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軌道交通通信告警系統構造論文
隨著(zhù)社會(huì )的飛速發(fā)展，交通擁擠問(wèn)題日益突出，嚴重影響了人們的生活和國家經(jīng)濟建設，軌道交通是緩解交通擁擠問(wèn)題的一個(gè)強有力的交通工具。軌道交通是一個(gè)復雜的系統，其可靠高效運營(yíng)需要眾多相關(guān)系統相互協(xié)作和大力支持。專(zhuān)用通信系統在其中發(fā)揮舉足輕重的作用，它為地鐵運營(yíng)提供通信保障。專(zhuān)用通信系統主要包括:傳輸、無(wú)線(xiàn)、公務(wù)電話(huà)、專(zhuān)用電話(huà)、閉路電視、時(shí)鐘、廣播、電源、集中告警等至少9個(gè)子系統［1］。集中告警系統是軌道交通專(zhuān)用通信系統中一個(gè)重要的組成部分，它實(shí)時(shí)監控其他各子系統的運行狀況，為維護人員提供全網(wǎng)絡(luò )運行視圖，是專(zhuān)用通信系統的運維支撐系統。
1總體設計
集中告警系統整體結構如圖1所示。圖1集中告警系統結構集中告警系統采用分層設計，主要包括前置機、告警解析服務(wù)器、應用服務(wù)器和客戶(hù)端。前置機負責采集各子系統的告警數據，將不同協(xié)議的告警數據轉換成系統內部統一格式并存入數據庫。告警解析服務(wù)器根據不同設備類(lèi)型的告警狀態(tài)匹配規則進(jìn)行告警分析定位，將分析結果提交給應用服務(wù)器。應用服務(wù)器將告警結果轉發(fā)給客戶(hù)端顯示，并響應客戶(hù)端的各種操作指令�？蛻�(hù)端主要提供人機操作界面，通過(guò)監控拓撲視圖來(lái)顯示網(wǎng)絡(luò )及設備的運行狀態(tài)。
2需要解決的難點(diǎn)問(wèn)題
集中告警系統的建設難點(diǎn)在于:①管理設備類(lèi)型眾多，接口協(xié)議繁雜;②監控場(chǎng)景視圖千變萬(wàn)化。專(zhuān)用通信系統至少包含8個(gè)子系統，不同的子系統由不同的設備供應商提供，各子系統告警接口協(xié)議一般都由設備供應商自己定義，而且多采用私有接口協(xié)議［3］。不同子系統功能不同，設備組網(wǎng)方式及配置情況差異巨大，因此抽象出的監控場(chǎng)景視圖也不同，且隨時(shí)可能發(fā)生改變。通常解決這種問(wèn)題最簡(jiǎn)單的方案就是定制系統，為每個(gè)項目開(kāi)發(fā)一套集中告警系統，這樣做存在如下缺陷:①項目通用性差，不能一勞永逸解決同一個(gè)問(wèn)題，每個(gè)項目都需要重新投入人力物力;②項目后期維護成本增加，版本管理困難，每個(gè)項目一個(gè)版本，對于共性的bug解決需要n份雷同工作。該系統要解決上述難點(diǎn)問(wèn)題并避免定制系統帶來(lái)的缺陷［4］。
3設計實(shí)現
3.1前置機實(shí)現
前置機直接與被監控系統通信，采集設備告警，需要設計成接口可靈活擴充的軟件結構［5］。前置機軟件結果如圖2所示。圖2前置機軟件結構前置機接口適配層設計成橫向可擴充結構，接口實(shí)體間沒(méi)有任何耦合，接入新協(xié)議只需橫向擴充一個(gè)全新接口實(shí)體即可［6］。接口實(shí)體將不同格式規約的告警數據轉換成內部可識別的統一格式，然后存入數據庫，并通知告警解析服務(wù)器。前置機與告警解析服務(wù)器間采用面向連接TCP私有協(xié)議通信。前置機各接口實(shí)體通過(guò)DLL的方式實(shí)現，前置機初始化時(shí)動(dòng)態(tài)加載DLL。新增設備類(lèi)型時(shí)只需增加一個(gè)全新的DLL接口實(shí)體。
3.2告警解析服務(wù)器、應用服務(wù)器實(shí)現
前置機雖然將告警轉換成統一格式［7］，但不同設備的告警狀態(tài)匹配規則不同，有的通過(guò)告警級別匹配(如1～4級表示故障，5級表示恢復);有的通過(guò)“告警類(lèi)/告警號”匹配(如“通信故障/1”表示故障，“通信故障/2”表示恢復)。告警解析服務(wù)器主要根據不同設備類(lèi)型的告警狀態(tài)匹配規則進(jìn)行告警分析定位，產(chǎn)生內部告警數據結構，程序結構如圖3所示。告警解析服務(wù)器從數據庫提取告警數據，根據設備類(lèi)型進(jìn)行數據調度，把告警數據分發(fā)到對應的告警解析實(shí)體，告警解析實(shí)體通過(guò)DLL的形式實(shí)現，在程序初始化時(shí)動(dòng)態(tài)加載進(jìn)來(lái)。新增設備類(lèi)型時(shí)除了前置機上增加一個(gè)DLL接口實(shí)體，告警解析服務(wù)器也需增加一個(gè)全新的DLL解析實(shí)體。內部告警數據結構是一個(gè)內存鏈表，數據保存在數據庫中，程序啟動(dòng)后加載到內存，其內按告警級別記錄著(zhù)系統每個(gè)故障單元對應的故障告警個(gè)數及恢復告警個(gè)數。告警解析實(shí)體根據告警狀態(tài)匹配規則進(jìn)行告警分析。如為故障狀態(tài)告警則把對應故障單元的故障告警數加1;如為恢復狀態(tài)告警則清除之前存在的相匹配的故障告警(假設故障告警n個(gè)，n≥0)，把對應故障單元的故障告警數減n，恢復告警數加n+1，產(chǎn)生內部告警數據結構，將數據入庫并通知應用服務(wù)器。告警解析服務(wù)器與應用服務(wù)器間采用面向連接TCP私有協(xié)議通信。應用服務(wù)器負責將內部告警數據結構轉發(fā)給在線(xiàn)客戶(hù)端;同時(shí)對客戶(hù)端提交的數據進(jìn)行后臺分析處理并入庫，將處理結果返回給客戶(hù)端。
3.3客戶(hù)端實(shí)現
客戶(hù)端可以實(shí)現系統告警的圖形化管理，告警可以定位到板卡或者端口級別。但不同集中告警系統管理的設備不同，設備外觀(guān)及配置也各不相同，這就為系統圖形化管理帶來(lái)了困難。為了不走定制路線(xiàn)，系統需要提供一個(gè)設備無(wú)關(guān)的拓撲場(chǎng)景［8］編輯工具，可以根據設備組網(wǎng)及配置情況利用各種形狀的圖元進(jìn)行拓撲編輯。拓撲編輯原理如圖4所示。圖4拓撲編輯原理一個(gè)監控拓撲由若干個(gè)圖層構成，圖層間有嚴格的隸屬關(guān)系，一個(gè)圖層可有多個(gè)子層，子層下還可再有子層，依此類(lèi)推。拓撲編輯采用圖4所示的倒樹(shù)型拓撲編輯結構，由一個(gè)根節點(diǎn)可以擴充出不同的子圖層構成一個(gè)完整的監控拓撲。每個(gè)圖層有唯一的圖層索引，圖層索引代表了該圖層在整個(gè)拓撲中的位置信息。如1－1的父層是1;1－2－1的父層是1－2;1－1有2個(gè)子層1－1－1和1－1－2�？梢栽谝粋�(gè)圖層中添加設備網(wǎng)元，設備網(wǎng)元的屬性包括設備類(lèi)型、設備名稱(chēng)、目的圖層和通信參數等。在該圖層的子層中編輯設備的機架圖，每個(gè)設備網(wǎng)元都有一個(gè)目的圖層，目的圖層指向機架圖所在的圖層。這樣點(diǎn)擊設備網(wǎng)元就可以切換到目的圖層(機架圖)，一般機架圖層都是設備圖層的子層。機架圖層主要通過(guò)圖元的組合來(lái)描述設備的詳細構成，如模塊、板卡和端口等信息，機架圖層內的每個(gè)組成圖元代表一個(gè)故障單元，故障單元的屬性包括所屬設備、單元名稱(chēng)和告警位置等。系統通過(guò)圖層索引保存拓撲結構，通過(guò)圖元數據流保存圖層內數據信息，并提取圖層內的設備信息及故障單元信息另表保存。系統初始化時(shí)讀取所有故障單元信息，依此建立內部告警數據結構內存鏈表，用來(lái)保存每個(gè)故障單元的告警個(gè)數�？蛻�(hù)端收到服務(wù)器轉發(fā)的內部告警數據結構后，將對應的內存鏈表更新，然后根據新數據刷新監控拓撲上的告警指示，把指示定位到對應圖層的對應故障單元上，根據不同告警級別通過(guò)不同顏色來(lái)顯示告警狀態(tài)。告警顯示具有向上傳遞性，當一個(gè)故障單元產(chǎn)生告警后，會(huì )逐層反應到父層對應的網(wǎng)元上，直至最頂層拓撲。維護人員見(jiàn)到告警指示后，可以由設備網(wǎng)元點(diǎn)擊逐層深入，直到最底層查看具體的故障位置及故障詳細信息�？蛻�(hù)端收到告警數據結構后除了在監控拓撲上進(jìn)行顏色指示外，還可將告警信息送給告警箱，由告警箱進(jìn)行燈光顯示及聲音提示;還可以通過(guò)聲卡播放告警提示音�？蛻�(hù)端還為維護管理人員提供各種應用功能接口，如:告警清除、告警受理、告警查詢(xún)、告警打印、告警統計以及告警報表等。
4系統性能測試
測試的目標是驗證通過(guò)上述設計方案實(shí)現集中告警系統的穩定性、可靠性及系統擴充能力。測試設備的網(wǎng)絡(luò )配置結構如圖5所示。圖5集中告警系統測試結構測試需要的設備包括:服務(wù)器、客戶(hù)端和各子系統接口測試Demo。為了簡(jiǎn)化測試環(huán)境，在一個(gè)服務(wù)器上部署前置機程序、告警解析程序及應用服務(wù)器程序;各子系統接口測試Demo通常由子系統廠(chǎng)家提供，各接口測試Demo可以部署在同一臺計算機上，也可分開(kāi)部署。按照各子系統提供的組網(wǎng)及設備配置資料進(jìn)行拓撲編輯測試，拓撲編輯工具可以靈活方便建立監控拓撲，形象描述設備網(wǎng)絡(luò )及設備機架圖。證明了該系統拓撲編輯的設備無(wú)關(guān)性與靈活性。根據各子系統提供的接口協(xié)議文檔，在集中告警系統上擴充前置機的接口實(shí)體DLL和告警解析的解釋實(shí)體DLL。DLL實(shí)現后可以動(dòng)態(tài)加載到集中告警平臺里，證明了接口管理的實(shí)用性與靈活性。通過(guò)各子系統接口Demo向集中告警系統模擬發(fā)送告警，告警可以在監控拓撲上定位并正確顯示，可以驅動(dòng)聲光告警。證明了接口實(shí)體DLL及解析實(shí)體DLL工作正常，與平臺結合良好。各測試Demo定時(shí)1ms向集中告警系統發(fā)送告警數據。系統沒(méi)有彈出異常，告警顯示準確，證明了系統的穩定性與可靠性。測試結果證明，分層設計的集中告警系統穩定可靠，擴充能力極強，設計是可行的。
5結束語(yǔ)
目前該集中告警系統在國內多條軌道交通系統上部署應用，取得了廣泛好評。實(shí)踐證明了該系統完全達到了預期效果，有效地避免了定制系統帶來(lái)的缺陷，大大減少了系統后期開(kāi)發(fā)投入，降低了集中告警系統軟件維護成本。分層可擴展的架構設計提高了系統的生命力;監控場(chǎng)景動(dòng)態(tài)繪制滿(mǎn)足了千變萬(wàn)化的用戶(hù)現場(chǎng)環(huán)境。同時(shí)對其他網(wǎng)管類(lèi)、監控類(lèi)系統的實(shí)現具有很強的參考價(jià)值。
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