軌道交通AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡通信概要設計研究

楊慧玲

（重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司 重慶市渝北區(qū) 401122）

軌道交通AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡通信概要設計研究

楊慧玲

（重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司 重慶市渝北區(qū) 401122）

軌道交通的AFC系統(tǒng)建設中，通信模型的設計對于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸而言具有至關重要的作用。通信模型的優(yōu)劣往往會直接影響AFC系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性。本文探討了AFC系統(tǒng)的基本構架、數(shù)據(jù)流程以及通信方式與網(wǎng)絡通信的設計，以供地鐵相關項目參考。

軌道交通；AFC系統(tǒng)；網(wǎng)絡通信

1 引言

AFC系統(tǒng)是一種融合了計算機技術、信息收集處理技術、機械制造技術于一體的自動化售票、檢票系統(tǒng)，因而要求具有較強的智能化功能。自動售檢票系統(tǒng)的應用，為人們的購票帶來更多的便捷和準確性，減少了速度慢、財務漏洞多、出錯率高、勞動強度大等問題，并有效防止假票和人情票的出現(xiàn)，提高了管理水平，成為城市地鐵和交通系統(tǒng)信息化建設的重要體現(xiàn)。

2 城市軌道交通AFC系統(tǒng)架構

2.1 AFC系統(tǒng)基本架構

AFC系統(tǒng)為城市軌道交通的核心部分，其強大的運行功能為城市軌道交通發(fā)展提供了重要助力。AFC系統(tǒng)主要是由六個子系統(tǒng)構成的，它們分別是：城市軌道交通票務清分子系統(tǒng)、公共交通卡清算子系統(tǒng)、線路AFC系統(tǒng)中央計算機子系統(tǒng)、車站計算機子系統(tǒng)、車站終端設備以及非接觸式IC票卡。城市軌道交通AFC系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，為了實現(xiàn)穩(wěn)定、安全的網(wǎng)絡傳輸，以及信號傳輸過程，需要借助于工業(yè)以太網(wǎng)。從網(wǎng)絡的分布情況來看，在整個AFC網(wǎng)絡系統(tǒng)當中，通常會依照各子系統(tǒng)的實際情況及其運行目標，選取環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)、冗余以太環(huán)網(wǎng)、星型以太網(wǎng)以及雙星型以太網(wǎng)，來作為AFC子系統(tǒng)的橋接網(wǎng)絡，以使AFC的各個子系統(tǒng)能夠實現(xiàn)“網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)運行”過程。

2.2 軌道交通AFC系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

（1）終端設備數(shù)據(jù)的上傳：可將車站設備的數(shù)據(jù)，分為多種不同的類型，如交易數(shù)據(jù)；寄存器數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、維護管理數(shù)據(jù)、收益管理數(shù)據(jù)等，由設備產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)，然后向上層系統(tǒng)進行上傳。設備生成數(shù)據(jù)之后，設備需要檢查數(shù)據(jù)的合法性，然后結合數(shù)據(jù)的類別，來分別進行傳送；車站計算機系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進行接收，之后歸入數(shù)據(jù)庫，向線路中央計算機系統(tǒng)進行轉發(fā)；這些數(shù)據(jù)被線路中央計算機系統(tǒng)接收到之后，會向軌道交通清分系統(tǒng)進行轉發(fā)。

（2）線路中央計算機數(shù)據(jù)的下傳：中央計算機可以接收RI、CHS參數(shù)，并針對線路設備的參數(shù)進行設置。要結合參數(shù)的特性，來啟用或者保存中央計算機自身使用的參數(shù)，如果參數(shù)需要下載，中央計算機需要向相關的車站計算機及時下發(fā)參數(shù)；車站計算機對中央計算機的參數(shù)進行接收。如果參數(shù)需要下載，車站計算機需要向相關的車站終端設備中主動下發(fā)參數(shù)，車站終端設備對車站計算機的參數(shù)進行接收。

3 軌道交通AFC系統(tǒng)通信方式

3.1 通信協(xié)議的選擇

當前常用的數(shù)據(jù)傳輸方式包括CORBA、Socket接口等，而在TCP／IP網(wǎng)絡中，常用的API應用程序接口就是Socket接口技術；將面向連接協(xié)議的Socket模型應用到實時數(shù)據(jù)傳輸中，因為一系列的數(shù)據(jù)糾錯功能可以由本協(xié)議所提供，以便能夠通過網(wǎng)絡來向對及時準確的傳輸數(shù)據(jù)。可以利用TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)軌道交通AFC系統(tǒng)各個層之間的通信，見圖1。

3.2 基于TCP/IP協(xié)議的四種通信方式

（1）兩節(jié)點的同步短連接，即在客戶端與服務器之間，采用的同步通信方式，客戶端指的是主動發(fā)起連接的一方，而服務器對數(shù)據(jù)接收之后，需要做出應答，采用這種通信方式，客戶端和服務器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃跃涂梢缘玫綄崿F(xiàn)。

（2）兩節(jié)點之間的異步短連接，其服務器往往不會做出應答，因而無法保證可以成功的向服務器傳輸客戶端的數(shù)據(jù)。

圖1 數(shù)據(jù)下傳流程圖

（3）兩節(jié)點之間的異步長連接，就是在客戶端與服務器之間，通過異步通信的方式進行連接，數(shù)據(jù)被客戶端和服務器所接收到之后，不會做出應答，因此，應用該通信方式，客戶端和服務器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸矡o法得到保證。

（4）多節(jié)點之間的同步短連接，是指如果想要在多節(jié)點之間實現(xiàn)同步通信，即可采用這種通信方式，以保證客戶端和服務器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3.3 AFC系統(tǒng)通信模型設計

AFC系統(tǒng)的任意兩層，都可能在同一時間內(nèi)，對不同的業(yè)務實施處理，因此，就需要在獨立的線程中去處理每一個業(yè)務。具體來講，從服務器的角度上理解，本系統(tǒng)可以對來自終端設備的連接請求進行實時監(jiān)聽，并且生成Socket，通過Socket的句柄值，來對線程進行創(chuàng)建，以便收發(fā)數(shù)據(jù)；從客戶端的角度上來講，如果需要與某個終端設備進行通信，它可以對線程進行創(chuàng)建，并且將Socket生成于線程中，然后連接客戶端，來收發(fā)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通信模型如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)通信模型

3.4 AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲

因為地鐵車站通常呈線性分布，因此，為了能夠保障傳輸網(wǎng)絡的可靠性，以防出現(xiàn)節(jié)點故障，甚至導致全線的中斷，各個車站的交換設備通常會采用隔站相連的方式，形成雙環(huán)的自愈拓撲結構。所謂的自愈保護，指的是在網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，無需通過人工進行干預，設備就可以在極短的時間內(nèi)，通過自愈功能自動恢復所攜帶的業(yè)務。正常情況下，倒換的時間非常短，以至于用戶甚至會感覺不到網(wǎng)絡出現(xiàn)的故障，其具體的工作原理如下：為受到保護的業(yè)務，專門建立一條冗余路由，在工作路由發(fā)生故障時，業(yè)務就會自動切換到冗余的路由上，并重新建立起連接的關系，從而確保業(yè)務的連續(xù)性，發(fā)揮其自愈保護作用。

自愈網(wǎng)按照網(wǎng)絡拓撲，還可以分成以下三種：鏈形網(wǎng)絡業(yè)務保護、環(huán)形網(wǎng)絡業(yè)務保護以及環(huán)間業(yè)務保護。當前國內(nèi)的地鐵行業(yè)SDH網(wǎng)絡，均采用的是環(huán)形網(wǎng)絡拓撲，環(huán)形自愈網(wǎng)則又可以分成二纖單向通道保護、二纖雙向通道保護、二纖雙向復用段保護以及四纖雙向復用段保護四種。因為SDH網(wǎng)嚴格要求時鐘同步，因此光纖的中斷時間對于交換業(yè)務有著明顯的影響。由于SDH網(wǎng)絡工作運行前首先要進行時鐘同步，因此在全部光纖中斷2s以上造成的網(wǎng)絡癱瘓出現(xiàn)后，SDH網(wǎng)將不具備自動恢復的能力。

3.5 網(wǎng)絡結構設計

網(wǎng)絡結構的具體設計思路如下：①LC系統(tǒng)的核心路由器通常需要設置VPN網(wǎng)關，SC端的核心交換機可以通過3G路由器與公網(wǎng)連接，然后再通過L2TP協(xié)議、IPSEC協(xié)議與VPN網(wǎng)關連接；②配置LC端路由的IPSEC服務，啟用的是Internet密鑰交換協(xié)議（IKE），選擇的加密方式是3DES+MDS，認證方式為預設共享密鑰（PSK），并創(chuàng)建ACL規(guī)則，嚴格禁止未經(jīng)加密的數(shù)據(jù)包通過路由進入公網(wǎng)；③LC端路由的L2TP服務，創(chuàng)建虛擬撥號板登陸用戶名和密碼并設置虛擬網(wǎng)關，劃分內(nèi)網(wǎng)地址池（192.168.200.2254）為登陸用戶提供網(wǎng)絡地址轉換（NAT）；④根據(jù)LC端預設賬號密碼等安全信息完成SC端3G路由器相關配置。

4 城市軌道交通AFC常見的網(wǎng)絡故障

4.1 網(wǎng)絡布線故障

AFC網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡布線故障的出現(xiàn)，可能會造成AFC網(wǎng)絡布線故障，例如：①跳線操作時，出現(xiàn)了標簽錯誤或者是關系錯誤，均會引發(fā)網(wǎng)絡布線故障；②在制作“RJ-45型號”的跳線時，沒有注重跳線質量，從而讓跳線存在了安全隱患，進而引發(fā)了布線故障；③插座面板被無端損害以及網(wǎng)絡線纜被人為破壞或者是擠壓，都會在不同程度上誘發(fā)網(wǎng)絡布線故障的出現(xiàn)。當AFC出現(xiàn)此類網(wǎng)絡故障時，可借助某種特定的檢測儀器，對故障部位進行簡單的檢測，以確定故障的根源，并采取有針對性的措施，對其進行科學地處理。

4.2 路由器故障

路由器故障通常是以數(shù)據(jù)冗余、報文丟失等問題體現(xiàn)出來，有時也會伴隨著數(shù)據(jù)傳輸中斷等問題。其誘發(fā)原因，主要是：CPU過載或者是路由器的內(nèi)存已經(jīng)不能夠滿足網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行要求了。因此，這類故障出現(xiàn)的時候，就可以借助路由器Cisco軟件的“show process命令”以及“show memory命令”，對上述兩個誘發(fā)因素進行檢查，以進一步確定究竟是哪一方面的因素，而造成的路由器故障，從而采取針對性較高的解決措施，對路由器故障進行有效的處理。

4.3 交換機故障

交換機發(fā)生的故障通常有兩種形式，即軟件故障與硬件故障，在交換機故障當中所占據(jù)的比例分別為20.0%與17.1%。由此可見，這兩者雖然都同屬交換機故障，但是，軟件故障較硬件故障更容易出現(xiàn)。其次，和其它的計算機故障相同，軟件故障比硬件故障更難對其誘發(fā)根源進行分析、判定和處理。因此，為了有效避免交換機故障的出現(xiàn)，我們在開展各類作業(yè)的同時，還應當做好交換機的運行監(jiān)測工作，并詳細的記錄下交換機的實時運行情況。

5 結語

軌道交通的AFC系統(tǒng)實際設計和應用中，綜合了多項先進技術，同時具備了較多良好功能；而其功能的實現(xiàn)將直接受到通信方式的影響。因此，就需要對軌道交通AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡通信設計產(chǎn)生足夠的重視，對比各種通信方式，對AFC系統(tǒng)通信模塊的功能需求充分考慮，將整個系統(tǒng)的通信框架給科學設計出來。

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[3]張奇.城市地鐵AFC系統(tǒng)標準化建設研究[J].電子技術與軟件工程，2015（12）：181.

TN915.0

A

1004-7344（2016）13-0147-02

2016-4-3

楊慧玲（1986-），女，工程師，本科，主要從事AFC系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)設計，及相關科研項目管理方面工作。