張輝東

作為基本覆蓋全路的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)，TDCS/CTC系統(tǒng)已經(jīng)成為運輸指揮中必不可少的行車設備。隨著數(shù)量的增多和功能的日漸豐富，日常的維護工作量越發(fā)繁雜。目前鐵路局在用的TDCS/CTC維護系統(tǒng)，僅限于監(jiān)測和維護操作系統(tǒng)狀態(tài)信息和網(wǎng)絡狀態(tài)信息，還沒有一個專門針對部署在不同物理位置上的TDCS/CTC設備、網(wǎng)絡狀態(tài)、軟件業(yè)務狀態(tài)，以及相關故障報警統(tǒng)計管理的綜合性監(jiān)控維護系統(tǒng)，維護人員難以在第一時間獲取這些設備的運行狀態(tài)信息。為此，由太原鐵路局電務處和卡斯柯信號有限公司聯(lián)合研制了一套TDCS/CTC設備綜合監(jiān)控維護系統(tǒng)。

TDCS/CTC綜合管理系統(tǒng) (以下簡稱 CMS)是從現(xiàn)有TDCS/CTC系統(tǒng)結構、設備配置、網(wǎng)絡架構和業(yè)務軟件應用等層面，集設備監(jiān)控、網(wǎng)絡監(jiān)控和應用程序狀態(tài)監(jiān)控于一體，而且還能對記錄的相關報警、故障等情況進行分類統(tǒng)計，實現(xiàn)TDCS/CTC系統(tǒng)全面的、立體化的綜合監(jiān)控。

1 系統(tǒng)設計原則

CMS系統(tǒng)既可以監(jiān)控部署在TDCS/CTC系統(tǒng)中的所有PC服務器、UNIX/Linux小型機服務器、圖形工作站等計算機設備;也可以監(jiān)控部署在站段的車站分機/自律機、車務終端 (信號員終端、電務維護終端)等設備。它將被監(jiān)控對象的靜態(tài)信息 (包括IP地址、設備型號、操作系統(tǒng)版本等)、動態(tài)信息 (包括CPU、內(nèi)存、磁盤動態(tài)使用情況以及操作系統(tǒng)進程列表，并可以性能曲線的方式呈現(xiàn))、網(wǎng)絡狀態(tài) (包括端口速率、端口的連通情況、端口是否存在收發(fā)錯誤)、TDCS/CTC系統(tǒng)軟件業(yè)務狀態(tài) (包括各業(yè)務系統(tǒng)/進程程序的版本信息、運行狀態(tài)、相互之間的通信連接狀態(tài))等進行數(shù)據(jù)搜集，當設備性能出現(xiàn)異常時，能夠向指定的管理維護終端發(fā)送報警提示。

從系統(tǒng)的監(jiān)控對象和用戶群體角度出發(fā)，系統(tǒng)設計遵循以下原則。

1.與TDCS/CTC系統(tǒng)的高效兼容性。CMS系統(tǒng)既要從 TDCS/CTC軟件獲取數(shù)據(jù)，也要向TDCS/CTC軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)包格式應遵守TDCS/CTC原有協(xié)議格式，這樣可以避免因增加監(jiān)控系統(tǒng)接口而對原有軟件結構造成較大改變，增加開發(fā)工作量;同時也避免TDCS/CTC系統(tǒng)向CMS系統(tǒng)發(fā)送大量狀態(tài)數(shù)據(jù)而消耗較大資源，保證有足夠的計算資源處理核心業(yè)務。

2.通信的實時性。CMS系統(tǒng)要實現(xiàn)對TDCS/CTC軟件狀態(tài)及時、有效的監(jiān)控，必須從TDCS/CTC系統(tǒng)快速獲得大量實時數(shù)據(jù)，這是CMS系統(tǒng)進行計算和異常判斷的基礎，因此必須保證CMS系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)的實時性。

3.報警的有效性。收到TDCS/CTC軟件發(fā)來的數(shù)據(jù)后，CMS系統(tǒng)需要將接收到的狀態(tài)信息進行篩選、過濾后展示給用戶，同時還必須判斷出監(jiān)控對象的異常，向用戶推送報警信息。報警閾值設置要準確，在數(shù)據(jù)收發(fā)任務和報警計算任務之間合理分配計算資源，實現(xiàn)報警的及時性和有效性。

4.數(shù)據(jù)的持久性。CMS系統(tǒng)接收到的屬性狀態(tài)數(shù)據(jù)和由CMS系統(tǒng)計算的報警信息需要持久保存，以便數(shù)據(jù)備份和事后查詢。CMS系統(tǒng)提供了一種數(shù)據(jù)持久化的手段，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，并提供查詢手段。

5.界面的友好性。CMS系統(tǒng)以圖形、文字、聲音3種方式向用戶展示監(jiān)控對象的狀態(tài)信息，同時接受用戶對監(jiān)控對象的主動查詢?nèi)蝿?，響應用戶特殊查詢需求?/p>

6.系統(tǒng)的可擴展性。支持用戶靈活增加和減少監(jiān)控對象。提供一種監(jiān)控對象動態(tài)配置手段，用戶隨時可改變其監(jiān)控對象，并以重啟程序的方式使其修改生效。

7.系統(tǒng)健壯性。系統(tǒng)具有較強的容錯能力。在發(fā)生錯誤時，能夠較友好的提示錯誤信息，即使遇到不可排除的錯誤，也要保證系統(tǒng)能夠及時重新啟動。

8.數(shù)據(jù)安全性。CMS系統(tǒng)保證只有合法且授權的用戶才能使用系統(tǒng)。

9.可維護性。對于系統(tǒng)的錯誤或者異常，能夠記錄錯誤，方便追蹤系統(tǒng)故障，保證可維護性，對于關鍵信息寫入文件，要做到所有信息事后可查。

2 系統(tǒng)結構方案

2.1 系統(tǒng)硬件結構

CMS系統(tǒng)是由監(jiān)控系統(tǒng)服務器 (CMSS)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務器 (DB)、監(jiān)控系統(tǒng)終端 (CMSC)和數(shù)據(jù)配置工具 (CMST)組成。如圖所示，一般設置監(jiān)控系統(tǒng)服務器1套，數(shù)據(jù)庫服務器1套，客戶端可以根據(jù)需要設置多套，配置工具1套，也可以不單獨設置配置工具終端，將它和客戶端安裝在同臺設備上。

圖1 CMS系統(tǒng)硬件結構圖

2.2 系統(tǒng)軟件結構

CMS由8個軟件模塊和1個數(shù)據(jù)庫組成，系統(tǒng)總體的軟件結構圖如圖2所示。

圖2 CMS系統(tǒng)軟件結構圖

1.CMSS負責完成對目標設備的狀態(tài)輪詢和狀態(tài)處理，對狀態(tài)報警信息進行邏輯判斷，對狀態(tài)信息和報警信息進行存儲，將屬性信息和報警信息推送客戶端等。CMSS還為CMSC提供查詢代理服務。

2.CMSC是用戶接口程序，將CMSS發(fā)送來的狀態(tài)信息以圖形化方式展示給用戶。CMSC提供基礎配置數(shù)據(jù)和歷史狀態(tài)信息的查詢手段，可將CMSS作為查詢代理向TDCS/CTC軟件獲取狀態(tài)信息。

3.CMST僅與數(shù)據(jù)庫接口，用于維護數(shù)據(jù)庫中的基礎配置數(shù)據(jù)和監(jiān)控圖繪制。

4.數(shù)據(jù)庫保存目標設備信息、目標設備狀態(tài)信息和系統(tǒng)配置信息等。

3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)總體設計

CMSS通過2種方式從目標設備獲取設備狀態(tài)信息:①使用定時邏輯向目標設備發(fā)送輪詢消息，目標設備響應后，反饋設備屬性狀態(tài)消息;②定期向目標設備發(fā)送登記消息，向目標設備注冊CMSS通信IP和端口，當目標設備檢測到自身設備狀態(tài)變化時，主動向已注冊的CMSS發(fā)送屬性變化消息。

CMSC直接與用戶接口，提供2種信息表示方式:①監(jiān)控圖界面?？筛鶕?jù)不同用戶的需求，繪制不同的監(jiān)控圖，顯示目標設備的主備狀態(tài)和通信連接狀態(tài)，并且在監(jiān)控目標設備發(fā)生狀態(tài)異常時，在相應的設備圖標上有明顯的聲光報警提示。監(jiān)控圖中設備狀態(tài)的更新方式為CMSC定期向CMSS發(fā)注冊消息 (注冊消息中包括監(jiān)控圖中所有設備和連接屬性)，CMSS根據(jù)注冊列表主動將設備狀態(tài)推送給CMSC。②設備詳細狀態(tài)列表。在設備報警時，或用戶想了解設備的詳細狀態(tài)時，可針對某一個設備打開詳細狀態(tài)列表，顯示某一個設備的所有監(jiān)控屬性，設備狀態(tài)的更新由用戶的刷新操作驅動。用戶執(zhí)行刷新操作后，CMSC向CMSS發(fā)送探測請求，CMSS由獨立線程對目標設備進行探測，得到結果后反饋給CMSC。

3.2 系統(tǒng)接口設計

1.用戶接口。CMSC和CMST提供圖形界面用戶接口。

2.外部接口。即 CMS的維護系統(tǒng)與既有TDCS/CTC各軟件之間的接口。接口通信采用UDP協(xié)議。

CMSS根據(jù)預先設置的輪詢間隔，定時向TDCS/CTC發(fā)送屬性查詢消息，消息中包含查詢ID、設備實體號、AB機標識、屬性類型、屬性索引、屬性值等信息。當TDCS/CTC子系統(tǒng)收到屬性查詢消息后，會立即向CMSS系統(tǒng)返回所請求的屬性應答消息。

3.內(nèi)部接口。CMSS向CMSC發(fā)送通用單屬性應答消息、通用組屬性應答消息及動態(tài)隊列屬性應答消息等，并且CMSS收到CTC子系統(tǒng)發(fā)送的報警消息，或檢查到監(jiān)控屬性狀態(tài)異常時，主動向已注冊的CMSC推送報警消息，CMSS收到此消息后，在用戶界面上以聲光報警的形式進行提示。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構設計

CMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構組成部分如圖3所示。各部分的主要職責分別為:①設備屬性列表DEV_ATTR_LIST，記錄所有目標設備，及其監(jiān)控屬性的靜態(tài)信息和當前狀態(tài)信息;②客戶端注冊列表CMSC_REG_LIST，記錄客戶端的監(jiān)控注冊信息，用于記錄每個CMST軟件向CMSS發(fā)來的注冊信息;③客戶端探測列表DETECT_LIST，記錄CMSC發(fā)起的探測請求;④監(jiān)控圖列表MONITOR_GRAPH_LIST，維護監(jiān)控圖對象 MONITOR_GRAPH的鏈表。

圖3 CMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構圖

3.4 系統(tǒng)存儲設計

1.目標設備信息，包括目標設備實體號、名稱、IP地址、監(jiān)控UDP端口號等，存儲在設備表中。

2.監(jiān)控屬性信息分2張表存儲，一張表存儲主屬性，另一張表存儲子屬性。主屬性包括設備，屬性名稱、屬性類型。子屬性表存儲屬性索引。一個設備的某一類型屬性可能有多個子屬性。

3.屬性的狀態(tài)存儲在屬性狀態(tài)表中。

4.報警記錄信息，記錄各目標設備主動發(fā)送的報警，以及系統(tǒng)自動判斷出的異常報警。

5.用戶信息，包括系統(tǒng)的用戶登錄名與密碼。

6.監(jiān)控圖及與該監(jiān)控圖有關聯(lián)的所有圖元均存儲在數(shù)據(jù)庫中，圖元類型包括設備、端口、連線、文字、圖片等，用單個圖元的記錄關聯(lián)監(jiān)控圖主鍵的方式表示所屬關系。

CMST向數(shù)據(jù)庫中寫入基礎設備配置數(shù)據(jù)、監(jiān)控圖信息和用戶信息。

CMSS從數(shù)據(jù)庫中讀取基礎配置數(shù)據(jù)，同時CMSS向數(shù)據(jù)庫中寫入狀態(tài)數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)。

4 關鍵技術方案

4.1 TDCS/CTC系統(tǒng)安全接口

TDCS/CTC作為列車調(diào)度指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了鐵路各級運輸調(diào)度對列車運行的透明指揮、實時調(diào)整、集中監(jiān)控，因此，它關系到列車安全運行，必須保證其獨立性和安全性，避免其他系統(tǒng)對其影響。TDCS/CTC安全接口實現(xiàn)了從TDCS/CTC獲取數(shù)據(jù)，綜合維護系統(tǒng)從TDCS/CTC系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)采用獨立的UDP協(xié)議，不影響TDCS/CTC系統(tǒng)的原有功能。

要保證TDCS/CTC安全接口達到預定的網(wǎng)絡安全目標，TDCS/CTC安全接口技術需滿足以下條件。

1.有限數(shù)據(jù)集合。TDCS/CTC安全接口輸出的所有數(shù)據(jù)必須是確定的、有限的。為了防止TDCS/CTC系統(tǒng)的保密或者非公開數(shù)據(jù)的流出，影響列車的安全運行，TDCS/CTC安全接口對發(fā)出的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)幀做出了嚴格的限定，只有屬于有限數(shù)據(jù)集合的數(shù)據(jù)才能發(fā)送到外部系統(tǒng)。

2.特定數(shù)據(jù)傳輸。TDCS/CTC安全接口與外部系統(tǒng)采用嚴格的單向傳輸協(xié)議，防止外部信息對TDCS/CTC調(diào)度指揮系統(tǒng)的可能干擾。數(shù)據(jù)的傳輸方向嚴格限定為特定消息交互。

4.2 基于多Agent的監(jiān)測方案

多Agent系統(tǒng)是一個能夠感知外界環(huán)境，并具有自主行為能力的，以實現(xiàn)其設計目標的自治系統(tǒng)。在多Agent系統(tǒng)中，每一個Agent都具有自治性，其內(nèi)部數(shù)據(jù)分為private級別和public級別，外部系統(tǒng)只能獲取public類型的信息，不能訪問private類型的信息，其內(nèi)部狀態(tài)不受外界訪問的影響。每個Agent都具有主動性，可以將其內(nèi)部狀態(tài)的變化主動向外推送。Agent之間可以相互通信，實現(xiàn)信息匯總計算。多Agent系統(tǒng)是一個交互式系統(tǒng)，多個分散控制的Agent組成一個整體系統(tǒng)。

CMS系統(tǒng)和TDCS/CTC系統(tǒng)組成一個多Agent系統(tǒng)。每個TDCS/CTC軟件能感知其內(nèi)部運行狀態(tài)的變化，主動的將其內(nèi)部狀態(tài)發(fā)送給CMSS。每個TDCS/CTC軟件是一個獨立的計算體，其內(nèi)部狀態(tài)不受CMSS的影響。CMSS自身具備屬性狀態(tài)計算功能，將計算結果主動提供給用戶。CMSS和其監(jiān)測對象組成的多Agent系統(tǒng)實現(xiàn)對監(jiān)測目標狀態(tài)的監(jiān)控。

5 結束語

TDCS/CTC維護管理系統(tǒng)于2014年8月6日通過太原鐵路局科委組織的技術評審 (太鐵局技審字〔2014〕第20號)，并在大西高鐵太原南至永濟北間13個車站進行了試驗、測試和試運行。通過現(xiàn)場的實施運行，更好地提高了TDCS/CTC系統(tǒng)的完整性，加強了TDCS/CTC系統(tǒng)的可維護性，極大地提高了維護人員的工作效率。伴隨著TDCS/CTC系統(tǒng)在全路的廣泛應用，CMS系統(tǒng)也一定擁有非常廣闊的前景和推廣空間。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.科技運函［2004］15號.分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)技術條件［S］.2004.

［2］ 崔貴志.關于TDCS系統(tǒng)維護管理問題的探討.鐵道通信信號［J］.2006，42(9)，23-24.

［3］ 中華人民共和國鐵道部，運基信號［2009］676號.列車調(diào)度指揮系統(tǒng)(TDCS)、調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)組網(wǎng)方案和硬件配置標準(暫行)［S］.2009.