TDCS/CTC系統(tǒng)局間信息交互方式優(yōu)化

徐 華，任貿(mào)城

（1.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司，上海 200071；2.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

TDCS/CTC 系統(tǒng)在鐵路運(yùn)輸行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，作為直面運(yùn)輸指揮人員的系統(tǒng)，TDCS/CTC 系統(tǒng)實(shí)效性以及穩(wěn)定性越發(fā)重要。TDCS/CTC 系統(tǒng)在同一鐵路局內(nèi)往往采用同一廠家設(shè)備，穩(wěn)定性有一定保障。而在局間接口處，不同廠家系統(tǒng)采用基于MQ 組件的方式進(jìn)行信息交互，出現(xiàn)故障時(shí)需要協(xié)同不同設(shè)備管理單位及不同廠家進(jìn)行問(wèn)題分析及應(yīng)急處置，處置時(shí)效往往存在滯后性。所以TDCS/CTC 系統(tǒng)在局間接口處的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。

2 當(dāng)前局間交互模式

現(xiàn)有局間接口按照原中國(guó)鐵路總公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《列車調(diào)度指揮（TDCS）數(shù)據(jù)通信規(guī)程（V3.0）》要求，局間建立兩條MQ 通道，一條傳輸實(shí)時(shí)信息，一條傳輸非實(shí)時(shí)信息，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 局接口結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of Bureau interfaces

在基于MQ 進(jìn)行信息交互時(shí)，對(duì)于MQ 通道穩(wěn)定性有較高要求，在MQ 通道發(fā)生中斷時(shí)需人工重新連接。

3 優(yōu)化方式探究

優(yōu)化局間交互方式，第一點(diǎn)是摒棄MQ，采用一種更為穩(wěn)定的交互方式；第二點(diǎn)是從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，在MQ 通道只支持單網(wǎng)通信的局限下增加交互的冗余性。

3.1 采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行交互

摒棄MQ 的交互方式，在當(dāng)前階段下并不符合總公司對(duì)于局間信息交互規(guī)范，僅從理論層面進(jìn)行可行性以及可用性分析。

新的方式采用TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行局間交互，理想的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 TCP/IP系統(tǒng)理想結(jié)構(gòu)Fig.2 Ideal structure of TCP/IP system

采用TCP/IP 協(xié)議與采用MQ 通道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的對(duì)比分析如下。

1）對(duì)比MQ 單個(gè)傳輸隊(duì)列只支持單IP 及單端口，使用TCP/IP 協(xié)議可以最有效的利用局間雙網(wǎng)條件，從數(shù)據(jù)傳輸層面實(shí)現(xiàn)冗余，局間網(wǎng)絡(luò)單通道故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)功能不產(chǎn)生影響。

2）采用MQ 是基于MQ 通信對(duì)于時(shí)序能很好的把控，而TCP/IP 協(xié)議在信息交互時(shí)也會(huì)使用序列號(hào)SEQ 與應(yīng)答號(hào)ACK 來(lái)進(jìn)行時(shí)序確認(rèn)，交互時(shí)需檢查SEQ 與ACK 順序?qū)?yīng)，從而保證雙方交互信息的時(shí)序一致性。而在發(fā)生故障時(shí)則會(huì)SEQ 與ACK 不能相互對(duì)應(yīng)，此時(shí)會(huì)主動(dòng)中斷TCP 連接保證接口連接的實(shí)時(shí)性。

3）使用MQ 時(shí)，接口服務(wù)器亦作為MQ 服務(wù)器承擔(dān)MQ 搭建以及MQ 通道建立的職責(zé)，在接口服務(wù)器存在故障需要切換時(shí)，備用接口服務(wù)器MQ需要重新與對(duì)端建立通道。而采用TCP/IP 協(xié)議后，雙系接口服務(wù)器均可與對(duì)端接口服務(wù)器建立TCP 連接，在服務(wù)器硬件故障時(shí)，不存在還需人工介入的過(guò)程。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)冗余。

4）對(duì)比MQ 通信，TCP/IP 協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信要求會(huì)更高，在局間網(wǎng)絡(luò)通信不佳時(shí)，MQ 可以極大的降低數(shù)據(jù)包丟失概率，而TCP/IP 協(xié)議在發(fā)生心跳包丟失，連接中斷時(shí)，數(shù)據(jù)存在丟失風(fēng)險(xiǎn)，所以使用TCP/IP 協(xié)議對(duì)局間通道質(zhì)量要求更高。

總的來(lái)說(shuō)，摒棄MQ 而使用TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行交互，傳輸冗余性及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)冗余性均優(yōu)于MQ，隨著局間FE 光通道的推廣，通道質(zhì)量相較于之前已有很大改善，局間交互摒棄MQ 通信方式而采用TCP/IP 協(xié)議有著很大的發(fā)展前景。

3.2 基于MQ交互的優(yōu)化

基于MQ 通信的交互優(yōu)化方式，是考慮在MQ傳輸隊(duì)列只支持單IP 及單端口的情況下進(jìn)行優(yōu)化，主要優(yōu)化方式可以從MQ 增加冗余傳輸隊(duì)列，局間通道增加網(wǎng)絡(luò)通信冗余這兩個(gè)方面考慮。

3.2.1 MQ增加傳輸隊(duì)列冗余

目前局間傳輸隊(duì)列只設(shè)置實(shí)時(shí)（R）與非實(shí)時(shí)（NR）兩條通道，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。可以根據(jù)冗余性考慮進(jìn)行傳輸隊(duì)列新增，針對(duì)MQ 單IP 及單端口的情況，建議使用如圖3 所示結(jié)構(gòu)。

圖3 MQ冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of redundant MQ system

采用這種結(jié)構(gòu)，局間接口服務(wù)器需分別建立2個(gè)MQ 隊(duì)列做到交叉冗余，以上海局與南昌局接口為例，各服務(wù)器隊(duì)列如表1 所示。

表1 MQ的隊(duì)列連接對(duì)應(yīng)Tab.1 Connections between corresponding MQ queues

對(duì)應(yīng)MQ 隊(duì)列連接如圖4 所示。

圖4 MQ隊(duì)列連接示意Fig.4 Schematic diagram of MQ queue connections

采用MQ 交叉冗余后，可以確保信息均會(huì)通過(guò)兩條通道分別向?qū)Χ私涌诜?wù)器A/B 傳輸，以局間表示信息為例，上海局內(nèi)CTC 系統(tǒng)將表示信息包發(fā)送至接口服務(wù)器主機(jī)（假設(shè)此時(shí)A 機(jī)為主機(jī)），此時(shí)接口服務(wù)器A 通過(guò)R_SH_NC_A 與R_SH_NC_B 兩條MQ 通道分別發(fā)送至南昌局接口服務(wù)器A 機(jī)與B 機(jī)（假設(shè)此時(shí)A 機(jī)為主機(jī)），接口服務(wù)器A 機(jī)可將該信息傳送至南昌局內(nèi)CTC 系統(tǒng)，B 機(jī)由于為備機(jī)，可以將收到的信息做拋棄處理。

在這種結(jié)構(gòu)下，局間接口可以做到MQ 冗余，在出現(xiàn)接口服務(wù)器宕機(jī)或者故障情況時(shí)，可以由人工或自動(dòng)切換至備機(jī)運(yùn)行。

3.2.2 局間網(wǎng)絡(luò)通信冗余

隨著通信技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在越來(lái)越多的局間通道已由原來(lái)的2 M 單通道慢慢改造為FE 雙通道，但由于MQ 的單IP 局限性，對(duì)于雙網(wǎng)通道利用往往還停留在人工倒切通道線層面。局間通信通過(guò)靜態(tài)路由方式實(shí)現(xiàn)通信， 可以通過(guò)靜態(tài)路由關(guān)聯(lián)track來(lái)提升雙通道的利用。理想的結(jié)構(gòu)模型如圖5 所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)冗余理想結(jié)構(gòu)模型Fig.5 Model of the ideal structure of network redundancy

采用圖5 所示的結(jié)構(gòu)可以在物理鏈路上保證通信正常，而局接口采用的靜態(tài)路由方式則需要增加配置提高AB 通道的利用，以思科路由器為例，假設(shè)對(duì)端分界口服務(wù)器為192.168.104.1；本局路由器A 物理地址192.168.1.1，對(duì)端路由器光卡地址為10.10.10.1；本局路由器B 物理地址為192.168.1.2，對(duì)端路由器光卡地址為10.10.11.1；standby 地址為192.168.1.3；默認(rèn)A 路由standby優(yōu)先級(jí)更高。

局間服務(wù)器通過(guò)配置靜態(tài)路由，先將靜態(tài)路由跳至局間路由器A，如圖6 所示。

圖6 服務(wù)器增加靜態(tài)路由Fig.6 Static routing added to the server

再通過(guò)局間A 路由器中的靜態(tài)路由尋址至對(duì)端服務(wù)器，如圖7 所示。

圖7 路由器增加靜態(tài)路由Fig.7 Static routing added to the router

此時(shí)如果出現(xiàn)局間A 通道傳輸故障，則會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)路由無(wú)法跳至對(duì)端路由器，從而引發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信故障。而采用FE 通道后傳輸故障往往是路由器端口不會(huì)down，只是鏈路上不通，從而無(wú)法達(dá)到通過(guò)監(jiān)控端口狀態(tài)來(lái)進(jìn)行靜態(tài)路由自動(dòng)倒切的效果。那么就可以通過(guò)增加備份路由以及關(guān)聯(lián)track 監(jiān)控IP 來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)局間B 通道利用。增加配置如圖8所示。

圖8 路由器track關(guān)聯(lián)靜態(tài)路由Fig.8 Router “track” associated with static routing

使用圖8 所示配置，當(dāng)track 狀態(tài)為down，即與對(duì)端路由器間傳輸故障時(shí)，會(huì)啟用備份路由，下一跳為接口路由器B，此時(shí)鏈路轉(zhuǎn)由局間B 通道通信。

在這種結(jié)構(gòu)下，利用路由器standby 與track增加路由器對(duì)傳輸鏈路的監(jiān)測(cè)，可以做到傳輸通道中斷時(shí)，靜態(tài)路由自動(dòng)切換至局間B 通道通信，實(shí)現(xiàn)局間B 通道的利用。

4 結(jié)論

局間交互優(yōu)化方式分別從摒棄原有結(jié)構(gòu)，構(gòu)建交互方式、對(duì)既有MQ 單IP 特點(diǎn)對(duì)MQ 隊(duì)列進(jìn)行冗余、對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通道自動(dòng)利用等3 方面進(jìn)行探究。其中以TCP/IP 方式取代MQ 是實(shí)施最為簡(jiǎn)便且最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但是由于技術(shù)條件的限制，此方式只能在后續(xù)技術(shù)條件更改后才能現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施應(yīng)用。MQ增加隊(duì)列冗余可以讓局接口部分實(shí)現(xiàn)理想的雙機(jī)熱備。網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化，可以在MQ 使用單IP 通信的情況下更大程度的利用局間傳輸雙通道的冗余，從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性。