CTC服務(wù)器雙機(jī)冗余系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

魏 峰（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

1 問(wèn)題的提出

調(diào)度集中控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱CTC）目前已經(jīng)在鐵路調(diào)度指揮領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著CTC系統(tǒng)的普及，特別是大量客專(zhuān)線路CTC系統(tǒng)的開(kāi)通使用，對(duì)CTC系統(tǒng)的可靠性要求越來(lái)越高。在CTC系統(tǒng)中，服務(wù)器平臺(tái)屬于核心平臺(tái)設(shè)備，承載著主要的信息傳輸和后臺(tái)數(shù)據(jù)運(yùn)算功能。因此，服務(wù)器平臺(tái)可靠運(yùn)行的能力是衡量CTC系統(tǒng)可靠性的重要內(nèi)容。根據(jù)CTC技術(shù)條件，服務(wù)器平臺(tái)應(yīng)采用雙機(jī)冗余的方式保證可靠性，雙機(jī)冗余系統(tǒng)是CTC服務(wù)器平臺(tái)的重要組成部分，是保證服務(wù)器平臺(tái)可靠運(yùn)行的主要支撐系統(tǒng)。

目前，CTC服務(wù)器系統(tǒng)大量采用PC Serv er服務(wù)器硬件搭配L inu x/W indow s操作系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)平臺(tái)上的商用雙機(jī)冗余系統(tǒng)對(duì)于CTC系統(tǒng)的支持都不夠，主要存在以下問(wèn)題。

1）無(wú)法支持雙網(wǎng)冗余：CTC技術(shù)條件要求CTC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須采用雙網(wǎng)冗余配置，而現(xiàn)有商用雙機(jī)冗余系統(tǒng)一般只支持單網(wǎng)架構(gòu)，或者支持多網(wǎng)絡(luò)但是無(wú)法在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)冗余切換，無(wú)法滿足CTC技術(shù)條件要求。

2）無(wú)法監(jiān)控CTC系統(tǒng)專(zhuān)有資源：現(xiàn)有商用雙機(jī)冗余系統(tǒng)所監(jiān)控的資源一般包括網(wǎng)卡和磁盤(pán)等，而CTC系統(tǒng)本身的接口狀態(tài)、進(jìn)程狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)等無(wú)法進(jìn)行監(jiān)控，因此無(wú)法保證CTC系統(tǒng)的可靠性。

3）無(wú)法支持雙機(jī)功能擴(kuò)展：現(xiàn)有商用雙機(jī)冗余系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)無(wú)法有效可靠獲取，從而無(wú)法有效的利用雙機(jī)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)冗余和同步等功能。

魏峰，男，畢業(yè)于北京交通大學(xué)，工程師。主要研究方向包括鐵路信號(hào)、鐵路調(diào)度指揮等，曾參與京津城際、石太客專(zhuān)、海南東環(huán)線等項(xiàng)目。

2 設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)CTC技術(shù)條件的要求，以及CTC系統(tǒng)推廣使用過(guò)程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)商用雙機(jī)冗余系統(tǒng)與CTC系統(tǒng)結(jié)合中出現(xiàn)的問(wèn)題，使用了如圖1所示的設(shè)計(jì)方案，來(lái)滿足CTC系統(tǒng)對(duì)雙機(jī)冗余系統(tǒng)的要求。

服務(wù)器平臺(tái)雙機(jī)冗余系統(tǒng)的原理是在一套服務(wù)器系統(tǒng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上部署同樣的雙機(jī)冗余系統(tǒng)，服務(wù)器雙節(jié)點(diǎn)上的雙機(jī)冗余系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控本地資源狀態(tài)，確定本節(jié)點(diǎn)是否能夠成為主機(jī)，然后通過(guò)與對(duì)方節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，協(xié)商后確定主機(jī)，同時(shí)將雙機(jī)狀態(tài)進(jìn)行發(fā)布，實(shí)現(xiàn)基于雙機(jī)狀態(tài)的功能擴(kuò)展。

系統(tǒng)共劃分為4個(gè)模塊，以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余功能。

1）雙機(jī)狀態(tài)維護(hù)：主要負(fù)責(zé)綜合判斷本節(jié)點(diǎn)資源狀態(tài)，確定是否可以成為主機(jī)；負(fù)責(zé)與對(duì)方節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，確定主備狀態(tài)并進(jìn)行發(fā)布；完成雙機(jī)切換相關(guān)功能。

2）資源狀態(tài)監(jiān)控：主要負(fù)責(zé)監(jiān)控網(wǎng)卡狀態(tài)、進(jìn)程狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)，為雙機(jī)狀態(tài)維護(hù)模塊確定雙機(jī)狀態(tài)提供輸入。

3）雙機(jī)功能擴(kuò)展：主要根據(jù)雙機(jī)狀態(tài)維護(hù)模塊發(fā)布的雙機(jī)狀態(tài)，進(jìn)行路由切換、文件同步和提供雙機(jī)同步通道等功能。

4）人機(jī)界面：主要負(fù)責(zé)本節(jié)點(diǎn)和對(duì)方節(jié)點(diǎn)狀態(tài)顯示，并提供人工倒機(jī)操作接口。

本設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)能充分滿足CTC技術(shù)條件的要求，滿足CTC系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的需要。其實(shí)現(xiàn)有以下特點(diǎn)。

1）實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)冗余：能夠?qū)崿F(xiàn)雙網(wǎng)卡的狀態(tài)監(jiān)控，IP地址雙機(jī)切換，主備網(wǎng)卡切換等功能。

2）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡狀態(tài)精準(zhǔn)監(jiān)控：網(wǎng)卡狀態(tài)監(jiān)控采用ARP協(xié)議請(qǐng)求和回執(zhí)的閉環(huán)方式，能夠精準(zhǔn)確定網(wǎng)卡通信狀態(tài)，特別在雙網(wǎng)應(yīng)用中更能體現(xiàn)雙網(wǎng)隔離和冗余的特點(diǎn)；并且根據(jù)ARP協(xié)議的特點(diǎn)，可以適應(yīng)不同網(wǎng)段IP地址網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控。

3）實(shí)現(xiàn)對(duì)CTC系統(tǒng)進(jìn)程狀態(tài)和接口狀態(tài)的監(jiān)控：與CTC系統(tǒng)結(jié)合，對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)和接口狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將其作為判定主備狀態(tài)的條件，提高了CTC系統(tǒng)的可靠性。

4）實(shí)現(xiàn)針對(duì)CTC系統(tǒng)的雙機(jī)狀態(tài)發(fā)布：使用CTC系統(tǒng)協(xié)議接口發(fā)布了雙機(jī)狀態(tài)，CTC系統(tǒng)進(jìn)程可根據(jù)雙機(jī)狀態(tài)進(jìn)行雙機(jī)冗余相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)，提高了CTC系統(tǒng)的可靠性。

5）實(shí)現(xiàn)針對(duì)CTC系統(tǒng)的雙機(jī)冗余擴(kuò)展功能：主要包括路由切換、文件同步以及提供同步通道等基礎(chǔ)性雙機(jī)冗余支撐功能。

本系統(tǒng)目前已在L in u x系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，在CTC系統(tǒng)中得到廣泛使用，適用于應(yīng)用服務(wù)器、通信服務(wù)器和接口服務(wù)器等多種服務(wù)器平臺(tái)，效果良好。

3 深化研究方向

本文提出的服務(wù)器平臺(tái)雙機(jī)冗余系統(tǒng)方案和實(shí)現(xiàn)已得到廣泛使用，但仍有繼續(xù)深化研究的空間。

1）多平臺(tái)移植：本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理已經(jīng)得到驗(yàn)證，可以移植到其他平臺(tái)，例如W in dow s和A IX等操作系統(tǒng)平臺(tái)，提高其適用性。

2）多網(wǎng)絡(luò)實(shí)例擴(kuò)展：針對(duì)CTC系統(tǒng)的接口服務(wù)器平臺(tái)等使用環(huán)境，所使用網(wǎng)絡(luò)可能超過(guò)兩個(gè)，需要對(duì)雙機(jī)冗余系統(tǒng)進(jìn)行多網(wǎng)絡(luò)適用性擴(kuò)展。

3）適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)使用ARP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)卡監(jiān)控，在無(wú)法使用A RP協(xié)議的情況下，可以實(shí)現(xiàn)其他協(xié)議進(jìn)行替代，例如ICM P協(xié)議；在無(wú)法滿足閉環(huán)監(jiān)控的情況下，可以實(shí)現(xiàn)本地獲取網(wǎng)卡連接狀態(tài)進(jìn)行替代。

4）定義監(jiān)控狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)接口：通過(guò)定義好的標(biāo)準(zhǔn)接口獲取本節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的資源狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控狀態(tài)的自定義擴(kuò)展，提高系統(tǒng)適用范圍。

5）定義標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展功能接口：通過(guò)定義好的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行雙機(jī)冗余功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)功能的自定義擴(kuò)展，提高系統(tǒng)適用范圍。

4 結(jié)束語(yǔ)

服務(wù)器平臺(tái)雙機(jī)冗余系統(tǒng)做作為CTC系統(tǒng)關(guān)鍵組件，能大幅度提高CTC系統(tǒng)的可靠性。本文研究并實(shí)現(xiàn)了一套滿足CTC系統(tǒng)技術(shù)條件，符合CTC系統(tǒng)實(shí)際使用需要的服務(wù)器平臺(tái)雙機(jī)冗余系統(tǒng)，此系統(tǒng)解決了商用雙機(jī)冗余系統(tǒng)無(wú)法滿足CTC系統(tǒng)使用需要的問(wèn)題，提高了CTC系統(tǒng)的可靠性。此外，本文還研究了服務(wù)器雙機(jī)冗余系統(tǒng)進(jìn)一步深化研究的方向，為進(jìn)一步完善雙機(jī)冗余系統(tǒng)的功能，提高CTC服務(wù)器平臺(tái)的可靠性進(jìn)行了一些方向性的探索。

[1]科技運(yùn)函[2007]158 客運(yùn)專(zhuān)線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)列控中心技術(shù)規(guī)范（暫行）[S].

[2]科技運(yùn)函[2008]36 調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）設(shè)備（暫行）[S].

[3]科技運(yùn)函[2004]15 分散自律調(diào)度集中（CTC）技術(shù)條件（暫行修訂）[S].

[4]運(yùn)基信號(hào)[2010]821 客運(yùn)專(zhuān)線信號(hào)系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范V2.0[S].

[5]鐵集成[2007]124 客運(yùn)專(zhuān)線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)配置及運(yùn)用技術(shù)原則（暫行）[S].