基于SOA的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)的研究

于 瀟

YU Xiao

（中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081）

(Postgraduate Department， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

基于SOA的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)的研究

于 瀟

YU Xiao

（中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081）

(Postgraduate Department， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的核心系統(tǒng)。傳統(tǒng)的鐵路調(diào)度系統(tǒng)規(guī)劃時沒有考慮到統(tǒng)一平臺的建設(shè)，各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重。為此提出基于 SOA 的分布式鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)和安全認(rèn)證架構(gòu)，其中系統(tǒng)架構(gòu)由業(yè)務(wù)展現(xiàn)層、基礎(chǔ)架構(gòu)平臺層、服務(wù)層、基層通信平臺等組成，安全認(rèn)證架構(gòu)則由服務(wù)庫、服務(wù)目錄、安全中心、安全插件及服務(wù)總線等組成。以客運(yùn)調(diào)度子系統(tǒng)為例闡述基于 SOA 的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)過程。

SOA；鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)；系統(tǒng)架構(gòu)

1　概述

鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮作業(yè)在運(yùn)輸生產(chǎn)中扮演核心角色，肩負(fù)著組織日常鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的重要任務(wù)，并要確保行車安全。調(diào)度人員需要根據(jù)人 (行車有關(guān)人員的技術(shù)水平和工作能力)、車 (各種機(jī)車車輛及動車組性能)、天 (天氣情況變化對行車的影響)、地 (線路及站場技術(shù)設(shè)備情況)、圖 (列車運(yùn)行圖)、規(guī) (行車規(guī)章制度) 等信息直接組織機(jī)務(wù)、電務(wù)、工務(wù)、車輛等部門協(xié)同工作。因此，調(diào)度相關(guān)的信息共享對于調(diào)度人員實時、全面地掌握運(yùn)輸信息，確保鐵路運(yùn)輸作業(yè)統(tǒng)一管理和統(tǒng)一組織，提高安全管理能力和運(yùn)營效益非常重要，它有助于運(yùn)輸組織更加合理化和科學(xué)化，以適應(yīng)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)快速發(fā)展的需要；加強(qiáng)控制能力，實現(xiàn)行車調(diào)度智能化并對列車運(yùn)行的全過程實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控，為鐵路運(yùn)輸?shù)墓芾?、指揮和決策提供現(xiàn)代化的手段和方式，使鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化方向發(fā)展。

鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，它集成了列車調(diào)度、計劃編制、供電調(diào)度、客運(yùn)調(diào)度、綜合維修、動車調(diào)度、貨運(yùn)調(diào)度等多個子系統(tǒng)[1]，涉及運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)、信號、車輛、地震防災(zāi)等多個學(xué)科；各個子系統(tǒng)之間信息傳輸量大、交互復(fù)雜。在傳統(tǒng)的鐵路調(diào)度系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)都是根據(jù)當(dāng)時自身所產(chǎn)生的需求而建立的，由于受到軟件技術(shù)的制約，系統(tǒng)規(guī)劃時沒有考慮統(tǒng)一平臺的建設(shè)，各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，互通性和互操作性較差，一方面造成重復(fù)開發(fā)，維護(hù)成本高，統(tǒng)一協(xié)調(diào)困難；另一方面，由于系統(tǒng)間彼此獨(dú)立，信息共享和綜合利用比較困難，使得信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重。

SOA (Service Oriented Architecture，面向服務(wù)的體系架構(gòu)) 的概念 1996 年由 Gartner 公司首次提出，已成為針對軟件規(guī)劃和構(gòu)建的一種常用方法[2]。SOA 將一些實現(xiàn)方式、編程語言和運(yùn)行平臺不同的松耦合的業(yè)務(wù)服務(wù)功能進(jìn)行靈活的分布式部署、整合和使用，能夠簡單快速地構(gòu)架模塊化、可擴(kuò)展、可重用、開放的分布式應(yīng)用系統(tǒng)[3]，并已在國內(nèi)外的金融、電信、醫(yī)療等很多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[4]，取得較好的效果。

SOA 可以利用現(xiàn)有的資源，實現(xiàn)跨平臺、跨語言、跨防火墻的整合，為異構(gòu)系統(tǒng)整合、應(yīng)用系統(tǒng)集成提供理想的解決方案。為此，將 SOA 的技術(shù)引入鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)，提出一種新的基于 SOA 的分布式鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)[5]。

2　基于　SOA　的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

基于 SOA 的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)由供電調(diào)度、列車調(diào)度、綜合維修、動車調(diào)度、客運(yùn)調(diào)度、貨運(yùn)調(diào)度和計劃編制等子系統(tǒng)組成[6]，鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

圖1　鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)圖

鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)由業(yè)務(wù)展現(xiàn)層、基礎(chǔ)架構(gòu)平臺層、服務(wù)層、基層通信平臺等組成[7]。

（1）業(yè)務(wù)展現(xiàn)層。業(yè)務(wù)展現(xiàn)層提供界面展示，列車調(diào)度、客運(yùn)調(diào)度等都不是獨(dú)立的展示容器或界面，而是在一個統(tǒng)一的、聚集的界面里，通過權(quán)限控制的配置進(jìn)行分配。展示界面可以靈活地劃分或合并，并可根據(jù)需要方便地復(fù)用。

（2）基礎(chǔ)架構(gòu)平臺。包括應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)和服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)。其中，應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)是指支撐系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，如數(shù)據(jù)存儲平臺、通信平臺；服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)統(tǒng)一規(guī)劃，提供統(tǒng)一的服務(wù)支撐平臺，在這個平臺規(guī)劃下進(jìn)行服務(wù)的發(fā)現(xiàn)、調(diào)用、分發(fā)、路由、管理等。

（3）服務(wù)層。服務(wù)層主要包括數(shù)據(jù)集成層、組合服務(wù)層、流程服務(wù)層等，其主要作用是將業(yè)務(wù)人員分析出來的公有服務(wù)、組合服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、流程服務(wù)等抽象出來，將其部署至統(tǒng)一的 SOA 服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，將整個系統(tǒng)服務(wù)化，從而提供靈活的業(yè)務(wù)供給能力。

（4）基層通信平臺?；鶎诱径尾煌脑O(shè)備、不同的協(xié)議、不同的分布架構(gòu)在一體化的架構(gòu)下進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和管理?；鶎油ㄐ牌脚_對供電遠(yuǎn)程終端單元 (RTU)、自律機(jī)等基層設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，并提供統(tǒng)一的接口實現(xiàn)調(diào)度所與基礎(chǔ)設(shè)備的通信。

2.2安全認(rèn)證架構(gòu)

鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的核心系統(tǒng)，通過嚴(yán)格的身份認(rèn)證和訪問控制機(jī)制保障系統(tǒng)的安全。基于 SOA 的安全認(rèn)證架構(gòu)具有開放性和統(tǒng)一性的特點(diǎn)，可以為不同操作系統(tǒng)、編程語言下開發(fā)的各個時期的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的身份認(rèn)證服務(wù)，提供適應(yīng)不同子系統(tǒng)的接入環(huán)境。統(tǒng)一身份認(rèn)證服務(wù)的安全措施是從鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)整體來考慮，用戶和權(quán)限信息屬于整個系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)不需要獨(dú)立開發(fā)，可大大增強(qiáng)程序的復(fù)用性，減少開發(fā)成本。鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)安全認(rèn)證架構(gòu)如圖 2 所示。

圖2　基于SOA的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)安全認(rèn)證架構(gòu)

當(dāng)用戶登錄鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)時，首先要到應(yīng)用服務(wù)器調(diào)用認(rèn)證服務(wù)，然后轉(zhuǎn)到目錄服務(wù)器進(jìn)行認(rèn)證，目錄服務(wù)器將用戶賬號信息返回給應(yīng)用服務(wù)器。只有用戶輸入正確的用戶名和密碼后，才能正常地登錄后臺應(yīng)用系統(tǒng)，并根據(jù)返回的角色信息繼續(xù)調(diào)用授權(quán)服務(wù)，獲取與該用戶角色匹配的對應(yīng)權(quán)限[8]。

（1）服務(wù)庫。提供對服務(wù)的管理，包括服務(wù)信息管理、服務(wù)生命周期管理、服務(wù)使用情況管理等。服務(wù)庫提供企業(yè)所有服務(wù)的統(tǒng)一視圖，企業(yè)的各部門和各個開發(fā)人員都可以通過訪問服務(wù)庫來獲得服務(wù)的信息，包括已有的服務(wù)、正在開發(fā)的服務(wù)。管理人員可以對系統(tǒng)內(nèi)部的服務(wù)狀況一目了然，而開發(fā)人員能夠重用已有服務(wù)，避免重復(fù)開發(fā)。

（2）服務(wù)目錄。提供系統(tǒng)運(yùn)行時所需的服務(wù)信息，其中包括服務(wù)的類型信息、通信方式、路由信息、QoS 信息等。服務(wù)目錄中的信息是服務(wù)庫中存儲信息的子集。

（3）安全中心。提供用戶 (組) 管理、角色管理、身份驗證、權(quán)限管理等功能，服務(wù)庫會調(diào)用安全中心的接口進(jìn)行服務(wù)的安全訪問控制管理。

（4）安全插件。部署在各個自律機(jī)中，它與調(diào)度中心 (所) 的安全中心進(jìn)行通信，完成身份驗證和權(quán)限驗證的功能。

（5）服務(wù)總線。各個應(yīng)用通過服務(wù)總線來調(diào)用服務(wù)。

3　基于SOA的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)實例

實現(xiàn)基于 SOA 的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵在于業(yè)務(wù)流程的分析及服務(wù)的建立。其中，服務(wù)建立的過程包含服務(wù)的提取、設(shè)計和模型的建立；服務(wù)的提取和設(shè)計則主要包括服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)規(guī)約和服務(wù)實現(xiàn)。以客運(yùn)調(diào)度子系統(tǒng)為例，分析基于 SOA 的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。

3.1業(yè)務(wù)流程分析

客運(yùn)調(diào)度子系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)為實時監(jiān)視和預(yù)測客流情況、客票發(fā)售信息；掌握列車運(yùn)行及早晚點(diǎn)狀態(tài)；實施乘務(wù)管理；對大型車站重點(diǎn)部位進(jìn)行視頻監(jiān)視；根據(jù)實時監(jiān)測情況下達(dá)旅客服務(wù)調(diào)整方案和運(yùn)行調(diào)整建議方案；發(fā)布各種旅客服務(wù)信息；列車運(yùn)行紊亂或突發(fā)事件發(fā)生時下達(dá)應(yīng)急預(yù)案等[9]?？瓦\(yùn)調(diào)度主要業(yè)務(wù)流程如圖 3 所示。

圖3　客運(yùn)調(diào)度業(yè)務(wù)流程

3.2服務(wù)模型建立

根據(jù)圖 3 的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行詳細(xì)分解，從而獲得每一個業(yè)務(wù)活動所對應(yīng)的服務(wù)。對于客運(yùn)調(diào)度的業(yè)務(wù)流程，可以分解為如表 1 所示的服務(wù)。

表1　客運(yùn)調(diào)度子系統(tǒng)服務(wù)分析

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，編輯事件信息內(nèi)容、下發(fā)事件信息、簽收事件信息等服務(wù)可以作為公共服務(wù)被其他子系統(tǒng)復(fù)用，從而提高開發(fā)效率，降低開發(fā)成本。

3.3服務(wù)實現(xiàn)

服務(wù)模型建立完成后，需要對服務(wù)的契約進(jìn)行設(shè)計，服務(wù)契約包括服務(wù)接口、服務(wù)使用者、服務(wù)使用時間、是否實時、通信協(xié)議、QoS 等功能及非功能需求。確定好服務(wù)契約之后，可以采用相應(yīng)的技術(shù)平臺進(jìn)行開發(fā)實現(xiàn)，同時對于已有的服務(wù)需要建立相應(yīng)的版本更新及管理機(jī)制。

4　結(jié)束語

將 SOA 思想運(yùn)用到鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計和分析中，為鐵路實現(xiàn)全路范圍內(nèi)調(diào)度統(tǒng)一及信息共享提供一個解決方案。按照這種設(shè)計方案，不僅可以兼容已有的調(diào)度系統(tǒng)、旅客服務(wù)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，以及各子系統(tǒng)間的互操作，構(gòu)建高度統(tǒng)一和集中化管理的綜合運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)，提高鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的可靠性和可用性。

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責(zé)任編輯：劉 新

Study on Architecture of SOA-based Railway Dispatching System

Dispatching system is a core production system for railway transport. Traditional railway dispatching systems were usually established without considering a unified platform in their planning stage, so subsystems were independent from each other with almost no information sharing. To solve above problems, this paper puts forward an SOA-based distributed architecture for railway dispatching system which is composed of business presentation layer, architecture platform layer, service layer, station-level communication platform layer and etc, and architecture for security certification which includes service library, service catalog, security center, security plug-in and service bus. Taking passenger transportation subsystem as an example, this paper expounds the implementation process of SOA-based railway dispatching system.

SOA; Railway Dispatching System; System Architecture

1003-1421(2016)03-0041-05

TP399：U292.4

B

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.03.08

2016-02-17

中國鐵路總公司科技研究計劃項目(2013X001-A-1)