李楊 鄒明

摘要：設(shè)計(jì)了軌道交通專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信體系中綜合網(wǎng)管的總體架構(gòu)，分析了綜合網(wǎng)管設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，描述了前置機(jī)軟件、服務(wù)器軟件、客戶(hù)端軟件及告警上報(bào)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，從軟件結(jié)構(gòu)、拓?fù)渚庉嬙砗透婢畔⒍x等多方面論述了綜合網(wǎng)管的工作原理。通過(guò)此方案實(shí)現(xiàn)的綜合網(wǎng)管已在國(guó)內(nèi)多個(gè)軌道交通項(xiàng)目中應(yīng)用，證明了設(shè)計(jì)的可靠性及高擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：軌道交通；專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)；綜合網(wǎng)管

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2018）12-62-3

Design of Wireless Integrated Network Management for Rail Transit Communication

LI Yang1， ZOU Ming2

（1. Shijiazhuang Metro Co.， Ltd.， Shijiazhuang Hebei 050000， China； 2. Hebei Far-east Communication System Engineering Co.， Ltd.， Shijiazhuang Hebei 050200）

0引言

作為現(xiàn)代軌道交通最重要的通信手段，專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)已經(jīng)成為軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中不可或缺的一部分[1]。專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)需要高可靠性運(yùn)行，負(fù)責(zé)監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)服務(wù)和設(shè)備狀態(tài)的無(wú)線(xiàn)綜合網(wǎng)管就顯得格外重要。隨著軌道交通的發(fā)展和技術(shù)的更新，專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)采用的新技術(shù)和包含的新設(shè)備越來(lái)越多，這也對(duì)無(wú)線(xiàn)綜合網(wǎng)管的可靠性和擴(kuò)展性提出了更高的要求。

1總體設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)綜合網(wǎng)管采用分層設(shè)計(jì)，利用分層技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)的高度靈活性以及功能模塊的復(fù)用度[2]。為方便網(wǎng)管分布部署，無(wú)線(xiàn)綜合網(wǎng)管采用C/S結(jié)構(gòu)，由前置機(jī)、服務(wù)器、客戶(hù)端和告警上報(bào)軟件4部分組成。服務(wù)器軟件作為C/S結(jié)構(gòu)中的服務(wù)器，前置機(jī)、客戶(hù)端和告警上報(bào)軟件為C/S結(jié)構(gòu)中的客戶(hù)端。網(wǎng)管模塊組成如圖1所示。

前置機(jī)負(fù)責(zé)采集各監(jiān)控設(shè)備的告警信息，將不同協(xié)議的告警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部統(tǒng)一格式并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)器負(fù)責(zé)分析告警信息，根據(jù)告警定位和告警內(nèi)容處理告警信息，并將告警結(jié)果發(fā)送給客戶(hù)端顯示。客戶(hù)端主要提供人機(jī)操作界面，通過(guò)監(jiān)控拓?fù)湟晥D來(lái)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，告警上報(bào)軟件用于向集中告警系統(tǒng)上報(bào)告警信息。

2設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

無(wú)線(xiàn)綜合網(wǎng)管需要實(shí)現(xiàn)故障管理、配置管理和安全管理等功能。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)包括監(jiān)控設(shè)備接入、告警信息格式定義、監(jiān)控拓?fù)湟晥D顯示和告警信息上報(bào)。

（1）監(jiān)控設(shè)備接入

無(wú)線(xiàn)綜合網(wǎng)管需要接入的設(shè)備眾多，不同監(jiān)控設(shè)備的接口協(xié)議和告警格式都不一致。解決該問(wèn)題的方案是為每種監(jiān)控設(shè)備定制一個(gè)接口模塊，由接口模塊實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備和告警采集功能。

（2）告警信息格式定義

在本設(shè)計(jì)中，告警信息由告警定位和告警內(nèi)容組合唯一確定。告警定位又由告警設(shè)備和告警單元組合確定，其中“產(chǎn)品系列+設(shè)備類(lèi)型+設(shè)備ID”組合唯一確定告警設(shè)備；“模塊+板卡+端口”組合唯一確定告警單元?！案婢癄顟B(tài)+告警類(lèi)型+告警號(hào)”組合唯一確定告警內(nèi)容。這些字段再加上“告警ID”、“告警時(shí)間”、“告警級(jí)別”和“告警文本”等字段即可組成完整的告警信息。

（3）監(jiān)控拓?fù)湟晥D顯示

網(wǎng)管客戶(hù)端需要按一定的層次顯示項(xiàng)目中的設(shè)備信息。解決該問(wèn)題是采用具有層次的拓?fù)鋱D層，圖層可以包含靜態(tài)圖片、連接線(xiàn)和站點(diǎn)、設(shè)備、告警單元等顯示網(wǎng)元。每個(gè)拓?fù)溆幸粋€(gè)根圖層，如果圖層中的顯示網(wǎng)元有關(guān)聯(lián)下一級(jí)圖層，那么通過(guò)該網(wǎng)元可以打開(kāi)關(guān)聯(lián)圖層。如此，整個(gè)拓?fù)湟晥D也就建立起來(lái)。

（4）告警信息上報(bào)

在不同的軌道交通項(xiàng)目中，集中告警的接口協(xié)議和告警格式可能不一致。解決該問(wèn)題的方案與監(jiān)控設(shè)備接入類(lèi)似，為每個(gè)集中告警系統(tǒng)定制一個(gè)接口模塊，由接口模塊實(shí)現(xiàn)接口通信和告警上報(bào)功能。

3設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1前置機(jī)

前置機(jī)直接與監(jiān)控設(shè)備通信，采集、轉(zhuǎn)換設(shè)備告警信息并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后通知網(wǎng)管服務(wù)器，軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

針對(duì)各種各樣的監(jiān)控設(shè)備，前置機(jī)軟件采用簡(jiǎn)單工廠模式[3]，設(shè)計(jì)一個(gè)抽象基類(lèi)，各個(gè)接口模塊設(shè)計(jì)成繼承該基類(lèi)的子類(lèi)?；?lèi)僅包含接口標(biāo)識(shí)、狀態(tài)信息等少量公共字段。子類(lèi)具體實(shí)現(xiàn)接口通信處理和告警信息解析等功能。采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式封裝各個(gè)接口模塊類(lèi)，并輸出相同的調(diào)用方法接口。管理模塊作為一個(gè)工廠，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊返回的接口標(biāo)識(shí)，動(dòng)態(tài)加載對(duì)應(yīng)的接口模塊動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，生成接口模塊實(shí)例。當(dāng)出現(xiàn)新的監(jiān)控系統(tǒng)或設(shè)備時(shí)，開(kāi)發(fā)人員僅需要開(kāi)發(fā)接口模塊動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，同時(shí)修改管理模塊中生產(chǎn)接口實(shí)例的方法即可，這樣就可以快速靈活地適應(yīng)軌道交通領(lǐng)域各式各樣的新需求。

前置機(jī)軟件與服務(wù)器間采用面向連接TCP私有協(xié)議通信，前置機(jī)做客戶(hù)端，向服務(wù)器發(fā)送軟件運(yùn)行狀態(tài)、接口通信狀態(tài)和告警處理結(jié)果等信息。數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊既要實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息靜態(tài)數(shù)據(jù)讀取功能，還需要實(shí)現(xiàn)告警信息存儲(chǔ)功能。

3.2服務(wù)器

服務(wù)器軟件是整個(gè)無(wú)線(xiàn)綜合網(wǎng)管的核心部分，是信息交互的樞紐，為網(wǎng)管其他部分提供數(shù)據(jù)支持，軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

當(dāng)前置機(jī)、客戶(hù)端和告警上報(bào)軟件以TCP客戶(hù)端形式連接服務(wù)器成功后，服務(wù)器需要核對(duì)客戶(hù)端類(lèi)型，然后根據(jù)類(lèi)型生成對(duì)應(yīng)的模塊實(shí)例。通信模塊和業(yè)務(wù)模板分離，服務(wù)器可以支持多個(gè)同類(lèi)型客戶(hù)端同時(shí)訪問(wèn)。

當(dāng)告警上報(bào)軟件通知新告警信息已存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，服務(wù)器訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取新告警信息，然后依次根據(jù)重復(fù)告警、告警設(shè)備、告警單元和告警內(nèi)容來(lái)確定告警信息是否被屏蔽。屏蔽的告警信息將直接保存到數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)信息表中，無(wú)需后續(xù)處理。非屏蔽的告警信息根據(jù)是故障信息還是恢復(fù)信息做后續(xù)處理，處理后的告警信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通知客戶(hù)端軟件和告警上報(bào)軟件。

此外，服務(wù)器需要保存整個(gè)拓?fù)渲性O(shè)備的告警狀態(tài)，并根據(jù)告警信息動(dòng)態(tài)更新設(shè)備告警狀態(tài)。如果存在多個(gè)客戶(hù)端軟件，客戶(hù)端連接成功后服務(wù)器將下發(fā)設(shè)備告警狀態(tài)信息，保證所有客戶(hù)端狀態(tài)一致。

3.3客戶(hù)端

客戶(hù)端可以圖形化顯示整個(gè)監(jiān)控拓?fù)涞脑O(shè)備信息和告警信息，其關(guān)鍵是需要提供一個(gè)與設(shè)備無(wú)關(guān)的拓?fù)鋱?chǎng)景編輯工具，可以根據(jù)設(shè)備組網(wǎng)及配置情況利用各種形狀的網(wǎng)元進(jìn)行拓?fù)渚庉媅4]，拓?fù)渚庉嬙砣鐖D4所示。

監(jiān)控拓?fù)湟晥D是一個(gè)倒樹(shù)狀型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)元素是一個(gè)圖層。其中拓?fù)渲兄淮嬖谝粋€(gè)根節(jié)點(diǎn)圖層，父節(jié)點(diǎn)圖層可以有多個(gè)子節(jié)點(diǎn)圖層，但子節(jié)點(diǎn)圖層只能有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)圖層，圖層下還可以再有子節(jié)點(diǎn)圖層，由此結(jié)構(gòu)排列的圖層集合就構(gòu)成了一個(gè)監(jiān)控拓?fù)湟晥D。

圖層中可以放置靜態(tài)圖片、連接線(xiàn)、站點(diǎn)、設(shè)備及告警單元等顯示網(wǎng)元。雖然站點(diǎn)、設(shè)備和告警單元等顯示網(wǎng)元各不相同，但是在圖層中顯示方式大同小異，都具有位置、尺寸、形狀、名稱(chēng)、告警顯示位置和關(guān)聯(lián)圖層等屬性。因此可以采用享元（Flyweight）模式，將對(duì)象的共同信息提取出來(lái)并作為一個(gè)新的Flyweight對(duì)象[5]。軟件對(duì)圖層中各顯示元素的串行化即可實(shí)現(xiàn)圖層的存儲(chǔ)。

此外，客戶(hù)端軟件還需要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)管理、參數(shù)設(shè)置、告警信息查詢(xún)、列表顯示、統(tǒng)計(jì)和打印等常規(guī)功能。

3.4告警上報(bào)軟件

告警上報(bào)軟件直接與集中告警系統(tǒng)通信，上報(bào)告警信息，軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

告警上報(bào)軟件結(jié)構(gòu)與前置機(jī)軟件基本一致，由管理模塊、TCP Client模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊和集中告警接口模塊組成。集中告警接口模塊實(shí)例由管理模塊依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中接口標(biāo)識(shí)動(dòng)態(tài)生成。

各個(gè)廠家的集中告警通信協(xié)議各不相同，但大體分為具備“告警同步”功能和不具備“告警同步”功能兩大類(lèi)。告警上報(bào)軟件需要從網(wǎng)管服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫(kù)獲取當(dāng)前故障告警信息和歷史告警信息，以適應(yīng)這兩類(lèi)接口協(xié)議。

4結(jié)束語(yǔ)

目前基于該設(shè)計(jì)方案的網(wǎng)管已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多個(gè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)和終端設(shè)備的接入，以及向多個(gè)集中告警系統(tǒng)上報(bào)告警信息，并在國(guó)內(nèi)多個(gè)軌道交通項(xiàng)目得到應(yīng)用，獲得用戶(hù)廣泛好評(píng)。實(shí)踐證明本網(wǎng)管能夠穩(wěn)定高效工作，滿(mǎn)足用戶(hù)需求，同時(shí)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，僅需開(kāi)發(fā)接口模塊動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)即可實(shí)現(xiàn)與新增的監(jiān)控設(shè)備和集中告警系統(tǒng)通信的功能，對(duì)其他網(wǎng)管類(lèi)、監(jiān)控類(lèi)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。

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