CBTC综合维护管理系统中基于Web的实时通信方法

孔令发 徐纪康 贾森

摘 要：本文提出了一种CBTC综合维护管理系统（MMS）中前端页面模块与后端服务模块的实时信息交换方法，该方法应用层采用stomp协议，基于websocket通信。在基于B/S架构的轨道交通综合维护管理系统中，服务器系统分为两部分：后端服务模块和前端页面显示模块。后端服务模块实时向前端页面模块发送消息，前端页面显示模块收到消息之后，解析并实时显示状态更新。本方法，通过在CBTC综合维护管理系统中增加消息代理服务器，对服务器的后端服务模块和前端页面展示模块进行了解耦，并提供了后端服务模块和前端页面显示模块的通用应用层协议封装，提供了客户端消息定义的管理和自动发布功能。增强了后端服务模块的扩展能力，简化了后端服务模块开发，通过向客户端广播实时消息，节省了带宽，减少了后端服务模块的负载。

关键词：CBTC 综合维护管理系统 Websocket Stomp Active MQ 消息代理

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（a）-0042-05

城市轨道交通控制系统包含CBI、ZC、ATS、OBCU，他们共同协作，完成轨道交通的运营。在轨道交通信号系统建设完成之后，对这些控制子系统的和信号设备、机房设备的运行维护成为工作的重点。保障和提供运维的水平和效率，对轨道交通系统的正常运营具有重要意义。因此，需要有一个系统，能够接收、整合所有控制子系统的维护信息，能够及时监测信号设备和机房设备的运行状态，并能够对实时报警和趋势性预警信息及时提供报警提示。

在此背景下，采用B/S架构的CBTC综合维护管理系统（MMS，Maintenance Management System）应运而生。

1 背景分析

目前的web应用中，后端服务器系统与前端页面的数据交互，通常采用方法有Ajax、轮询、websocket以及其他技术。

采用Ajax，解决了页面部分刷新、服务器负载分担的问题，客户端和服务器异步通信，使得服务器可以更快的响应页面操作；采用轮询方式，服务器和页面实现逻辑简单，易于操作；采用websocket，可以保证应用的实时性；采用其他方式，也都具有各自的特点。

在以上这些方法中，有一个共同的特点：由前端页面发起请求到服务器，由服务器处理所有页面的请求和客户端的管理。由此也带来了一些问题，主要表现为：

（1）服务器不能及时把数据变化推送到客户端，实时性差。主要表现在采用Ajax和轮询方式。采用轮询方式，还占用了比较多的带宽和服务器资源，重复请求等，浪费比较多的资源。

（2）后端服务模块和前端页面展示模块耦合度较高，导致服务器的扩展性较差。

（3）后端服务模块要管理所有客户端的信息订阅，及信息发布，导致服务器开发复杂，且服务器负载较高。

MQ全称为Message Queue，消息隊列（MQ）是一种应用程序对应用程序的通信方法。应用程序通过写和检索出入列队的针对应用程序的数据（消息）来通信，而无需专用连接来链接它们。消息传递指的是程序之间通过在消息中发送数据进行通信，而不是通过直接调用彼此来通信，直接调用通常是用于诸如远程过程调用的技术。排队指的是应用程序通过队列来通信。队列的使用除去了接收和发送应用程序同时执行的要求。

在事件驱动架构的异步系统中，经常采用MQ作为事件驱动架构的主干，从而解耦不同的模块应用，提高服务器负载、高可用性以及更好的系统扩展性。

本文方法采用的消息服务器是消息中间件MQ，采用开源ActiveMQ实现。ActiveMQ是Apache出品，最流行的、能力强劲的开源消息总线，也是一个中间件产品。它是JMS的一个实现。AcitveMQ提供了两种消息传递模型，PTP（即点对点模型）和Pub/Sub（即发布/订阅模型），分别称作：PTP Domain和Pub/Sub Domain。

（1）PTP（使用Queue，即队列目标）消息从一个生产者传送至一个消费者。在此传送模型中，目标是一个队列。消息首先被传送至队列目标，然后根据队列传送策略，从该队列将消息传送至向此队列进行注册的某一个消费者，一次只传送一条消息。可以向队列目标发送消息的生产者的数量没有限制，但每条消息只能发送至、并由一个消费者成功使用。如果没有已经向队列目标注册的消费者，队列将保留它收到的消息，并在某个消费者向该队列进行注册时将消息传送给该消费者。

（2）Pub/Sub（使用Topic，即主题目标）消息从一个生产者传送至任意数量的消费者。在此传送模型中，目标是一个主题。消息首先被传送至主题目标，然后传送至所有已订阅此主题的活动消费者。可以向主题目标发送消息的生产者的数量没有限制，并且每个消息可以发送至任意数量的订阅消费者。主题目标也支持持久订阅的概念。持久订阅表示消费者已向主题目标进行注册，但在消息传送时此消费者可以处于非活动状态。当此消费者再次处于活动状态时，它将接收此信息。如果没有已经向主题目标注册的消费者，主题不保留其接收到的消息，除非有非活动消费者注册了持久订阅。

2 系统设计

基于以上考虑，本文提出一种事件驱动的异步实时信息发布方法。

（1）在服务器增加一个消息代理服务器，作为事件驱动的主干，负责Topic管理，订阅管理，消息接收和广播等。

（2）MMS服务器后端模块作为消息的生产者，负责把实时信息以消息的形式，发送到消息代理服务器的Topic。

（3）MMS服务器前端模块作为消息的消费者，在页面打开时，向消息代理服务器订阅相关的Topic，并在页面关闭时，取消订阅。

（4）当MMS服务器后端模块接收到从控制子系统发送的实时信息之后，转换为json的形式，发送到消息代理服务器的具体Topic；消息代理服务器把消息广播至所有订阅了该Topic的所有页面；页面接收到广播之后，对页面的相关状态进行更新显示。

（5）系统软件架构采用JavaEE架构。该方法具体包括：后端服务模块，消息代理服务器，前端页面显示模块。系统框图如图1所示。