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軌道交通通信告警系統(tǒng)構(gòu)造論文
隨著社會的飛速發(fā)展，交通擁擠問題日益突出，嚴重影響了人們的生活和國家經(jīng)濟建設(shè)，軌道交通是緩解交通擁擠問題的一個強有力的交通工具。軌道交通是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其可靠高效運營需要眾多相關(guān)系統(tǒng)相互協(xié)作和大力支持。專用通信系統(tǒng)在其中發(fā)揮舉足輕重的作用，它為地鐵運營提供通信保障。專用通信系統(tǒng)主要包括:傳輸、無線、公務(wù)電話、專用電話、閉路電視、時鐘、廣播、電源、集中告警等至少9個子系統(tǒng)［1］。集中告警系統(tǒng)是軌道交通專用通信系統(tǒng)中一個重要的組成部分，它實時監(jiān)控其他各子系統(tǒng)的運行狀況，為維護人員提供全網(wǎng)絡(luò)運行視圖，是專用通信系統(tǒng)的運維支撐系統(tǒng)。
1總體設(shè)計
集中告警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1集中告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集中告警系統(tǒng)采用分層設(shè)計，主要包括前置機、告警解析服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和客戶端。前置機負責采集各子系統(tǒng)的告警數(shù)據(jù)，將不同協(xié)議的告警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部統(tǒng)一格式并存入數(shù)據(jù)庫。告警解析服務(wù)器根據(jù)不同設(shè)備類型的告警狀態(tài)匹配規(guī)則進行告警分析定位，將分析結(jié)果提交給應(yīng)用服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器將告警結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端顯示，并響應(yīng)客戶端的各種操作指令�？蛻舳酥饕峁┤藱C操作界面，通過監(jiān)控拓撲視圖來顯示網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的運行狀態(tài)。
2需要解決的難點問題
集中告警系統(tǒng)的建設(shè)難點在于:①管理設(shè)備類型眾多，接口協(xié)議繁雜;②監(jiān)控場景視圖千變?nèi)f化。專用通信系統(tǒng)至少包含8個子系統(tǒng)，不同的子系統(tǒng)由不同的設(shè)備供應(yīng)商提供，各子系統(tǒng)告警接口協(xié)議一般都由設(shè)備供應(yīng)商自己定義，而且多采用私有接口協(xié)議［3］。不同子系統(tǒng)功能不同，設(shè)備組網(wǎng)方式及配置情況差異巨大，因此抽象出的監(jiān)控場景視圖也不同，且隨時可能發(fā)生改變。通常解決這種問題最簡單的方案就是定制系統(tǒng)，為每個項目開發(fā)一套集中告警系統(tǒng)，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問題，每個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，每個項目一個版本，對于共性的bug解決需要n份雷同工作。該系統(tǒng)要解決上述難點問題并避免定制系統(tǒng)帶來的缺陷［4］。
3設(shè)計實現(xiàn)
3.1前置機實現(xiàn)
前置機直接與被監(jiān)控系統(tǒng)通信，采集設(shè)備告警，需要設(shè)計成接口可靈活擴充的軟件結(jié)構(gòu)［5］。前置機軟件結(jié)果如圖2所示。圖2前置機軟件結(jié)構(gòu)前置機接口適配層設(shè)計成橫向可擴充結(jié)構(gòu)，接口實體間沒有任何耦合，接入新協(xié)議只需橫向擴充一個全新接口實體即可［6］。接口實體將不同格式規(guī)約的告警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部可識別的統(tǒng)一格式，然后存入數(shù)據(jù)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。前置機各接口實體通過DLL的方式實現(xiàn)，前置機初始化時動態(tài)加載DLL。新增設(shè)備類型時只需增加一個全新的DLL接口實體。
3.2告警解析服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器實現(xiàn)
前置機雖然將告警轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式［7］，但不同設(shè)備的告警狀態(tài)匹配規(guī)則不同，有的通過告警級別匹配(如1～4級表示故障，5級表示恢復(fù));有的通過“告警類/告警號”匹配(如“通信故障/1”表示故障，“通信故障/2”表示恢復(fù))。告警解析服務(wù)器主要根據(jù)不同設(shè)備類型的告警狀態(tài)匹配規(guī)則進行告警分析定位，產(chǎn)生內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。告警解析服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫提取告警數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備類型進行數(shù)據(jù)調(diào)度，把告警數(shù)據(jù)分發(fā)到對應(yīng)的告警解析實體，告警解析實體通過DLL的形式實現(xiàn)，在程序初始化時動態(tài)加載進來。新增設(shè)備類型時除了前置機上增加一個DLL接口實體，告警解析服務(wù)器也需增加一個全新的DLL解析實體。內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個內(nèi)存鏈表，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，程序啟動后加載到內(nèi)存，其內(nèi)按告警級別記錄著系統(tǒng)每個故障單元對應(yīng)的故障告警個數(shù)及恢復(fù)告警個數(shù)。告警解析實體根據(jù)告警狀態(tài)匹配規(guī)則進行告警分析。如為故障狀態(tài)告警則把對應(yīng)故障單元的故障告警數(shù)加1;如為恢復(fù)狀態(tài)告警則清除之前存在的相匹配的故障告警(假設(shè)故障告警n個，n≥0)，把對應(yīng)故障單元的故障告警數(shù)減n，恢復(fù)告警數(shù)加n+1，產(chǎn)生內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)入庫并通知應(yīng)用服務(wù)器。告警解析服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器間采用面向連接TCP私有協(xié)議通信。應(yīng)用服務(wù)器負責將內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)給在線客戶端;同時對客戶端提交的數(shù)據(jù)進行后臺分析處理并入庫，將處理結(jié)果返回給客戶端。
3.3客戶端實現(xiàn)
客戶端可以實現(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)管理的設(shè)備不同，設(shè)備外觀及配置也各不相同，這就為系統(tǒng)圖形化管理帶來了困難。為了不走定制路線，系統(tǒng)需要提供一個設(shè)備無關(guān)的拓撲場景［8］編輯工具，可以根據(jù)設(shè)備組網(wǎng)及配置情況利用各種形狀的圖元進行拓撲編輯。拓撲編輯原理如圖4所示。圖4拓撲編輯原理一個監(jiān)控拓撲由若干個圖層構(gòu)成，圖層間有嚴格的隸屬關(guān)系，一個圖層可有多個子層，子層下還可再有子層，依此類推。拓撲編輯采用圖4所示的倒樹型拓撲編輯結(jié)構(gòu)，由一個根節(jié)點可以擴充出不同的子圖層構(gòu)成一個完整的監(jiān)控拓撲。每個圖層有唯一的圖層索引，圖層索引代表了該圖層在整個拓撲中的位置信息。如1－1的父層是1;1－2－1的父層是1－2;1－1有2個子層1－1－1和1－1－2�？梢栽谝粋�圖層中添加設(shè)備網(wǎng)元，設(shè)備網(wǎng)元的屬性包括設(shè)備類型、設(shè)備名稱、目的圖層和通信參數(shù)等。在該圖層的子層中編輯設(shè)備的機架圖，每個設(shè)備網(wǎng)元都有一個目的圖層，目的圖層指向機架圖所在的圖層。這樣點擊設(shè)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(shè)備圖層的子層。機架圖層主要通過圖元的組合來描述設(shè)備的詳細構(gòu)成，如模塊、板卡和端口等信息，機架圖層內(nèi)的每個組成圖元代表一個故障單元，故障單元的屬性包括所屬設(shè)備、單元名稱和告警位置等。系統(tǒng)通過圖層索引保存拓撲結(jié)構(gòu)，通過圖元數(shù)據(jù)流保存圖層內(nèi)數(shù)據(jù)信息，并提取圖層內(nèi)的設(shè)備信息及故障單元信息另表保存。系統(tǒng)初始化時讀取所有故障單元信息，依此建立內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存鏈表，用來保存每個故障單元的告警個數(shù)�？蛻舳耸盏椒⻊�(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，將對應(yīng)的內(nèi)存鏈表更新，然后根據(jù)新數(shù)據(jù)刷新監(jiān)控拓撲上的告警指示，把指示定位到對應(yīng)圖層的對應(yīng)故障單元上，根據(jù)不同告警級別通過不同顏色來顯示告警狀態(tài)。告警顯示具有向上傳遞性，當一個故障單元產(chǎn)生告警后，會逐層反應(yīng)到父層對應(yīng)的網(wǎng)元上，直至最頂層拓撲。維護人員見到告警指示后，可以由設(shè)備網(wǎng)元點擊逐層深入，直到最底層查看具體的故障位置及故障詳細信息�？蛻舳耸盏礁婢瘮�(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后除了在監(jiān)控拓撲上進行顏色指示外，還可將告警信息送給告警箱，由告警箱進行燈光顯示及聲音提示;還可以通過聲卡播放告警提示音�？蛻舳诉�為維護管理人員提供各種應(yīng)用功能接口，如:告警清除、告警受理、告警查詢、告警打印、告警統(tǒng)計以及告警報表等。
4系統(tǒng)性能測試
測試的目標是驗證通過上述設(shè)計方案實現(xiàn)集中告警系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及系統(tǒng)擴充能力。測試設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5集中告警系統(tǒng)測試結(jié)構(gòu)測試需要的設(shè)備包括:服務(wù)器、客戶端和各子系統(tǒng)接口測試Demo。為了簡化測試環(huán)境，在一個服務(wù)器上部署前置機程序、告警解析程序及應(yīng)用服務(wù)器程序;各子系統(tǒng)接口測試Demo通常由子系統(tǒng)廠家提供，各接口測試Demo可以部署在同一臺計算機上，也可分開部署。按照各子系統(tǒng)提供的組網(wǎng)及設(shè)備配置資料進行拓撲編輯測試，拓撲編輯工具可以靈活方便建立監(jiān)控拓撲，形象描述設(shè)備網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備機架圖。證明了該系統(tǒng)拓撲編輯的設(shè)備無關(guān)性與靈活性。根據(jù)各子系統(tǒng)提供的接口協(xié)議文檔，在集中告警系統(tǒng)上擴充前置機的接口實體DLL和告警解析的解釋實體DLL。DLL實現(xiàn)后可以動態(tài)加載到集中告警平臺里，證明了接口管理的實用性與靈活性。通過各子系統(tǒng)接口Demo向集中告警系統(tǒng)模擬發(fā)送告警，告警可以在監(jiān)控拓撲上定位并正確顯示，可以驅(qū)動聲光告警。證明了接口實體DLL及解析實體DLL工作正常，與平臺結(jié)合良好。各測試Demo定時1ms向集中告警系統(tǒng)發(fā)送告警數(shù)據(jù)。系統(tǒng)沒有彈出異常，告警顯示準確，證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。測試結(jié)果證明，分層設(shè)計的集中告警系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，擴充能力極強，設(shè)計是可行的。
5結(jié)束語
目前該集中告警系統(tǒng)在國內(nèi)多條軌道交通系統(tǒng)上部署應(yīng)用，取得了廣泛好評。實踐證明了該系統(tǒng)完全達到了預(yù)期效果，有效地避免了定制系統(tǒng)帶來的缺陷，大大減少了系統(tǒng)后期開發(fā)投入，降低了集中告警系統(tǒng)軟件維護成本。分層可擴展的架構(gòu)設(shè)計提高了系統(tǒng)的生命力;監(jiān)控場景動態(tài)繪制滿足了千變?nèi)f化的用戶現(xiàn)場環(huán)境。同時對其他網(wǎng)管類、監(jiān)控類系統(tǒng)的實現(xiàn)具有很強的參考價值。
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