轨道交通AFC系统网络通信概要设计研究

2016-08-11杨慧玲

大科技 2016年13期

关键词：路由器交换机客户端

杨慧玲

（重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司重庆市渝北区 401122）

轨道交通AFC系统网络通信概要设计研究

杨慧玲

（重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司重庆市渝北区 401122）

轨道交通的AFC系统建设中，通信模型的设计对于实现数据传输而言具有至关重要的作用。通信模型的优劣往往会直接影响AFC系统数据传输可靠性。本文探讨了AFC系统的基本构架、数据流程以及通信方式与网络通信的设计，以供地铁相关项目参考。

轨道交通；AFC系统；网络通信

1 引言

AFC系统是一种融合了计算机技术、信息收集处理技术、机械制造技术于一体的自动化售票、检票系统，因而要求具有较强的智能化功能。自动售检票系统的应用，为人们的购票带来更多的便捷和准确性，减少了速度慢、财务漏洞多、出错率高、劳动强度大等问题，并有效防止假票和人情票的出现，提高了管理水平，成为城市地铁和交通系统信息化建设的重要体现。

2 城市轨道交通AFC系统架构

2.1 AFC系统基本架构

AFC系统为城市轨道交通的核心部分，其强大的运行功能为城市轨道交通发展提供了重要助力。AFC系统主要是由六个子系统构成的，它们分别是：城市轨道交通票务清分子系统、公共交通卡清算子系统、线路AFC系统中央计算机子系统、车站计算机子系统、车站终端设备以及非接触式IC票卡。城市轨道交通AFC系统的各个子系统，为了实现稳定、安全的网络传输，以及信号传输过程，需要借助于工业以太网。从网络的分布情况来看，在整个AFC网络系统当中，通常会依照各子系统的实际情况及其运行目标，选取环网以太网、双环网以太网、冗余以太环网、星型以太网以及双星型以太网，来作为AFC子系统的桥接网络，以使AFC的各个子系统能够实现“网络的协调运行”过程。

2.2 轨道交通AFC系统数据流程

（1）终端设备数据的上传：可将车站设备的数据，分为多种不同的类型，如交易数据；寄存器数据、状态数据、维护管理数据、收益管理数据等，由设备产生这些数据，然后向上层系统进行上传。设备生成数据之后，设备需要检查数据的合法性，然后结合数据的类别，来分别进行传送；车站计算机系统对这些数据进行接收，之后归入数据库，向线路中央计算机系统进行转发；这些数据被线路中央计算机系统接收到之后，会向轨道交通清分系统进行转发。

（2）线路中央计算机数据的下传：中央计算机可以接收RI、CHS参数，并针对线路设备的参数进行设置。要结合参数的特性，来启用或者保存中央计算机自身使用的参数，如果参数需要下载，中央计算机需要向相关的车站计算机及时下发参数；车站计算机对中央计算机的参数进行接收。如果参数需要下载，车站计算机需要向相关的车站终端设备中主动下发参数，车站终端设备对车站计算机的参数进行接收。

3 轨道交通AFC系统通信方式

3.1 通信协议的选择

当前常用的数据传输方式包括CORBA、Socket接口等，而在TCP／IP网络中，常用的API应用程序接口就是Socket接口技术；将面向连接协议的Socket模型应用到实时数据传输中，因为一系列的数据纠错功能可以由本协议所提供，以便能够通过网络来向对及时准确的传输数据。可以利用TCP/IP协议来实现轨道交通AFC系统各个层之间的通信，见图1。

3.2 基于TCP/IP协议的四种通信方式

（1）两节点的同步短连接，即在客户端与服务器之间，采用的同步通信方式，客户端指的是主动发起连接的一方，而服务器对数据接收之后，需要做出应答，采用这种通信方式，客户端和服务器之间数据传输的可靠性就可以得到实现。

（2）两节点之间的异步短连接，其服务器往往不会做出应答，因而无法保证可以成功的向服务器传输客户端的数据。

图1 数据下传流程图

（3）两节点之间的异步长连接，就是在客户端与服务器之间，通过异步通信的方式进行连接，数据被客户端和服务器所接收到之后，不会做出应答，因此，应用该通信方式，客户端和服务器之间数据传输的可靠性也无法得到保证。

（4）多节点之间的同步短连接，是指如果想要在多节点之间实现同步通信，即可采用这种通信方式，以保证客户端和服务器之间数据传输的可靠性。

3.3 AFC系统通信模型设计

AFC系统的任意两层，都可能在同一时间内，对不同的业务实施处理，因此，就需要在独立的线程中去处理每一个业务。具体来讲，从服务器的角度上理解，本系统可以对来自终端设备的连接请求进行实时监听，并且生成Socket，通过Socket的句柄值，来对线程进行创建，以便收发数据；从客户端的角度上来讲，如果需要与某个终端设备进行通信，它可以对线程进行创建，并且将Socket生成于线程中，然后连接客户端，来收发数据，系统通信模型如图2所示。

图2 系统通信模型

3.4 AFC系统网络拓扑

因为地铁车站通常呈线性分布，因此，为了能够保障传输网络的可靠性，以防出现节点故障，甚至导致全线的中断，各个车站的交换设备通常会采用隔站相连的方式，形成双环的自愈拓扑结构。所谓的自愈保护，指的是在网络出现故障时，无需通过人工进行干预，设备就可以在极短的时间内，通过自愈功能自动恢复所携带的业务。正常情况下，倒换的时间非常短，以至于用户甚至会感觉不到网络出现的故障，其具体的工作原理如下：为受到保护的业务，专门建立一条冗余路由，在工作路由发生故障时，业务就会自动切换到冗余的路由上，并重新建立起连接的关系，从而确保业务的连续性，发挥其自愈保护作用。

自愈网按照网络拓扑，还可以分成以下三种：链形网络业务保护、环形网络业务保护以及环间业务保护。当前国内的地铁行业SDH网络，均采用的是环形网络拓扑，环形自愈网则又可以分成二纤单向通道保护、二纤双向通道保护、二纤双向复用段保护以及四纤双向复用段保护四种。因为SDH网严格要求时钟同步，因此光纤的中断时间对于交换业务有着明显的影响。由于SDH网络工作运行前首先要进行时钟同步，因此在全部光纤中断2s以上造成的网络瘫痪出现后，SDH网将不具备自动恢复的能力。

3.5 网络结构设计

网络结构的具体设计思路如下：①LC系统的核心路由器通常需要设置VPN网关，SC端的核心交换机可以通过3G路由器与公网连接，然后再通过L2TP协议、IPSEC协议与VPN网关连接；②配置LC端路由的IPSEC服务，启用的是Internet密钥交换协议（IKE），选择的加密方式是3DES+MDS，认证方式为预设共享密钥（PSK），并创建ACL规则，严格禁止未经加密的数据包通过路由进入公网；③LC端路由的L2TP服务，创建虚拟拨号板登陆用户名和密码并设置虚拟网关，划分内网地址池（192.168.200.2254）为登陆用户提供网络地址转换（NAT）；④根据LC端预设账号密码等安全信息完成SC端3G路由器相关配置。

4 城市轨道交通AFC常见的网络故障

4.1 网络布线故障

AFC网络中，网络布线故障的出现，可能会造成AFC网络布线故障，例如：①跳线操作时，出现了标签错误或者是关系错误，均会引发网络布线故障；②在制作“RJ-45型号”的跳线时，没有注重跳线质量，从而让跳线存在了安全隐患，进而引发了布线故障；③插座面板被无端损害以及网络线缆被人为破坏或者是挤压，都会在不同程度上诱发网络布线故障的出现。当AFC出现此类网络故障时，可借助某种特定的检测仪器，对故障部位进行简单的检测，以确定故障的根源，并采取有针对性的措施，对其进行科学地处理。

4.2 路由器故障

路由器故障通常是以数据冗余、报文丢失等问题体现出来，有时也会伴随着数据传输中断等问题。其诱发原因，主要是：CPU过载或者是路由器的内存已经不能够满足网络系统的运行要求了。因此，这类故障出现的时候，就可以借助路由器Cisco软件的“show process命令”以及“show memory命令”，对上述两个诱发因素进行检查，以进一步确定究竟是哪一方面的因素，而造成的路由器故障，从而采取针对性较高的解决措施，对路由器故障进行有效的处理。

4.3 交换机故障

交换机发生的故障通常有两种形式，即软件故障与硬件故障，在交换机故障当中所占据的比例分别为20.0%与17.1%。由此可见，这两者虽然都同属交换机故障，但是，软件故障较硬件故障更容易出现。其次，和其它的计算机故障相同，软件故障比硬件故障更难对其诱发根源进行分析、判定和处理。因此，为了有效避免交换机故障的出现，我们在开展各类作业的同时，还应当做好交换机的运行监测工作，并详细的记录下交换机的实时运行情况。