基于SOA的铁路运输调度系统架构的研究

于 潇

YU Xiao

（中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081）

(Postgraduate Department， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

基于SOA的铁路运输调度系统架构的研究

于 潇

YU Xiao

（中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081）

(Postgraduate Department， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

铁路运输调度指挥系统是铁路运输生产的核心系统。传统的铁路调度系统规划时没有考虑到统一平台的建设，各个业务子系统之间相互独立，信息孤岛现象严重。为此提出基于 SOA 的分布式铁路运输调度系统架构和安全认证架构，其中系统架构由业务展现层、基础架构平台层、服务层、基层通信平台等组成，安全认证架构则由服务库、服务目录、安全中心、安全插件及服务总线等组成。以客运调度子系统为例阐述基于 SOA 的铁路运输调度系统实现过程。

SOA；铁路运输调度系统；系统架构

1　概述

铁路运输调度指挥作业在运输生产中扮演核心角色，肩负着组织日常铁路运输生产的重要任务，并要确保行车安全。调度人员需要根据人 (行车有关人员的技术水平和工作能力)、车 (各种机车车辆及动车组性能)、天 (天气情况变化对行车的影响)、地 (线路及站场技术设备情况)、图 (列车运行图)、规 (行车规章制度) 等信息直接组织机务、电务、工务、车辆等部门协同工作。因此，调度相关的信息共享对于调度人员实时、全面地掌握运输信息，确保铁路运输作业统一管理和统一组织，提高安全管理能力和运营效益非常重要，它有助于运输组织更加合理化和科学化，以适应铁路运输生产快速发展的需要；加强控制能力，实现行车调度智能化并对列车运行的全过程实现动态监控，为铁路运输的管理、指挥和决策提供现代化的手段和方式，使铁路运输调度管理向数字化、网络化、信息化方向发展。

铁路运输调度系统是一个庞大而复杂的系统，它集成了列车调度、计划编制、供电调度、客运调度、综合维修、动车调度、货运调度等多个子系统[1]，涉及运输、经济、信号、车辆、地震防灾等多个学科；各个子系统之间信息传输量大、交互复杂。在传统的铁路调度系统中，各个子系统都是根据当时自身所产生的需求而建立的，由于受到软件技术的制约，系统规划时没有考虑统一平台的建设，各个业务子系统之间相互独立，互通性和互操作性较差，一方面造成重复开发，维护成本高，统一协调困难；另一方面，由于系统间彼此独立，信息共享和综合利用比较困难，使得信息孤岛现象严重。

SOA (Service Oriented Architecture，面向服务的体系架构) 的概念 1996 年由 Gartner 公司首次提出，已成为针对软件规划和构建的一种常用方法[2]。SOA 将一些实现方式、编程语言和运行平台不同的松耦合的业务服务功能进行灵活的分布式部署、整合和使用，能够简单快速地构架模块化、可扩展、可重用、开放的分布式应用系统[3]，并已在国内外的金融、电信、医疗等很多行业中得到广泛应用[4]，取得较好的效果。

SOA 可以利用现有的资源，实现跨平台、跨语言、跨防火墙的整合，为异构系统整合、应用系统集成提供理想的解决方案。为此，将 SOA 的技术引入铁路运输调度系统，提出一种新的基于 SOA 的分布式铁路运输调度系统架构[5]。

2　基于　SOA　的铁路运输调度系统架构

2.1系统架构

基于 SOA 的铁路运输调度系统由供电调度、列车调度、综合维修、动车调度、客运调度、货运调度和计划编制等子系统组成[6]，铁路运输调度系统架构如图 1 所示。

图1　铁路运输调度系统架构图

铁路运输调度系统架构由业务展现层、基础架构平台层、服务层、基层通信平台等组成[7]。

（1）业务展现层。业务展现层提供界面展示，列车调度、客运调度等都不是独立的展示容器或界面，而是在一个统一的、聚集的界面里，通过权限控制的配置进行分配。展示界面可以灵活地划分或合并，并可根据需要方便地复用。

（2）基础架构平台。包括应用基础架构和服务基础架构。其中，应用基础架构是指支撑系统的基础平台，如数据存储平台、通信平台；服务基础架构统一规划，提供统一的服务支撑平台，在这个平台规划下进行服务的发现、调用、分发、路由、管理等。

（3）服务层。服务层主要包括数据集成层、组合服务层、流程服务层等，其主要作用是将业务人员分析出来的公有服务、组合服务、数据服务、流程服务等抽象出来，将其部署至统一的 SOA 服务基础设施，将整个系统服务化，从而提供灵活的业务供给能力。

（4）基层通信平台。基层站段不同的设备、不同的协议、不同的分布架构在一体化的架构下进行统一的规划和管理。基层通信平台对供电远程终端单元 (RTU)、自律机等基层设备进行统一管理，并提供统一的接口实现调度所与基础设备的通信。

2.2安全认证架构

铁路运输调度系统是铁路运输生产的核心系统，通过严格的身份认证和访问控制机制保障系统的安全。基于 SOA 的安全认证架构具有开放性和统一性的特点，可以为不同操作系统、编程语言下开发的各个时期的业务子系统提供统一的身份认证服务，提供适应不同子系统的接入环境。统一身份认证服务的安全措施是从铁路运输调度系统整体来考虑，用户和权限信息属于整个系统，每个子系统不需要独立开发，可大大增强程序的复用性，减少开发成本。铁路运输调度系统安全认证架构如图 2 所示。

图2　基于SOA的铁路运输调度系统安全认证架构

当用户登录铁路运输调度系统时，首先要到应用服务器调用认证服务，然后转到目录服务器进行认证，目录服务器将用户账号信息返回给应用服务器。只有用户输入正确的用户名和密码后，才能正常地登录后台应用系统，并根据返回的角色信息继续调用授权服务，获取与该用户角色匹配的对应权限[8]。

（1）服务库。提供对服务的管理，包括服务信息管理、服务生命周期管理、服务使用情况管理等。服务库提供企业所有服务的统一视图，企业的各部门和各个开发人员都可以通过访问服务库来获得服务的信息，包括已有的服务、正在开发的服务。管理人员可以对系统内部的服务状况一目了然，而开发人员能够重用已有服务，避免重复开发。

（2）服务目录。提供系统运行时所需的服务信息，其中包括服务的类型信息、通信方式、路由信息、QoS 信息等。服务目录中的信息是服务库中存储信息的子集。

（3）安全中心。提供用户 (组) 管理、角色管理、身份验证、权限管理等功能，服务库会调用安全中心的接口进行服务的安全访问控制管理。

（4）安全插件。部署在各个自律机中，它与调度中心 (所) 的安全中心进行通信，完成身份验证和权限验证的功能。

（5）服务总线。各个应用通过服务总线来调用服务。

3　基于SOA的铁路运输调度系统开发实例

实现基于 SOA 的铁路运输调度系统的关键在于业务流程的分析及服务的建立。其中，服务建立的过程包含服务的提取、设计和模型的建立；服务的提取和设计则主要包括服务发现、服务规约和服务实现。以客运调度子系统为例，分析基于 SOA 的铁路运输调度系统的实现过程。

3.1业务流程分析

客运调度子系统的主要业务为实时监视和预测客流情况、客票发售信息；掌握列车运行及早晚点状态；实施乘务管理；对大型车站重点部位进行视频监视；根据实时监测情况下达旅客服务调整方案和运行调整建议方案；发布各种旅客服务信息；列车运行紊乱或突发事件发生时下达应急预案等[9]。客运调度主要业务流程如图 3 所示。

图3　客运调度业务流程

3.2服务模型建立

根据图 3 的业务流程进行详细分解，从而获得每一个业务活动所对应的服务。对于客运调度的业务流程，可以分解为如表 1 所示的服务。

表1　客运调度子系统服务分析

通过分析可以发现，编辑事件信息内容、下发事件信息、签收事件信息等服务可以作为公共服务被其他子系统复用，从而提高开发效率，降低开发成本。

3.3服务实现

服务模型建立完成后，需要对服务的契约进行设计，服务契约包括服务接口、服务使用者、服务使用时间、是否实时、通信协议、QoS 等功能及非功能需求。确定好服务契约之后，可以采用相应的技术平台进行开发实现，同时对于已有的服务需要建立相应的版本更新及管理机制。

4　结束语

将 SOA 思想运用到铁路运输调度系统的设计和分析中，为铁路实现全路范围内调度统一及信息共享提供一个解决方案。按照这种设计方案，不仅可以兼容已有的调度系统、旅客服务系统、供电系统，还可以实现数据的共享，以及各子系统间的互操作，构建高度统一和集中化管理的综合运输调度系统，提高铁路运输调度系统的可靠性和可用性。

[1] 刘志明. 高速铁路综合调度系统体系结构的研究[J]. 中国铁道科学，2004，25(2)：1-5. LIU Zhi-ming. Research on System Construction of Integrated Dispatching System of High-speed Railway[J]. China Railway Science，2004，25(2)：1-5.

[2] Booch G. 面向对象分析和设计[M]. 冯博琴，冯 岚，薛 涛，等，译. 北京：机械工业出版社，2003.

[3] Carter S. SOA & Web2.0：新商业语言[M]. 袁月杨，麻丽莉，译. 北京：清华大学出版社，2007.

[4] Krafzig D，Banke K，Slama D. Enterprise SOA中文版：面向服务架构的最佳实战[M]. 韩宏志，译. 北京：清华大学出版社，2006.

[5] 顾春红，于万钦. 面向服务的企业应用架构：SOA 架构特色与全息视角[M]. 北京：电子工业出版社，2013.

[6] 赵春雷，柳 冬，汤奇志. 铁路运输调度系统升级改造的研究[J]. 铁道运输与经济，2014，36(11)：1-6. ZHAO Chun-lei，LIU Dong，TANG Qi-zhi. Study on Upgrading of Traffic Control System of Railway Transportation[J]. Railway Transport and Economy，2014，36(11)：1-6.

[7] 孙远运，刘 刚，马均培. 客运专线运营调度系统总体架构设计[J]. 计算机工程与应用，2009，45(32)：215-221. SUN Yuan-yun，LIU Gang，MA Jun-pei. Architectural Design about Operation and Dispatching System of Railway Passenger Dedicated Line[J]. Computer Engineering and Applications，2009，45(32)：215-221.

[8] 董晓玲，肖宝弟. 客运专线运营调度系统中 CA 认证中心的设计[J]. 铁路计算机应用，2009，18(11)：45-47. DONG Xiao-ling，XIAO Bao-di. Design of CA to Dispatching System of Passenger Special Line[J]. Railway Computer Application，2009，18(11)：45-47.

[9] 樊 艳. 高速铁路旅客服务信息系统集中管控方案[J]. 铁路计算机应用，2012，21(2)：17-20. FAN Yan. Centralized Control Scheme of Passenger Service Information System in High-speed Railway[J]. Railway Computer Application，2012，21(2)：17-20.

责任编辑：刘 新

Study on Architecture of SOA-based Railway Dispatching System

Dispatching system is a core production system for railway transport. Traditional railway dispatching systems were usually established without considering a unified platform in their planning stage, so subsystems were independent from each other with almost no information sharing. To solve above problems, this paper puts forward an SOA-based distributed architecture for railway dispatching system which is composed of business presentation layer, architecture platform layer, service layer, station-level communication platform layer and etc, and architecture for security certification which includes service library, service catalog, security center, security plug-in and service bus. Taking passenger transportation subsystem as an example, this paper expounds the implementation process of SOA-based railway dispatching system.

SOA; Railway Dispatching System; System Architecture

1003-1421(2016)03-0041-05

TP399：U292.4

B

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.03.08

2016-02-17

中国铁路总公司科技研究计划项目(2013X001-A-1)