CTC服务器双机冗余系统的研究与实现

魏 峰（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

1 问题的提出

调度集中控制系统（以下简称CTC）目前已经在铁路调度指挥领域得到广泛应用。随着CTC系统的普及，特别是大量客专线路CTC系统的开通使用，对CTC系统的可靠性要求越来越高。在CTC系统中，服务器平台属于核心平台设备，承载着主要的信息传输和后台数据运算功能。因此，服务器平台可靠运行的能力是衡量CTC系统可靠性的重要内容。根据CTC技术条件，服务器平台应采用双机冗余的方式保证可靠性，双机冗余系统是CTC服务器平台的重要组成部分，是保证服务器平台可靠运行的主要支撑系统。

目前，CTC服务器系统大量采用PC Serv er服务器硬件搭配L inu x/W indow s操作系统，而这些系统平台上的商用双机冗余系统对于CTC系统的支持都不够，主要存在以下问题。

1）无法支持双网冗余：CTC技术条件要求CTC系统网络架构必须采用双网冗余配置，而现有商用双机冗余系统一般只支持单网架构，或者支持多网络但是无法在多个网络上实现冗余切换，无法满足CTC技术条件要求。

2）无法监控CTC系统专有资源：现有商用双机冗余系统所监控的资源一般包括网卡和磁盘等，而CTC系统本身的接口状态、进程状态和系统状态等无法进行监控，因此无法保证CTC系统的可靠性。

3）无法支持双机功能扩展：现有商用双机冗余系统的内部状态无法有效可靠获取，从而无法有效的利用双机状态实现冗余和同步等功能。

魏峰，男，毕业于北京交通大学，工程师。主要研究方向包括铁路信号、铁路调度指挥等，曾参与京津城际、石太客专、海南东环线等项目。

2 设计方案与实现

根据CTC技术条件的要求，以及CTC系统推广使用过程中总结的经验，针对商用双机冗余系统与CTC系统结合中出现的问题，使用了如图1所示的设计方案，来满足CTC系统对双机冗余系统的要求。

服务器平台双机冗余系统的原理是在一套服务器系统的两个节点上部署同样的双机冗余系统，服务器双节点上的双机冗余系统通过监控本地资源状态，确定本节点是否能够成为主机，然后通过与对方节点进行通信，协商后确定主机，同时将双机状态进行发布，实现基于双机状态的功能扩展。

系统共划分为4个模块，以实现双机冗余功能。

1）双机状态维护：主要负责综合判断本节点资源状态，确定是否可以成为主机；负责与对方节点进行通信，确定主备状态并进行发布；完成双机切换相关功能。

2）资源状态监控：主要负责监控网卡状态、进程状态和系统状态，为双机状态维护模块确定双机状态提供输入。

3）双机功能扩展：主要根据双机状态维护模块发布的双机状态，进行路由切换、文件同步和提供双机同步通道等功能。

4）人机界面：主要负责本节点和对方节点状态显示，并提供人工倒机操作接口。

本设计方案及实现能充分满足CTC技术条件的要求，满足CTC系统实际运行的需要。其实现有以下特点。

1）实现双网冗余：能够实现双网卡的状态监控，IP地址双机切换，主备网卡切换等功能。

2）实现网卡状态精准监控：网卡状态监控采用ARP协议请求和回执的闭环方式，能够精准确定网卡通信状态，特别在双网应用中更能体现双网隔离和冗余的特点；并且根据ARP协议的特点，可以适应不同网段IP地址网络设备的状态监控。

3）实现对CTC系统进程状态和接口状态的监控：与CTC系统结合，对系统的进程状态和接口状态进行实时监控，并将其作为判定主备状态的条件，提高了CTC系统的可靠性。

4）实现针对CTC系统的双机状态发布：使用CTC系统协议接口发布了双机状态，CTC系统进程可根据双机状态进行双机冗余相关功能实现，提高了CTC系统的可靠性。

5）实现针对CTC系统的双机冗余扩展功能：主要包括路由切换、文件同步以及提供同步通道等基础性双机冗余支撑功能。

本系统目前已在L in u x系统平台实现，在CTC系统中得到广泛使用，适用于应用服务器、通信服务器和接口服务器等多种服务器平台，效果良好。

3 深化研究方向

本文提出的服务器平台双机冗余系统方案和实现已得到广泛使用，但仍有继续深化研究的空间。

1）多平台移植：本系统实现的原理已经得到验证，可以移植到其他平台，例如W in dow s和A IX等操作系统平台，提高其适用性。

2）多网络实例扩展：针对CTC系统的接口服务器平台等使用环境，所使用网络可能超过两个，需要对双机冗余系统进行多网络适用性扩展。

3）适应多种网络环境：本系统实现使用ARP协议进行网卡监控，在无法使用A RP协议的情况下，可以实现其他协议进行替代，例如ICM P协议；在无法满足闭环监控的情况下，可以实现本地获取网卡连接状态进行替代。

4）定义监控状态标准接口：通过定义好的标准接口获取本节点监控的资源状态，实现监控状态的自定义扩展，提高系统适用范围。

5）定义标准扩展功能接口：通过定义好的标准接口进行双机冗余功能扩展，实现功能的自定义扩展，提高系统适用范围。

4 结束语

服务器平台双机冗余系统做作为CTC系统关键组件，能大幅度提高CTC系统的可靠性。本文研究并实现了一套满足CTC系统技术条件，符合CTC系统实际使用需要的服务器平台双机冗余系统，此系统解决了商用双机冗余系统无法满足CTC系统使用需要的问题，提高了CTC系统的可靠性。此外，本文还研究了服务器双机冗余系统进一步深化研究的方向，为进一步完善双机冗余系统的功能，提高CTC服务器平台的可靠性进行了一些方向性的探索。

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