廣州地鐵一號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)COM工作站CPU占用率研究

許 琪

隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)的密集，越來越多的地方能夠經(jīng)由地鐵到達(dá)，軌道交通成為公眾出行的重要選擇。信號(hào)系統(tǒng)作為軌道交通中的重要組成部分，直接決定著城軌交通系統(tǒng)的準(zhǔn)點(diǎn)、安全等指標(biāo)。自1997年廣州地鐵1號(hào)線ATS運(yùn)用以來，通信服務(wù)器(COM工作站)一直存在自動(dòng)重啟的現(xiàn)象。近年來為提高廣州地鐵1號(hào)線運(yùn)營服務(wù)水平，高峰期上線列車增加為25列，全天約570列次。隨著行車密度的提高，設(shè)備使用年限增長(zhǎng)，COM工作站不穩(wěn)定性明顯增加，故障率呈上升趨勢(shì)，給廣州地鐵的運(yùn)營服務(wù)帶來較大影響。為此，對(duì)COM工作站的工作情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，研究?jī)?yōu)化措施，以提升1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 問題分析

通過長(zhǎng)期的運(yùn)營情況統(tǒng)計(jì)，廣州地鐵1號(hào)線COM工作站的故障主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:

1.MMI工作站的操作緩慢，甚至出現(xiàn)程序出錯(cuò)導(dǎo)致工作站受干擾。

2.錯(cuò)誤車次、跳車次故障數(shù)量陡增，增加了運(yùn)營安全隱患。

3.COM工作站處理能力不足，受干擾自動(dòng)重啟現(xiàn)象增多，影響運(yùn)營監(jiān)控，增加安全隱患。

對(duì)COM工作站故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中主用故障為1，備用故障為66，說明COM工作站故障以備用為主，占故障總數(shù)的99%。切換系統(tǒng)的COM1、COM2采用主備用狀態(tài)運(yùn)行，故障率仍然以備用為主，沒有任何改善，說明COM工作站各類故障的出現(xiàn)不在于硬件工作不穩(wěn)定，而主要是系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)處理及信息交換上存在缺陷。

為研究COM工作站的CPU占用率與行車密度的關(guān)系，對(duì)以COM工作站為核心的ATS系統(tǒng)進(jìn)行軟件測(cè)試，以達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的目的。測(cè)試內(nèi)容包括4個(gè)方面:COM工作站CPU占用率的統(tǒng)計(jì)分析;COM工作站程序測(cè)試分析;ATS系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化措施;搭建離線編圖系統(tǒng)。

2 COM工作站CPU占用率的統(tǒng)計(jì)及分析

對(duì)COM工作站的研究是基于廣州地鐵1號(hào)線計(jì)劃時(shí)刻運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行的，分別針對(duì)工作日和節(jié)假日，客流高、中、低峰的行車間隔和上線列車數(shù)量，主用COM工作站、備用COM工作站CPC占用情況進(jìn)行取樣統(tǒng)計(jì)，取樣數(shù)據(jù)見圖1—圖4。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，主用、備用COM工作站進(jìn)行相同的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理，由主用COM工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和命令發(fā)送，主用COM工作站CPU占用率比備用高出10% ～35%。

工作日，主用COM工作站在早晚高峰期25列車上線運(yùn)營時(shí)，CPU占用率峰值頻繁出現(xiàn)，峰值可達(dá)100%，平均值均在86%。節(jié)假日，主用COM工作站在高峰期24列車上線運(yùn)營時(shí)，CPU占用率的最大值可達(dá)到95%，平均值在82%左右。

在當(dāng)前 ATS配置下，每增加一列車上線，COM工作站的CPU占用率增加約3%左右;而當(dāng)線上列車為25列時(shí)，主用COM工作站的CPU占用率的峰值可達(dá)100%，達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)，這說明COM工作站的CPU占用率與線上列車數(shù)量有直接關(guān)系。

3 COM工作站程序測(cè)試

對(duì)COM工作站的開機(jī)自動(dòng)裝載程序進(jìn)行測(cè)試。COM工作站共有45個(gè)自動(dòng)運(yùn)行的程序，逐一測(cè)試關(guān)閉程序后對(duì)COM工作站運(yùn)行狀態(tài)的影響，確認(rèn)是否有不重要程序運(yùn)行，以優(yōu)化CPU占有率。

測(cè)試發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉CSPV(功能未知 (數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)監(jiān)控))及PSIM(功能未知 (主電腦層模擬進(jìn)程的所有任務(wù)管理))程序后，COM工作站仍保持正常工作狀態(tài)，報(bào)文信息顯示該程序終止 (系統(tǒng)未出現(xiàn)自動(dòng)重啟或停止工作的情況)，2臺(tái)主備用COM工作站未發(fā)現(xiàn)異常，模擬跑車運(yùn)營測(cè)試一切正常，中央顯示正常。對(duì)比關(guān)閉2個(gè)程序前后的CPU占用率，發(fā)現(xiàn)CPU占用率有一定優(yōu)化。故為降低CPU占用率，可以考慮關(guān)閉CSPV程序及PSIM程序。

而其他43個(gè)程序關(guān)閉時(shí)，COM工作站均會(huì)停止工作或自動(dòng)重啟。由此可以確認(rèn)，此43個(gè)程序?yàn)镃OM工作站維持正常工作狀態(tài)不可缺失的程序。

關(guān)閉程序操作:在VICOS窗口輸入指令ps-ax，要求不以終端機(jī)來區(qū)分;如，lodi程序即為系統(tǒng)運(yùn)行的程序，其對(duì)應(yīng)進(jìn)程號(hào) (PID)為1536;關(guān)閉程序的指令為Kill 1536。

4 COM工作站的優(yōu)化措施

COM工作站負(fù)責(zé)信號(hào)系統(tǒng)所有設(shè)備監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理，在線使用的設(shè)備越多，在線運(yùn)營的列車越多，COM工作站需監(jiān)控/處理的數(shù)據(jù)量越大，CPU占用率也就越高。減少COM工作站的數(shù)據(jù)處理量，可有效改善COM工作站運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)過研究分析有以下6項(xiàng)可行措施。

4.1 車次號(hào)數(shù)據(jù)優(yōu)化

為控制隧道通風(fēng)設(shè)備，信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中建立了信號(hào)與環(huán)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。BAS報(bào)文即為信號(hào)系統(tǒng)與環(huán)控系統(tǒng)的接口報(bào)文，COM工作站的列車監(jiān)視與追蹤程序 (TMT)，對(duì)在線所有列車進(jìn)行監(jiān)督并每30 s發(fā)送一次檢測(cè)報(bào)文，即“活著報(bào)文”。報(bào)文信息包括車次號(hào)、所在區(qū)段、車底號(hào)和停在區(qū)間的時(shí)間。在MMI上對(duì)列車車次號(hào)進(jìn)行刪除，能起到車次號(hào)數(shù)據(jù)優(yōu)化的作用，使COM工作站的CPU占用率約有1%～2%的降幅。

4.2 離線編圖

廣州地鐵1號(hào)線ATS中央的行車模式為列車按照已經(jīng)編譯好的時(shí)刻表運(yùn)行。目前，編圖操作由SUN工作站組成的時(shí)刻表編輯器 (TTE)來運(yùn)行，TTE已聯(lián)入ATS中央網(wǎng)絡(luò)直接以在線形式掛在ATS總線上進(jìn)行工作，與網(wǎng)絡(luò)中的其他中央設(shè)備保持實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。這意味著編圖工作需要在線時(shí)刻表編輯器 (TTE)來完成，編圖工作的編譯、存檔及調(diào)整沖突均需與COM工作站、ADM工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，直接增加COM工作站的數(shù)據(jù)處理負(fù)荷。

由于編圖工作中的“編譯”過程需要與COM工作站、ADM工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，故編圖過程完成進(jìn)行“編譯”時(shí)，主用工作站的CPU瞬時(shí)占用率將升高約15%，此過程對(duì)于ATS中央網(wǎng)絡(luò)的沖擊較大，會(huì)直接干擾COM工作站的工作，對(duì)運(yùn)營組織存在隱患。

為了減輕在線編圖對(duì)COM工作站造成的數(shù)據(jù)運(yùn)算負(fù)荷，搭建了由管理服務(wù)器 (ADM)、通信服務(wù)器 (COM)及時(shí)刻表編輯器 (TTE)3個(gè)SUN工作站組成的離線編圖網(wǎng)絡(luò)，可有效降低在線編圖對(duì)ATS關(guān)鍵設(shè)備造成的沖擊。

4.3 自動(dòng)列車調(diào)整功能優(yōu)化

自動(dòng)列車調(diào)整功能是在列車自動(dòng)駕駛 (ATO)模式下，比較列車實(shí)際運(yùn)行時(shí)分與時(shí)刻表的計(jì)劃運(yùn)行時(shí)分，計(jì)算偏差時(shí)間，并通過調(diào)整列車的區(qū)間運(yùn)營時(shí)間及停站時(shí)間來修正偏差。由于比較及修正偏差時(shí)間的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理及結(jié)果輸出均由COM工作站實(shí)現(xiàn)，因此可考慮在運(yùn)營高峰期時(shí)關(guān)閉自動(dòng)列車調(diào)整功能，這樣可在一定程度上減少COM工作站的數(shù)據(jù)處理量，達(dá)到優(yōu)化COM工作站狀態(tài)的效果。

自動(dòng)列車調(diào)整功能關(guān)閉操作步驟:①行調(diào)在MMI上的信號(hào)基本窗中，按鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“調(diào)度”按鈕，啟動(dòng)ATR窗口;②在ATR窗口中按鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“所有列車”按鈕;③按鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“自動(dòng)列車調(diào)整關(guān)閉”按鈕;④按鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“執(zhí)行”按鈕。

4.4 車輛段RTU(遠(yuǎn)程終端單元)的優(yōu)化

西朗車輛段RTU原用于讀取6502聯(lián)鎖系統(tǒng)的車庫軌道占用狀態(tài)，并把信息發(fā)送到中央通過MMI顯示出來。車輛段計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖改造后，6502設(shè)備已經(jīng)拆除，車廠RTU已失去原有功能。因此關(guān)閉車廠RTU可在一定程度上減少COM工作站的數(shù)據(jù)處理量。

4.5 運(yùn)行圖優(yōu)化

正常情況下，行調(diào)在3臺(tái)MMI工作站上均打開運(yùn)行圖窗口，當(dāng)運(yùn)行圖窗口打開時(shí)，實(shí)時(shí)向COM工作站請(qǐng)求運(yùn)行圖數(shù)據(jù)，包括計(jì)劃運(yùn)行數(shù)據(jù)及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算，并實(shí)時(shí)更新。打開的運(yùn)行圖窗口越多，COM工作站需輸出的數(shù)據(jù)量越大，因此減少運(yùn)行圖窗口打開數(shù)量，可在一定程度上減少COM工作站的數(shù)據(jù)處理量。

4.6 車輛段MMI(人機(jī)界面)優(yōu)化

西朗車輛段配置了2臺(tái)MMI工作站，其中MD1用于運(yùn)營前進(jìn)行車輛管理的信息輸入，MD2用于列車出入車輛段時(shí)監(jiān)控西朗站正線線路情況。COM工作站對(duì)2臺(tái)MMI工作站進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控及MMI上的實(shí)時(shí)圖像信息傳遞、處理?？梢钥紤]在運(yùn)營期間不需使用2臺(tái)MMI時(shí)斷開網(wǎng)絡(luò)連接，可在一定程度上減少COM工作站的數(shù)據(jù)處理量。

5 結(jié)束語

廣州地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)COM工作站的CPU占用率受運(yùn)營列車數(shù)量和運(yùn)行程序的影響較大，為提高COM工作站的穩(wěn)定性，應(yīng)在滿足運(yùn)營需求的前提下盡量減少運(yùn)營列車數(shù)量，關(guān)閉不必要的程序，優(yōu)化各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及功能，以降低CPU占用率。目前，對(duì)COM工作站的CPU占用率的數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化措施，已在廣州地鐵1號(hào)線進(jìn)行了運(yùn)用，并取得了滿意的效果，希望能為其他線路的信號(hào)系統(tǒng)優(yōu)化提供借鑒。

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