AFC系統通信中間件的研究與設計淺述

曹明

摘要：經濟社會和城市化建設的發展，使得城市人口不斷增加，大大提高了城市交通壓力。為了有效緩解城市交通壓力，各大城市開始興建城市軌道交通，以此來提高人們的出行便利。AFC系統屬于城市軌道交通網絡中比較重要的組成部分，對其信息化建設提出了較高要求。通信中間件可以實現不同系統間用戶的實時、動態通訊，真正達到了互相通信的效果，將其應用到AFC系統中，既可以降低消息傳輸的延時，而且還可以確保信息傳輸的及時性、準確性和有效性，提高AFC系統運行效率。

關鍵詞：AFC系統;通信中間件;設計

自動售檢票（AFC）系統是城市軌道交通中比較重要的一項綜合管理系統，其實現了信息管理與控制的有效結合，實現了車站系統、終端設備、票務清分系統和中央計算機系統間的網絡通信，對自動售檢票系統數據傳輸有效性、可靠性和穩定性起到了決定性作用。通信中間件屬于大型軟件系統中比較關鍵的部分，不僅可以簡化系統、降低成本，而且還可以有效提高AFC系統的通信、監控、并發等服務水平。

1.通信中間件概述

通常情況下，通信中間件主要是用于解決各系統或應用間所存在的通信問題，以確保將下層消息安全可靠的為上層傳遞，同時對分布式系統中所蘊含的通信傳輸給予抽象化處理，并為各種集成問題的處理準備了與之相匹配的通信模式，以此來達到事務處理的效果。通信中間件主要包括了會話編程、遠程過程調用和消息隊列中間件三大類。

2.AFC系統概述

AFC系統集計算機、通信、網絡、自動控制等技術于一體，可以確保軌道交通的售票、計費、收費、統計、檢票、管理、清分等工作的順利進行。對于城市軌道交通系統而言，AFC系統結構涵蓋了車站計算機系統、車站終端設備、線路中央計算機系統、車票及清分系統五個層次，并且每一個層次結構均采用了全封閉的運行方式，并以計程收費模式為核心，車票介質為非接觸式的IC卡，以實現對各層次子系統與設備的各自功能、所處的位置以及管理職能進行劃分。結合我國城市發展現狀和基本國情，選擇了五層結構型式，其對建設周期較長、多個業主與施工單位、線路多且復雜等因素給予綜合考慮，從而使AFC系統結構存在較好的穩定性與可伸縮性，具體如圖1所示。

各層次的功能和要求如下：（1）第一層。在乘客乘坐地鐵時，車票是反映其乘車費用的主要支付媒介，規定了儲值票與單程票的物理特性、電氣特性、應用文件組織以及安全機制等技術支持;（2）第二層。將車站終端設備安裝在各車站的站廳中，以便更好的為乘客提供售檢票服務，同時對車站終端設備和其運營管理所采用的技術給予了明確規定;（3）第三層。其對應的是車站計算機系統，負責對第二層車站終端設備運行狀態的實時監控，并對本站的交易和審計數據給予實時收集，同時還規定了系統的運營管理、數據管理及維護管理等功能;（4）第四層。該層所包含的線路中央計算機系統功能是對本線路AFC系統的審計與交易數據進行收集，并傳輸至清分系統，以確保后續對賬工作的順利進行。同時，對該路線的車票票務管理、運營管理及系統維護管理給予了明確規定，并提供了相關技術支持;（5）第五層。清分系統的功能是對AFC系統的各項運行參數、交易與審計數據等進行處理，并規定了對車票管理、票務管理、系統維護管理和運營管理等的技術支持。

3.AFC系統通信中間件的設計

3.1通信中間件總體設計

通常情況下，通信中間件主要是基于消息的一種存在方式，為了確保應用程序的透明化和數據傳輸的效率，可以把通信中間件總體設計成一個為應用程序，主要包括了后臺服務代理程序和應用程序通信接口（API）兩部分。 通信中間件總體設計可以實現對應用程序開發流程的有效簡化，在不同操作系統平臺上，雖然通信實現的流程不一樣，但是其所采用的應用程序接口是相同的，因此即使接口實現發生改變，也不用對應用程序進行更高，以此來提高應用的可維護性、可重用性和可拓展性。作為應用程序開發人員，可以借助通信中間件總體來實現具體應用的開發工作，這樣既可以實現模塊間的無關性和低耦合，而且還可以有效提高軟件開發效率。同時，通信中間件總體設計還可以有效提高數據處理速度，在簡化應用進程參與發送與接收流程的同時，還可以確保數據交換的有效性，進而更好的提高通信中間件總體設計水平。

3.2通信管理器設計

在AFC系統通信過程中，通信管理器屬于核心部分，其可以實現對各類數據包的有效轉發，而且該過程中還可以完成數據緩沖、實時數據包區別對待、速率控制、優先級控制等工作。為了提高通信處理效果，通信管理器選擇了優先隊列、多線程等方式來對數據包進行處理。

通常情況下，通信管理器具有如下功能：（1）數據傳輸功能。借助系統之間或系統內部用戶指定通信模塊來完成數據傳輸，進而為系統內部每個通信模塊提供一個普通的數據接收隊列和數據發送隊列，同時為異地系統間的封裝提供Socket數據通信鏈路，進而有效提高數據傳輸效率;（2）性能優化功能。①數據緩沖。在通信高峰期為了避免網絡包丟失，通信管理器采用了發送緩沖和接收緩沖，并結合通信的實際情況，借助緩沖接口來對緩沖大小進行調整和優化，這樣既可以提高資源的合理利用率，而且還可以實現對網絡流量的平滑處理。②實時消息包區別處理。通常情況下，實時通信包對時間提出了較高要求，但是對安全性要求比較低，這樣就需要構建專門的監聽端口，以達到與其他消息包區別處理的目的;③速率控制。在整個網絡系統中，大多數終端業務運行均需要借助網絡來實現對數據的傳輸，此時可以通過對速率的控制來達到降低對帶寬占用的效果。同時，通信管理器可以對輸出的網絡流量給予實時監控，如果大于預先設定好的閥值，可以通過速率控制來達到減少帶寬占用的目的;④優先級控制。對于AFC系統通信而言，其各子系統具有比較多的功能，而且收發消息種類繁多，這樣一來，不同功能所具有的緊急程度也不同，因此需要對其給予區別對待，一般會選擇優先消息隊列進行處理。

實際上，AFC系統各級設備均能夠借助通信管理器來對硬件系統和操作系統間存在的差別給予隱藏掉，進而達到通信的目的。在通信過程中，路由主要是由網絡拓撲模塊來決定，但是網絡拓撲處于實時動態變化之中，這樣就需要實時更新設備拓撲模塊，并將拓撲信息從下級傳遞給上級。AFC系統通信的最終目的是確保各子系統間的有效分工與合作，并且通過調用通信管理器來實現對各子系統應用程序的有效銜接，進而達到完成業務通信的目的。

3.3用戶接口設計

在AFC系統通信中，用戶接口是實現通信管理器與應用程序間有效連接的一座橋梁，其一般是以函數庫形式存在，其不僅可以將通信接口提供給應用程序，而且還實現了對固有業務解析過程的集成，并充分發揮其可拓展性功能，以此來提高AFC系統運行效率。通常情況下，用戶接口主要功能是按照各協議規定的格式來完成消息包的封裝和拆卸工作，這樣既可以提高軟件復用性，而且還可以降低應用程序的復雜性。實際上，用戶接口具體提供的功能包括了文件發送處理、對發送消息的封包處理、檢測通信管理器在線狀況以及對接收消息的解包處理等。

4.結束語

綜上所述，隨著AFC系統的發展，通信中間件技術還是被應用于該系統中，其不僅可以實現對軌道交通系統信息的有效整合和集成，并達到對網絡信息的共享，而且還可以增加數據壓縮模塊，進而有效提高通信效率。

參考文獻

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