基于LabVIEW的应答器报文解码仿真实现

叶 轲，侯 艳，王 通

（北京铁路信号有限公司，北京 102613）

应答器是列车运行控制系统中用于车-地通信的关键部分，是列车安全运行的重要保证。应答器报文数据作为车-地通信的信息载体，向CTCS-3 级列控系统车载设备提供位置、等级转换、建立无线通信等信息，同时对CTCS-2 级列控系统车载设备提供线路速度、线路坡度、轨道电路和临时限速等线路参数信息。应答器报文中包含如此重要的线路信息，在正式报文写入前，必须对报文的正确性进行审核。目前，报文审核还采用人工核对方式，仅能对站名、应答器编号、公里标和报文版本等基本信息进行核对，对报文数据无法核对，审核效率低，审核内容有限，同时有一定审核遗漏的风险。因此需要对报文解码方式进行深入研究，实现报文数据的解析及数据自动比对，扩展审核内容，提高报文审核效率。

1 应答器报文格式信息

应答器报文可分为长报文和短报文，其中长报文用户数据位为913，短报文用户数据位为231。为满足复杂条件下地面到车载数据的传输可靠，用户报文经过数据处理转换后，再进行传输。报文数据定义如表1 所示。

表 1 报文的格式信息Tab.1 Telegram format information

2 FFFIS解码策略

由Form Fit 功能接口规范(Form Fit Function Interface Specification，FFFIS)编码策略可以知道，在解码过程中也应该将报文分为长报文和短报文。令n为报文长度，则对于长报文，n＝1 023，对于短报文，n＝341。

具体解码过程如下。

STEP 1：建立报文接收窗口，长为n＋r；（对于长报文，r＝77，对于短报文，r＝121，当窗口移动超过7 500 位时，r＝n）。

STEP 2：对报文进行奇偶校验，若不能通过，返回STEP 1 并移动窗口。

STEP 3：判断窗口的最左端r位和最右端r位是否一致，若不一致，返回STEP 1 并移动窗口。

STEP 4：寻找报文的起始位置，如果找不到，返回STEP 1 并移动窗口。

STEP 5：判断由11 位数据组成的序列是否符合数值转换表里的数据，若不是则返回STEP 1 并移动窗口。

STEP 6：候选安全报文。

STEP 7：检查反转位，如果反转数据位为1，则将所有的报文数据都反转，如果反转数据位为0，则无需进行数据处理。然后检查控制位是否为001，如果不是，则表示接收到的是未知格式的报文，中止接收报文并返回“未知报文格式”的消息。

STEP 8：从最高位开始读取报文数据进行11-to-10 的转换。

STEP 9：解除扰码。

STEP 10：输出用户数据和反转数据位等所需信息。

3 应答器报文信息解码流程

根据应答器报文格式信息以及柜FFFIS 编码策略的研究，设计出应答器报文解码的流程，绘制流程框图，按流程图进行后续解码程序的编写。流程如图1 所示。

图1 报文解码流程Fig.1 Telegram decoding flow chart

4 LabVIEW状态设计

根据FFFIS 解码策略流程，在LabVIEW 中进行程序编写，LabVIEW 程序如图2 所示。具体步骤如下：

图2 LabVIEW程序柜Fig.2 LabVIEW program block diagram

STEP 1：初始化程序；

STEP 2：建立报文数据接收窗口；

STEP 3：循环结构移动数据窗；

STEP 4：循环结构数据判断；

STEP 5：输出数据；

STEP 6：结束。

其中Step4 为程序的核心部分，用于识别报文及对其进行数据处理。如图3 所示，处理机制采用并行结构，同时对信息进行检测并对检测状态进行逻辑与处理。每个检测模块相互独立，但都会响应其他模块的检测结果。如果其中某个模块先检测完毕且结果状态为“假”，则其他模块都会放弃当前工作状态，所有模块重新载入新数据进行处理，缩短了数据的处理时间。下面对其中较难实现的部分做详细说明。

图3 Step4程序柜Fig.3 Step 4 program block diagram

1）奇偶校验检查

判断接收到的报文是否能够通过奇偶校验，也就是判断接收到的数据的前n位二进制对应的多项式能否整除以g(x)，即判断公式（1）是否成立。

其中，令n＋r位连续窗口接收数据，其前n位数据为rn－1…r0，则对应的多项式r(x)＝rn－1xn－1＋rn－2xn－2＋...＋r1x＋r0。

对于长报文来说，如公式（2）所示：

对于短报文来说，如公式（3）所示：

2）寻找报文起始位置

令由应答器发送的长为n位的数据块v＝[vn－1…v0] ，v是循环移动的发送报文，如公式（4）所示：

其中b＝[bn－1...b0] 为传输报文，S为偏移量。寻找报文起始位置即计算偏移量S值的大小。根据FFFIS 编码策略，S值与Rf(x)[xSo(x)] 的值存在一一映射关系，同时，由FFFIS 编码策略，如公式（5）所示：

因此只要建立一个相应的S↔Rf(x)[xSo(x)] 对应表，那么在确定Rf(x)[V(x)] 即Rf(x)[xSo(x)] 之后，就能找到对应的偏移量S。

其中，对于长报文来说，如公式（6）所示：

其中：o(x)为高阶余子式。

3）解扰

参照FFFIS 编码策略，对用户信息位的数据解扰可分为以下3 个步骤。

a.使用12 位扰乱数据位计算32 位S的二进制数值。

假设选取到的12 位扰乱数据位为b106...b95，设整数B＝b106·211＋…＋b96·21＋b95·20，定义S如公式（8）所示：

b.使用32 位线性反馈移位寄存器解扰新数据，其中寄存器初值为S的值。

使用32 位线性反馈寄存器如图4 所示，对用户数据进行解扰，输入为扰乱后的数据sm－1,sm－2...s0，输出为扰乱前的数据um′－1，um′－2...um。′S为线性反馈移位寄存器的32 位二进制初始值，图3 中的方框表示延迟单元，加号表示异或操作，系数h32,h31,h30,h29,h27,h25,h0等于1，其他系数为0，即选取的特征多项式如公式（9）所示：

图4 32位线性反馈移位寄存器Fig.4 32-bit linear feedback shift register

具体过程多项式描述如公式（10）所示：

c.计算用户数据的高10 位得到原始数据。至此解码完毕，得到报文的原始数据。

5 应答器报文信息解码的仿真实现与验证

选取1 条沪宁高铁应答器报文如图5 所示，进行仿真与验证，软件成功对报文进行解码。解码过程中获取2 进制报文数据，提取关键字段，应答器在应答器组中的位置N_PIG、报文计数器M_MCOUNT、地区编号NID_C、应答器组编号NID_BG，进行验证，如图6 所示。

图5 沪宁高铁应答器报文Fig.5 Shanghai-Nanjing high-speed railway balise telegram

图6 报文解码显示Fig.6 Telegram decoding display

通过对关键字段值与解码结果进行对比，解码正确，解码系统程序能够准确实现应答器报文关键字段的解析，如表2 所示。

表2 报文解码验证结果Tab.2 Telegram decoding verification result

对于批量报文审核，在解码系统程序的基础上，可设计自动化的报文审核软件，实现批量报文数据的快速审核，提高审核效率和准确性。

6 结束语

本文从应答器报文解析需求出发，对应答器报文信息的结构以及FFFIS 编码策略进行了深入研究。设计详细的报文解码流程图，基于LabVIEW 编写解码程序，对解码流程中奇偶校验检查、查找报文起始位置以及解扰算法3 个关键难点进行攻克，实现了对具体的应答器报文的解码仿真。