城市軌道交通信息集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：目前的城市軌道交通管理信息系統(tǒng)都是針對某具體系統(tǒng)或某類型設(shè)備進(jìn)行管理與控制，且各條線路相互之間不通任何信息，是孤立的系統(tǒng)。無法對各線各系統(tǒng)運(yùn)行情況特別是設(shè)備故障情況迅速準(zhǔn)確把握。針對這種情況，整合現(xiàn)有資源，設(shè)計了軌道交通信息集中監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采集現(xiàn)有各系統(tǒng)設(shè)備故障信息進(jìn)行處理和故障報告，并進(jìn)行了綜合分析和預(yù)測，給集中監(jiān)控增加了智能決策功能;且只需在原有的網(wǎng)管系統(tǒng)上提供或新增所需要的北向接口，并不需要改變原有網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只要新增采集系統(tǒng)和集中監(jiān)管系統(tǒng)，在實現(xiàn)上很簡潔，相對投資也不大。關(guān)健詞：城市軌道交通，信息集中監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)管理 目前，城市軌道交通的信息管理系統(tǒng)一般分為傳輸、公務(wù)電話交換、調(diào)度電話、電源、無線調(diào)度、廣播、圖像監(jiān)控(安防系統(tǒng))、時鐘、自動售檢票等9大子系統(tǒng);每個子系統(tǒng)的管理網(wǎng)絡(luò)自成體系，且都有自己相應(yīng)的網(wǎng)管中心或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。所以，目前的管理系統(tǒng)不能形成一個有機(jī)整體，宏觀控制管理能力弱，而且各條軌道交通線的信息系統(tǒng)間也都相對獨(dú)立。 針對上述網(wǎng)絡(luò)管理現(xiàn)狀，為提高城市軌道交通信息管理能力，提出信息集中監(jiān)控的構(gòu)想。即對所有軌道交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實施統(tǒng)一監(jiān)視與必要控制、管理。該方案不只針對某類單一系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控和管理，而是一個對各條軌道交通線上的上述9大子系統(tǒng)設(shè)備實施綜合監(jiān)控和管理的系統(tǒng)。該方案也不是針對各系統(tǒng)的所有參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控管理，而是初步對設(shè)備故障進(jìn)行實時的監(jiān)控管理。1 概述 對于各個系統(tǒng)，原有的管理網(wǎng)絡(luò)或維護(hù)方法不盡相同。象自動售檢票系統(tǒng)等管理系統(tǒng)就可將原有系統(tǒng)重新整合進(jìn)解決方案。而象傳輸系統(tǒng)等，比如SDH(同步數(shù)字多級)設(shè)備，處在多廠商環(huán)境中，將涉及多廠商的SDH網(wǎng)管系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多元化，加上有些不同廠家設(shè)備還不兼容，因此造成綜合網(wǎng)管的困難。所以，設(shè)計信息集中監(jiān)控系統(tǒng)時，僅簡單地從原有網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行整合還是不夠的。 對于把傳輸系統(tǒng)復(fù)雜的網(wǎng)管系統(tǒng)整合成集中監(jiān)管，大致有三種途徑:①綜合化方法—在已有網(wǎng)管系統(tǒng)之上再加一級管理系統(tǒng);②翻譯法—在有信息交互需求的網(wǎng)管系統(tǒng)之間進(jìn)行兩兩翻譯;③標(biāo)準(zhǔn)化法—已有的各網(wǎng)管系統(tǒng)采用公共信息模型和功能集。 第二種方法有現(xiàn)成的支持標(biāo)準(zhǔn)(SNMP/CM IP /CORBA)互操作的靜態(tài)規(guī)范描述和動態(tài)交互式轉(zhuǎn)化方法，適用于信息量不大的情況。第三種方法是比較徹底的綜合網(wǎng)管方法，但需要將所有的網(wǎng)管系統(tǒng)被統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)替換，故暫時還只是一個想法。本文提出的信息集中監(jiān)控解決方案主要針對故障信息進(jìn)行處理，而且為了避免各廠商間的交涉，將采用綜合化方法，做到與原有網(wǎng)管系統(tǒng)的平滑過渡;這也與那些通過簡單整合就可以實現(xiàn)集中監(jiān)控的系統(tǒng)的做法很類似，系統(tǒng)也比較容易整合。這樣，在各系統(tǒng)原有管理系統(tǒng)或網(wǎng)管系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再添一層管理者，在新的管理層上實現(xiàn)信息集中綜合監(jiān)管，從而解決了各系統(tǒng)間的“信息孤島”問題。2 系統(tǒng)架構(gòu) 系統(tǒng)架構(gòu)分為三層:管理監(jiān)控層、代理層和應(yīng)用層(如圖I)。應(yīng)用層是現(xiàn)有的各種硬件系統(tǒng)，比如傳輸系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)等。代理層是數(shù)據(jù)集中的中間層。包括數(shù)據(jù)采集硬件和軟件。管理監(jiān)控層將對采集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理并形成新的業(yè)務(wù)模型。 架構(gòu)中，上層管理者管理若干網(wǎng)絡(luò)體系、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議異構(gòu)的系統(tǒng)，異構(gòu)子網(wǎng)各自維護(hù)一套專業(yè)管理信息庫。它們向綜合監(jiān)管系統(tǒng)提供Q3,CORBA接口。
為了實現(xiàn)綜合監(jiān)管的目標(biāo)，利用代理層將原有系統(tǒng)(應(yīng)用層)在數(shù)據(jù)接口上達(dá)到統(tǒng)一，這樣代理層加上應(yīng)用層組成的新的網(wǎng)絡(luò)將是管理監(jiān)控層所需要的“統(tǒng)一”網(wǎng)絡(luò)，在概念上可以想象成一個虛擬網(wǎng)絡(luò)。管理監(jiān)控層通過由代理層組建的綜合數(shù)據(jù)庫，對大的方面(比如現(xiàn)在的告警系統(tǒng)，以后通過統(tǒng)一其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口就可以實現(xiàn)其他方面的監(jiān)控)進(jìn)行全局性調(diào)配與管理，細(xì)節(jié)留給原有系統(tǒng)的網(wǎng)管系統(tǒng)或者管理系統(tǒng)處理。各系統(tǒng)通過代理層的代理軟件(數(shù)據(jù)采集軟件)的映射，完成數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一。3 解決方案3.1 硬件系統(tǒng)解決方案 圖2是以某地鐵線為例的集中監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D。其中A11是從傳輸網(wǎng)管NM11，采集數(shù)據(jù)的代理PC ; A12是從自動售檢票管理系統(tǒng)NM12采集數(shù)據(jù)的代理PC。所有系統(tǒng)經(jīng)代理PC采集數(shù)據(jù)后，通過路由器R，把數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器DS。其他地鐵線的拓?fù)涠寂c該線類似。MIS1 , MIS2，MIS3凡等是信息集中綜合監(jiān)管系統(tǒng)。比如MIS1管理1一4號線，MIS2管理5一9號線，MIS3管理10一13號線。MIS1—MIS3對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、顯示、告警，以及統(tǒng)計和分析。MIS1一MIS3放在一起，這樣在多個處理機(jī)上進(jìn)行監(jiān)管可以擴(kuò)大可視范圍，也達(dá)到綜合監(jiān)管的目的。 設(shè)備網(wǎng)管所提供的北向接口，有的是Q3接口，可以通過網(wǎng)口進(jìn)行采集;有的是串口，可以通過串口接收。如果通過串口接收數(shù)據(jù)，可以根據(jù)圖3所示，用一個1-8多串口卡，使用一臺代理PC機(jī)進(jìn)行多個串口數(shù)據(jù)收集。 上述方案的可靠性:如果原有設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)提供的北向接口是串行方式，那么通過圖3方式，一臺代理PC機(jī)就可以采集8臺網(wǎng)管的數(shù)據(jù)，但是串行方式的數(shù)據(jù)是通過重復(fù)機(jī)制來最大限度地確保信息的完整。所謂重復(fù)機(jī)制，是當(dāng)信息沒有被接收就重新發(fā)送，如果三次沒有接收到就不再重發(fā)。這樣的數(shù)據(jù)采集方式很不可靠。而采用TCP/IP方式進(jìn)行采集，如果數(shù)據(jù)包沒有被正確接收，將等待到可以正確接收的時候重新發(fā)送。所以在可能的情況下，此方案需要廠商提供網(wǎng)管軟件的Q3北向接口。 在安全性方面，整個系統(tǒng)并不通過公網(wǎng)，局域網(wǎng)能保證數(shù)據(jù)的安全、不被截獲、破壞等。3.2軟件解決方案 軟件解決方案中包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。兩個獨(dú)立的體系，并通過數(shù)據(jù)庫使兩者形成整體。數(shù)據(jù)采集建立數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)處理管理數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)采集部分是針對各個不同的分立系統(tǒng)對不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。由于不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲方式對外提供數(shù)據(jù)的方式不同，就算同一系統(tǒng)的不同廠商設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)所提供的北向接口也不同，所以數(shù)據(jù)采集部分將針對每個系統(tǒng)進(jìn)行編程。數(shù)據(jù)采集方式的多樣性會導(dǎo)致軟件架構(gòu)的雜亂無章。為避免不一致和保證軟件系統(tǒng)的易擴(kuò)展及易維護(hù)性，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理部分所感興趣的數(shù)據(jù)內(nèi)容制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口。解決方案如圖4所示:數(shù)據(jù)采集平臺將根據(jù)不同系統(tǒng)不同設(shè)備加載特定的數(shù)據(jù)采集DLL(動態(tài)鏈接庫)。對于同一系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集平臺和DLL之間的數(shù)據(jù)接口相同，而且數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)處理部分也將以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總。這樣一旦有新增設(shè)備，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只要針對新增設(shè)備編寫DLL,整個系統(tǒng)就具備良好的可擴(kuò)展性。圖4中簡單列舉了數(shù)據(jù)采集DLL采集數(shù)據(jù)的三種方法:TCP/IP, RS232及直接讀取相關(guān)數(shù)據(jù)庫DB。這些差異性將在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口處消失。 數(shù)據(jù)處理部分是軟件解決方案的核心，對匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理并形成新業(yè)務(wù)邏輯。數(shù)據(jù)處理部分的主要功能如圖5所示。其中:安全管理系統(tǒng)是對使用該系統(tǒng)的所有用戶的權(quán)限管理;該模塊將保證系統(tǒng)的安全性。告警系統(tǒng)對采集系統(tǒng)收集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，對所有設(shè)備的現(xiàn)有故障進(jìn)行報告，對消除的故障進(jìn)行告警清除(使設(shè)備告警狀態(tài)復(fù)位)。收發(fā)文系統(tǒng)是在系統(tǒng)有新增設(shè)備故障告警時，在行政上上級對負(fù)責(zé)維護(hù)的部門進(jìn)行派工單發(fā)放的業(yè)務(wù)處理模塊;相關(guān)部門維護(hù)完畢后對所收到的派工單進(jìn)行回執(zhí)，這樣可以明晰責(zé)任，實現(xiàn)了該解決方案的行政“監(jiān)管”目的。統(tǒng)計報表系統(tǒng)是對故障告警歷史信息進(jìn)行統(tǒng)計和簡單計算形成特定形式的報表。分析預(yù)測系統(tǒng)對故障告警歷史信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用經(jīng)驗法和曲線擬合法對設(shè)備近階段的運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)測告警，這樣可以對故障發(fā)生概率較高的設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)，最大限度地避免運(yùn)營事故。4結(jié)語 本文設(shè)計的系統(tǒng)，只是通過從現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)的北向接口提取故障信息，或從現(xiàn)有的管理系統(tǒng)直接提取故障信息進(jìn)行綜合。在原有的網(wǎng)管系統(tǒng)上提供或新增所需要的北向接口，并不需要改變原有網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只要新增采集系統(tǒng)和集中監(jiān)管系統(tǒng)，相對投資也并不大。數(shù)據(jù)的集中處理，能對運(yùn)營的整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行宏觀把握，并有現(xiàn)存管理系統(tǒng)所沒有的派工單業(yè)務(wù)流程，不僅對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行了集中監(jiān)控，還能對設(shè)備維護(hù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配和管理。系統(tǒng)的另一個價值在于，可以對綜合的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和預(yù)測，可以根據(jù)預(yù)測進(jìn)行有目的的檢修，增強(qiáng)整個系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。參考文獻(xiàn)1郭軍.網(wǎng)絡(luò)管理與控制技術(shù).北京:人民郵電出版社，1999. 42 -902孟洛明，楊正球.電信管理網(wǎng).北京:人民郵電出版社，2000. 50 -1253王剛.電信網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展.電信技術(shù)，2001(12):39-41
為了實現(xiàn)綜合監(jiān)管的目標(biāo)，利用代理層將原有系統(tǒng)(應(yīng)用層)在數(shù)據(jù)接口上達(dá)到統(tǒng)一，這樣代理層加上應(yīng)用層組成的新的網(wǎng)絡(luò)將是管理監(jiān)控層所需要的“統(tǒng)一”網(wǎng)絡(luò)，在概念上可以想象成一個虛擬網(wǎng)絡(luò)。管理監(jiān)控層通過由代理層組建的綜合數(shù)據(jù)庫，對大的方面(比如現(xiàn)在的告警系統(tǒng)，以后通過統(tǒng)一其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口就可以實現(xiàn)其他方面的監(jiān)控)進(jìn)行全局性調(diào)配與管理，細(xì)節(jié)留給原有系統(tǒng)的網(wǎng)管系統(tǒng)或者管理系統(tǒng)處理。各系統(tǒng)通過代理層的代理軟件(數(shù)據(jù)采集軟件)的映射，完成數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一。3 解決方案3.1 硬件系統(tǒng)解決方案 圖2是以某地鐵線為例的集中監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D。其中A11是從傳輸網(wǎng)管NM11，采集數(shù)據(jù)的代理PC ; A12是從自動售檢票管理系統(tǒng)NM12采集數(shù)據(jù)的代理PC。所有系統(tǒng)經(jīng)代理PC采集數(shù)據(jù)后，通過路由器R，把數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器DS。其他地鐵線的拓?fù)涠寂c該線類似。MIS1 , MIS2，MIS3凡等是信息集中綜合監(jiān)管系統(tǒng)。比如MIS1管理1一4號線，MIS2管理5一9號線，MIS3管理10一13號線。MIS1—MIS3對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、顯示、告警，以及統(tǒng)計和分析。MIS1一MIS3放在一起，這樣在多個處理機(jī)上進(jìn)行監(jiān)管可以擴(kuò)大可視范圍，也達(dá)到綜合監(jiān)管的目的。 設(shè)備網(wǎng)管所提供的北向接口，有的是Q3接口，可以通過網(wǎng)口進(jìn)行采集;有的是串口，可以通過串口接收。如果通過串口接收數(shù)據(jù)，可以根據(jù)圖3所示，用一個1-8多串口卡，使用一臺代理PC機(jī)進(jìn)行多個串口數(shù)據(jù)收集。 上述方案的可靠性:如果原有設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)提供的北向接口是串行方式，那么通過圖3方式，一臺代理PC機(jī)就可以采集8臺網(wǎng)管的數(shù)據(jù)，但是串行方式的數(shù)據(jù)是通過重復(fù)機(jī)制來最大限度地確保信息的完整。所謂重復(fù)機(jī)制，是當(dāng)信息沒有被接收就重新發(fā)送，如果三次沒有接收到就不再重發(fā)。這樣的數(shù)據(jù)采集方式很不可靠。而采用TCP/IP方式進(jìn)行采集，如果數(shù)據(jù)包沒有被正確接收，將等待到可以正確接收的時候重新發(fā)送。所以在可能的情況下，此方案需要廠商提供網(wǎng)管軟件的Q3北向接口。 在安全性方面，整個系統(tǒng)并不通過公網(wǎng)，局域網(wǎng)能保證數(shù)據(jù)的安全、不被截獲、破壞等。3.2軟件解決方案 軟件解決方案中包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。兩個獨(dú)立的體系，并通過數(shù)據(jù)庫使兩者形成整體。數(shù)據(jù)采集建立數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)處理管理數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)采集部分是針對各個不同的分立系統(tǒng)對不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。由于不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲方式對外提供數(shù)據(jù)的方式不同，就算同一系統(tǒng)的不同廠商設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)所提供的北向接口也不同，所以數(shù)據(jù)采集部分將針對每個系統(tǒng)進(jìn)行編程。數(shù)據(jù)采集方式的多樣性會導(dǎo)致軟件架構(gòu)的雜亂無章。為避免不一致和保證軟件系統(tǒng)的易擴(kuò)展及易維護(hù)性，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理部分所感興趣的數(shù)據(jù)內(nèi)容制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口。解決方案如圖4所示:數(shù)據(jù)采集平臺將根據(jù)不同系統(tǒng)不同設(shè)備加載特定的數(shù)據(jù)采集DLL(動態(tài)鏈接庫)。對于同一系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集平臺和DLL之間的數(shù)據(jù)接口相同，而且數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)處理部分也將以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總。這樣一旦有新增設(shè)備，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只要針對新增設(shè)備編寫DLL,整個系統(tǒng)就具備良好的可擴(kuò)展性。圖4中簡單列舉了數(shù)據(jù)采集DLL采集數(shù)據(jù)的三種方法:TCP/IP, RS232及直接讀取相關(guān)數(shù)據(jù)庫DB。這些差異性將在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口處消失。 數(shù)據(jù)處理部分是軟件解決方案的核心，對匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理并形成新業(yè)務(wù)邏輯。數(shù)據(jù)處理部分的主要功能如圖5所示。其中:安全管理系統(tǒng)是對使用該系統(tǒng)的所有用戶的權(quán)限管理;該模塊將保證系統(tǒng)的安全性。告警系統(tǒng)對采集系統(tǒng)收集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，對所有設(shè)備的現(xiàn)有故障進(jìn)行報告，對消除的故障進(jìn)行告警清除(使設(shè)備告警狀態(tài)復(fù)位)。收發(fā)文系統(tǒng)是在系統(tǒng)有新增設(shè)備故障告警時，在行政上上級對負(fù)責(zé)維護(hù)的部門進(jìn)行派工單發(fā)放的業(yè)務(wù)處理模塊;相關(guān)部門維護(hù)完畢后對所收到的派工單進(jìn)行回執(zhí)，這樣可以明晰責(zé)任，實現(xiàn)了該解決方案的行政“監(jiān)管”目的。統(tǒng)計報表系統(tǒng)是對故障告警歷史信息進(jìn)行統(tǒng)計和簡單計算形成特定形式的報表。分析預(yù)測系統(tǒng)對故障告警歷史信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用經(jīng)驗法和曲線擬合法對設(shè)備近階段的運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)測告警，這樣可以對故障發(fā)生概率較高的設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)，最大限度地避免運(yùn)營事故。4結(jié)語 本文設(shè)計的系統(tǒng)，只是通過從現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)的北向接口提取故障信息，或從現(xiàn)有的管理系統(tǒng)直接提取故障信息進(jìn)行綜合。在原有的網(wǎng)管系統(tǒng)上提供或新增所需要的北向接口，并不需要改變原有網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只要新增采集系統(tǒng)和集中監(jiān)管系統(tǒng)，相對投資也并不大。數(shù)據(jù)的集中處理，能對運(yùn)營的整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行宏觀把握，并有現(xiàn)存管理系統(tǒng)所沒有的派工單業(yè)務(wù)流程，不僅對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行了集中監(jiān)控，還能對設(shè)備維護(hù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配和管理。系統(tǒng)的另一個價值在于，可以對綜合的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和預(yù)測，可以根據(jù)預(yù)測進(jìn)行有目的的檢修，增強(qiáng)整個系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。參考文獻(xiàn)1郭軍.網(wǎng)絡(luò)管理與控制技術(shù).北京:人民郵電出版社，1999. 42 -902孟洛明，楊正球.電信管理網(wǎng).北京:人民郵電出版社，2000. 50 -1253王剛.電信網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展.電信技術(shù)，2001(12):39-41