基于TDCS/CTC生產(chǎn)與查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫同步方案研究

陳震解，周學(xué)兵

(卡斯柯信號(hào)有限公司，上海 200071)

1 概述

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與路網(wǎng)的擴(kuò)充，TDCS/CTC 系統(tǒng)在全路大規(guī)模使用，為了滿足日益增長的系統(tǒng)查詢需求，又不影響生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，各路局陸續(xù)建設(shè)了TDCS/CTC 查詢系統(tǒng)。最初的查詢系統(tǒng)只提供調(diào)監(jiān)畫面、調(diào)整運(yùn)行圖和歷史運(yùn)行圖的查詢，通過接口服務(wù)器應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向查詢系統(tǒng)的同步。目前路局在用生產(chǎn)查詢系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

查詢系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)的各服務(wù)器間通過網(wǎng)絡(luò)相連，生產(chǎn)系統(tǒng)接口服務(wù)器和查詢系統(tǒng)接口服務(wù)器間通過USB 電纜連接，接口程序使用專用協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離條件下的信息同步。查詢系統(tǒng)從生產(chǎn)系統(tǒng)獲取調(diào)監(jiān)畫面、調(diào)整運(yùn)行圖信息，滿足用戶基本的調(diào)監(jiān)和運(yùn)行圖的查詢需求。

但隨著查詢系統(tǒng)的大面積推廣使用，用戶提出需要查詢?nèi)瞻嘤?jì)劃、基本圖、調(diào)度命令及報(bào)警信息等更多需求。采用接口服務(wù)器通過接口程序進(jìn)行數(shù)據(jù)同步方式數(shù)據(jù)格式較為固定，面對提出的新需求需要不斷的擴(kuò)展升級接口服務(wù)器程序。而日班計(jì)劃、基本圖、調(diào)度命令及報(bào)警信息等信息存儲(chǔ)在生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，最為簡單的方法就是基于數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向查詢系統(tǒng)同步數(shù)據(jù)。

圖1 生產(chǎn)查詢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of production and inquiry system

為確保信息安全，生產(chǎn)系統(tǒng)與查詢系統(tǒng)之間USB 串口為獨(dú)占式調(diào)用訪問，已無法通過USB 串口進(jìn)行數(shù)據(jù)庫同步流傳輸。為確保網(wǎng)絡(luò)隔離，需要采用另外的非網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫同步載體。

2 方案比選

查詢子系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫同步，可以通過以下兩種方案實(shí)現(xiàn)。

1）研發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫同步程序。

2）通過商用數(shù)據(jù)庫同步軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫同步。

采用商用數(shù)據(jù)同步軟件實(shí)現(xiàn)具有以下缺點(diǎn)：a.部署成本高，一般需要數(shù)十萬軟件費(fèi)用；b.要求維護(hù)人員具有較高技術(shù)水平；c.部署不夠靈活，商用數(shù)據(jù)庫同步軟件建立在TCP/IP 基礎(chǔ)上，這樣就需要溝通生產(chǎn)系統(tǒng)和查詢系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)，存在信息安全風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)合TDCS/CTC 生產(chǎn)查詢系統(tǒng)的實(shí)際情況，用戶要求數(shù)據(jù)同步方案需部署靈活，使用方便，維護(hù)簡單，網(wǎng)絡(luò)隔離，這都是傳統(tǒng)商用數(shù)據(jù)同步方案實(shí)現(xiàn)不了的，這樣就基本否定了采用商用數(shù)據(jù)同步軟件方案，需自研數(shù)據(jù)庫同步程序。

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫同步軟件相比，自研數(shù)據(jù)庫同步方案具有以下優(yōu)點(diǎn)。

a.部署成本低

HW4504機(jī)心專為史詩陀飛輪Histoire de Tourbillon 9號(hào)腕表研發(fā)，確保這款腕表成為不可多得的非凡臻品。腕表一共限量發(fā)行20只，白18K金和玫瑰18K金款式各10只。

本方案使用了成熟的串口通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)過程廣泛采用腳本和第三方軟件，降低方案的開發(fā)工作量和復(fù)雜性，使得部署成本非常低廉。

b.對維護(hù)人員要求低

本方案的整個(gè)過程都是自動(dòng)完成，中間環(huán)節(jié)少，維護(hù)人員易于理解執(zhí)行過程，維護(hù)簡單。

c.部署靈活

本方案廣泛使用了命令腳本，可根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)整腳本參數(shù)，程序配置也可靈活調(diào)整，部署靈活性比較高。

d.網(wǎng)絡(luò)安全隔離

通過調(diào)用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，避免生產(chǎn)系統(tǒng)與查詢系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)溝通，保證系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)安全。

3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 方案設(shè)計(jì)

基于成本效率和網(wǎng)絡(luò)安全考慮，如圖2 所示，設(shè)計(jì)一種簡單可靠的數(shù)據(jù)同步方案。

對比圖1、2 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加數(shù)據(jù)同步功能后并未在原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中增加新的設(shè)備，只是增加了查詢系統(tǒng)從生產(chǎn)系統(tǒng)通過RS-232 串口同步數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的過程。這樣查詢系統(tǒng)除了可以查詢調(diào)監(jiān)畫面，調(diào)整運(yùn)行圖和歷史運(yùn)行圖等現(xiàn)有功能外，還可以查詢?nèi)瞻嘤?jì)劃、基本圖、調(diào)度命令及報(bào)警信息等。即使日后查詢系統(tǒng)需要查詢更多的信息，包括以后生產(chǎn)系統(tǒng)擴(kuò)展的新業(yè)務(wù)的信息，都可以通過該方式將數(shù)據(jù)從生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫同步到查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

圖2 增加數(shù)據(jù)同步功能后的生產(chǎn)查詢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of inquiry system after adding data synchronization function

3.2 實(shí)現(xiàn)過程

方案的實(shí)現(xiàn)過程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)流程圖Fig.3 Data flow diagram

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上部署的數(shù)據(jù)同步程序周期性定時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)導(dǎo)出腳本完成數(shù)據(jù)導(dǎo)出工作。數(shù)據(jù)導(dǎo)出后數(shù)據(jù)同步程序自動(dòng)調(diào)用FTP 腳本傳送數(shù)據(jù)文件到接口服務(wù)器的指定目錄。生產(chǎn)系統(tǒng)接口服務(wù)器通過RS-232 串口與查詢系統(tǒng)接口服務(wù)器連接，由數(shù)據(jù)同步軟件執(zhí)行串口文件同步將數(shù)據(jù)文件傳送到查詢系統(tǒng)接口服務(wù)器的指定目錄。查詢系統(tǒng)接口服務(wù)器上的數(shù)據(jù)同步程序檢測到數(shù)據(jù)后，調(diào)用FTP 腳本傳送到查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，最后由查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的數(shù)據(jù)同步程序調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入腳本將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

整個(gè)過程由生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的數(shù)據(jù)同步程序定時(shí)發(fā)起，后續(xù)各環(huán)節(jié)自動(dòng)接力完成。

查詢系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)庫同步程序?qū)崿F(xiàn)難點(diǎn)主要如下。

1）數(shù)據(jù)一致性的保證

數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)，利用數(shù)據(jù)庫快照（FLASHBACK）技術(shù)，確保導(dǎo)出數(shù)據(jù)的一致性。

2）數(shù)據(jù)傳送時(shí)效性的保證

對于大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)表，利用其中時(shí)間相關(guān)的字段，數(shù)據(jù)同步程序在調(diào)用數(shù)據(jù)導(dǎo)出腳本時(shí)，給出參數(shù)過濾導(dǎo)出數(shù)據(jù)，只導(dǎo)出增量數(shù)據(jù)，時(shí)間參數(shù)可以為班別、日期、時(shí)間（包括time_t，timestamp 等）。

對于小數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)表，每次均為全表同步。

3）數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的保證

數(shù)據(jù)同步程序在串口通信過程中建立有反饋機(jī)制，通過校驗(yàn)碼技術(shù)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸。

4）數(shù)據(jù)不遺漏、不重復(fù)導(dǎo)入的保證

對于增量同步的數(shù)據(jù)表，需要確保數(shù)據(jù)不遺漏，不重復(fù)。

比如調(diào)度命令，在編制后，由于簽收等情況，數(shù)據(jù)還會(huì)更新。后續(xù)增量同步時(shí)還需要同步該命令，同時(shí)需保證覆蓋原數(shù)據(jù)，而非增加。

同時(shí)需要確保某幾次增量同步由于某種原因失敗后，后續(xù)能夠自動(dòng)恢復(fù)，簡化維護(hù)。

本方案通過如下機(jī)制來確保數(shù)據(jù)不遺漏、不重復(fù)。

a. 導(dǎo)出端每小時(shí)進(jìn)行一次導(dǎo)出，導(dǎo)出為最近一天的數(shù)據(jù)。

b. 導(dǎo)入端在數(shù)據(jù)導(dǎo)入前，先刪除最近一天的數(shù)據(jù)（時(shí)間范圍與導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)間范圍一致）

c. 上述時(shí)間范圍一天、導(dǎo)出間隔1 h 均為示例，根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況確定。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

1) 串口通信技術(shù)

為不影響在用軟件的功能及架構(gòu)，且為了實(shí)現(xiàn)功能獨(dú)立，不能采用既有的USB 通信線通信方式，必須采用另一種獨(dú)立的并且可以實(shí)現(xiàn)通信隔離的技術(shù)。經(jīng)過查閱相關(guān)資料，結(jié)合易用性，可維護(hù)性的需求，本方案選擇串口通信技術(shù)，采用RS-232 串口線實(shí)現(xiàn)查詢系統(tǒng)從生產(chǎn)系統(tǒng)同步數(shù)據(jù)的功能。商用服務(wù)器硬件都自帶串口，且串口通信具有使用廣泛，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，保證方案的可行性。

2) Oracle 數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入導(dǎo)出技術(shù)

TDCS/CTC 系統(tǒng)采用的都是Oracle 數(shù)據(jù)庫，因此在生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出和查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入方面，選擇Oracle 自帶的imp/exp 導(dǎo)出導(dǎo)入技術(shù)。Oracle 自帶的導(dǎo)出導(dǎo)入技術(shù)具有使用廣泛，導(dǎo)出導(dǎo)入速度快，數(shù)據(jù)一致，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，保證方案的可行性。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的方案易于實(shí)現(xiàn)且簡單靈活，在既有硬件條件下，開發(fā)數(shù)據(jù)同步程序?qū)崿F(xiàn)查詢信息擴(kuò)充、完善，降低了接管單位運(yùn)營成本和運(yùn)維復(fù)雜性，提高了安全隔離程度。

目前該數(shù)據(jù)同步方案已在多個(gè)鐵路集團(tuán)公司TDCS/CTC 生產(chǎn)查詢系統(tǒng)中運(yùn)用實(shí)現(xiàn)，包括沈陽局集團(tuán)有限公司（同步報(bào)警信息等用于后期大數(shù)據(jù)分析），南昌局集團(tuán)有限公司（同步基本圖、調(diào)度命令等供查詢使用）等，至今運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足了用戶對查詢系統(tǒng)的需求，提高查詢系統(tǒng)的可用性，同時(shí)對其他系統(tǒng)中的類似需求也有一定的參考價(jià)值。