城市軌道交通集中告警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

潘良 桂文峰 徐慶 賈濤

摘 要：我國城市軌道交通迅猛發(fā)展，通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何高效運(yùn)維保障，集中告警系統(tǒng)已必不可少。本文從集中告警系統(tǒng)設(shè)計原理出發(fā)，對系統(tǒng)的關(guān)鍵功能需求、關(guān)鍵架構(gòu)和一些關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，為國家城市軌道交通的建設(shè)和運(yùn)營提供堅實的保障的系統(tǒng)日常維護(hù)、今后的改進(jìn)、完善，提供有用的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通;集中告警系統(tǒng);系統(tǒng)組成;系統(tǒng)功能;C/S架構(gòu);分層架構(gòu);動態(tài)加載;SNMP協(xié)議;TCP/IP;Socket

中圖分類號：U284.59 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

隨著中國城市軌道交通建設(shè)的飛速發(fā)展，智能化的城市軌道交通運(yùn)維管理系統(tǒng)同步建設(shè)和發(fā)展，為管理和保障軌道交通系統(tǒng)的持久運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的工具平臺。其中集中告警系統(tǒng)圍繞復(fù)雜的軌道交通專用通信系統(tǒng)告警提醒、響應(yīng)、控制的管理而設(shè)計，以告警集中、便捷、有效管理為出發(fā)，同步城市軌道交通建設(shè)的完善和發(fā)展。目前，集中告警系統(tǒng)，對傳輸、無線、公務(wù)電話、專用電話、時鐘等子系統(tǒng)實現(xiàn)了統(tǒng)一集中監(jiān)控管理，具備了可視化的人機(jī)界面，實時展示各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實時對發(fā)生的告警，通過人機(jī)界面的醒目變化、響亮的聲響、郵件、短信等手段及時提醒運(yùn)維管理人員，確保險情得到有效響應(yīng)和控制。

隨著高科技技術(shù)的發(fā)展和融合，集中告警系統(tǒng)也將在功能擴(kuò)展、數(shù)據(jù)處理智能化上得到不斷提升，將為智能化城市軌道交通運(yùn)維管理、為中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展助力。

本文從技術(shù)原理出發(fā)，對目前城市軌道交通集中告警系統(tǒng)的組成、功能、架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為相關(guān)從業(yè)者提供參考。

1 系統(tǒng)總體概述

1.1 遵循的標(biāo)準(zhǔn)

城市軌道交通集中告警系統(tǒng)的設(shè)計起源于軌道交通專用通信系統(tǒng)的網(wǎng)管系統(tǒng)，遵循ITU-T G.803，G.783，G.784，G.733，G.774s，Q.821，Q.822，M.3011，M.3010，M.3300等建議及國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容包括：管理系統(tǒng)組織模型，設(shè)備的OAM&P接口設(shè)計，用戶工作站的功能設(shè)計管理管理，通信功能，網(wǎng)元級管理系統(tǒng)等。

1.2 系統(tǒng)組成

集中告警系統(tǒng)是對軌道交通專用通信系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的告警進(jìn)行集中管理，這些子系統(tǒng)主要包括傳輸系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、專用無線系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、有線廣播系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)、集中錄音系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)。

為達(dá)到各子系統(tǒng)告警的集中管理，集中告警系統(tǒng)設(shè)立在控制中心（網(wǎng)管中心、監(jiān)控中心）。常見的設(shè)備組成部分由服務(wù)器、告警監(jiān)控終端以及打印機(jī)等輔助設(shè)備構(gòu)成。軟件組成部分由運(yùn)行于服務(wù)器的前置通信服務(wù)軟件、數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行于告警監(jiān)控終端電腦的可視化告警監(jiān)控管理軟件構(gòu)成，服務(wù)器通過以太網(wǎng)連接各個子系統(tǒng)，并實時采集獲取專用通信系統(tǒng)各個子系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)、數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)和告警記錄存放在數(shù)據(jù)庫中。下圖1為集中告警系統(tǒng)組成圖。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 C/S系統(tǒng)架構(gòu)

C/S系統(tǒng)架構(gòu)是集中告警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，即大家熟知的Client客戶機(jī)/Server服務(wù)器簡單高效的2層結(jié)構(gòu)。它是大部分桌面應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用的體系結(jié)構(gòu)，通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到Client端和Server端來實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷，適用于局域網(wǎng)普遍使用。

如下圖2所示，各環(huán)節(jié)均采用了C/S架構(gòu)，服務(wù)端軟件與子系統(tǒng)間，服務(wù)端軟件與數(shù)據(jù)庫間，服務(wù)端軟件與客戶端軟件間，均采用了C/S架構(gòu)。

2.2 軟件分層架構(gòu)

良好的軟件架構(gòu)決定了軟件系統(tǒng)的性能和效率，集中告警系統(tǒng)核心組成部分服務(wù)端軟件，采用典型分層架構(gòu)，如圖3所示，簡單分為數(shù)據(jù)采集分析層和告警數(shù)據(jù)管理層。結(jié)構(gòu)簡單，容易理解和開發(fā)，不同技能的程序員可以分工，負(fù)責(zé)不同的層，每一層都可以獨(dú)立測試，其他層的接口通過模擬驗證，利于維護(hù)和擴(kuò)展。

2.3 動態(tài)加載軟件模塊

通信系統(tǒng)各個子系統(tǒng)是不同廠商的產(chǎn)品，獲取告警信息數(shù)據(jù)的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式都不同，因此集中告警系統(tǒng)服務(wù)端底層數(shù)據(jù)采集適配十分關(guān)鍵。

實現(xiàn)方法是將數(shù)據(jù)采集解析、數(shù)據(jù)分析封裝在模塊軟件中，在軟件運(yùn)行過程中通過數(shù)據(jù)庫配置信息，由服務(wù)端軟件對模塊軟件進(jìn)行動態(tài)加載，實現(xiàn)對各子系統(tǒng)的動態(tài)接入，而無需對系統(tǒng)進(jìn)行重啟。

2.4 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

2.4.1 SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）是通信設(shè)備廠商采用的一種比較常見的基于UDP的通信接口協(xié)議，多用于網(wǎng)絡(luò)管理，在集中告警系統(tǒng)里，子系統(tǒng)提供SNMP代理端功能，集中告警服務(wù)端實現(xiàn)SNMP管理端功能，獲取實時告警信息數(shù)據(jù)。協(xié)議簡單有效，以下圖4是SNMP協(xié)議的5種操作：

如圖4所示，SNMP協(xié)議一共5種報文操作：

（1）Get-requset操作：集中告警系統(tǒng)發(fā)起獲取傳輸系統(tǒng)一個或多個參數(shù)值;

（2）Get-next-request操作：集中告警系統(tǒng)發(fā)起獲取傳輸系統(tǒng)緊跟當(dāng)前參數(shù)值的下一個參數(shù)值;

（3）Set-request操作：集中告警系統(tǒng)發(fā)起設(shè)置傳輸系統(tǒng)一個或多個參數(shù)值;

（4）Get-response操作：傳輸系統(tǒng)響應(yīng)返回一個或多個參數(shù);

（5）Trap操作：傳輸系統(tǒng)主動發(fā)起的報文，通知集中告警系統(tǒng)有某些事情發(fā)生。

2.4.2 TCP/IP傳輸控制/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

集中告警系統(tǒng)中，除了使用SNMP協(xié)議，其他大部分都使用了TCP/IP協(xié)議。該協(xié)議是四層體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。TCP/IP有較高的可靠性，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，也具備應(yīng)用層通信協(xié)議自定義的靈活性。

集中告警系統(tǒng)中，基于TCP/IP采用Socket編程，與子系統(tǒng)采用Client/Server模式進(jìn)行通信，應(yīng)用層協(xié)議由子系統(tǒng)廠商或集中告警系統(tǒng)廠商提供，另一方按照通信協(xié)議和Client/Server模式的約定實現(xiàn)對應(yīng)軟件模塊開發(fā)。Socket建立通信連接的過程如圖5所示。

3 結(jié)束語

隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，集中告警系統(tǒng)也逐步走向了成熟。在實際運(yùn)維工作中的使用，積累了大量的經(jīng)驗，同時，隨著各種應(yīng)用新技術(shù)的普及如B/S架構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，BIM系統(tǒng)3D視覺模型計數(shù)，基于數(shù)據(jù)深度分析的AI技術(shù)。我們認(rèn)識到，集中告警系統(tǒng)也將得到不斷的完善和加強(qiáng)，使之在運(yùn)維工作中更加高效、更加智能化，必將為城市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營提供堅實的保障，融入智慧城市的一環(huán)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張濤，張琦.新一代調(diào)度集中系統(tǒng)日志告警模塊程序設(shè)計[J].鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2016，25（02）：61-63.

[2]傅劍虹.地鐵專用通信集中告警管理系統(tǒng)的建設(shè)[J].城市軌道交通研究，2014，17（08）：139-141.

[3]義軍.軌道交通通信集中告警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子世界，2017，39（15）：104-106.

[4]呂兆輝.城市軌道交通通信集中告警系統(tǒng)研究[J].鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2018，27（02）：52-55.

[5]武孟軍.精通SNMP[M].人民郵電出版社，2010.

[6]陳娟.基于TCP/IP的局域網(wǎng)通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息與電腦（理論版），2018，12（22）：179-182.