城市軌道交通集中告警系統關鍵技術分析

潘良 桂文峰 徐慶 賈濤

摘 要：我國城市軌道交通迅猛發展，通信系統結構復雜，如何高效運維保障，集中告警系統已必不可少。本文從集中告警系統設計原理出發，對系統的關鍵功能需求、關鍵架構和一些關鍵實現技術細節進行分析，為國家城市軌道交通的建設和運營提供堅實的保障的系統日常維護、今后的改進、完善，提供有用的技術參考。

關鍵詞：軌道交通;集中告警系統;系統組成;系統功能;C/S架構;分層架構;動態加載;SNMP協議;TCP/IP;Socket

中圖分類號：U284.59 文獻標識碼：A

0 引言

隨著中國城市軌道交通建設的飛速發展，智能化的城市軌道交通運維管理系統同步建設和發展，為管理和保障軌道交通系統的持久運行提供了強有力的工具平臺。其中集中告警系統圍繞復雜的軌道交通專用通信系統告警提醒、響應、控制的管理而設計，以告警集中、便捷、有效管理為出發，同步城市軌道交通建設的完善和發展。目前，集中告警系統，對傳輸、無線、公務電話、專用電話、時鐘等子系統實現了統一集中監控管理，具備了可視化的人機界面，實時展示各系統運行狀態，實時對發生的告警，通過人機界面的醒目變化、響亮的聲響、郵件、短信等手段及時提醒運維管理人員，確保險情得到有效響應和控制。

隨著高科技技術的發展和融合，集中告警系統也將在功能擴展、數據處理智能化上得到不斷提升，將為智能化城市軌道交通運維管理、為中國經濟的發展助力。

本文從技術原理出發，對目前城市軌道交通集中告警系統的組成、功能、架構和關鍵技術進行分析，為相關從業者提供參考。

1 系統總體概述

1.1 遵循的標準

城市軌道交通集中告警系統的設計起源于軌道交通專用通信系統的網管系統，遵循ITU-T G.803，G.783，G.784，G.733，G.774s，Q.821，Q.822，M.3011，M.3010，M.3300等建議及國內相關標準，其內容包括：管理系統組織模型，設備的OAM&P接口設計，用戶工作站的功能設計管理管理，通信功能，網元級管理系統等。

1.2 系統組成

集中告警系統是對軌道交通專用通信系統的各個子系統的告警進行集中管理，這些子系統主要包括傳輸系統、公務電話系統、專用電話系統、專用無線系統、CCTV系統、有線廣播系統、通信電源系統、集中錄音系統、時鐘系統。

為達到各子系統告警的集中管理，集中告警系統設立在控制中心（網管中心、監控中心）。常見的設備組成部分由服務器、告警監控終端以及打印機等輔助設備構成。軟件組成部分由運行于服務器的前置通信服務軟件、數據庫和運行于告警監控終端電腦的可視化告警監控管理軟件構成，服務器通過以太網連接各個子系統，并實時采集獲取專用通信系統各個子系統設備的狀態、數據，歷史數據和告警記錄存放在數據庫中。下圖1為集中告警系統組成圖。

2 關鍵技術分析

2.1 C/S系統架構

C/S系統架構是集中告警系統關鍵技術之一，即大家熟知的Client客戶機/Server服務器簡單高效的2層結構。它是大部分桌面應用軟件系統采用的體系結構，通過它可以充分利用兩端硬件環境的優勢，將任務合理分配到Client端和Server端來實現，降低了系統的通訊開銷，適用于局域網普遍使用。

如下圖2所示，各環節均采用了C/S架構，服務端軟件與子系統間，服務端軟件與數據庫間，服務端軟件與客戶端軟件間，均采用了C/S架構。

2.2 軟件分層架構

良好的軟件架構決定了軟件系統的性能和效率，集中告警系統核心組成部分服務端軟件，采用典型分層架構，如圖3所示，簡單分為數據采集分析層和告警數據管理層。結構簡單，容易理解和開發，不同技能的程序員可以分工，負責不同的層，每一層都可以獨立測試，其他層的接口通過模擬驗證，利于維護和擴展。

2.3 動態加載軟件模塊

通信系統各個子系統是不同廠商的產品，獲取告警信息數據的通信協議和數據格式都不同，因此集中告警系統服務端底層數據采集適配十分關鍵。

實現方法是將數據采集解析、數據分析封裝在模塊軟件中，在軟件運行過程中通過數據庫配置信息，由服務端軟件對模塊軟件進行動態加載，實現對各子系統的動態接入，而無需對系統進行重啟。

2.4 網絡通信協議

2.4.1 SNMP簡單網絡管理協議

簡單網絡管理協議（SNMP）是通信設備廠商采用的一種比較常見的基于UDP的通信接口協議，多用于網絡管理，在集中告警系統里，子系統提供SNMP代理端功能，集中告警服務端實現SNMP管理端功能，獲取實時告警信息數據。協議簡單有效，以下圖4是SNMP協議的5種操作：

如圖4所示，SNMP協議一共5種報文操作：

（1）Get-requset操作：集中告警系統發起獲取傳輸系統一個或多個參數值;

（2）Get-next-request操作：集中告警系統發起獲取傳輸系統緊跟當前參數值的下一個參數值;

（3）Set-request操作：集中告警系統發起設置傳輸系統一個或多個參數值;

（4）Get-response操作：傳輸系統響應返回一個或多個參數;

（5）Trap操作：傳輸系統主動發起的報文，通知集中告警系統有某些事情發生。

2.4.2 TCP/IP傳輸控制/網絡協議

集中告警系統中，除了使用SNMP協議，其他大部分都使用了TCP/IP協議。該協議是四層體系結構，應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。TCP/IP有較高的可靠性，確保了系統的穩定性和可靠性，也具備應用層通信協議自定義的靈活性。

集中告警系統中，基于TCP/IP采用Socket編程，與子系統采用Client/Server模式進行通信，應用層協議由子系統廠商或集中告警系統廠商提供，另一方按照通信協議和Client/Server模式的約定實現對應軟件模塊開發。Socket建立通信連接的過程如圖5所示。

3 結束語

隨著城市軌道交通的迅速發展，集中告警系統也逐步走向了成熟。在實際運維工作中的使用，積累了大量的經驗，同時，隨著各種應用新技術的普及如B/S架構互聯網技術，BIM系統3D視覺模型計數，基于數據深度分析的AI技術。我們認識到，集中告警系統也將得到不斷的完善和加強，使之在運維工作中更加高效、更加智能化，必將為城市軌道交通建設和運營提供堅實的保障，融入智慧城市的一環。

參考文獻：

[1]張濤，張琦.新一代調度集中系統日志告警模塊程序設計[J].鐵路計算機應用，2016，25（02）：61-63.

[2]傅劍虹.地鐵專用通信集中告警管理系統的建設[J].城市軌道交通研究，2014，17（08）：139-141.

[3]義軍.軌道交通通信集中告警系統設計與實現[J].電子世界，2017，39（15）：104-106.

[4]呂兆輝.城市軌道交通通信集中告警系統研究[J].鐵路計算機應用，2018，27（02）：52-55.

[5]武孟軍.精通SNMP[M].人民郵電出版社，2010.

[6]陳娟.基于TCP/IP的局域網通信系統的設計與實現[J].信息與電腦（理論版），2018，12（22）：179-182.