楊慧玲

（重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 重慶市渝北區(qū) 401122）

軌道交通AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信概要設(shè)計(jì)研究

楊慧玲

（重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 重慶市渝北區(qū) 401122）

軌道交通的AFC系統(tǒng)建設(shè)中，通信模型的設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸而言具有至關(guān)重要的作用。通信模型的優(yōu)劣往往會(huì)直接影響AFC系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性。本文探討了AFC系統(tǒng)的基本構(gòu)架、數(shù)據(jù)流程以及通信方式與網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)，以供地鐵相關(guān)項(xiàng)目參考。

軌道交通；AFC系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)通信

1 引言

AFC系統(tǒng)是一種融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息收集處理技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)于一體的自動(dòng)化售票、檢票系統(tǒng)，因而要求具有較強(qiáng)的智能化功能。自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的應(yīng)用，為人們的購(gòu)票帶來(lái)更多的便捷和準(zhǔn)確性，減少了速度慢、財(cái)務(wù)漏洞多、出錯(cuò)率高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，并有效防止假票和人情票的出現(xiàn)，提高了管理水平，成為城市地鐵和交通系統(tǒng)信息化建設(shè)的重要體現(xiàn)。

2 城市軌道交通AFC系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 AFC系統(tǒng)基本架構(gòu)

AFC系統(tǒng)為城市軌道交通的核心部分，其強(qiáng)大的運(yùn)行功能為城市軌道交通發(fā)展提供了重要助力。AFC系統(tǒng)主要是由六個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的，它們分別是：城市軌道交通票務(wù)清分子系統(tǒng)、公共交通卡清算子系統(tǒng)、線(xiàn)路AFC系統(tǒng)中央計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)、車(chē)站計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)、車(chē)站終端設(shè)備以及非接觸式IC票卡。城市軌道交通AFC系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全的網(wǎng)絡(luò)傳輸，以及信號(hào)傳輸過(guò)程，需要借助于工業(yè)以太網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)的分布情況來(lái)看，在整個(gè)AFC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，通常會(huì)依照各子系統(tǒng)的實(shí)際情況及其運(yùn)行目標(biāo)，選取環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)、冗余以太環(huán)網(wǎng)、星型以太網(wǎng)以及雙星型以太網(wǎng)，來(lái)作為AFC子系統(tǒng)的橋接網(wǎng)絡(luò)，以使AFC的各個(gè)子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)運(yùn)行”過(guò)程。

2.2 軌道交通AFC系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

（1）終端設(shè)備數(shù)據(jù)的上傳：可將車(chē)站設(shè)備的數(shù)據(jù)，分為多種不同的類(lèi)型，如交易數(shù)據(jù)；寄存器數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、維護(hù)管理數(shù)據(jù)、收益管理數(shù)據(jù)等，由設(shè)備產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)，然后向上層系統(tǒng)進(jìn)行上傳。設(shè)備生成數(shù)據(jù)之后，設(shè)備需要檢查數(shù)據(jù)的合法性，然后結(jié)合數(shù)據(jù)的類(lèi)別，來(lái)分別進(jìn)行傳送；車(chē)站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，之后歸入數(shù)據(jù)庫(kù)，向線(xiàn)路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；這些數(shù)據(jù)被線(xiàn)路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收到之后，會(huì)向軌道交通清分系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）線(xiàn)路中央計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的下傳：中央計(jì)算機(jī)可以接收RI、CHS參數(shù)，并針對(duì)線(xiàn)路設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。要結(jié)合參數(shù)的特性，來(lái)啟用或者保存中央計(jì)算機(jī)自身使用的參數(shù)，如果參數(shù)需要下載，中央計(jì)算機(jī)需要向相關(guān)的車(chē)站計(jì)算機(jī)及時(shí)下發(fā)參數(shù)；車(chē)站計(jì)算機(jī)對(duì)中央計(jì)算機(jī)的參數(shù)進(jìn)行接收。如果參數(shù)需要下載，車(chē)站計(jì)算機(jī)需要向相關(guān)的車(chē)站終端設(shè)備中主動(dòng)下發(fā)參數(shù)，車(chē)站終端設(shè)備對(duì)車(chē)站計(jì)算機(jī)的參數(shù)進(jìn)行接收。

3 軌道交通AFC系統(tǒng)通信方式

3.1 通信協(xié)議的選擇

當(dāng)前常用的數(shù)據(jù)傳輸方式包括CORBA、Socket接口等，而在TCP／IP網(wǎng)絡(luò)中，常用的API應(yīng)用程序接口就是Socket接口技術(shù)；將面向連接協(xié)議的Socket模型應(yīng)用到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中，因?yàn)橐幌盗械臄?shù)據(jù)糾錯(cuò)功能可以由本協(xié)議所提供，以便能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)向?qū)皶r(shí)準(zhǔn)確的傳輸數(shù)據(jù)。可以利用TCP/IP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)軌道交通AFC系統(tǒng)各個(gè)層之間的通信，見(jiàn)圖1。

3.2 基于TCP/IP協(xié)議的四種通信方式

（1）兩節(jié)點(diǎn)的同步短連接，即在客戶(hù)端與服務(wù)器之間，采用的同步通信方式，客戶(hù)端指的是主動(dòng)發(fā)起連接的一方，而服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)接收之后，需要做出應(yīng)答，采用這種通信方式，客戶(hù)端和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃跃涂梢缘玫綄?shí)現(xiàn)。

（2）兩節(jié)點(diǎn)之間的異步短連接，其服務(wù)器往往不會(huì)做出應(yīng)答，因而無(wú)法保證可以成功的向服務(wù)器傳輸客戶(hù)端的數(shù)據(jù)。

圖1 數(shù)據(jù)下傳流程圖

（3）兩節(jié)點(diǎn)之間的異步長(zhǎng)連接，就是在客戶(hù)端與服務(wù)器之間，通過(guò)異步通信的方式進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)被客戶(hù)端和服務(wù)器所接收到之后，不會(huì)做出應(yīng)答，因此，應(yīng)用該通信方式，客戶(hù)端和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸矡o(wú)法得到保證。

（4）多節(jié)點(diǎn)之間的同步短連接，是指如果想要在多節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)同步通信，即可采用這種通信方式，以保證客戶(hù)端和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3.3 AFC系統(tǒng)通信模型設(shè)計(jì)

AFC系統(tǒng)的任意兩層，都可能在同一時(shí)間內(nèi)，對(duì)不同的業(yè)務(wù)實(shí)施處理，因此，就需要在獨(dú)立的線(xiàn)程中去處理每一個(gè)業(yè)務(wù)。具體來(lái)講，從服務(wù)器的角度上理解，本系統(tǒng)可以對(duì)來(lái)自終端設(shè)備的連接請(qǐng)求進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)，并且生成Socket，通過(guò)Socket的句柄值，來(lái)對(duì)線(xiàn)程進(jìn)行創(chuàng)建，以便收發(fā)數(shù)據(jù)；從客戶(hù)端的角度上來(lái)講，如果需要與某個(gè)終端設(shè)備進(jìn)行通信，它可以對(duì)線(xiàn)程進(jìn)行創(chuàng)建，并且將Socket生成于線(xiàn)程中，然后連接客戶(hù)端，來(lái)收發(fā)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通信模型如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)通信模型

3.4 AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

因?yàn)榈罔F車(chē)站通常呈線(xiàn)性分布，因此，為了能夠保障傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性，以防出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障，甚至導(dǎo)致全線(xiàn)的中斷，各個(gè)車(chē)站的交換設(shè)備通常會(huì)采用隔站相連的方式，形成雙環(huán)的自愈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所謂的自愈保護(hù)，指的是在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)需通過(guò)人工進(jìn)行干預(yù)，設(shè)備就可以在極短的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)自愈功能自動(dòng)恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)。正常情況下，倒換的時(shí)間非常短，以至于用戶(hù)甚至?xí)杏X(jué)不到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的故障，其具體的工作原理如下：為受到保護(hù)的業(yè)務(wù)，專(zhuān)門(mén)建立一條冗余路由，在工作路由發(fā)生故障時(shí)，業(yè)務(wù)就會(huì)自動(dòng)切換到冗余的路由上，并重新建立起連接的關(guān)系，從而確保業(yè)務(wù)的連續(xù)性，發(fā)揮其自愈保護(hù)作用。

自愈網(wǎng)按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，還可以分成以下三種：鏈形網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)保護(hù)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)保護(hù)以及環(huán)間業(yè)務(wù)保護(hù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的地鐵行業(yè)SDH網(wǎng)絡(luò)，均采用的是環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌h(huán)形自愈網(wǎng)則又可以分成二纖單向通道保護(hù)、二纖雙向通道保護(hù)、二纖雙向復(fù)用段保護(hù)以及四纖雙向復(fù)用段保護(hù)四種。因?yàn)镾DH網(wǎng)嚴(yán)格要求時(shí)鐘同步，因此光纖的中斷時(shí)間對(duì)于交換業(yè)務(wù)有著明顯的影響。由于SDH網(wǎng)絡(luò)工作運(yùn)行前首先要進(jìn)行時(shí)鐘同步，因此在全部光纖中斷2s以上造成的網(wǎng)絡(luò)癱瘓出現(xiàn)后，SDH網(wǎng)將不具備自動(dòng)恢復(fù)的能力。

3.5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)思路如下：①LC系統(tǒng)的核心路由器通常需要設(shè)置VPN網(wǎng)關(guān)，SC端的核心交換機(jī)可以通過(guò)3G路由器與公網(wǎng)連接，然后再通過(guò)L2TP協(xié)議、IPSEC協(xié)議與VPN網(wǎng)關(guān)連接；②配置LC端路由的IPSEC服務(wù)，啟用的是Internet密鑰交換協(xié)議（IKE），選擇的加密方式是3DES+MDS，認(rèn)證方式為預(yù)設(shè)共享密鑰（PSK），并創(chuàng)建ACL規(guī)則，嚴(yán)格禁止未經(jīng)加密的數(shù)據(jù)包通過(guò)路由進(jìn)入公網(wǎng)；③LC端路由的L2TP服務(wù)，創(chuàng)建虛擬撥號(hào)板登陸用戶(hù)名和密碼并設(shè)置虛擬網(wǎng)關(guān)，劃分內(nèi)網(wǎng)地址池（192.168.200.2254）為登陸用戶(hù)提供網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）；④根據(jù)LC端預(yù)設(shè)賬號(hào)密碼等安全信息完成SC端3G路由器相關(guān)配置。

4 城市軌道交通AFC常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)故障

4.1 網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)故障

AFC網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)故障的出現(xiàn)，可能會(huì)造成AFC網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)故障，例如：①跳線(xiàn)操作時(shí)，出現(xiàn)了標(biāo)簽錯(cuò)誤或者是關(guān)系錯(cuò)誤，均會(huì)引發(fā)網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)故障；②在制作“RJ-45型號(hào)”的跳線(xiàn)時(shí)，沒(méi)有注重跳線(xiàn)質(zhì)量，從而讓跳線(xiàn)存在了安全隱患，進(jìn)而引發(fā)了布線(xiàn)故障；③插座面板被無(wú)端損害以及網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)纜被人為破壞或者是擠壓，都會(huì)在不同程度上誘發(fā)網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)故障的出現(xiàn)。當(dāng)AFC出現(xiàn)此類(lèi)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，可借助某種特定的檢測(cè)儀器，對(duì)故障部位進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢測(cè)，以確定故障的根源，并采取有針對(duì)性的措施，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)地處理。

4.2 路由器故障

路由器故障通常是以數(shù)據(jù)冗余、報(bào)文丟失等問(wèn)題體現(xiàn)出來(lái)，有時(shí)也會(huì)伴隨著數(shù)據(jù)傳輸中斷等問(wèn)題。其誘發(fā)原因，主要是：CPU過(guò)載或者是路由器的內(nèi)存已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行要求了。因此，這類(lèi)故障出現(xiàn)的時(shí)候，就可以借助路由器Cisco軟件的“show process命令”以及“show memory命令”，對(duì)上述兩個(gè)誘發(fā)因素進(jìn)行檢查，以進(jìn)一步確定究竟是哪一方面的因素，而造成的路由器故障，從而采取針對(duì)性較高的解決措施，對(duì)路由器故障進(jìn)行有效的處理。

4.3 交換機(jī)故障

交換機(jī)發(fā)生的故障通常有兩種形式，即軟件故障與硬件故障，在交換機(jī)故障當(dāng)中所占據(jù)的比例分別為20.0%與17.1%。由此可見(jiàn)，這兩者雖然都同屬交換機(jī)故障，但是，軟件故障較硬件故障更容易出現(xiàn)。其次，和其它的計(jì)算機(jī)故障相同，軟件故障比硬件故障更難對(duì)其誘發(fā)根源進(jìn)行分析、判定和處理。因此，為了有效避免交換機(jī)故障的出現(xiàn)，我們?cè)陂_(kāi)展各類(lèi)作業(yè)的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)做好交換機(jī)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)工作，并詳細(xì)的記錄下交換機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。

5 結(jié)語(yǔ)

軌道交通的AFC系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，綜合了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)具備了較多良好功能；而其功能的實(shí)現(xiàn)將直接受到通信方式的影響。因此，就需要對(duì)軌道交通AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)產(chǎn)生足夠的重視，對(duì)比各種通信方式，對(duì)AFC系統(tǒng)通信模塊的功能需求充分考慮，將整個(gè)系統(tǒng)的通信框架給科學(xué)設(shè)計(jì)出來(lái)。

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[2]楊云朝.AFC系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件構(gòu)架設(shè)計(jì)[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2014（6）：34.

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TN915.0

A

1004-7344（2016）13-0147-02

2016-4-3

楊慧玲（1986-），女，工程師，本科，主要從事AFC系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，及相關(guān)科研項(xiàng)目管理方面工作。