ATP車載設(shè)備管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步策略研究與實現(xiàn)

趙顯瓊，賀廣宇，康仁偉，戴 博

（1.中國鐵道科學研究院 通信信號研究所，北京 100081；2.北京市華鐵信息技術(shù)開發(fā)總公司， 北京 100081）

ATP車載設(shè)備管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步策略研究與實現(xiàn)

趙顯瓊1，賀廣宇1，康仁偉1，戴 博2

（1.中國鐵道科學研究院 通信信號研究所，北京 100081；2.北京市華鐵信息技術(shù)開發(fā)總公司， 北京 100081）

本文根據(jù)ATP車載設(shè)備管理信息系統(tǒng)的特點，分析了該系統(tǒng)對同步策略的各類需求，設(shè)計和實現(xiàn)了基于Oacle數(shù)據(jù)庫與MSMQ技術(shù)相結(jié)合的兩層分級數(shù)據(jù)同步策略RAILS-SYN，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、一致性和完整性，為系統(tǒng)分級分布式管理的數(shù)據(jù)同步提供了重要支撐。

ATP車載設(shè)備管理信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)同步策略；Oracle

ATP車載設(shè)備管理信息系統(tǒng)（以下簡稱：ATPMIS）是管理ATP運用履歷和運維作業(yè)流程的管理信息系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)涵蓋鐵路總公司、鐵路局、電務(wù)段、車間工區(qū)的所有業(yè)務(wù)需求，兼容多種ATP設(shè)備類型的管理。為實現(xiàn)ATP全路調(diào)配和網(wǎng)絡(luò)化維修管理，達到智能數(shù)據(jù)采集、高效無紙檢修、作業(yè)流程卡控、科學匯總統(tǒng)計，各級數(shù)據(jù)的全路統(tǒng)一和實時同步共享是重要的基礎(chǔ)和保障。

1 ATPMIS結(jié)構(gòu)

ATPMIS由鐵路總公司級服務(wù)器和各鐵路局服務(wù)器兩級系統(tǒng)構(gòu)成，是典型的分布式管理信息系統(tǒng)，各鐵路局級服務(wù)器具有獨立運行數(shù)據(jù)庫，并保持與鐵路總公司級數(shù)據(jù)的實時一致性，如圖1所示。數(shù)據(jù)庫的正常運行和數(shù)據(jù)的一致性影響著管理系統(tǒng)的執(zhí)行效率和可用性。

為解決ATPMIS數(shù)據(jù)同步的需求，本文提出分層數(shù)據(jù)同步策略（以下簡稱：RAILS-SYN）。在ATPMIS對數(shù)據(jù)同步需求的基礎(chǔ)上，提出了RAILSSYN的總體架構(gòu)設(shè)計；選取MSMQ同步策略為基礎(chǔ)[2]，進行Oracle數(shù)據(jù)庫應答策略的設(shè)計改造，完成消息傳輸層設(shè)計；以消息傳輸層的文件接口協(xié)議為輸入，實現(xiàn)實時文件解析與Oracle數(shù)據(jù)打包和解包功能，完成應用層設(shè)計。

2 RAILS-SYN架構(gòu)設(shè)計

2.1 ATPMIS數(shù)據(jù)同步需求

ATPMIS分為鐵路總公司和鐵路局兩級系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫分別獨立。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)全路實時一致，需要各獨立數(shù)據(jù)庫之間具備實時數(shù)據(jù)同步傳輸能力。

由于系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)范圍廣泛，通過對ATPMIS不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分類匯總，按照對數(shù)據(jù)同步需求不同，可將數(shù)據(jù)分為3類：實時同步數(shù)據(jù)、定時同步數(shù)據(jù)、即時調(diào)用同步數(shù)據(jù)。

ATPMIS對數(shù)據(jù)的管理采用Oracle數(shù)據(jù)庫，單個數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)量龐大，要求對數(shù)據(jù)進行拆分傳輸。同時，由于數(shù)據(jù)的不完整將直接影響數(shù)據(jù)應用和業(yè)務(wù)的正常執(zhí)行，應采取相應措施保證同步數(shù)據(jù)的完整性。

2.2 RAILS-SYN兩層架構(gòu)

通過對ATPMIS數(shù)據(jù)同步需求的分析，采用應用層和傳輸層分離機制，設(shè)計兩層同步策略RAILSSYN，采用應答和定時重傳方式，保證同步數(shù)據(jù)的完整性。

應用層主要負責完成與Oracle直接相關(guān)的同步數(shù)據(jù)識別、抽取、打包、解包、插入、與傳輸層對接的功能。傳輸層主要完成指定數(shù)據(jù)的點對點傳輸，及數(shù)據(jù)傳輸應答重發(fā)功能。具體設(shè)計如圖2所示。

應用層采用方法調(diào)用機制，通過實時檢測同步需求，調(diào)用相應的應用方法執(zhí)行同步行為；傳輸層采用MSMQ（消息隊列傳輸協(xié)議），通過加入Oracle應答機制，形成RAILS-MQ傳輸平臺。兩層配合共同完成ATPMIS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不同同步需求。

圖1 ATPMIS分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 RAILS-SYN傳輸層實現(xiàn)

RAILS-SYN采用MSMQ為基礎(chǔ)，為保證同步數(shù)據(jù)的完整性，加入了基于Oracle數(shù)據(jù)庫的應答和定時重傳機制。

圖2 RAILS-SYN同步傳輸機制架構(gòu)

在MSMQ的基礎(chǔ)上，RAILS-MQ加入Oracle數(shù)據(jù)庫的應答策略，如圖3所示。在本地Oracle數(shù)據(jù)庫中建立File_Export和File_Receive兩張表，在這兩張表中各維護一個狀態(tài)變量： export_file_status和receive_file_status。通過周期檢測這兩個狀態(tài)變量的值，決定執(zhí)行發(fā)送和重發(fā)行為，通過對方的MSMQ執(zhí)行接收行為。

WCF（Windows Communication Foundation）是一種構(gòu)建分布式系統(tǒng)的標準應用接口，能夠提供即插即用的基礎(chǔ)管道，實現(xiàn)平臺無關(guān)的遠程調(diào)用[3]。本文采用WCF實現(xiàn)所有遠程調(diào)用完成本地數(shù)據(jù)庫的相關(guān)操作。

圖3 RAILS-MQ原理圖

在接收行為完成時，調(diào)用對方的WCF方法，對對方Oracle數(shù)據(jù)庫中狀態(tài)變量進行維護操作；如果在規(guī)定時間內(nèi)，本地已發(fā)送文件的變量狀態(tài)仍沒有得到更新，則執(zhí)行該文件的重發(fā)行為。通過應答策略的加入，防止了錯發(fā)、漏發(fā)行為的發(fā)生，保證了文件的完整性和一致性。

4 RAILS-SYN應用層實現(xiàn)

在傳輸層的基礎(chǔ)上，應用層主要用于檢測需要同步的數(shù)據(jù)，實時或定時觸發(fā)消息發(fā)送行為。其主要觸發(fā)信息來源有3種：（1）數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)需要即時同步的數(shù)據(jù)時，通過實時檢測同步數(shù)據(jù)表同步標志位實現(xiàn)；（2）定時同步表的計時器完成一個周期的計時，通過實時接收定時器的反饋信息實現(xiàn)；（3）通過WCF相關(guān)同步方法被調(diào)用時，觸發(fā)相應表的同步行為，通過WCF中的本地或遠程方法調(diào)用實現(xiàn)。

應用層通過數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器觸發(fā)或內(nèi)置定時器觸發(fā)，執(zhí)行定時檢查數(shù)據(jù)庫、定時執(zhí)行同步；通過RAILS-MQ接收完成命令觸發(fā)，將接收到的數(shù)據(jù)包解包，插入到數(shù)據(jù)中；將需要同步的數(shù)據(jù)，打包放入本地文件容器中，并通知RAILS-MQ執(zhí)行發(fā)送。

RAILS-SYN應用層框圖如圖4所示。

在應用層實現(xiàn)過程中，捕捉變化的數(shù)據(jù)是同步數(shù)據(jù)抽取的關(guān)鍵和難點，目前最常用的捕捉變化數(shù)據(jù)的方法有觸發(fā)器方式、時間戳方式、全表刪除插入方式、值班表對比方式、日志表方式等。本文采用觸發(fā)器和時間戳相結(jié)合的方式。

圖4 RAILS-SYN應用層

在要抽取的表上建立需要的觸發(fā)器，一般要建立插入、修改、刪除3個觸發(fā)器，源數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，相應的觸發(fā)器就會執(zhí)行操作。

當觸發(fā)執(zhí)行向另一個表中定稿數(shù)據(jù)時，在該表中另外增加時間戳和操作類型字段，系統(tǒng)中更新業(yè)務(wù)表數(shù)據(jù)時，同步在該表中定稿時間戳以及所執(zhí)行的操作類型（添加、刪除和修改）。

應用層是RAILS-SYN同步策略的核心，所有同步觸發(fā)邏輯都集成在應用層中，與之相比，傳輸層僅用于保證通道暢通，傳輸無誤。

5 RAILS-SYN特點與展望

RAILS-SYN同步策略已在ATPMIS中運用，實現(xiàn)了鐵路總公司級系統(tǒng)和鐵路局系統(tǒng)的履歷數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、專項任務(wù)數(shù)據(jù)、備品備件數(shù)據(jù)、技術(shù)資料數(shù)據(jù)的同步共享。

5.1 RAILS-SYN特點

（1）實時性：RAILS-SYN能夠根據(jù)同步需要，對變化的數(shù)據(jù)實時同步。（2）適應性：RAILS-SYN預留配置接口，能夠根據(jù)不同的同步需求進行靈活定制，如：即時同步、定時同步、調(diào)用同步等，通過配置相應的表，或直接調(diào)用WCF方法實現(xiàn)。（3）松耦合性：RAILS-SYN通過兩層設(shè)計，將傳輸層與應用層獨立分開，實現(xiàn)了松耦合性。（4）可擴展性：不僅僅局限于在ATPMIS的應用，對相似同步需求的系統(tǒng)都可進行應用。

5.2 RAILS-SYN展望

隨著電務(wù)系統(tǒng)信息化的需求越來越迫切，全路統(tǒng)一信息化管理已經(jīng)提上日程，除了對ATP設(shè)備信息化管理需求，其他相關(guān)的設(shè)備管理和作業(yè)流程規(guī)范信息化管理的需求也逐步加入到總體信息化建設(shè)規(guī)劃中，而無論是哪一種建設(shè)，都離不開數(shù)據(jù)同步共享技術(shù)的支撐，RAILS-SYN將在信息化進程中發(fā)揮重要作用。

6 結(jié)束語

數(shù)據(jù)同步技術(shù)是鐵路信息化的一項重要支撐技術(shù)，它可以保障應用信息的可靠傳遞，達成業(yè)務(wù)流程信息的相互連通，促成鐵路局范圍乃至全路范圍的完整集成，實現(xiàn)分布式應用的順利部署。本文提出的RAILS-SYN同步策略，充分考慮了不同數(shù)據(jù)的不同同步需求，設(shè)計具有實時性、易配置性、松耦合性和易擴展性，能夠充分適應ATPMIS及其它鐵路信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步需求，對推進鐵路信息化進程具有重要的現(xiàn)實意義。

[1] 原鐵道部.鐵路電務(wù)管理信息系統(tǒng)ATP車載設(shè)備管理子系統(tǒng)總體方案[Z]. 2013.

[2] 朱曉冬，耿國華，周明全. MTS和MSMQ 技術(shù)及其應用[J].西北大學學報：自然科學版， 2002，32（1）.

[3] 劉黎志，吳云韜. 應用WCF分布式框架實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)同步[J]. 計算機應用，2011，31（12）.

責任編輯 陳 蓉

Data synchronization strategy of ATP On-board Equipment Management Information System

ZHAO Xianqiong1, HE Guangyu1, KANG Renwei1, DAI Bo2
( 1.Signal&Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Beijing China Railway Information Technology Development Corporation, Beijing 100081, China )

Based on the characteristics of ATP On-board Equipment Management Information System, this paper analyzed the demands for the current synchronization strategy of the System, designed and implemented two hierarchical classifed data synchronization strategy RAILS-SYN based on Oracle database and MSMQ technology, which ensured the real-time data transmission, data consistency and integrity, provided important support for data synchronization of the System’s classifed distributed management.

ATP On-board Equipment Management Information System; data synchronic strategy; Oracle

U284.48∶TP39

A

1005-8451（2015）09-0027-04

2014-12-30

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題（2014X008-H）；中國鐵道科學研究院基金課題（2013YJ046）。

趙顯瓊，助理研究員；賀廣宇，助理研究員。