基于轨道交通通信信号系统的组件库研究和实现

2013-05-09王晓懿北京全路通信信号研究设计院有限公司北京100073

铁路通信信号工程技术 2013年1期

陈勇王晓懿（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

陈勇，男，硕士毕业于中国科学院国家空间科学中心，项目工程师。主要研究方向包括组件化开发方法、组件和服务安全管理、海量空间数据管理。曾参与信号系统设计开发平台项目、多项航天型号项目。

随着高速铁路和城市轨道交通的大规模建设，控制列车安全高速运行的通信信号系统的地位日益重要。与此相对应的是，通信信号系统相关的软件产品数量与日俱增、产品规模越来越大、产品复杂度和安全性要求也越来越高，传统的软件开发和管理已不能满足轨道交通通信信号系统软件产品的研发需求。从高速铁路的CTCS-3到城市轨道交通的CBTC，与其相关的软件开发技术正快速的从低层次的编程问题转向基于组件化技术的系统集成。

基于组件化技术开发会带来很多的优势，原来对系统级的粗粒度控制细化到了组件级别的细粒度控制，一个复杂系统的构建就是组件最终进行集成后的结果。每个组件都有自己独立的版本，组件可以独立编译、测试、部署、管理。其次产品组件化后可以真正实现完整意义上的按组件进行产品配置、集成和销售，用户可以选择购买哪些组件，并进行灵活的组装。另外对于需求、开发、测试、打包、发布中的配置管理也完全可以控制到组件层面，即具有开放性、灵活性、可管理性、安全性和透明性等特点。

然而，基于组件的开发技术仍然面临着许多问题，特别是安全相关的组件。通常对轨道交通通信信号系统安全相关的组件安全等级要求比较高，安全产品必须要符合IR IS标准和通过欧标安全SIL4级认证。拥有一个符合企业产品需求的安全、高效的组件化技术开发平台和组件库来确保组件的安全并实现组织级的复用和对组件的整个生命周期进行有效的管理已显得越来越重要。西门子、阿尔斯通都在公司层次上建立了相应的组件设计开发平台和组件库，并依托平台推出系列产品。

本文根据轨道交通通信信号系统软件开发的特点，研究设计了一个满足组件化开发和管理需求的组件库。该组件库集成了IBM成熟的相关商用工具，从组件的入库、组件审核、组件状态和权限管理各环节来确保组件的安全性，为用户提供高效、安全的组件服务。

1 组件库介绍

本文介绍的组件库是某大型信号设计开发平台（简称平台）的子系统，它是基于轨道交通通信信号系统行业需求，根据轨道交通行业的组件化应用特点，结合IR IS体系标准，能为企业提供安全、高效、可靠的组件服务。组件库基于Gw t、H ib ern a te和Sp r in g的J2EE架构，集成IBM的需求管理工具Ra tiona l Doors和变更控制解决方案Rational Change的相关功能并进行二次开发，提供组件文档模板自动生成、入库前的组件基线自动生成、组件完整性检查、组件入库审核、审核流程定制、组件查询（支持对需求和测试案例的查询和推荐）、组件权限管理、组件状态管理、组件下载、用户个人主页布局和内容的定制，组件统计等功能，如图1所示。访问方式提供基于B/S和C/S两种，且能跨平台部署。

1.1 组件描述

首先介绍组件库管理的组件的特点。本组件库中定义一个完整的标准通用组件一般包括需求、UM L描述的设计、代码和目标系统（可执行程序或者库文件）、测试案例和测试脚本、文档、以及这个组件所依赖的组件。组件的依赖组件可以是本地新建组件，也可以是远程组件库中的已有组件。组件根据应用场景分类为项目组件、子系统组件、标准通用组件，测试组件，分引擎组件5种类型。组件按照安全完整性等级（Safety Integrity Level）则又分为SIL0级（非安全组件）、SIL1级（低安全等级）、SIL2（一般安全等级）、SIL3级（高安全等级）、SIL4级（最高安全等级）等5级。组件在新建时，组件库所在的平台能根据组件类型和安全级别为组件自动生成所需的各种文档模板，特别是需要符合IR IS规范的组件文档。组件库还可以根据不同的组件类型和SIL安全级别为其配置不同的审核流程，并进行分类管理。组件使用项目组名（Group）、组件名称(A r tifact)、组件当前版本(Version)作为其唯一标识符（简称GAV）。一个按照IR IS规范生成的SIL4级的默认项目组件结构如图2所示。

1.2 组件入库

组件通过需求、设计、测试阶段的开发和阶段审核后，会提交到组件库进行最后的入库审核，以便成为正式的发布组件并供其他人员查阅、复用。组件入库的方式有两种：从平台的客户端入库或者从浏览器W EB方式提交入库。这里仅介绍从平台客户端入库的流程：在组件库客户端（平台的客户端），首先会检查该组件的本地依赖组件是否存在，如果不存在，则提示错误，随后会根据组件类型和安全性等级进行组件的完整性检查，完整性是根据IR IS规范所需求的文档列表，逐个检查组件里的文档是否齐全，并提示用户还缺少哪些文档。接下来会自动把存于IBM Rational Doors中的需求和测试案例按照一定规则生成入库基线，并自动根据配置的模板导出Doo rs中的需求和测试案例生成一个信息无损的文件，填写正确的组件库地址就可以进行组件上传。上传过程中，会自动计算组件的依赖组件，判断依赖环，生成依赖树，从依赖树的叶子节点往上逐个提交组件内容，直至全部提交完毕。组件库服务器端监听到上传的组件后，进行一系列的检查确认后，保存组件后自动向Change发起组件审核流程，如果上传失败服务器端则会回滚并提示错误，图3给出一个流程的示意图。

1.3 组件审核

组件库服务器通过对IBM Rational Change进行二次开发，向Ch an ge发起配置的审核流程。管理员可以根据各个组件的类别和安全级别，配置不同级别和不同复杂度的审核流程。各角色的用户登录C h an ge后，按照分配的权限和流程向导，执行对应的审核任务，系统自动进行组件状态的迁移，从而完成各自的评审职责。当最终待审核对象审核通过或未通过的状态迁移完成后，Ch an ge服务器会向组件库服务器发送审核通知，获取待审核组件的审核结果及其他相关信息，进行存档并迁移组件状态。如果审核结果为发布，则会自动发布组件并为用户发送通知。最后，组件库需要为发布的组件建立搜索索引，以便提供该组件相关文档的全文搜索服务。Ch an ge服务器向组件库服务器审核结果反馈顺序图如图4所示。

1.4 组件浏览

组件库向用户提供了丰富的浏览方式，用户不但可以通过组件分类用列表和图标的形式浏览，还可以通过搜索条件定制自己感兴趣的组件列表，在首页通过w id g e t图标或列表的方式进行浏览。一个用户通过w idget定制的个人主页如图5所示。

用户可以点击组件图标，通过组件详细信息页来浏览组件详细信息。组件的详细信息包括组件的元数据信息、组件组成的文件列表、组件的完整性信息以及组件和它的依赖组件之间的关系图和被依赖关系图。如图6所示。

1.5 组件库权限管理

组件库用户权限管理本着安全、便利的设计原则，通过集成IBM Rational Directory Server(RDS）工具进行二次开发，为用户和组件分配权限。组件库，DOORS，CH ANGE中的所有用户由RDS来进行统一管理。通过实施各用户组的分级控制，各用户组管理员能管理本组用户的权限，且组与组之间通过用户组名的关系可以进行权限继承，即下级用户组可以继承上级用户的权限。如图7所示。