一种用于TACS系统的分布式资源管理方法及系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种用于TACS系统的分布式资源管理方法及系统。

背景技术

TACS，即基于车车通信的列车自主运行系统，现有的TACS系统中，为提高资源分配效率，定义了管理员列车的概念，管理员列车为具有资源管理权限的列车或轨旁控制器，用于管理轨道全线或指定区域的所有轨旁资源，同时，引入了前车和后车的概念，前车与后车直接通信以实现轨旁资源使用权限的交接，而目标控制器OC在其中仅用于轨旁资源的申请登记和协助建立车与车的直接通讯。

这种资源管理方法通过减少通讯的中间环节来提高系统运行中资源交接的效率，在车与车之间以及车与地之间均正常通讯且通讯时延较短的情况下能够实现有效的资源交接，但这种资源交接方式在通讯异常的场景下对管理员列车的职责以及OC的协同作用的定义不明确，无法避免资源错误交接、漏交接、多重交接等问题。同时，对于车辆段/停车场等存在非线性多车追踪的场景，难以明确定义前车和后车，也难以协调列车作业和调车作业的优先顺序问题，因此无法实现资源的有效管理和调度。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题之一，提供一种用于TACS系统的分布式资源管理方法及系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于TACS系统的分布式资源管理方法，TACS系统包括沿轨道延伸方向呈间隔设置的多个目标控制器OC，以及轨道上多个列车的车载控制器OBC，该分布式资源管理方法包括以下步骤：

将轨道全线的轨旁资源管理权限按区分配给轨道上的各目标控制器OC；

目标控制器OC用于对其控区内的轨旁资源进行资源管理，资源管理包括对轨旁资源进行登记、分配和回收；

车载控制器OBC用于对本车所需的轨旁资源进行计算、申请、使用和释放；

同一轨道上相邻目标控制器OC之间均建立通信连接，以交互轨旁资源分配信息；每一车载控制器OBC与轨道沿线各目标控制器OC之间按需建立通信连接，以交互资源申请信息和资源分配信息；

车载控制器OBC基于列车运行计划计算列车所需的轨旁资源，并向该轨旁资源所在区域的目标控制器OC发送资源申请信息；目标控制器OC接收资源申请信息后，基于轨旁资源的状态对其控区内的轨旁资源进行分配，并向轨道上所有车载控制器OBC及其他目标控制器OC反馈资源分配信息。

本发明一些实施例中，还包括以下步骤：

列车使用轨旁资源结束后，车载控制器OBC主动释放轨旁资源并告知该轨旁资源所在区域的目标控制器OC，由该轨旁资源所在区域的目标控制器OC对该轨旁资源进行记录和再分配。

本发明一些实施例中，还包括以下步骤：

当轨道上出现故障目标控制器OC时，将故障目标控制器OC控区内的资源管理权限分配给与该故障目标控制器OC相邻的正常目标控制器OC。

本发明一些实施例中，还包括以下步骤：

资源管理还包括对轨旁资源的状态进行独占性检查和一致性检查；

当轨旁资源的状态违反独占性原则和/或一致性原则时，由该轨旁资源所在区域的目标控制器OC对该轨旁资源进行强制回收；

目标控制器OC回收其控区内的轨旁资源后，查看自身记录的申请者列表，若有其他列车对该轨旁资源进行申请，则将该轨旁资源分配给后续申请的列车。

本发明一些实施例中，还包括以下步骤：

同一轨道上相邻车载控制器OBC之间建立通信连接，以交互列车的位置、速度、加速度和方向信息。

本发明一些实施例中，目标控制器OC接收资源申请信息后，基于轨旁资源的状态对其控区内的轨旁资源进行分配具体过程如下：

目标控制器OC接收资源申请信息后，检查该资源申请信息所申请的轨旁资源的状态；

若该轨旁资源处于未分配状态，并且，满足独占性原则和一致性原则，则将该轨旁资源的使用权限分配给进行资源申请的车载控制器OBC，并向轨道上所有车载控制器OBC及其他目标控制器OC反馈资源分配信息；

若该轨旁资源处于分配状态，或者，不满足独占性原则和/或一致性原则，则拒绝当前资源申请，并记录相关警报信息。

本发明一些实施例中，轨旁资源包括行车资源和附属资源。

本发明一些实施例中，分布式资源管理方法对轨道全线的轨旁资源进行防死锁控制，以防止由于资源错误分配而导致死锁的情况。

本发明一些实施例中，分布式资源管理方法对轨道全线的轨旁资源进行多队列优先级管理，以对轨道全线的轨旁资源进行拥塞控制与调度优化。

本发明一些实施例进一步提供一种分布式资源管理系统，包括：

多个目标控制器OC：目标控制器OC用于对其控区内的轨旁资源进行资源管理；多个目标控制器OC沿轨道延伸方向呈间隔设置，且相邻目标控制器OC之间通信连接，以对列车轨道沿线的轨旁资源进行分布式管理；

多个车载控制器OBC：车载控制器OBC安装在列车上，与轨道沿线的目标控制器OC通信连接，用于对本车所需的轨旁资源进行计算、申请、使用和释放；并且，同一轨道上相邻车载控制器OBC之间通信连接，以交互列车的位置、速度、加速度和方向信息。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所提供的的分布式资源管理方法简化了现有TACS系统资源管理的通讯架构以及资源分配流程；将轨旁资源的管理权限按区分配给沿线的目标控制器OC，避免了将资源管理权限集中分配给管理员列车带来的硬件平台的性能问题、管理员列车选取算法问题以及管理员列车主备切换问题；

2、本发明所提供的的分布式资源管理方法重新定义了目标控制器OC的职责，资源管理的职责由原来的管理员列车、前后车、目标控制器OC三方共同承担变为由轨道沿线的各目标控制器OC分别承担，避免了在复杂的通讯场景下，尤其是通讯不稳定和前后车距离较远的场景下出现的资源交接不一致、不及时的问题，提高了资源交接的效率与安全性；

3、本发明所提供的分布式资源管理方法弱化了前车和后车的概念，轨旁资源的使用权限由在前后车之间交接变为由目标控制器OC统一分配、回收、再分配，避免了前后车确认算法和前后车资源交接的主动/被动方式等问题，能够适用于车辆段/停车场等复杂站型；

4、本发明所提供的分布式资源管理系统简化了现有的TACS系统的构架，明确了目标控制器OC和车载控制器OBC在资源管理中的职责，降低了系统设计的复杂度以及出现系统设计缺陷的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图来详细说明本发明的具体实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为用于TACS系统的分布式资源管理方法流程图；

图2为现有的TACS系统中资源管理的通讯构架图；

图3为分布式资源管理系统中资源管理的通讯构架图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为了更好的阐释本发明的方案，首先对现有的TACS系统的资源管理方法进行说明。

现有TACS系统中轨旁资源的管理主要涉及管理员列车、前车、后车、目标控制器OC等多个对象。

其中，管理员列车为具有管理员权限的列车或轨旁控制器，用于管理全线或指定区域的所有轨旁资源，负责资源的分配和回收。

前车为当前拥有某个轨旁资源的列车，资源使用完成后可以主动或者被动移交资源。

后车为已经进行资源申请，等待获取某个轨旁资源的列车。

目标控制器OC仅负责其控区内轨旁资源的登记和队列管理，并且，目标控制器OC的管辖区域小于管理员列车的管辖区域。

现有TACS系统中资源管理的通讯构架如附图2所示，其中资源管理相关的通讯分为五类：

(1)前车、后车与管理员列车之间进行通讯，以进行资源申请和资源分配。由于资源的最终管理权由管理员列车负责，为防止管理员列车故障而导致系统的资源管理功能失效，系统配置有主管理员列车和备用管理员列车，前车、后车与两个管理员列车之间均需保持通讯。

(2)前车、后车需要与当前控区OC、上游控区OC以及下游控区OC进行通讯，以登记资源需求、获取前后车的ID以及获取管理员列车的ID。

(3)相邻目标控制器OC之间进行通讯，以交互资源登记信息和车辆注册信息。

(4)目标控制器OC与管理员列车之间进行通讯，以交互资源登记信息和资源分配信息。

(5)前车与后车之间进行通讯，以进行轨旁资源的直接移交。

其中，通讯(1)至通讯(4)是为了实现通讯(5)，即实现轨旁资源在前后车之间的直接移交，这种资源管理方式在正常通讯的情况下能够实现轨旁资源的快速移交，但其中仍有许多不确定的因素。

例如，如何确定管理员列车的选取算法以及责任方；管理员列车发生主备切换时与各通讯对象的交互过程以及如何进行异常处理；前后车的确认算法以及在前后车不在同一OC控区内时如何避免不一致性；没有后车或与后车丢失通讯时如何处理已经可以释放的资源；没有前车或者与前车丢失通讯时如何获取轨旁资源；单一列车能够获取和管理的轨旁资源的最大集合是否有限制；已经可以释放的资源，由前车主动移交给后车还是等待后车申请后再移交，何种场景下该轨旁资源会释放给管理员列车；以及，如何确保轨旁资源移交过程中前车、后车、管理员列车以及目标控制器OC中资源归属权的信息是一致的，其中由于通讯延时带来的信息不一致性如何做出容忍才能兼顾安全和效率。

基于上述问题以及车地无线通信的不确定性，现有的用于TACS系统系统的资源管理方法难以确保在复杂场景下兼顾资源分配的效率和安全。另外，其中的车载信号系统可能会承担主管理员列车、备管理员列车、前车、后车等多种角色，其通讯对象和通讯种类较为复杂，系统开发过程中容易留下系统性的缺陷。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

如附图1-3所示，在本发明一种用于TACS系统的分布式资源管理方法的一个示意性施例中，TACS系统包括沿轨道延伸方向呈间隔设置的多个目标控制器OC，以及轨道上多个列车的车载控制器OBC。

该分布式资源管理方法以车载控制器OBC为资源使用者、以目标控制器OC为资源分配者，适用于城市轨道交通列车等短距离行驶的轨道列车，包括以下步骤。

将轨道全线的轨旁资源管理权限按区分配给轨道上的各目标控制器OC。

每个目标控制器OC全权负责其控区内的轨旁资源的资源管理工作，包括对轨旁资源进行登记、分配和回收。

车载控制器OBC仅负责本车当前所需轨旁资源的计算、申请、使用和释放。

同一轨道上相邻目标控制器OC之间均建立通信连接，以交互轨旁资源分配信息。每个车载控制器OBC与轨道沿线各目标控制器OC之间按需建立通信连接，以交互资源申请信息和资源分配信息。

车载控制器OBC基于列车运行计划计算列车所需的轨旁资源，与该轨旁资源所在区域的目标控制器OC建立通信连接并向该轨旁资源所在区域的目标控制器OC发送资源申请信息。

目标控制器OC接收资源申请信息后，基于轨旁资源的状态对其控区内的轨旁资源进行分配，并向轨道上所有车载控制器OBC及其他目标控制器OC反馈资源分配信息。

目标控制器OC对车载控制器OBC所申请的轨旁资源进行分配的具体过程如下。

目标控制器OC接收到车载控制器OBC资源申请信息后，检查该资源申请信息所申请的轨旁资源的状态。

若该轨旁资源处于未分配状态，并且，满足独占性原则和一致性原则，则将该轨旁资源的使用权限分配给进行资源申请的车载控制器OBC，并向轨道上所有车载控制器OBC及其他目标控制器OC反馈资源分配信息。

若该轨旁资源处于分配状态，或者，不满足独占性原则和/或一致性原则，则拒绝当前资源申请，并记录相关警报信息。

列车使用轨旁资源结束后，对于位于列车安全车尾后方的轨旁资源，车载控制器OBC主动释放并告知该轨旁资源所在区域的目标控制器OC，由该轨旁资源所在区域的目标控制器OC对该轨旁资源进行记录和再分配。

在上述示意性实施例中，目标控制器全权负责其控区内轨旁资源的全部管理工作，并且相邻目标控制器OC之间建立通讯交互资源分配信息，实现了对轨道全线轨旁资源的分布式管理，在车地无线通讯不稳定和车辆段、停车场等较为复杂的通讯场景下提高了轨旁资源交接的稳定性和安全性。同时由于资源管理权限的分配实现了去中心化的管理，而目标控制器OC之间的通信实现了更高层面的设备冗余，彻底解决了由于管理员列车故障带来的整个系统的运营风险。

本发明一些实施例中，当轨道上出现故障目标控制器OC时，将故障目标控制器OC控区内的资源管理权限分配给与该故障目标控制器OC相邻的正常目标控制器OC。轨道上的相邻目标控制器OC之间互为冗余设备，能够进一步防止目标控制器OC故障导致的资源管理功能的丧失，提高系统资源管理功能的稳定性和安全性。

本发明一些实施例中，目标控制器OC的资源管理工作还包括对轨旁资源的状态进行独占性检查和一致性检查。当轨旁资源的状态违反独占性原则和/或一致性原则时，由该轨旁资源所在区域的目标控制器OC对该轨旁资源进行强制回收，并向轨道上所有车载控制器OBC反馈资源状态信息，以确保各列车和目标控制器OC中资源归属权的信息是一致的。

目标控制器OC回收其控区内的轨旁资源之后，对回收的轨旁资源进行登记并进行安全检查，检查通过后，查看自身记录的申请者列表，若有后续列车申请该轨旁资源，目标控制器OC自动将该轨旁资源分配给后续进行资源申请的列车。

本发明一些实施例中，同一轨道上相邻车载控制器OBC之间建立通信连接，以交互列车的位置、速度、加速度和方向信息，需要说明的是，在本发明所提供的分布式资源管理方法中，相邻车载控制器OBC之间通信不用于资源管理和资源使用权的交接，而是通过相邻列车之间分享位置、速度、加速度和方向等信息，实现独立的防撞功能，进行独立的安全防护。

本发明一些实施例中，轨旁资源包括行车资源和附属资源。

本发明一些实施例中，基于基本的资源管理功能，对轨道全线的轨旁资源进行防死锁控制，以防止由于资源错误分配而导致死锁的情况。

本发明一些实施例中，基于基本的资源管理功能，对轨道全线的轨旁资源进行多队列优先级管理，通过多队列优先级管理的方式实现轨道全线的轨旁资源的拥塞控制与调度优化，提高轨旁资源的分配效率。

本发明一些实施例进一步提供一种分布式资源管理系统，用于实现对列车轨道全线轨旁资源的分布式管理，包括多个目标控制器OC和车载控制器OBC。

其中，目标控制器OC用于对其控区内的轨旁资源进行资源管理。

多个目标控制器OC沿轨道延伸方向呈间隔设置，且相邻目标控制器OC之间通信连接，以对列车轨道沿线的轨旁资源进行分布式管理。

车载控制器OBC安装在列车上，与轨道沿线的目标控制器OC通信连接，用于对本车运行所需的轨旁资源进行计算、申请、使用和释放。

需要说明的是，同一轨道上有多辆列车运行时，相邻车载控制器OBC之间通信连接，交互列车的位置、速度、加速度和方向信息，以实现独立的安全防护。

以下结合附图对本发明所提供的分布式资源管理系统中资源管理的通讯构架进行说明，如附图3所示，在分布式资源管理系统的构架中，轨旁资源的管理仅涉及到列车的车载控制器OBC和目标控制器OC两个对象。

其中，列车的车载控制器OBC用于负责资源的计算、申请和使用。目标控制器OC负责本OC控区内轨旁资源的登记、分配、回收和检查工作，在相邻的目标控制器OC出现故障的情况下接收其控区范围内轨旁资源的管理工作。

在分布式资源管理系统的构架中，资源管理相关的通讯只有两类：

(1)列车与目标控制器OC之间通讯，以便列车向轨旁资源所在的控区OC提出资源申请，获得资源的使用权、以及接收目标控制器OC的资源管理监督和资源回收。

(2)相邻目标控制器OC之间通讯，以交互OC控区之间的资源分配信息，以及在必要时由正常目标控制器OC接手故障目标控制器OC控区内的资源管理工作。

可以理解的是，本发明所提供的分布式资源管理系统中列车的功能相对单一，弱化了前车和后车的概念，资源的使用权限不在列车与列车之间交接，而是由目标控制器OC统一负责轨旁资源的分配、回收与再分配，列车的车载控制器OBC和目标控制器OC在资源管理中的职责更加明确，避免了前后车确认算法和前后车资源交接的主动/被动方式等问题，能够适用于车辆段/停车场等复杂站型。

并且，由于本发明所提供的分布式资源管理系统简化了资源管理的通讯构架，避免了车地无线通讯的不稳定带来的不确定性风险，降低了系统设计的复杂度以及出现系统设计缺陷的风险。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。