軌道交通專用通信集中告警系統(tǒng)設計

李士東

(河北遠東哈里斯通信有限公司，河北石家莊 050200)

0 引言

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濟建設，軌道交通是緩解交通擁擠問題的一個強有力的交通工具。

軌道交通是一個復雜的系統(tǒng)，其可靠高效運營需要眾多相關系統(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絡運行視圖，是專用通信系統(tǒng)的運維支撐系統(tǒng)。

1 總體設計

集中告警系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

圖1 集中告警系統(tǒng)結構

集中告警系統(tǒng)采用分層設計，主要包括前置機、告警解析服務器、應用服務器和客戶端。

前置機負責采集各子系統(tǒng)的告警數據，將不同協(xié)議的告警數據轉換成系統(tǒng)內部統(tǒng)一格式并存入數據庫。

告警解析服務器根據不同設備類型的告警狀態(tài)匹配規(guī)則進行告警分析定位，將分析結果提交給應用服務器。

應用服務器將告警結果轉發(fā)給客戶端顯示，并響應客戶端的各種操作指令。

客戶端主要提供人機操作界面，通過監(jiān)控拓撲視圖來顯示網絡及設備的運行狀態(tài)。

2 需要解決的難點問題

集中告警系統(tǒng)的建設難點在于:①管理設備類型眾多，接口協(xié)議繁雜;②監(jiān)控場景視圖千變萬化。

專用通信系統(tǒng)至少包含8個子系統(tǒng)，不同的子系統(tǒng)由不同的設備供應商提供，各子系統(tǒng)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(tǒng)功能不同，設備組網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 設計實現

3.1 前置機實現

前置機直接與被監(jiān)控系統(tǒng)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)約的告警數據轉換成內部可識別的統(tǒng)一格式，然后存入數據庫，并通知告警解析服務器。

前置機與告警解析服務器間采用面向連接TCP私有協(xié)議通信。

前置機各接口實體通過DLL的方式實現，前置機初始化時動態(tài)加載DLL。新增設備類型時只需增加一個全新的DLL接口實體。

3.2 告警解析服務器、應用服務器實現

前置機雖然將告警轉換成統(tǒng)一格式［7］，但不同設備的告警狀態(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);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)。

告警解析服務器主要根據不同設備類型的告警狀態(tài)匹配規(guī)則進行告警分析定位，產生內部告警數據結構，程序結構如圖3所示。

圖3 告警解析服務器軟件結構

告警解析服務器從數據庫提取告警數據，根據設備類型進行數據調度，把告警數據分發(fā)到對應的告警解析實體，告警解析實體通過DLL的形式實現，在程序初始化時動態(tài)加載進來。新增設備類型時除了前置機上增加一個DLL接口實體，告警解析服務器也需增加一個全新的DLL解析實體。

內部告警數據結構是一個內存鏈表，數據保存在數據庫中，程序啟動后加載到內存，其內按告警級別記錄著系統(tǒng)每個故障單元對應的故障告警個數及恢復告警個數。

告警解析實體根據告警狀態(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，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，產生內部告警數據結構，將數據入庫并通知應用服務器。告警解析服務器與應用服務器間采用面向連接TCP私有協(xié)議通信。

應用服務器負責將內部告警數據結構轉發(fā)給在線客戶端;同時對客戶端提交的數據進行后臺分析處理并入庫，將處理結果返回給客戶端。

3.3 客戶端實現

客戶端可以實現系統(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)管理的設備不同，設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)需要提供一個設備無關的拓撲場景［8］編輯工具，可以根據設備組網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成，圖層間有嚴格的隸屬關系，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構，由一個根節(jié)點可以擴充出不同的子圖層構成一個完整的監(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。

可以在一個圖層中添加設備網元，設備網元的屬性包括設備類型、設備名稱、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，每個設備網元都有一個目的圖層，目的圖層指向機架圖所在的圖層。這樣點擊設備網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。機架圖層主要通過圖元的組合來描述設備的詳細構成，如模塊、板卡和端口等信息，機架圖層內的每個組成圖元代表一個故障單元，故障單元的屬性包括所屬設備、單元名稱和告警位置等。

系統(tǒng)通過圖層索引保存拓撲結構，通過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(tǒng)初始化時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，用來保存每個故障單元的告警個數。

客戶端收到服務器轉發(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(jiān)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，當一個故障單元產生告警后，會逐層反應到父層對應的網元上，直至最頂層拓撲。維護人員見到告警指示后，可以由設備網元點擊逐層深入，直到最底層查看具體的故障位置及故障詳細信息。

客戶端收到告警數據結構后除了在監(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。

客戶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、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計方案實現集中告警系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及系統(tǒng)擴充能力。

測試設備的網絡配置結構如圖5所示。

圖5 集中告警系統(tǒng)測試結構

測試需要的設備包括:服務器、客戶端和各子系統(tǒng)接口測試Demo。為了簡化測試環(huán)境，在一個服務器上部署前置機程序、告警解析程序及應用服務器程序;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)提供的組網及設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，形象描述設備網絡及設備機架圖。證明了該系統(tǒng)拓撲編輯的設備無關性與靈活性。

根據各子系統(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，與平臺結合良好。

各測試Demo定時1 ms向集中告警系統(tǒng)發(fā)送告警數據。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。

測試結果證明，分層設計的集中告警系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，擴充能力極強，設計是可行的。

5 結束語

目前該集中告警系統(tǒng)在國內多條軌道交通系統(tǒng)上部署應用，取得了廣泛好評。實踐證明了該系統(tǒng)完全達到了預期效果，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。分層可擴展的架構設計提高了系統(tǒng)的生命力;監(jiān)控場景動態(tài)繪制滿足了千變萬化的用戶現場環(huán)境。同時對其他網管類、監(jiān)控類系統(tǒng)的實現具有很強的參考價值。

［1］陳桂漢.綜合電信管理解決方案［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2002:10-230.

［2］徐海軍.電信網管發(fā)展的五大趨勢［N］.通信產業(yè)報，2004，第14期(第39版).

［3］李國寧，劉伯鴻.城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)及集成［M］.北京:西南交通大學出版社，2011:20-330.

［4］張利彪.城市軌道交通信號與通信系統(tǒng)［M］.北京:人民交通出版社，2010:5-90.

［5］賈毓杰.城市軌道交通通信與信號［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009:45-160.

［6］李曉江.城市軌道交通技術規(guī)范實施指南［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009:50-280.

［7］李千日.軟件體系結構設計［M］.北京:清華大學出版社，2008:30-370.

［8］田超.多技術網絡管理(TMF MTNM)體系綜述［J］.無線電工程，2005，31(4):25-29.