TDCS/CTC系统局间信息交互方式优化

徐 华，任贸城

（1.中国铁路上海局集团有限公司，上海 200071；2.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

1 概述

TDCS/CTC 系统在铁路运输行业应用越来越广泛，作为直面运输指挥人员的系统，TDCS/CTC 系统实效性以及稳定性越发重要。TDCS/CTC 系统在同一铁路局内往往采用同一厂家设备，稳定性有一定保障。而在局间接口处，不同厂家系统采用基于MQ 组件的方式进行信息交互，出现故障时需要协同不同设备管理单位及不同厂家进行问题分析及应急处置，处置时效往往存在滞后性。所以TDCS/CTC 系统在局间接口处的稳定性就显得尤为重要。

2 当前局间交互模式

现有局间接口按照原中国铁路总公司技术标准《列车调度指挥（TDCS）数据通信规程（V3.0）》要求，局间建立两条MQ 通道，一条传输实时信息，一条传输非实时信息，结构如图1所示。

图1 局接口结构Fig.1 Structure of Bureau interfaces

在基于MQ 进行信息交互时，对于MQ 通道稳定性有较高要求，在MQ 通道发生中断时需人工重新连接。

3 优化方式探究

优化局间交互方式，第一点是摒弃MQ，采用一种更为稳定的交互方式；第二点是从系统结构出发，在MQ 通道只支持单网通信的局限下增加交互的冗余性。

3.1 采用TCP/IP协议进行交互

摒弃MQ 的交互方式，在当前阶段下并不符合总公司对于局间信息交互规范，仅从理论层面进行可行性以及可用性分析。

新的方式采用TCP/IP 协议进行局间交互，理想的系统结构如图2 所示。

图2 TCP/IP系统理想结构Fig.2 Ideal structure of TCP/IP system

采用TCP/IP 协议与采用MQ 通道进行数据通信的对比分析如下。

1）对比MQ 单个传输队列只支持单IP 及单端口，使用TCP/IP 协议可以最有效的利用局间双网条件，从数据传输层面实现冗余，局间网络单通道故障时对系统功能不产生影响。

2）采用MQ 是基于MQ 通信对于时序能很好的把控，而TCP/IP 协议在信息交互时也会使用序列号SEQ 与应答号ACK 来进行时序确认，交互时需检查SEQ 与ACK 顺序对应，从而保证双方交互信息的时序一致性。而在发生故障时则会SEQ 与ACK 不能相互对应，此时会主动中断TCP 连接保证接口连接的实时性。

3）使用MQ 时，接口服务器亦作为MQ 服务器承担MQ 搭建以及MQ 通道建立的职责，在接口服务器存在故障需要切换时，备用接口服务器MQ需要重新与对端建立通道。而采用TCP/IP 协议后，双系接口服务器均可与对端接口服务器建立TCP 连接，在服务器硬件故障时，不存在还需人工介入的过程。从系统结构上实现结构冗余。

4）对比MQ 通信，TCP/IP 协议对网络通信要求会更高，在局间网络通信不佳时，MQ 可以极大的降低数据包丢失概率，而TCP/IP 协议在发生心跳包丢失，连接中断时，数据存在丢失风险，所以使用TCP/IP 协议对局间通道质量要求更高。

总的来说，摒弃MQ 而使用TCP/IP 协议进行交互，传输冗余性及系统结构冗余性均优于MQ，随着局间FE 光通道的推广，通道质量相较于之前已有很大改善，局间交互摒弃MQ 通信方式而采用TCP/IP 协议有着很大的发展前景。

3.2 基于MQ交互的优化

基于MQ 通信的交互优化方式，是考虑在MQ传输队列只支持单IP 及单端口的情况下进行优化，主要优化方式可以从MQ 增加冗余传输队列，局间通道增加网络通信冗余这两个方面考虑。

3.2.1 MQ增加传输队列冗余

目前局间传输队列只设置实时（R）与非实时（NR）两条通道，结构如图1 所示。可以根据冗余性考虑进行传输队列新增，针对MQ 单IP 及单端口的情况，建议使用如图3 所示结构。

图3 MQ冗余系统结构Fig.3 Structure of redundant MQ system

采用这种结构，局间接口服务器需分别建立2个MQ 队列做到交叉冗余，以上海局与南昌局接口为例，各服务器队列如表1 所示。

表1 MQ的队列连接对应Tab.1 Connections between corresponding MQ queues

对应MQ 队列连接如图4 所示。

图4 MQ队列连接示意Fig.4 Schematic diagram of MQ queue connections

采用MQ 交叉冗余后，可以确保信息均会通过两条通道分别向对端接口服务器A/B 传输，以局间表示信息为例，上海局内CTC 系统将表示信息包发送至接口服务器主机（假设此时A 机为主机），此时接口服务器A 通过R_SH_NC_A 与R_SH_NC_B 两条MQ 通道分别发送至南昌局接口服务器A 机与B 机（假设此时A 机为主机），接口服务器A 机可将该信息传送至南昌局内CTC 系统，B 机由于为备机，可以将收到的信息做抛弃处理。

在这种结构下，局间接口可以做到MQ 冗余，在出现接口服务器宕机或者故障情况时，可以由人工或自动切换至备机运行。

3.2.2 局间网络通信冗余

随着通信技术发展，现在越来越多的局间通道已由原来的2 M 单通道慢慢改造为FE 双通道，但由于MQ 的单IP 局限性，对于双网通道利用往往还停留在人工倒切通道线层面。局间通信通过静态路由方式实现通信， 可以通过静态路由关联track来提升双通道的利用。理想的结构模型如图5 所示。

图5 网络冗余理想结构模型Fig.5 Model of the ideal structure of network redundancy

采用图5 所示的结构可以在物理链路上保证通信正常，而局接口采用的静态路由方式则需要增加配置提高AB 通道的利用，以思科路由器为例，假设对端分界口服务器为192.168.104.1；本局路由器A 物理地址192.168.1.1，对端路由器光卡地址为10.10.10.1；本局路由器B 物理地址为192.168.1.2，对端路由器光卡地址为10.10.11.1；standby 地址为192.168.1.3；默认A 路由standby优先级更高。

局间服务器通过配置静态路由，先将静态路由跳至局间路由器A，如图6 所示。

图6 服务器增加静态路由Fig.6 Static routing added to the server

再通过局间A 路由器中的静态路由寻址至对端服务器，如图7 所示。

图7 路由器增加静态路由Fig.7 Static routing added to the router

此时如果出现局间A 通道传输故障，则会导致静态路由无法跳至对端路由器，从而引发网络通信故障。而采用FE 通道后传输故障往往是路由器端口不会down，只是链路上不通，从而无法达到通过监控端口状态来进行静态路由自动倒切的效果。那么就可以通过增加备份路由以及关联track 监控IP 来进行实现局间B 通道利用。增加配置如图8所示。

图8 路由器track关联静态路由Fig.8 Router “track” associated with static routing

使用图8 所示配置，当track 状态为down，即与对端路由器间传输故障时，会启用备份路由，下一跳为接口路由器B，此时链路转由局间B 通道通信。

在这种结构下，利用路由器standby 与track增加路由器对传输链路的监测，可以做到传输通道中断时，静态路由自动切换至局间B 通道通信，实现局间B 通道的利用。

4 结论

局间交互优化方式分别从摒弃原有结构，构建交互方式、对既有MQ 单IP 特点对MQ 队列进行冗余、对于网络通道自动利用等3 方面进行探究。其中以TCP/IP 方式取代MQ 是实施最为简便且最稳定的结构，但是由于技术条件的限制，此方式只能在后续技术条件更改后才能现场实施应用。MQ增加队列冗余可以让局接口部分实现理想的双机热备。网络通信优化，可以在MQ 使用单IP 通信的情况下更大程度的利用局间传输双通道的冗余，从而提高设备的稳定性。