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关键词:信息系统;网络;故障
1 定义网络故障
本预案所指的网络故障指的是由于各种原因导致整个或局部网络不能运行,各终端完全不能访问数据库,不能处理任何医疗工作的故障现象。
2 判断网络故障
当网络系统终端发现计算机访问数据库速度迟缓、不能进入相应程序、不能保存数据、不能访问网络、应用程序非连续性工作时要立即向网络中心汇报,网络中心工作人员对科室提出的上述问题必须重视并核实后给科室反馈信息。信息中心负责人集科室有关人员进行讨论,如果故障原因明确,可以立刻恢复工作的,应立即恢复工作。如故障原因不明确、情况严重不能在短期内排除的,应立即通知相关负责人员,以利于在网络不能运转的情况下协调全院工作。
3 分类网络故障
按故障的严重程度一般分为三类
一类故障:服务器不能工作;光纤损坏;主服务器数据丢失;备份盘损坏;服务器工作不稳定;局部网络不通;数据表被人损坏;重点终端故障;规律性的整体、局部软、硬件故障。
二类故障:单一终端软、硬故障;单一病人信息丢失;偶然性的数据处理错误;某些科室违反工作流程要求。
三类故障:各终端由于不熟练或使用不当造成的错误。
针对上述故障分类等级,处理方案如下:
一类故障――由信息中心上报医务部,由医务部组织恢复工作
二类故障――由工程人员上报信息中心主任,由信息中心集中解决。
三类故障――由工程人员单独解决,并详细登记情况。
4 网络整体故障的首要工作
4.1 当信息中心一旦确定为网络整体故障,立即按上报程序向分管院领导汇报,信息中心应马上组织恢复工作,并充分考虑到特殊情况如节假日、重大会议、航班车次、人员外出及医院的重大活动对故障恢复带来的时间影响。
4.2 当发现网络整体故障时,根据故障恢复时间的程度将转入手工工作的时限明确如下:
4.2.1 10分钟内不能恢复--门诊收费、挂号、门诊药房转入手工。
4.2.2 6小时内不能恢复--原则上将医生工作站、护士工作站、中心摆药室、入院、急诊检查、手术室、医技检查转入手工(具体实行时间及步骤由医务部护理部通知)。
4.2.3 48小时以上不能恢复--将出院核算转入手工。
5 整体网络故障的具体协调工作
所有工作的统一时间须由医务部或信息中心通知,相关单位严格按照通知时间协调工作,在未接到新的指示前不准私自操作计算机。
在无法保证整体网络正常运行的情况下,信息中心应先保证几个重点部门的使用,如收款处、住院处、门诊医生站、检验科等实时面对病人的科室。
门诊挂号工作协调:门诊挂号协调工作由收款处主任负责协调请示,如手工挂号的转入、转出时间等;当网络系统中断后,改为手工挂号;网络恢复后,及时将中断期间的患者信息输入到计算机。
门诊收费系统工作协调:由收款处主任负责总体协调,并与信息中心保持联系,及时反馈沟通最新消息;当系统网络运行中断超过10分钟时,应通知收款处转入手工收款工作;门诊收款负责同志应建立手工发票使用登记本,对发票使用情况做详细登记;进行手工操作时,药品划价由门诊药房进行,其他特殊治疗、检查凭小票划价;当系统恢复正常时,由收款处负责同志负责对网络运行稳定性进行监测,如不稳定,及时向信息科反映情况。在接到使用计算机的指令后,门诊收款负责同志应组织收款员逐步转入到机器操作。
住院费用核算系统工作协调:由住院处主任负责总体协调工作;原则上,不在核算室进行费用补录,防止帐目混乱;当系统停止运行超过3天时,对普通出院患者,推迟出院结算时间。对急出院的患者应根据病历和临床科护士工作站记录进行手工核算出院。[4]在网络停运期间出院的患者在核算时应追查是否还有正在进行的检查。
临床工作系统协调:床科工作由医务部、护理部共同协调;网络故障期间临床科室详细记录患者的所有费用执行情况;科室详细填写每个患者的药品请领单(包括姓名、ID号、费别、药品名称及用量),一式2份,一份用于科室补录医嘱,另一份用于到中心摆药领药;出院带药由经治医生负责掌握经费情况,如出现费用超支情况由医生负责;根据医务部通知时间及要求补录医嘱;如患者急需出院,应向核算室提供详细费用情况,对正在进行的检查应予以说明。
医技检查工作协调:在网络停运期间应详细留取、整理检查申请单底联;在网络恢复后根据检查单底联登记,通过手工记价补录患者费用;对产科出院快、其他有出院倾向的患者,应及时和出院处勾通费用情况。
中心摆药室工作协调:中心摆药应严格按照网络中心规定的时间及要求进行计算机操作;网络故障时根据临床科提供的药品请领单发药;网络恢复时对临床科补录的摆药医嘱进行发药补确认,同时与发药时药品请领单内容详细核对,如发现内容不符,必须详细追查;网络恢复后对出院带药处方及时进行录入;数据补录工作结束后应查看机器内库存与实际库存相符情况。
网络停运期间临床科室应恢复重症上报及手工日报等统计工作。
6 整体网络故障的工程恢复工作
由信息中心严格按照服务器数据管理恢复方案进行恢复工作,具体如下:
工作人员A可运行桌面上程序中间层测试,如果发现某个中间层有问题,具体查一下此中间层的内存使用情况和CPU占有率,如果确定中间层有问题,将此中间层从F5上撤下处理。工作人员B,检查网络连接状态是否正常;如果系统在规定时间之内系统无法正常恢复,工作人员C通知住院处、收款处、门诊部启动手工应急模式,工作人员D可通过院办发送短信通知病房护士站及医生站进入手工模式。在启动应急后,工作人员可继续监控系统及网络运行状态,以便找出问题的根本,解决问题。
7 网络修复后的数据处理
财务科组织核校患者费用情况。各门诊单位补录工作量,并补录综合查询信息数据源。中心摆药校查库存。临床科补录患者医嘱。病案室整理补录病历,统计室补充统计信息的生成。
网络分析设备是一种诊断网
络故障、准确定位网络病症位置的工具,由于其技术艰深、应用复杂,长久以来,只有国外厂商的少数几种产品活跃在国内市场上。并且,只有一些专业的技术人员才能应用网络分析设备诊断网络故障,Sniffer甚至成立了专门的Sniffer大学,培养专业的应用人才。
现在这种情况,正在被一家新兴的网络分析软件供应商―科来软件公司打破。这家公司成立于2001年,由从清华万博公司出来的几位年轻人在四川成都创立。
科来软件创始人兼总经理罗鹰介绍,之所以选择这一领域,是因为觉得网络分析软件非常好,在做网络开发或调试遇到问题时,通过网络分析可以看到底层的数据包,迅速发现问题出在哪儿; 同时,国外产品的应用异常复杂,一般人即使拥有了该软件,也不知道该如何应用、如何分析。当然,选择在什么市场做也非常重要。“之前,国内对网络分析技术和应用的认知有限,但国际市场上却很成熟,比如在国外人才招聘网站上,有非常多招聘专职网络分析工程师岗位的消息,可见网络分析在国外的认知程度非常高。因此,我们决定首先从国外打开市场。”罗鹰介绍。
要在如此遥远的地方打开市场,罗鹰首先想到了互联网电子商务模式,软件是最容易通过付费下载实现电子商务的产品,而软件产品的质量直接决定了该模式是否能成功。Sniffer技术虽然很强大,但应用起来异常复杂,专业人才必须通过几个月甚至半年多的培训,才能真正使用,正因为如此,Sniffer的培训收入甚至超过了产品本身的收入。因此,科来开发的产品必须首先从易用性上下工夫,用户定位从中低端入手,这样,在管理操作、易用性、安装部署等方面具有便捷性的第一款科来网络通信分析系统诞生了。
比较起Sniffer等国外的网络分析软件,科来网络分析软件最大的优势就是好用,技术人员经过简单的自学就可以熟练地进行网络分析; 其次,在功能上也有其独特之处,比如,第一个采用了以主机为导向浏览的设计思路。科来网络分析软件通过对协议数据包的解码分析,透视网络的全景信息,快速排查全网的网络故障和单一的应用故障,精确并快速定位各种恶意攻击行为; 同时能够快速诊断网络错误,准确发现潜在隐患,及时判断危害等级,并为网络安全防御做好分析和支持; 有效评估网络性能,查找网络瓶颈,保障网络通信质量和网络运营健康。
【关键词】EPON;ONU;OLT;光纤
1.EPON技术简介
EPON(以太网无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术,EPON采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点:低成本、高带宽、扩展性强,灵活快速的服务重组,与现有以太网的兼容性,方便的管理等。
2.EPON技术应用
2.1 EPON物理层的主要技术
EPON是一种采用点到多点网络结构(P2MP)、无源光纤传输、基于以太网和TDM时分复用的MAC(Media Access Control)媒体访问控制方式、提供多种综合业务的宽带接入技术。
从物理层来看,EPON从电气、机械、功能特性等功能基本上采纳了Ethernet的GE或1000BASE的标准,包含物理层协议PHY(Physical Layer Protocol)和物理媒介协议PMD(Physical Medium Dependence Protocol)两大子层功能;在物理层,EPON使用1000BASE的以太网物理层协议PHY,无源光纤传输方式。
2.2 EPON数据链路层的主要技术
EPON数据链路层分为逻辑LLC(Link Layer Control Protocol)和MAC两大部分。LLC遵循的标准为802.2,MAC遵循的标准为802.3(CSMA/CD)。
EPON在数据链路层的MAC层采用多点控制协议MPCP(Multi-Point Control Protocol,MPCP),基于TDM时分复用的控制协议,OLT是控制中心,利用时间标记字段在下行传输GATE MAC控制信息,实现ONU与OLT同步,ONU接收GATE信息并传送REGISTER_REQUEST信息,在预定的时间周期内将其注册到OLT中,OLT利用REGISTER信息回复给ONU,用以指明认可ONU的注册。这样通过对时间分片,将不同的时间片指定给不同的ONU设备使用,ONU自动回报带宽需求给OLT,OLT自动发现ONU的过程,包含了带宽排序和Logical Link IDs(LLID)的指定,灵活地将不同的网络带宽赋予不同带宽需求的ONU端,实现动态带宽分配(Dynamic Bandwidth Allocation,DBA),实现了用户带宽的有效控制,从而避免数据传输过程的冲突问题以及复杂的冲突检测问题等;而这种带宽控制功能一般需要在路由器或者宽带接入服务器上才能够实现,是Ethernet所不具备的。OLT与ONU的光收发器的参数是由OLT与ONU的交流控制机制而达到最佳状态。
下行方向采用广播方式,数据从OLT到多个ONU设备根据不同的时间片段以广播式下行(TDM时分复用技术),通过ODN中的1:N(一般是1:32)无源分光器,分配给PON上所有ONU光网络单元。当OLT启动后,它会周期性地在各端口上广播允许接入的时隙允许接入信息,ONU通电后根据允许接入信息,发起注册请求,实现OLT对ONU的认证,允许请求注册的合法的ONU接入,并给ONU分配一个唯一的逻辑链路标识(LLID),当数据信号到达该ONU设备时,ONU根据LLID在物理层上做出判断,接收给它的数据帧,摒弃不是给自己的数据帧。
上行采用时分多址接入技术(TDMA),分时隙给各个ONU设备传输上行数据流。来自各个ONU的多种业务信息根据各自分配到的时隙,互不干扰地通过ODN无源分光器耦合到同一根光纤,最后送到OLT接收头端。OLT每一个端口(PON口)下面所有的ONU与OLT PON端口之间时钟是严格同步的,每一个ONU只能在OLT给它分配的特定允许时隙传输数据,通过时隙分配和时延补偿,确保多个ONU的数据信号耦合到一根光纤时,在各个ONU的上行数据不会互相干扰。
EPON具备一系列比如有效的带宽控制、优先权处理、点对多点等优越的特性。在传输机制上,是通过MAC控制命令来控制和优化各光网络单元(ONU)与光线路终端(OLT)之间突发性数据通信和实时的TDM通信,通过在MAC层中实现802.1p来提供QOS确保服务质量。
3.EPON网络的主要构成
EPON网络一般包括OLT局端(Optical Line Terminal光纤线路终端)、ONU用户端(Optical Network Unit光纤网络单元)、无源光分路器(Splitter)和局端到用户端的光纤链路。OLT位于EPON系统的局端一侧,负责EPON系统的语音、数据及视频业务与终端用户的连接,汇聚外部业务,协调远端ONU,除了这些基本功能,高等级的OLT还具备数据路由、交换和语音网关等功能,ONU负责用户的接入、业务的覆盖。EPON使用单芯光纤,在一根芯上转送上下行两个波(上行波长:1310nm,下行波长:1490nm)。
EPON网络传输下行方向(由OLT到ONU)采用广播方式,每一个ONU将即受到所有下行信息,根据其MAC地址提取自己有用信号。上行方向(由ONU到OLT)采用时分方式共享系统,为了避免数据碰撞和公平的信道共享,采用OLT分配静态或者动态带宽的方式,给每个ONU分配一个时间没有重叠、时隙可变的传输窗口,用于ONU的信息传递。
4.ONU用户端网络故障分析及处理
4.1 硬件类故障
(1)光网络单元(ONU):ONU是EPON接入网中的关键设备,ONU上传采用时分复用原理,其中任何一个ONU发光不正常,都会导致OAM(运行管理维护)的混乱,从而使该OLT端口下的ONU工作不正常。在排除此故障时,也需要逐个拔插该OLT端口下的ONU,同时通过命令查看ONU的FER/BER,来确定异常的ONU并进行更换,才能使该OLT端口下的ONU全部恢复正常工作。
(2)用户端:用户端故障除用户PC计算机、网卡原因外,较常见的还有环路、网络攻击等,可用环路检测、流量监控等方法锁定用户,进行排除。
(3)光缆连接器件:光分路器、法兰盘等连接件是光功率衰减的主要环节,而且大都位于室外或单元楼道的机箱内,防尘条件较差,此类故障不易判断、不易检测,因此要求进行较好的保护措施。
4.2 施工安装类故障
(1)必须严格控制熔接衰减,否则导致ONU工作在正常光功率的边缘,经过一段时间的设备和线路老化后,ONU可能出现频繁UP/DOWN。
(2)室内光纤(如分路器$尾纤部分)盘纤半径过小(小于6cm)或受外力牵扯、挤压,都会导致光路衰减增大。
(3)预留的光纤未盖好防尘帽,致使尘土污染、水气浸入导致光纤不可用,连接两段光纤时必须先用酒精棉清洁端面。
(4)通过法兰盘或其他方式连接光纤时,一定要检查连接可靠性,确保安装卡口到位,光纤未插紧会导致连接不稳定,端面尘有土、水气侵入导致光路损耗太大后不可用。
(5)ONU在楼道机箱未做好固定,会导致光纤、线缆受力,发生网线脱落、光路中断。
(6)保证ONU电源适配器固定,不能随意悬挂摆放,否则容易导致电源脱落,业务中断。
4.3 光纤类故障
(1)光纤故障主要表现为光纤线路和光功率是不是正常的;
(2)检查光纤状况;
(3)光纤是否插好;
(4)光纤是否弯曲严重;
(5)光纤是否有断线;
(6)平均发送光功率是否正常;
(7)接收光灵敏度是否正常。
4.4 ONU端具体故障分析及处理
用户端计算机连接宽带提示错误678,一般为链路故障,正常可以按照如下步骤排查:
①ONU侧直接接笔记本测试,排除ONU至用户PC机之间的网线问题;
②记录ONU的MAC地址,然后查看该ONU是否在OLT上正常注册(光路问题是导致ONU不能正常注册的常见原因);
③检查OLT、ONU上的数据配置是否正确;
关键词:区域计算机联锁;安全信息传输网;光纤;CAN总线
中图分类号:G623.58 文献标识码:A
Research on Regional Computer Interlocking System Based on Safety Information Transmission Network
ZHANG Xiao-xing, Zhao Yang, Guo Jin
(School of Information Science & Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu Sichuan 610031, China)
Abstract: Regional computer interlocking is the development direction in the future, as the development of the railway control technology, the expansion of the railway station and the raise of transportation efficiency. The control network is the key to regional computer interlocking, the reliability and safety of the control network is related to the reliability level of this system. In this paper, an double loop redundancy control network based on CANBUS with the single-mode fiber-optical as transmission medium is designed, which is suitable for the regional computer interlocking control system. High reliability of this system is analysed and verified, and the engineering investment is reduced.
Key words: regional computer interlocking, safety information transmission network, fibre-optical, CANBUS
1 引言
中国铁路干线车站均已经采用计算机联锁控制系统,取代了原来的电气集中控制系统。当前主流的计算机联锁系统是以单个车站或车场为单位使用联锁机进行联锁逻辑运算,形成进路办理及现场信号设备控制等命令,并通过安全型继电器电路对控制命令进行执行的集中控制系统。
现行主流的计算机联锁系统,车站与车站之间、车场与车场之间的联系是通过站联电路和场联电路实现的,其不但影响站与站及转场作业的效率,且易发生故障,工程设计难度较大,施工风险较大,设计施工的失误容易造成重大的安全事故。为了提高系统的可靠性,简化设计、施工难度,降低建设投资,区域计算机联锁是我国铁路今后发展的方向。
区域计算机联锁(简称区域联锁)是采用网络安全传输技术,把整个控制区域看作一个车站,使用一套主联锁设备完成多个车站或多个车场的联锁逻辑运算的集中式信号控制系统,能够实现枢纽车站的集中控制和车站联锁、区间自动闭塞、调度集中的一体化控制[1]。
传统计算机联锁系统中,信号楼里大量的继电器组合、继电电路使得工程设计、施工难度较大,而且继电组合与现场设备通过大量的信号电缆连接,不但使得工程投资较高,而且电缆线路容易出现断线、混线等故障,存在着安全隐患。
随着计算机技术、微电子技术以及网络通信技术的发展,用智能化的全电子控制终端来替代以安全继电器电路为主的计算机联锁执行层成为今后的发展趋势。全电子控制终端的发展与投产使用是区域联锁联锁应用于实际的重要保障。
2 全电子控制终端
全电子控制终端作为区域联锁系统的执行表示电路,广泛分布于现场信号设备附近,按照联锁主机的控制命令对现场信号设备进行控制,并采集现场信号设备的状态信息并回传给联锁主机。全电子控制终端由具备不同功能的全电子控制模块组成。全电子控制模块具有命令执行、状态采集、故障保护等功能,可带电热插拔[2]。在现场设备聚集区选择合适地点设置控制终端柜,全电子控制模块安装在柜里。
全电子控制模块包括信号控制模块、道岔控制模块、轨道电路控制模块、零散电路控制模块等多种类型,以替代具有不同功能的继电控制电路。
信号控制模块用于信号机、表示器等的点灯控制以及状态采集,满足原电气集中对信号点灯控制电路运营技术条件[3]。1个信号控制模块可以控制1架进站、出站、进路信号机或4架调车信号机。
道岔控制模块分为三相交流五线制、直流四线制、直流六线制等类型。1个道岔控制模块控制一个转辙机或一组双动直流转辙机。
轨道电路控制模块分为25Hz相敏轨道电路控制模块和97型ZPW2000轨道电路控制模块两种。每个轨道电路控制模块具有4组轨道电路采集电路,来代替相应的4个轨道继电器的功能。
零散电路控制模块用于零散电路的命令执行以及状态采集。
用于铁路信号控制的设备必须遵守故障导向安全的原则,当发生故障的时候应进行安全侧输出。全电子控制模块的主控单元由两套完全独立的微电子处理单元组成,其通过CAN总线接收联锁机下发的命令,再通过“与”电路控制电子开关实现对现场设备的控制,实现控制单元的冗余热备。而且控制电路和检测电路是相互独立的,能够实现两者的互相监督。全电子控制模块还具有外线短路保护功能,取消了原执行电路中易于老化的熔断器,减少了故障点,提高了系统的可靠性。
3 区域计算机联锁系统
区域联锁的联锁机与全电子控制终端之间通过光纤连接。联锁机完成联锁运算并发送控制命令,安装在现场的控制终端接收控制命令并控制信号机的灯光显示、动作转辙机,并将现场信号设备的状态信息及时回传给主控联锁机。联锁机与光纤双环网之间、现场信号设备与光纤双环网之间只需加装光电转换设备就能实现信息的传输,很容易实现。联锁机与全电子控制终端的控制命令和采集信息的传输由光纤完成,降低了成本、提高了系统的安全性和可靠性。图1为基于安全信息传输网的区域计算机联锁系统结构图。
图1 基于安全信息传输网的区域计算机联锁系统结构图
从图1可以看出,区域联锁系统的操作表示机采用双机热备方式,两者使用相同的硬件设备,开机启动时,首先工作的作为主机,主机故障时备机接替主机工作,原主机维修完后不再切换;联锁机采用二乘二取二冗余方式,一锁机为一系,每一系采用双CPU结构,装有功能相同但编程方式不同的两套联锁软件,只有当两套联锁软件的输出结果相同时,这一系才能输出,然后两系的输出结果再进行比较,比较结果一致时才能作为计算机联锁系统的控制命令进行输出,保证了联锁机运算结果的正确性,从而保障了本系统的可靠性和安全性。
4 安全信息传输网
安全信息传输网是连接主控联锁机与全电子控制终端的具有故障-安全功能的局域网,实现联锁机与各控制终端之间信息的可靠传输,是区域联锁系统的重要组成部分。构建高可靠性的信息传输网是保障区域联锁高效、安全工作的关键。
安全信息传输网采用CAN总线协议构建主从式的分布式控制网络,由四根光纤组成双环冗余结构,联锁机是主节点,各控制终端是从节点。图2为安全信息传输网的结构示意图。
图2 安全信息传输网结构示意图
安全信息传输网采用单模光纤作为传输介质,与双绞线、同轴电缆相比,光纤不受电磁干扰及噪声的影响。采用光纤传输,最高传输速度可达125Mb/s,最长传输距离可达40km,不但控制距离变长、传输速率得到了提高,而且误码率很低,大大提高了网络传输的可靠性。光纤虽然在单价上较双绞线和同轴电缆要高,但本系统使用光纤的数量比传统方式的采用双绞线及同轴电缆数量要少得多,而且光纤的使用寿命更长,因此,工程投资比传统方式要少。
为了进一步提高网络传输数据的可靠性,安全信息传输网采用检测能力强的CRC码作为检错码进行数据传输。在网络空闲时,主节点周期性地发送查询报文,各从节点返回应答报文,及时检出网络故障。
安全信息传输网采用常用的环形结构构建控制局域网,为了提高系统的可靠性,采用冗余的双环网拓扑结构。尽管如此,如果双环网的某处光缆同时出现故障,比如断线故障,将会使整个系统瘫痪,不符合故障-安全的要求。构建可自愈的双环冗余网[4],提高环形网络的可靠性是本文研究的重点。
整个双环网在局部光纤出现“双断”故障时,可以快速地实现环网自愈。以图3所示的可自愈的四节点光纤双环局域网为例分析当环网的某一处出现“双断”故障时的自愈过程。
图3 可自愈的四节点光纤双环局域网模型图
图3中,主节点的A、B两条环路同时发送数据包,各控制终端等待接收数据包,先到达控制终端并经校验正确的数据作为控制数据来控制信号设备,后到达的数据只用于校验。两条环网中任何一个环网故障都不会影响另一个环网的正常工作。
局域网的每个节点有三种工作状态:
① A、B两网不进行数据交换,此状态为通态。
② A、B两网通过网关进行数据交换,TXB发送报文,RXA接收报文,此状态称为左态。
③ A、B两网通过网关进行数据交换,TXA发送报文,RXB接收报文,此状态称为右态。
主节点每隔一固定周期发送一组查询报文,其它节点对报文进行应答来判断网络是否发生故障。在网络故障时,主节点负责环网的自愈。若主节点在设定的时限内没有收到其它节点的应答信息,则主节点认为网络故障;若其它节点在设定的时限内没有收到主节点的查询信息,则相关从节点认为网络故障。当网络故障时所有节点进入故障处理程序。假设图3中控制终端1与控制终端2之间的两条通信线路同时均发生故障,故障处理过程如下:
① 当发生故障后,主节点自动进入左态并发送查询信息,所有从节点自动进入右态,控制终端1收到查询信息并应答,主节点收到应答信息后与控制终端1组成了一个闭合环网。
② 主节点命令控制终端1进入通态,主节点发送查询信息,控制终端2收到查询信息并应答,主节点收到应答信息,与控制终端1、2组成了一个闭合环。
③ 主节点命令控制终端2进入通态,主节点发送查询信息,由于控制终端2、3之间的通信链路发生故障,在规定的时间内控制终端3收不到查询信息,主节点在规定时限内接收不到应答信息,则判断控制终端2、3之间的通信链路发生故障。主节点命令控制终端2进入右态。主节点与控制终端1、2组成了一个自愈环。
④ 在规定时限内控制终端3没有收到主节点发送的查询信息,就自动由右态进入左态。主节点进入右态并发送查询信息,这时控制终端3收到查询信息并应答,主节点与控制终端3组成了一个闭合环。主节点命令控制终端3进入通态,主节点发送查询报文,由于控制终端2、3之间的通信链路发生故障,在规定的时间内控制终端2收不到查询报文,主节点在规定时限内接收不到应答信息,则判断控制终端2、3之间的通信链路发生故障。主节点命令控制终端3进入右态。主节点与控制终端3重新组成了一个自愈环。
⑤ 主节点进入通态。这时,整个网络已实现自愈过程,故障点也已经准确定位。
四节点的双环光纤网可以实现某处双环网同时故障时的自愈。只要保证一处故障定位后及时维修,双环网络两处以上同时故障是小概率事件,可以忽略不计。多于四节点的双环网络用同样的方法可以实现网络“双断”故障时的自愈过程。通过可自愈的双环光纤局域网设计使整个系统能够达到很高的可靠性,完全满足区域计算机联锁控制系统对控制网络可靠性的要求。
5 结论
区域计算机联锁实现了远程区域控制,远方的车站中不再设置操作表示机,实现了区域联锁和被控车站的无人值守,达到了减员增效的目的。采用全电子控制模块,大量减少了继电器电路,取消了信号机械室内大量的组合柜,大大减少了铁路信号房屋的占地面积,节省了建设投资,也减少了工程设计的工作量。通过可自愈的双环光纤局域网设计实现解决了区域联锁最主要的控制局域网的可靠性问题,从而保证了区域计算机联锁系统的可靠性、安全性。
参考文献:
[1] 黄卫中.区域计算机联锁系统的设计和实现[J].铁道通信信号,2005,41(9):6-10.
[2] 何涛,范多旺,魏宗寿等.铁路车站信号计算机联锁全电子执行单元研究[J].铁道学报,2007,29(2):118-121.
广州区域过去一直采用磁卡电脑辅助人手收费系统,随着设备的老化及联网收费的要求,这套系统已经无法满足实际的需求,改造日益迫切。为了充分发挥高速公路网的社会效益和经济效益,进一步提高高速公路的运营、管理和服务水平,广州市高速公路公司决定建设全省统一的集收费、监控、通信三网合一的高速公路信息管理系统,整套系统能够在全区域范围内实现高速公路通信、监控、收费系统的联网,做到互联互通、资源共享、统一管理、一卡到底。
为什么是消息中间件
高速公路联网系统的特点是业务量大,数据量大,数据传输要求可靠、及时,一旦发生网络故障,系统必须在很短的时间内缓冲保存大量的数据,故障恢复后,系统又要在短时间内满足大数据量的传输要求。以北环路段为例,平均每个收费站日均车流量4.75万辆,合计整个路段达19万辆,车流量随时间波动大,且高速公路网络不稳定。在这样的情况下,如果要保证收费和监控等实时数据可靠、及时的传输和处理,联网系统的构建就必须基于一个成熟稳定、适应性强的数据交换平台。而消息中间件是满足这一系列要求的首选。
中创软件InforBus/Q是安全、可靠、高效的消息中间件产品,其组成包括InforBus/Q核心服务、应用接口API及管理配置工具。InforBus/Q的核心服务基于ORB软总线,具有开放互联的优良特性和丰富的通信并发模式,拥有事务、安全、日志等基础设施,提供对数据的缓冲、压缩、加密、传输,实现安全、可靠、实时、高效的消息传输服务。InforBus/Q的API提供C/C++ API 、JAVA API、COM、CORBA IDL等多种接口支持应用程序开发。InforBus/Q拥有图形化的远程管理配置工具,可以在任何节点上对其他节点进行统一的管理、监控和维护。
具体来说,InforBus/Q的功能特点有以下几个方面。
灵活多样的通信方式 InforBus/Q支持同步/异步传输方式,多节点广播,提供静态路由和自动路由,提供消息生命周期控制,支持优先级队列和先进先出队列,应用程序可自由选择适合需求的通信方式。
可靠的消息传输 InforBus/Q拥有出色的稳定性,并针对各种异常情况提供了完善的处理机制。在网络异常中断,人为关闭进程,操作系统崩溃等情况下,可以确保消息不丢失,故障恢复后消息能成功完成传输,解决复杂网络下异常状况导致的系统崩溃、数据丢失问题。
实时高效的传输性能 采用多线程并发技术,同时提供数据压缩、断点续传、大数据切割等机制,解决网络环境下的海量数据并发传输的性能瓶颈。
强大的消息缓冲能力 采用内存消息池,同时采用更高效率先进的交换技术,提供硬件允许情况下无限制的缓冲能力,解决网络故障时的消息缓冲要求,应用系统不需要处理网络中断等异常情况。
远程管理配置工具 可以在任何节点上监控其他节点的系统运行情况,进行统一的管理、监控和维护。
另外,InforBus/Q还有完善的日志机制,编程简单、接口丰富、支持多种开发语言,多平台支持,多层次的安全管理等功能。
安全可靠的消息通道
根据广州区域高速公路管理体制,收费系统采用区域数据平台――路段中心――收费站――收费车道四级网络系统结构。收费信息、监控信息需要逐笔的汇总上报,同时又有各种命令参数的通知下发,数据的可靠性、及时性要求很高。
InforBus/Q部署在各级数据中心的服务器上,屏蔽了他们之间网络传输的复杂性,为数据的上传下发提供了一个安全可靠,稳定高效的消息传送通道。
针对高速公路联网收费系统业务量大、数据传输压力大的情况,InforBus/Q采用并发、分块发送及断点续传等技术,提供高效的传输能力,保证系统中数据传输的及时性。InforBus/Q对消息提供的即时备份机制保证了在操作系统出现故障的情况下,业务数据不会丢失,极大完善整个收费系统的可靠性。由于数据量大,一旦网络故障,会在很短的时间内出现大量的缓冲消息,但是收费应用不需要关心这些问题,因为InforBus./Q巨大的消息缓冲能力为其提供了有力的支持,保证业务数据的安全性及消息的唯一性,不丢失、不重复。
关键词:自动售检票系统;计算机网络;安全性
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)11-0034-02
1、AFC系统结构概述
AFC系统从结构上可划分为四层,每一层都包含相对独立的职能,同时通过网络通信系统将各层连接组成一个完整的系统。具体如下图所示:(1)第一层:ACC及一卡通系统ACC系统是城市轨道交通网络化运营条件下AFC系统的管理中心。其主要功能是统一城市轨道交通AFC系统的各种运行参数、收集AFC系统产生的交易和审计数据并进行数据清分和对帐、具备数据管理、客流分析、票卡发行、票务管理功能,同时负责连接城市轨道交通AFC系统和一卡通清分系统,可适应多线路自动售检票系统联网运营模式。(2)第二层:LC系统LC系统是AFC系统的核心和大脑,是系统的运营管理中心和交易数据存储、分析中心,用其实现线路设备监控、运营管理、数据的集中采集、各种业务报表处理。LC可以接收ACC系统下发的运营参数并下发至车站计算机系统及车站终端设备,同时接收终端设备上传的各类交易和管理数据,并按照票务清分系统的要求上传,实现清分对账功能。(3)SC系统SC系统是直接控制车站终端设备的基本管理单元,负责对车站系统运营、票务、收益、维修等的集中管理。SC系统接收LC系统下达的各类运营参数并下发给各终端设备、接收终端设备上传的交易数据等并转发给LC系统。另外,系统操作员还可以通过在SC工作站上设置命令,来控制车站系统的运营,及车站设备的运行。(4)车站终端设备车站终端设备安装在各车站的站厅,包括各类操作终端,如自动售票机、自动检票机、半自动售/补票机、自动查询机等,直接对乘客提供自动售检票服务。车站终端设备通过车站网络连接到车站计算机系统,将数据上传至SC并接收SC下发的参数及指令。
2、AFC系统的网络应用
AFC作为轨道交通的票务收集系统,对轨道交通的正常高效运营非常重要,对IT系统和承载网络都有较高的要求。由于AFC系统通信节点众多,业务流程复杂,所有数据都需要通过网络在各节点之间传输,如果交易数据丢失或者损坏则会直接影响收益。因此AFC网络必须符合以下要求:应具有高可靠性,以保证业务处理稳定运行;应具备高安全性,保证所有网络信息的机密、完整、可用;应易于管理,方便操作人员维护;应具有完善的自诊断功能及高度数据传输安全性。天津地铁九号线采用了设计合理的网络结构。AFC系统处于独立专网之中,与外界网络隔离,具体架构如下图所示。系统核心交换机、防火墙、路由器之间运行OSPF动态路由,各设备接口间开启OSPF协议,相互学习地址,同时保证了网络的冗余性,当网络中有节点发生故障时,OSPF可以计算可用路由,使网络及时恢复,提高系统高可用性。
2.1AFC与ACC系统连接
中央机房配备两台Cisco防火墙、两台Cisco路由器,分别设置主备模式,接入ACC系统。路由器将AFC与ACC两个不同网络的数据信息进行“翻译”,以使数据在两个系统之间进交互。网络防火墙具备较强的访问控制、IP地址翻译和映射、网络访问记录统计等功能,可以限制外部网络对内部网络的非法访问、按规则接收或拒收数据包、在网络层对数据包进行模式检查。
2.2LC系统与SC系统连接
如图所示,中央计算机系统通过以太网连接了数据库服务器、通讯服务器、网管服务器、报表服务器、历史服务器、病毒服务器等多台服务器,还连接了LC管理工作站、打印机等设备。中央计算机系统通过专用OTN网络与车站计算机系统、车站终端设备进行连接,从而构成一个完整的AFC系统。中央机房由两台赫斯曼三层交换机作为核心交换机,配置主备模式,当主交换机产生故障时,自动切换至备机运行。车站网络通过传输环网接入核心交换机,每个车站设置一个子网,避免单个设备发生故障,造成网络环境阻塞,导致广播风暴的问题,保证了系统的安全运行。另外通过设置将各车站与生产核心网络进行隔离,使车站与车站之间互不影响,核心网络不受影响,提高系统的稳定性。同时LC工作站网络也单独划分了vlan,与车站网络隔离,提高系统的安全性。
2.3配备网络管理软件
中央系统设置网管服务器,安装飞思网巡网管软件,对整体网络实现全方位的监控管理。通过此软件可以自动发现新增网络接点,检测网络连接,生成网络图,用图形方式显示网络拓扑结构及网络节点内设备、端口及线路,以便及时发现系统的安全漏洞,排除网络故障,保障系统安全性。
3、AFC系统的网络管理
从上文分析中看出,计算机网络对于AFC系统的重要性是不言而喻的,做好网络的管理工作十分关键。不管整个AFC系统网络设计得多么完善,由于AFC系统与乘客及内部管理人员有着密切的交互,保证系统的安全性还需要严格的安全策略来配合,这样才能保障系统正常运营。
3.1网络设备的管理
AFC系统中网络设备多种多样,因此针对不同的设备应采取不同的管理方法。例如通过网管软件实时查看整体网络运行状态;通过IE方式登录核心交换机查看具体配置,对参数进行修改;使用远程telnet方式,也可以使用console登录方式查看防火墙状态,配置访问控制。另外我们需要定期检查计算机网络物理连接线路,可以通过网络界面监控和光纤测试仪的测试,对线路的工作状况进行实时的监控,保障线路的通畅。
3.2网络故障的处理
计算机网络难免会出现故障,例如物理线路损坏、网络设备硬件故障、网络配置错误等,这些都会影响系统的安全运营,因此我们要加强对网络故障的诊断处理工作。通过日常巡检和定期维护及时发现问题,并记录每次故障的具体原因及解决方式,为日后网路故障的诊断维修提供可靠的参考数据,最大程度的减少网络故障发生。
4结语
本文针对城市轨道交通计算机网络,对其在AFC中的应用进行了深入的分析。计算机网络在AFC中的实际应用,在很大程度上提高了我国城市轨道交通运行时的安全性与可靠性。在高科技技术引领之下的今天,随着更新、更具有实用性价值的计算机网络技术的出现,我们还应当将其更为广泛的应用到地铁AFC系统的建设当中,以在最大限度之内,提高地铁AFC的通信以及网络传输效率,为我国城市轨道交通的建设及后期投入运行提供主要支持。
参考文献:
[1]祝建成,李宝,陈栋.轨道交通自动售检票系统在车站计算机系统的设计与实现[J].铁路计算机应用,2013:9.
[2]陈康.城市轨道交通自动售检票系统的分析与设计[D].北京邮电大学,2011:1.
[3]魏红.计算机网络在地铁AFC中的应用[J].现代电子技术,2010(14).
关键词:配电调度;合理利用;经济效益;社会效益
配电调度主要依托配网自动化和客户侧负控装置来实现,完善的配电调度能够实现以下功能:
1、降损增效
如何使配电网经济运行,达到降损节能,合理利用好有限的的电力以提高供电企业的经济效益和社会效益,除合理安排计划检修外,利用现有的负控装置并科学地合理地进行电力调度是重要的环节。包头供电局为加强负荷管理,大容量变压器均已安装了负控装置,因此要合理利用负控装置,加强负荷管理和控制,科学地合理地进行调度达到降损节能的最终目的。
我们将增加采控平台系统权限,实现公变终端、专变终端、大客户终端均能在一个工作站下远方抄表,待居民集抄覆盖后,选择抄表例日对每条配电线路所辖用户分别进行抄表,与变电站出线供电量进行比对,为准确计算线损、减小线损波动、分析线损原因提供翔实的数据支持。
灵活限电
今年全球经济开始复苏,包头作为大型工业城市,将有大批工业项目开工建设,在目前电源点分布不合理、不能完全满足用户用电需求的情况下,势必造成个别线路过负荷,负荷管理系统和采控平台将凸显其灵活快速的限电优势,确保电网安全稳定运行。
负荷预测
负荷预测功能是我们一直研究努力探索的一个方向,利用大量历史数据和科学的数学方法能够准确预测出地区、企业的电力短期、中期、长期负荷情况,为供电局顺利完成全年售电量乃至今后售电任务打下坚实基础,提供数据平台。
4、故障急修
我们可进行对配电网络故障的隔离、无故障区域的供电恢复。通过变电所RTU和配电子站采集变电所和配电网运行的实时数据;对实时数据进行工程处理和计算处理及形象化显示;对断路器变位事件、遥测越限和事故跳闸报警处理;通过变电所RTU和配电子站远程控制变电所内和开闭所的断路器、柱上断路器、配变等;对运行过程产生的实时和历史数据的管理;根据采集的实时遥信量进行网络拓扑分析,断路器变位时可进行网络动态着色等。
5、数据共享
可通过网桥机和用电管理系统及MIS系统接口,实现数据共享。用电管理系统及MIS系统可以读取存储在调度自动化系统数据库中的数据,调度自动化系统也可以访问用电管理系统及MIS系统的数据。两个系统可以相互传递数据。同时提供Web浏览服务器,对MIS网上的所有节点可利用Web方式进行电网实时数据浏览和画面监视。
6、实时监测
作为提供创新的端到端网络连接解决方案的全球领先厂商之一,美国泛达公司(以下简称泛达)的实验室工作人员与其战略伙伴一起进行了持续和广泛的研究,对于数据中心的战略规划、构建和未来的升级,总结出了四个核心要点。这些要点广泛适用于金融、医疗机构、政府、教育等等诸多领域的数据中心项目。
要点一:绿色节能
对于数据中心内的电信基础设施本身而言,其在使用过程中是不会产生能量消耗的。但是,混乱的线缆敷设,机柜/机架内线缆的无序堆积,都会阻碍数据中心内冷、热气流的正常流动,降低热交换的效率,增加运营成本。同时,刀片式服务器和高密度端换机的大量使用都会在数据中心内形成局部热点,不清除这些局部热点会影响设备的正常运行。
针对以上问题,泛达的技术专家运用先进的流体动力学分析工具,对数据中心内的空气流动情况进行模拟,获取了极佳的热交换效率数据。并且,从机架到机柜系统,从线缆管理到走线路径,都将这一分析结果运用到泛达的产品研发和制造过程中(如图1所示)。
比如NetAccessTM机柜系列,它是泛达与Cisco和IBM公司紧密合作,为数据中心内普遍采用的交换机和服务器提供机柜方案。其整合了线缆管理、嵌入式框架结构和开孔柜门,充分实现了散热要求,提高了网络的性能和稳定性,甚至采用了一些细节元素,比如空气导流槽、空挡板等都是为了帮助进行冷热通道的分隔。它可以在无需风扇或其他散热设备支持的情况下,将气流路径优化,提升有源设备的正常运行时间。
要点二:安全性和可靠性
数据中心的安全性和可靠性包括两层含义。第一层是确保数据中心内人员和设备的安全。第二层是保证关键数据的传输。
首先,接地系统对于确保人员和设备的安全至关重要。它为机架和设备提供了一条全铜的、低阻抗的接地路径,保证浪涌电流、感应电流以及静电电流的及时释放,从而最大限度地保护人员和设备的安全,确保网络系统的高性能以及延长设备正常运行时间。为了简化接地系统产品的选择和实施,泛达提出了StructuredGroundTM接地解决方案。在这一方案中,包括了机架接地系统、机柜接地系统、设备连接线以及共用等电位网络连接系统、安装附件等一系列产品。所有接地系统的元器件都经过严格测试,并且得到UL及CSA等专业机构认证,尤其是其连接器通过了业内极严格的测试等级――NEBS 3级测试。
其次,为了保证数据的不中断安全传输,企业通常会购买网络管理设备和工具对网络的运行情况、设备的运行性能进行监视。企业往往将更多的精力和花费放在网络层以上的高层网络结构管理和服务方面,而忽略了网络传输的基础――物理层。普遍存在的观点是,物理层只是一条传输的“通路”,只要“路”通了,考虑其管理问题完全是多余和奢侈。可是,不容忽视的数据是,大多数的网络故障恰恰发生在被忽视的物理层连接上。所以,泛达一直强调需要对物理层连接进行管理。通过物理层管理,IT人员可以直观地看到整个物理层的网络结构,对未经授权的物理连接的移动、添加和更换进行提示,对非法的设备接入进行报警,并进行无差错管理和维护。
要点三:易管理性
数据中心对电信基础设施的管理提出了极高的要求,数据中心的基础设施必须进行合理化管理,支持布线系统快速移动、添加和更换,尽可能缩短网络故障的恢复时间。同时,必须有美观的外表,帮助IT人员提高可管理性。
标签标识系统是指导数据中心内管理人员进行日常工作最关键的要素之一。良好的标识系统可以清晰地将任意一个配线架、信息端口、线缆等硬件的连接信息传递给管理人员,减少他们在工作时查找相关文档所用的时间。
除此之外,数据中心内不同线缆的种类和密度,意味着在线缆路径规划时不可能仅用一种通用的解决方案来解决所有问题。一种有效的路径规划方法是使用空中走线路由系统来敷设水平光缆,使用网格式桥架来敷设水平铜缆和主干光缆。这样做有以下优点:
1.架空路径可以避免线缆的大量敷设阻碍地板下冷空气的流动,并且使维护更加便利。比如泛达的FiberRunnerTM光纤走线系统,可以通过在牢固密封的通道内敷设光缆来为光缆跳线、带状互连软线以及多芯光缆等提供保护。光纤走线槽道内具有弯曲半径控制功能,有效保证光信号的传输性能。
2.地板下的敷设路径可以将更大量的布线系统隐藏于视觉之外,同时,对铜缆可以进行松散绑扎以节省安装成本,而每条地板下路径都可以同时支持两排设备。 建议的方法是,将电力线缆敷设在冷通道,将通信线缆敷设在热通道。类似于泛达的GridRunnerTM这样的网格式桥架,是当前最常使用的地板下方走线系统。这种系统提供多种尺寸和造型,允许客户在架空地板下方快速地搭建所需要的走线路径,并且为敷设于其中的线缆提供弯曲半径保护(如图2所示)。
要点四:可扩展性
数据中心内的电信基础设施必须满足3代IT设备升级的要求。这就要求在构建数据中心之初就要具有前瞻性和长远的规划。这一点不仅体现在所选择的产品要支持下一代网络传输的需求方面,而且在空间上也要为今后的扩展预留出足够的余量。
即插即用的概念是数据中心构建的基本理念。正如泛达的QuickNetTM铜缆与光缆预端接系统。该预端接系统相比现场安装,免去了铜缆端接和测试、光纤熔接和测试的过程和时间。今后日常维护,可以迅速地移动、添加和更换,大大提高了效率,也为网络管理人员节省了大量的时间(如图3所示)。