城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)消息調(diào)度的實現(xiàn)

孫同慶，王富章

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

城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)（PIS）是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和圖像顯示技術(shù)，在指定的時間內(nèi)將信息顯示給指定的人群；通過在地鐵空間里建立動態(tài)的信息顯示，可以讓乘客隨時與外部保持信息交流。消息調(diào)度是PIS內(nèi)一個重要的功能組成部分，其擔(dān)負著地鐵運營和管理部門向乘客傳遞信息的任務(wù)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能

PIS包括外部接口子系統(tǒng)、媒體發(fā)布子系統(tǒng)、綜合信息管理平臺、播放子系統(tǒng)、媒體設(shè)計子系統(tǒng)5部分。

外部接口子系統(tǒng)：部署在接口服務(wù)器上，接受如列車自動監(jiān)控（ATS）、路網(wǎng)指揮中心（TCC）、時鐘信號（CLK）等外部接口的消息進行解析、并在屏幕的對應(yīng)區(qū)域進行顯示。媒體發(fā)布子系統(tǒng)：部署在中心服務(wù)器上，對各種多媒體信息進行管理和發(fā)布。綜合信息管理平臺：部署在中心服務(wù)器上，管理整個信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫并記錄PIS的運行狀態(tài)和告警等信息。播放子系統(tǒng)：包括車站服務(wù)器、LCD屏和LED屏，能夠執(zhí)行車站子系統(tǒng)和中心下發(fā)的控制指令和上報設(shè)備狀態(tài)，是向乘客提供信息服務(wù)的終端。媒體設(shè)計子系統(tǒng)：可以通過拖拽式進行模板設(shè)計，并且能夠插入各種格式的圖片、視頻、動畫、聲音。

針對消息調(diào)度，外部接口子系統(tǒng)負責(zé)接收外部接口發(fā)送消息的指令；綜合信息管理平臺負責(zé)控制本系統(tǒng)發(fā)布的消息；播放子系統(tǒng)負責(zé)消息顯示；媒體設(shè)計子系統(tǒng)負責(zé)消息在播放終端上的顯示方式。PIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。

本文主要研究PIS的消息調(diào)度技術(shù)及具體實施方案，該方案已經(jīng)在中國鐵道科學(xué)研究院電子計算技術(shù)研究所乘客信息系統(tǒng)中得以應(yīng)用。

2 乘客信息系統(tǒng)消息調(diào)度的有關(guān)規(guī)定

圖1 PIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

消息調(diào)度分為緊急消息發(fā)布、滾動消息發(fā)布和TCC等接口消息發(fā)布。緊急信息調(diào)度，可根據(jù)播放信息內(nèi)容的輕重緩急，高優(yōu)先級覆蓋低優(yōu)先級，在緊急狀態(tài)下可將預(yù)定義緊急信息發(fā)送至某站指定播放器、某站所有播放器、某幾個站指定播放器、某幾個站所有播放器、全線所有站所有播放器；滾動消息調(diào)度，根據(jù)實際需求排計劃，在計劃時間內(nèi)執(zhí)行，可將預(yù)定義滾動信息發(fā)送至某站指定播放器、某站所有播放器、某幾個站指定播放器、某幾個站所有播放器、全線所有站所有播放器；TCC等接口消息調(diào)度，TCC發(fā)布的消息和現(xiàn)有緊急或滾動消息進行級別比較,高級的優(yōu)先顯示，同級的疊加顯示，低級的不顯示。

目前PIS的消息主要來源于接口（如TCC/綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）等）和線路本身。各個接口和線路對消息級別和如何顯示有明確的定義，具體規(guī)則詳見《城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》。

3 消息調(diào)度流程

滾動消息和緊急消息的調(diào)度流程總體比較相似，本文以緊急消息流程為例，介紹消息調(diào)度的流程，如圖2。

圖2 緊急消息處理流程圖

其中緊急消息的級別等級如下：

TCC緊急消息>車站（PIS）緊急消息>OCC（運營控制中心）（PIS）緊急消息

多條緊急消息的處理方法為同級的先到先發(fā)不疊加，高級發(fā)送，低級不發(fā)。

滾動消息可以預(yù)先設(shè)計播放順序，級別等級如下：

TCC滾動（4級消息）>OCC（PIS）滾動消息（2級消息）>TCC（1～3）滾動（1級消息）=車站滾動（1級消息）

多條滾動消息的處理方式為同級疊加，高級發(fā)送，低級不發(fā)。

分析其中要害，主要原因是需求分析的缺失和課程模式缺乏針對性。任何課程都需要學(xué)習(xí)者的需求為前提的，ESP也不例外，沒有需求分析，就沒有ESP。而在我國，ESP需求分析對絕大多數(shù)的ESP課程仍是一個可有可無的概念。沒有明確的社會需求分析和學(xué)習(xí)者需求分析，課堂學(xué)習(xí)與實際需求脫鉤，ESP課程設(shè)置也就無法真正落實。

PIS的消息調(diào)度因為消息的級別過多，不同級別之間的消息處理方法也不相同，消息與消息之間的時間重合多，因此對其調(diào)度將會比較困難，需要用嚴格的調(diào)度算法對其進行控制。

4 消息調(diào)度實現(xiàn)方案

4.1 緊急消息的調(diào)度

同級別的緊急消息如表1，調(diào)度如圖3。

表1 同級別的緊急消息表

圖3 同級別的緊急消息調(diào)度示意圖

不同級別的緊急消息如表2，調(diào)度如圖4。

表2 不同級別的緊急消息表

圖4 不同級別的緊急消息調(diào)度示意圖

4.2 滾動消息的調(diào)度

同級別的滾動消息如表3，調(diào)度如圖5。

表3 同級別的滾動消息表

圖5 同級別的滾動消息調(diào)度示意圖

不同級別的滾動消息如表4，調(diào)度如圖6。

表4 不同級別的滾動消息表

圖6 不同級別的滾動消息調(diào)度示意圖

滾動消息和緊急調(diào)度方法也比較相似，不同之處在于滾動消息同級別的允許重疊播放，而緊急消息只能唯一播放。但處理流程是一樣的。下面以緊急消息為例進行介紹。

根據(jù)緊急消息的開始時間排序；將排位數(shù)（最先開始的為0）返給各個消息，如上面同級別緊急消息的排位是A（0）、B（1）、C（2）、D（4）、E（3）；然后根據(jù)排位將各消息的開始時間和結(jié)束時間命名，如Start0=a、End0=f、Start1=b、End1=g、Start2=c、End2=h、Start3=d、End3=j、Start4=e、End4=i；然后根據(jù)時間值進行排位，如a

最后再對各時間進行處理，可分為如下幾個情況：

（2）2個Start之間播放排位靠前的消息，如Start0和Start1之間播放排位為0的緊急消息A。

（3）在此期間比較兩消息的級別，若排位靠后的消息級別小于等于排位靠前的消息級別，則將后者的Start后的排位數(shù)改為前者，如：緊急消息A和緊急消息B的級別相同，在a～b段時將Start1=b改為Start0=b；若排位靠后的消息級別大于排位靠前的消息級別，則保持不變。

（4）Start與End之間播放Start后的排位數(shù)的消息，且當End后的排位數(shù)不等于Start后的排位數(shù)時，直接將End時間點刪除。

（5）2個End間播放后者End后排位數(shù)的消息。（6）End（N-1）后不播放消息。

4.3 最早截止期優(yōu)先算法

乘客信息系統(tǒng)的實時性很大程度決定于調(diào)度算法，調(diào)度算法的好壞直接影響到響應(yīng)時間和是否能夠成功調(diào)度。本系統(tǒng)選擇的是最早截止期優(yōu)先算法。

最早截止期優(yōu)先算法（Earliest Deadline First，簡稱EDF），也稱為截止期驅(qū)動調(diào)度算法（Deadline Drive Scheduling，簡稱DDS），是一種動態(tài)調(diào)度算法。EDF在調(diào)度時，優(yōu)先選擇截止期早的任務(wù)，即截止期越早，任務(wù)優(yōu)先級越高。對于給定的任務(wù)集按照EDF算法調(diào)度，可調(diào)度的充分條件是ρ≤1（ρ為計算機CPU占用率）。

需要調(diào)度的消息集S={τ1，τ2，…，τi，…，τn}（0≤i≤n），消息所對應(yīng)的調(diào)度周期為T1，T2，…，Ti，…，Tn（0≤i≤n），消息對應(yīng)的調(diào)度最大執(zhí)行時間為C1，C2，…，Ci，…，Cn（0≤i≤n），消息對應(yīng)的調(diào)度截止期為D1，D2，…，Di，…，Dn（0≤i≤n），假設(shè)消息彼此間是獨立調(diào)度的，則Di=Ti（0≤i≤n），則CPU占用率為：

PIS內(nèi)的消息調(diào)度根據(jù)實際運營情況（統(tǒng)計數(shù)據(jù)），T1取值無窮大，Tn的值一般以小時計值（這里取20 min），Ti（0

本文所采用的媒體控制器采用X86架構(gòu)的工程機。EDF算法受任務(wù)數(shù)的影響很小，可以承受比較多的任務(wù)負載。該算法存在負載超過某個臨界值，其算法性能將會下降的不足，但是綜合考慮實際情況（消息調(diào)度在短時間的任務(wù)量遠遠小于該臨界值），該算法缺陷對消息調(diào)度影響不大。

4.4 消息調(diào)度算法的實現(xiàn)

消息調(diào)度是每個工程機以其IP作為獨立標識，工程機以時鐘變化來實現(xiàn)消息調(diào)度，當時鐘運行到調(diào)度時間點時運行相應(yīng)的調(diào)度信息。對于EDF算法其優(yōu)先級是變化的，同級別的消息開始時間點靠前的優(yōu)先半個級，這也能夠滿足緊急消息調(diào)度中“同級的先到先發(fā)不疊加”的原則。

5 結(jié)束語

消息調(diào)度擔(dān)負著地鐵運營和管理部門向乘客傳遞信息的重任。如何能夠快捷、迅速、準確地將信息發(fā)送到指定顯示終端，且能遵守規(guī)定是消息調(diào)度的重中之重，本文中的消息調(diào)度方法通過實驗室運行、實驗室壓力測試、現(xiàn)場模擬測試和現(xiàn)場實際運行，都能達到并超過要求。

[1]丁樹奎，陳忠興，朱勝利，等. 城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)（PIS）技術(shù)[C]. 中國城市軌道交通新技術(shù)（第三集），2009.

[2]闞庭明. 城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢探討[J].鐵路計算機應(yīng)用，2009，18（1）：37-39.

[3]王 珊，薩師煊. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[4]邢群科，郝紅衛(wèi)，溫天江. 兩種經(jīng)典實時調(diào)度算法的研究與實現(xiàn)[J]. 計算機工程與設(shè)計，2006，27（1）：117-119.