本測試方式實現(xiàn)自動化測試，逐步完善車載消息模擬器自動化測試的功能。