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軌道交通自動(dòng)售檢票系統網(wǎng)絡(luò )性能計算與驗證的論文
1自動(dòng)售檢票系統概述
軌道交通自動(dòng)售檢票系統集先進(jìn)的集成技術(shù)、計算機技術(shù)、現代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、IC卡技術(shù)、大型數據庫技術(shù)、機電一體化技術(shù)、模式識別技術(shù)、傳感技術(shù)、精密機械技術(shù)等于一體，是實(shí)現軌道交通自動(dòng)購票、檢票、計費、收費、統計全過(guò)程的自動(dòng)化系統。AFC系統具備多項管理職能，直接面向乘客，是軌道交通運營(yíng)系統中的重要組成部分。該系統主要處理交易和財務(wù)數據，必須保證信息的高度安全。AFC系統平臺必須滿(mǎn)足可靠性、安全性、易用性、可擴展性、互聯(lián)互通等需求，并具有準確采集與處理、大批量可靠地傳輸以及統計和管理數據的能力。
2網(wǎng)絡(luò )帶寬需求驗證
2.1車(chē)站與中央系統間的網(wǎng)絡(luò )帶寬
車(chē)站計算機系統與中央計算機系統間的網(wǎng)絡(luò )由綜合有線(xiàn)傳輸子系統提供的光傳輸網(wǎng)、以太網(wǎng)接口來(lái)實(shí)現，以太網(wǎng)接口直接接入中央核心交換機，車(chē)站計算機也直接與車(chē)站交換機連接。
假設車(chē)站每日處理不少于20萬(wàn)客流(1客流≈2.5筆交易)，交易數據記錄長(cháng)度約為100B，每個(gè)車(chē)站按最大連接128臺終端設備計算，每2s采集1次設備狀態(tài)信息，設備狀態(tài)信息長(cháng)度為200B;在設置參數后，應在5min內下達所有系統設備，假定最大參數文件為10MB;同時(shí)，線(xiàn)路上還應留有一定的帶寬，以保證數據的查詢(xún)響應速度，分2級下達。據此，車(chē)站計算機與中央計算機系統間的網(wǎng)絡(luò )帶寬計算為
A=200000×2.53600×8≈18筆/s(1)
B=18×100×8≈15Kbit/s(2)
C=128×200×82≈103Kbit/s(3)
D=10M×25×60≈68Kbit/s(4)
E=B+C+D=184Kbit/s(5)
式中，A為峰值交易量，B為峰值數據傳輸量，C為設備狀態(tài)及數據，D為設備參數數據，E為總帶寬。
考慮TCP/IP包頭和其他開(kāi)銷(xiāo)，以及管理、時(shí)鐘同步等其他應用的網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)，雖然式(5)的計算值為184Kbit/s，但是真正為系統所提供的網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路帶寬應不小于512Kbit/s。
2.2中央與外部系統間的網(wǎng)絡(luò )
中央與外部系統間的網(wǎng)絡(luò )，是指線(xiàn)路中央通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )與軌道交通清分系統通信的網(wǎng)絡(luò )。假設每日有300萬(wàn)人次客流的處理需求，高峰期內25%的客流集中在2h內;考慮極端情況，所有乘客都購票或加值，進(jìn)站、出站和售票交易的記錄長(cháng)度為100B。據此，中央計算機系統與清分系統之間所需網(wǎng)絡(luò )帶寬的計算公式為
X=3000000×2+3000000≈9000000筆/d(6
Y=9000000×0.253600×2≈312.5筆/s(7)
Z=312.5×100×8≈250Kbit/s(8)
式中，X為日交易量，Y為峰值交易量，Z為峰值數據傳輸量。
考慮參數數據接收的及時(shí)性，要求網(wǎng)絡(luò )帶寬不小于256Kbit/s，設備狀態(tài)等數據約為256Kbit/s;考慮TCP/IP包頭及管理、時(shí)鐘同步等其他應用的網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)，中央計算機系統與外部系統間的網(wǎng)絡(luò )帶寬應至少為2Mbit/s。
3數據模擬測試
應用數據模擬發(fā)生器進(jìn)行線(xiàn)路模擬測試，以驗證系統的網(wǎng)絡(luò )數據傳輸能力、應用程序處理性能，確保數據傳輸與接收的正確性、數據處理的正確性、應用程序的魯棒性。
3.1測試環(huán)境
1、硬件環(huán)境:中央主機、中央通信前置機、車(chē)站計算機(至少1臺)、數據模擬發(fā)生器(至少1臺)，實(shí)際生產(chǎn)系統所使用的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境、設備之間的網(wǎng)絡(luò )通信正常。
2、主機環(huán)境:主機為HPRP3440服務(wù)器，數據庫為Oracle10g。
3、數據模擬器:模擬器能夠按照地標數據格式模擬生成6000、6002、6003、5041共4類(lèi)最常出現的交易記錄，并向指定車(chē)站計算機發(fā)送。模擬器每秒發(fā)送60～70條交易記錄，每小時(shí)模擬數據超過(guò)20萬(wàn)條。
3.2測試標準
1、車(chē)站計算機應能正確接收所有數據，記入數據庫，并實(shí)時(shí)轉發(fā)至中央計算機。
2、設備、車(chē)站、中央三者的數據應完全一致。
3、車(chē)站系統具有孤島運行能力:當應用故障或網(wǎng)絡(luò )中斷時(shí)，不影響其運行;當系統或網(wǎng)絡(luò )恢復正常時(shí)，自動(dòng)連接中央計算機，并將未上傳的數據全部上傳。
4、中央計算機處理能力不得低于每秒150筆交易。
5、車(chē)站計算機處理能力不得低于每秒21筆交易。
3.3正確性測試
將數據模擬發(fā)生器上傳的交易數據，與車(chē)站、中央接收的數據進(jìn)行比對，三者應完全一致。
可見(jiàn)，當模擬器發(fā)送數據量增大時(shí)，模擬器上傳數據與車(chē)站接收數據的差異很小，可忽略，但與中央接收數據的差異很大。經(jīng)查，差異大是由于前置機內數據未及時(shí)刪除、存儲空間滿(mǎn)而造成的，修改后可以達到理想的測試要求。
3.4并發(fā)測試
并發(fā)測試，主要測試多個(gè)設備并發(fā)時(shí)的處理能力、正確性、程序的魯棒性。把3臺模擬器分別設定為不同車(chē)站(避免可能出現的流水號重復)，同時(shí)運行模擬器模擬發(fā)送程序，統計數據模擬發(fā)生器上傳的交易數據總數，并與車(chē)站、中央接收的數據進(jìn)行比對，三者應完全一致。
3.5狀態(tài)及時(shí)延測試
狀態(tài)測試，主要測試車(chē)站計算機和中央監控工作站對設備狀態(tài)監控的正確性，數據模擬器依次模擬設備的各種狀態(tài)。
數據模擬器模擬設備的狀態(tài)事件代碼采用循環(huán)方式，事件發(fā)生與清除交替出現，即發(fā)生一個(gè)事件，在下一周期清除以前的一個(gè)事件(模擬程序保持10個(gè)事件，即第11個(gè)事件到達時(shí)，清除第1個(gè)事件)。實(shí)時(shí)查詢(xún)數據庫內容，同時(shí)在車(chē)站計算機和中央監控工作站觀(guān)察設備的狀態(tài)變化情況(二者應完全一致)。在監控工作站上觀(guān)察，應能看到設備狀態(tài)事件依次發(fā)生、清除，與數據模擬器的數據生成規律吻合。
同時(shí)，測試系統的反應速度。將車(chē)站計算機、監控工作站時(shí)鐘與數據模擬器時(shí)鐘設為一致，一臺數據模擬器向車(chē)站計算機發(fā)送交易數據，另一臺數據模擬器向車(chē)站計算機發(fā)送狀態(tài)數據，觀(guān)察故障發(fā)生后在中央監控工作站上顯示的時(shí)延。
3.6壓力測試
壓力測試，重點(diǎn)測試網(wǎng)絡(luò )通信能力、應用程序數據處理能力，判斷系統在極端或異常情況下的處理能力。模擬中央主機應用停止、大量數據積壓等情況，觀(guān)察車(chē)站/中央數據報文的傳輸和處理，記錄所有數據報文的傳輸和處理完畢所需的時(shí)間，觀(guān)察系統能在多長(cháng)時(shí)間內處理完畢。
可以看出，系統在規定時(shí)間內的處理能力和模擬數據量成正比，足以滿(mǎn)足日客流200萬(wàn)人次、系統處理能力不小于150筆/s的要求。
3.7網(wǎng)絡(luò )性能測試
3.7.1端口連通測試
1、測試目的:測試各端口之間VLAN隔離是否有效。
2、測試方法:在系統中央和站點(diǎn)各連接1臺電腦，電腦IP地址設置在同一網(wǎng)段中，接在相應端口進(jìn)行互相連通，觀(guān)察狀態(tài)。
3.7.2最大、最小幀測試
1、測試目的:檢測設備所能處理的最大、最小幀長(cháng)度。
2、測試方法:在系統中央和遠端站點(diǎn)各接1臺以太網(wǎng)性能分析儀，系統中央以64B的幀長(cháng)往遠端站點(diǎn)發(fā)包，遠端站點(diǎn)以1518B的幀長(cháng)向系統中央發(fā)包，觀(guān)察兩邊的收包情況。
3.7.3通道帶寬流量及吞吐量測試
1、測試目的:檢測SDH映射是否正常，通道帶寬是否符合設計要求。
2、測試方法:在系統中央和遠端站點(diǎn)各接1臺以太網(wǎng)性能分析儀，連上設備以后觀(guān)察端口速率，兩邊同時(shí)按設計要求發(fā)包，觀(guān)察收包情況和吞吐量。
可見(jiàn)，隨著(zhù)交易量的增加，網(wǎng)絡(luò )吞吐量以穩定的速度增長(cháng)，然后在某一點(diǎn)趨于穩定。
3.7.4長(cháng)期丟包及系統CPU性能測試
1、測試目的:驗證在正常負荷情況下、設備長(cháng)時(shí)間(12h)運行時(shí)的丟包性能。
2、測試方法:在系統中央和遠端站點(diǎn)各接1臺以太網(wǎng)性能分析儀，系統中央以64B的幀長(cháng)往遠端站點(diǎn)發(fā)包，遠端站點(diǎn)以1518B的幀長(cháng)向系統中央發(fā)包，計時(shí)12h，觀(guān)察兩邊收包情況，同時(shí)觀(guān)察系統CPU。
經(jīng)測試，在網(wǎng)絡(luò )不穩定、發(fā)生瞬間閃斷時(shí)，丟包率在20%左右;網(wǎng)絡(luò )穩定時(shí)，丟包率為0。由于系統負載不斷變化，因此CPU曲線(xiàn)不是平滑的，會(huì )出現波動(dòng)。
4結語(yǔ)
針對AFC系統設計要求和線(xiàn)路實(shí)際情況，對網(wǎng)絡(luò )功能進(jìn)行測算與測試非常關(guān)鍵和重要。以上通過(guò)公式、圖表對網(wǎng)絡(luò )帶寬需求進(jìn)行了驗證，對數據模擬環(huán)境、網(wǎng)絡(luò )性能進(jìn)行了測試，驗證與測試結果均與設計預期吻合，證明設計確實(shí)符合要求，能夠實(shí)現各項功能。
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