基于云平台的信号系统设备远程维护方法

张广炎 陈昕 谭力天

摘要：为了解决城市轨道交通信号设备维护、更新效率较低的问题结合高可用性、高可扩展性的云平台环境文章设计并实现了基于云平台的信号系统设备维护方式并进行现场实物验证。维护中心在保证信息安全的前提下大大降低了城市轨道交通信号系统维护工作强度提高了维护工作效率。

关键词：云平台远程运维信号系统终端

中图法分类号：U231文献标识码：A

Remote maintenance method of signal system equipment based oncloud platform

ZHANG Guangyan，CHEN Xin，TAN Litian

（Hunan CRRC Times Signal&.Communication Co.，Ltd.，Changsha 410199，China）

Abstract：In order to solve the problem of low maintenance and update efficiency of urban rail transit signal equipment， combined with the cloud platform environment with high availability and scalability， a signal system equipment maintenance method based on the cloud platform is designed and implemented， and it hasbeen verified in the field. On the premise of ensuring information security，the maintenance center greatly reduces the maintenance intensity of urbanrail transit signal system and improves the efficiency of maintenance.

Key words： cloud platform，remote， operation and maintenance， system， terminal

1  引言

根据城市轨道交通运营的特点，每天可用的维护的时间窗口往往只有2 ～3 个小时，维护通常需要下载当日的故障日志，或是在维护时间窗口进行车载、地面设备的数据更新等作业[1 ]。考虑到维护地点和维护时间的限制因素，维护工作需要投入一定数量的专业人员，并且在有限的时间内统一、高效、准确、可靠的完成维护工作。

现有维护方式存在以下缺点：维护工具（软件和硬件）只能在需要维护的设备旁通过网络/串口线缆进行维护，只能单个插件依次操作，耗费时间较多;信号系统设备的插件维护端口包括网口、串口等多种类型，且不同的插件有不同的维护工具，使得维护过程中需要频繁更换线缆和软件工具，维护工作操作复杂;在维护过程中，偶尔会发生由于插件接口接触不良导致的无法连接的情况;部分插件烧写时间较长，当全线列车统一升级时，需要调配大量人手参与升级工作;多个文件更新时，需要依次刷写，如果多个设备由同一人负责更新数据文件时，容易错漏;数据、配置刷写完成后，需要人工查看设备日志或 DMI 显示，对各个文件版本进行人工校核，该过程也存在错漏的隐患。

为解决以上问题，我们研发了一种集日志远程获取、软件更新、数据文件更新、配置文件更新等功能于一体的维护工具。

2  信号系统的远程维护方式

2.1  架构设计

信号系统的维护系统采用分布式架构，总体分为三个部分，即维护操作端、维护终端和维护平台。

维护操作端通过网络接入维护平台，维护人员通过操作维护操作端向维护平台发送指令及数据，并实时获取由维护平台反馈的信息，维护平台则将接收到的维护操作端指令下发到对应的维护终端，由维护终端向信号设备发起维护请求，以实现信号系统设备的远程维护功能。

2.2  维护操作端

维护操作端与维护平台连接，远程维护终端可以部署在维护平台机房、车载工班等地，并可以通过不同用户类型和等级对不同城轨信号系统设备进行不同的运维操作。

2.3  维护平台

维护平台采用了微服务构架，构建了一个冗余的数据中台，目前挂载了远程换装（配置、内核、数据）模块、日志获取模块、日志存储模块、日志解析模块和网络数据智能分析模块，使用微服务构架便于后期挂载智能监测、运维周期预测等其他业务。维护平台具有良好的伸缩性，可以随着处理业务的扩展而扩展。

2.4  车载设备运行维护插件

对于车载信号系统设备而言，車载远程维护依赖车载运维插件来实现，该插件作为维护终端接收维护主机命令，响应相关操作，并通过设备内部通信协议，将配置、程序、数据、指令下发到对应的插件内部，以此实现远程日志获取、远程批量换装等功能。

维护平台与车载运维插件之间通过维护网进行连接，两者之间的信息通道存在两条信息链路：命令通道用于传输换装、重启、获取日志等指令信息，由于以上命令涉及信号系统设备运行状态的改变，因此采用了 RSSP?I 铁路信号安全通信协议，以保证传输的真实性、完整性、有序性和实效性，并在内部采用了基于 AES 的加密算法，防止数据信息被破解和外部恶意入侵。此外，命令通道用于远程维护主机向维护终端发送换装指令及维护终端向远程维护主机反馈换装状态（插件状态、换装进度、各插件软件版本、数据文件校验值、平台配置文件校验值等）;文件通道采用带用户验证的 FTP 协议实现，用于远程维护主机与业务单元之间的各类文件的传输，文件通道与命令通道相互独立，提供带重传机制的交互式的访问，实现异构网络中的远程系统文件交互。

远程维护平台与车载运维插件通过维护网进行连接，通过带加密的通信方式进行交互，通信通道包括换装命令、插件日志获取、软重启命令以及内核、数据文件、配置文件等信息的传输[2]。

使用加密的 FTP 与交互式的命令通道相结合，用于将待更新的内核、数据文件、平台配置文件传输至维护终端;可用于平台日志等文件向维护平台的传输或内核、数据文件、平台配置文件的回读。

当车载设备完成程序内核、数据文件、平台配置文件的更新后，将通过命令通道把当前各插件内的应用程序版本、数据文件特征值、平台配置版本等信息告知维护平台。

车载信号机柜的车载运维插件对外通信时具有独立的 IP 地址，每个车载记录单元对外通信的 IP 地址必须具备唯一性，以便地面系统对不同列车进行识别，车载运维插件与车载无线传输单元进行物理连接，通过车地无线传输通道连接至地面维护网的通信链路。

2.5  地面设备运行维护终端

对于地面信号系统设备而言，联锁、区域控制器（ZC）都带有维修机，维修机中可以装载 PC 端维护终端，维护平台与 PC 端维护终端之间通过维护网进行命令通道和文件通道的连接，地面信号系统设备对外通信时具有独立的 IP 地址，以便维护平台对不同地面信号系统设备进行识别。

维护终端软件与车载维护终端插件区别仅在于装载的硬件平台不同以及硬件平台不同导致的性能差异。

2.6  设备日志获取

维护平台获取信号系统设备日志有两种方式。

（1）信号设备主动向维护平台周期性发送日志信息，维护平台对数据包的完整性进行校验，当数据完整时，将数据转换为人工可以识别的文件，按小时进行存储。当存储数据量超过最大配置值时（单辆列车存储7 天，按40辆列车双端进行存储，可配置;联锁/区域控制器存储30天，按全线30套设备进行存储，可配置），且当某个设备日志达到最大数量时，维护平台将自动删除该设备最早的日志，以保证每个设备的日志可以循环记录。

（2）维护平台在预定的时间（如每晚2 点）通过维护终端向信号设备主动请求日志数据，信号系统设备收到维护平台的请求后，确定满足日志回传条件时，将向维护平台发送当日日志数据。

2.7  远程维护的特点

远程维护在充分利用既有设备的基础上即可实现对整条城轨线路所有信号设备的统一、有效管理。

需要更新的维护文件通过统一的版本比对校验后才能由维护主机命令通道统一下发对应的命令，并经过文件传输通道统一下发，保证了维护更新文件的正确性和统一性。

业务单元的信息通道包括命令通道与文件传输通道，二者相互独立，互不干扰。远程维护主机与业务单元内的执行单元之间命令通道通过铁路信号安全通信协议连接，且带有加密数据位，保障了通信连接的安全性和实效性。

维护操作端、维护平台和维护终端三者共同对接入系统用户的权限、级别进行检查，并对操作参数进行二次校验，对于非法入侵、非法操作或误操作进行了一定防护。

3  实验验证

我们对该维护系统在无锡地铁4 号线信号系统一期工程调试期间进行了测试。

以 ZC 系统为例，维护操作端连接 ZC 系统各个插件的状态如图1 所示。ZC 系统的每块插件以长方形图示表示，在长方形内以圆形填充颜色表示远程维护过程中插件维护状态。其中，绿色表示正常连接，红色表示连接异常。只有连接正常的插件才能进行远程维护。

当系统进入远程维护工作状态时，插件显示黄色状态进行提示，而连接异常的插件始终以红色状态进行提示。

文件通道采用带用户验证的 FTP 协议实现，可以满足远程维护主机与业务单元之间的多文件快速传输，以提高文件傳输效率[3]。

以车载 ATC 系统为例，远程维护主机连接车载 ATC 系统各个插件，各个插件进入维护工作状态时如图 2所示。系统操作与维护 ZC 系统时完全一致。

在无锡地铁4 号线上进行测试，程序及数据部署、日志获取时间、人工与远程维护平台对比如表1 所列。

通过系统维护时间对比可知，利用远程维护的方式大大减少了作业时间。其中，更换程序、数据的时间大大减少，获取日志的效率得到了一定的提升，整体而言提高了劳动效率，考虑到人工上下车作业的过程，实际作业效率提高将更明显。同时，远程维护的方式具备自动检查版本编号、命令操作及过程记录功能，可以有效避免维护错误操作及方便纠错或查询。

总之，利用远程维护的方式可以在中心维护网进行统一操作，大大减少了现场作业人员数量，降低了维护复杂度和维护成本。

4  结语

为了解决城市轨道交通信号设备维护效率低与维护强度大的问题，本文设计并实现了基于云平台的信号系统设备维护方法，并通过现场实物测试进行了验证。验证结果表明，利用该信号系统远程维护方法大大降低了城市轨道交通信号系统维护工作强度、复杂度及维护难度，提高了维护工作效率，减少了人员投入，并降低了由于人工导致的错误风险，可以在比人工维护更短的时间内统一、高效、准确、可靠地完成维护工作。

参考文献：

[1] 常金辉.浅谈上海地铁7 号线信号系统维护[ J].企业导报，2015（21）：150?151.

[2]吴金元.地铁信号维护支持系统方案分析[J].城市轨道交通研究，2016（增刊）：56?59.

[3]陈昕.基于脚本语言的互联互通通信数据解析插件[J].机车电传动，2020（2）：94?98.

作者简介：

张广炎（1993—） ，硕士，软件工程师，研究方向：轨道交通信号系统。