易明中，劉丹鳳，賈志凱，王 寧

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

JWMQ在動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

易明中，劉丹鳳，賈志凱，王 寧

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

JWMQ適用于在多個(gè)進(jìn)程之間傳送數(shù)據(jù)的分布式環(huán)境，應(yīng)用廣泛。經(jīng)改進(jìn)，JWMQ也被應(yīng)用于動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)（EMUs-MIS）。為動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的長期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

JWMQ；中間件；動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)

隨著我國高速鐵路運(yùn)輸體系的建成，動(dòng)車組運(yùn)用檢修管理的模式及其信息化建設(shè)也在不斷發(fā)展和完善[1]。目前，動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)（以下簡稱：系統(tǒng)）的多個(gè)模塊已通過鐵路總公司組織的技術(shù)評審，并在現(xiàn)場應(yīng)用[2]。按照動(dòng)車組運(yùn)用維修3級4層的管理體系，系統(tǒng)主要在鐵路總公司、鐵路局、動(dòng)車段和運(yùn)用所4 級部署，各級之間需要不斷交互多種信息[3]。通過鐵路網(wǎng)絡(luò)和多種信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鐵路總公司、鐵路局、動(dòng)車基地（高級修車間）、動(dòng)車（車輛）段、運(yùn)用所及主機(jī)廠之間的業(yè)務(wù)協(xié)同與信息共享；同時(shí)，與動(dòng)車組車載動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、主機(jī)廠（配件供應(yīng)商、專業(yè)化集中修單位）、鐵路總公司及鐵路局調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互[2]。

為了有效地提升系統(tǒng)的健壯性，鐵路總公司、鐵路局、動(dòng)車基地（高級修車間）、動(dòng)車（車輛）段、運(yùn)用所及主機(jī)廠都是各自獨(dú)立的系統(tǒng)， 采用分布式架構(gòu)，分別有自己的物理數(shù)據(jù)庫，互不依賴。因此它們之間的數(shù)據(jù)不能交互和共享，成為信息交互的瓶頸。動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，就是通過基于JWMQ 的傳輸平臺來解決這個(gè)瓶頸[1]。

另外，由于各運(yùn)用所和檢修車間相互獨(dú)立，給全段的統(tǒng)一用戶人員管理、統(tǒng)一權(quán)限管理也帶來了很大困難[1]。統(tǒng)一權(quán)限管理平臺對不同地點(diǎn)（如段、所、車間）登錄的人員進(jìn)行控制，也是通過基于JWMQ的傳輸平臺來解決。既滿足了全段的訪問需求，也保證了數(shù)據(jù)的安全性[1]。

1 JWMQ簡介

面向消息的中間件(MOM，Message- Oriented-Middleware)能夠在客戶和服務(wù)器之間提供同步和異步的連接，并且在任何時(shí)刻都可以將消息進(jìn)行傳送或者存儲轉(zhuǎn)發(fā)。另外，消息中間件不會占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，可以跟蹤事務(wù)，將事務(wù)存儲到磁盤上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)系統(tǒng)的恢復(fù)。消息中間件適用于需要在多個(gè)進(jìn)程之間進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳送的分布式環(huán)境[4]。

JWMQ是北京經(jīng)緯信息技術(shù)公司開發(fā)的基于消息隊(duì)列的中間件，JW代表北京經(jīng)緯信息技術(shù)公司，MQ代表Message Queue。JWMQ是Message-Oriented-Middleware （MOM）的中間件。在動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)之前，JWMQ已廣泛應(yīng)用。例如，客票系統(tǒng)、鐵路應(yīng)急平臺中數(shù)據(jù)傳輸、鐵路客車運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)（TCDS）、車輛運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測系統(tǒng)（TPDS）等。

經(jīng)分析、評估、比較，并經(jīng)改進(jìn)，JWMQ也被應(yīng)用于動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)。

應(yīng)用于動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的JWMQ傳輸平臺由1個(gè)傳輸中間件和2個(gè)接口程序組成，如圖1所示。

圖1 動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的JWMQ架構(gòu)圖

傳輸中間件即 jwmq.exe ，是最主要的功能模塊，結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸都由它完成。接口程序分別是：jw_center_recv.exe，jw_center_send.exe。接口程序不會直接和遠(yuǎn)端結(jié)點(diǎn)發(fā)生聯(lián)系，而是通過本地的傳輸中間件與遠(yuǎn)端結(jié)點(diǎn)傳輸文件。向遠(yuǎn)端結(jié)點(diǎn)發(fā)送文件時(shí)，接口程序?qū)⒋l(fā)送文件拷貝到傳輸中間件的發(fā)送目錄下，同時(shí)向傳輸中間件發(fā)出消息，要求發(fā)往某遠(yuǎn)端結(jié)點(diǎn)；傳輸中間件接到消息后就將該文件發(fā)往指定的遠(yuǎn)端結(jié)點(diǎn)。接收遠(yuǎn)端結(jié)點(diǎn)的文件時(shí)，傳輸中間件將所有來自遠(yuǎn)端結(jié)點(diǎn)的文件都存放在接收目錄下；接口程序根據(jù)自己的需要取走接收目錄下相應(yīng)的文件。

2 JWMQ在動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)應(yīng)用中的改進(jìn)

2.1 防堵塞機(jī)制

2.1.1堵塞的數(shù)學(xué)模型

消息隊(duì)列對于應(yīng)用間的結(jié)構(gòu)沒有限制，相對于使用它們的應(yīng)用而言是獨(dú)立存在的。應(yīng)用之間可能是“一”對“多”，例如：節(jié)點(diǎn)A可向節(jié)點(diǎn)、…發(fā)送和接收消息；或者是“多”對“一”，例如：節(jié)點(diǎn)可向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送和接收消息。但這個(gè)“一”往往會成為瓶頸。如果由于某些原因（例如節(jié)點(diǎn)A與B1之間的網(wǎng)絡(luò)中斷）導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)A發(fā)往節(jié)點(diǎn)B1的發(fā)送隊(duì)列，… 中有一個(gè)文件就是發(fā)送不到節(jié)點(diǎn)B1，那么時(shí)間一長，文件就可能堵塞住它之后的所有文件的發(fā)送，因而節(jié)點(diǎn)B2、… BN就可能接收不到來自節(jié)點(diǎn)A的文件。所以必須有某種機(jī)制將發(fā)送失敗的文件踢出發(fā)送隊(duì)列，如圖2所示。

2.1.2防堵塞的踢出機(jī)制

后臺的存儲過程周期為P的掃描接收日志表（P$FILE_RECEIVING_LOG），并對文件的發(fā)送失敗次數(shù)（初值為0）進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果發(fā)送了次仍然失敗，則須將暫時(shí)踢出發(fā)送隊(duì)列，踢進(jìn)重發(fā)隊(duì)列，以免它堵塞其后的其它文件的發(fā)送。為簡化算法，通常取為1。

2.1.3防堵塞的重發(fā)機(jī)制

圖2 防堵塞機(jī)制原理圖

顯然，如果節(jié)點(diǎn)A與B1之間的網(wǎng)絡(luò)還未恢復(fù)正常，則重發(fā)就可能再次堵塞其后的其它文件的發(fā)送。所以，不能無限制地被重發(fā)。但重發(fā)總數(shù)Mb1的確定涉及到非常多的因素，例如：節(jié)點(diǎn)A與B1之間的網(wǎng)絡(luò)狀況，節(jié)點(diǎn)A或B1的服務(wù)器的硬盤、CPU、網(wǎng)卡的狀況，以及節(jié)點(diǎn)A或B1的數(shù)據(jù)庫的狀況等等。如果上述狀況較好，則即使重發(fā)總數(shù)Mb1設(shè)的小一點(diǎn)，犧牲的重發(fā)機(jī)會從而減少堵塞其它文件的發(fā)送的機(jī)會，但仍有較大的機(jī)會能被成功從節(jié)點(diǎn)A發(fā)送到節(jié)點(diǎn)B1。反之，若上述狀況不好，則應(yīng)設(shè)的大一點(diǎn)，通過較多的重發(fā)來保證有較大機(jī)會發(fā)送成功。但這顯然會增加堵塞其它文件的發(fā)送的機(jī)會。所以，重發(fā)總數(shù)Mb1的選擇實(shí)際上是個(gè)tradeoff。既要盡可能地給較多的重發(fā)機(jī)會，又要盡可能地減少堵塞其它文件發(fā)送的機(jī)會。但在實(shí)際應(yīng)用中，上述狀況幾乎都不太確定。

2.1.4 防堵塞機(jī)制參數(shù)的確定

以上僅僅是分析了節(jié)點(diǎn)A發(fā)往節(jié)點(diǎn)B1的隊(duì)列中有一個(gè)文件發(fā)送不到B1的情況，但更復(fù)雜的情況往往是節(jié)點(diǎn)A發(fā)往節(jié)點(diǎn)B1的發(fā)送隊(duì)列中有多個(gè)文件（… ）發(fā)送不到節(jié)點(diǎn)B1。另外，如果節(jié)點(diǎn)A發(fā)往節(jié)點(diǎn)Bi的隊(duì)列中有一個(gè)或多個(gè)文件（… ）發(fā)送不到節(jié)點(diǎn)Bi的情況，問題復(fù)雜度可能會成指數(shù)增長。

為簡化算法復(fù)雜度，提高實(shí)用性，一般選擇Nb1=1， Mb1=2，且一次只把最早那一個(gè)被暫時(shí)踢進(jìn)重發(fā)隊(duì)列且重發(fā)次數(shù)m＜Mb1的文件放回發(fā)送隊(duì)列。即發(fā)送隊(duì)列中的任何文件（可能會有多個(gè)）只要有1次發(fā)送失敗，就都會被暫時(shí)踢出發(fā)送隊(duì)列，踢進(jìn)重發(fā)隊(duì)列。但下一掃描周期，最早那一個(gè)被暫時(shí)踢出發(fā)送隊(duì)列且m＜Mb1的文件會從重發(fā)隊(duì)列重新放回發(fā)送隊(duì)列重發(fā)。如果再次發(fā)送失敗，則m+1（m初值為0），直至m=Mb1，該文件不再被放回發(fā)送隊(duì)列，永遠(yuǎn)被踢出了發(fā)送隊(duì)列。重發(fā)隊(duì)列當(dāng)中次早那一個(gè)文件就遞補(bǔ)成了最早。因而，所有的文件最終都有2次重發(fā)機(jī)會，總共有3次發(fā)送機(jī)會。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果3次還發(fā)送不出去，那基本說明更多重發(fā)已無太多必要，因而這些文件就需要被永遠(yuǎn)踢出發(fā)送隊(duì)列。

2.2 防丟失機(jī)制

當(dāng)然，某些文件被永遠(yuǎn)踢出發(fā)送隊(duì)列畢竟可能會丟失某些數(shù)據(jù)。因此，需要開發(fā)報(bào)警應(yīng)用，周期性地自動(dòng)檢測可能的丟失。一旦發(fā)現(xiàn)丟失，能及時(shí)提醒相關(guān)人員去查找并定位丟失，重新生成新的文件來彌補(bǔ)這種丟失。如果多次彌補(bǔ)失敗，則問題可能出在其它方面，須通知各方人員會診。

2.3 轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

JWMQ對一個(gè)IP地址只認(rèn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例，所以若同一個(gè)IP地址上部署了兩個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例，需要考慮如何區(qū)分同一IP地址上的兩個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例（即對應(yīng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)）。這就需要用到數(shù)據(jù)庫同義詞，即別名。例如，上海動(dòng)車段和虹橋運(yùn)用所的前、后臺程序共用一個(gè)服務(wù)器，即共用一個(gè)IP地址，通過JWMQ從鐵路總公司往該IP地址的文件要么發(fā)給上海動(dòng)車段，要么發(fā)給虹橋運(yùn)用所，不可兼得。因而需給虹橋運(yùn)用所數(shù)據(jù)庫和上海動(dòng)車段數(shù)據(jù)庫表取同義詞，即別名。虹橋運(yùn)用所數(shù)據(jù)庫的表別名指向它自己。但上海動(dòng)車段數(shù)據(jù)庫的表別名卻指向虹橋運(yùn)用所數(shù)據(jù)庫的同名表。所以，發(fā)給上海動(dòng)車段的文件實(shí)際上是先發(fā)給虹橋運(yùn)用所，然后再通過別名，將這些文件從虹橋運(yùn)用所轉(zhuǎn)發(fā)給上海動(dòng)車段，如圖3所示。

圖3 有轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)JWMQ架構(gòu)圖

2.4 防死鎖機(jī)制

由于動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)的量的增長和質(zhì)的復(fù)雜，各數(shù)據(jù)庫的壓力越來越大。因此，很多的傳輸丟失實(shí)際上是因?yàn)閿?shù)據(jù)庫存在死鎖對象。很多時(shí)候，某些數(shù)據(jù)庫對象被死鎖是因?yàn)樵诘却龜?shù)據(jù)的成功傳輸，但同時(shí)數(shù)據(jù)庫對象被死鎖反過來又可能進(jìn)一步惡化數(shù)據(jù)的傳輸，形成惡性循環(huán)。嚴(yán)重時(shí)可能還會造成傳輸中斷。還需防死鎖機(jī)制，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存在死鎖對象，立刻處理，迅速恢復(fù)JWMQ傳輸，然后再分析造成死鎖的原因。

2.5 實(shí)時(shí)傳輸機(jī)制

JWMQ畢竟是一種基于隊(duì)列須排隊(duì)輪候的傳輸方式。實(shí)時(shí)性不能完全得到保證，還需補(bǔ)充實(shí)時(shí)傳輸機(jī)制，通過觸發(fā)器和Database Link將須實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)優(yōu)先、快速傳輸出去。

2.6 垃圾文件清除機(jī)制

JWMQ是一種基于文件的傳輸，文件是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的載體。當(dāng)數(shù)據(jù)通過文件這個(gè)載體傳輸成功后，文件仍保留。這種保留相當(dāng)于是一種備份，時(shí)間一長，這些文件成了垃圾文件。日積月累，垃圾文件會越積越多，嚴(yán)重占用資源，所以設(shè)有垃圾文件清除機(jī)制。通過定期清除過時(shí)的垃圾文件，釋放資源，保障JWMQ傳輸?shù)恼＿\(yùn)行。

3 結(jié)束語

經(jīng)過改進(jìn)的JWMQ傳輸平臺已成功應(yīng)用于動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)。該平臺實(shí)用、高效、可信賴，在傳輸環(huán)境復(fù)雜的情況下，為動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

[1] 王 輝，張惟皎，王 治. 動(dòng)車段動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，22（1）.

[2] 史天運(yùn)，孫 鵬. 動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013 ，22（1）.

[3] 張莉艷，崔麗新，張惟皎. 動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)信息安全體系研究[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，22（1）.

[4] G.Wiederhold, Mediators in the Architect of Future Information Systems[J]. IEEE Computer C-25,1992,(1).

[5] 王石生，李 平，王英杰，史 宏. 鐵路應(yīng)急平臺中數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，19 （1）.

責(zé)任編輯 徐侃春

JWMQ middleware applied to China Electric Multiple Units Management Information System (EMUs-MIS)

YI Mingzhong, LIU Danfeng, JIA Zhikai, WANG Ning
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Science, Beijing 100081, China )

JWMQ middleware was suitable for those distributed environments that the data were transmitted between multiple processes and thus was widely used. JWMQ was also used in EMUs-MIS after being improved. It was one of the key technologies for EMUs-MIS and was a strong technology support for the long, stable and reliable running for EMUs-MIS.

JWMQ; middleware; EMUs-MIS

U266.2∶TP39

A

1005-8451（2015）12-0032-04

2015-04-01

易明中，助理研究員；劉丹鳳，助理研究員。