探究利用虛擬傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)TS16與交換機(jī)的組合熱備份

楊紹松 劉少慧

民航東北空管局氣象中心 遼寧 沈陽 110169

1 現(xiàn)狀

自動(dòng)觀測系統(tǒng)是民航氣象的重要系統(tǒng)之一，在保障飛行安全中起著舉足輕重的作用。2015年12月對本場自動(dòng)觀測系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，從服務(wù)器的單機(jī)運(yùn)行升級為了雙機(jī)熱備，大大提高該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

自動(dòng)觀測系統(tǒng)的核心單元TS16與交換機(jī)依然處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障整個(gè)自動(dòng)觀測系統(tǒng)就會(huì)陷入癱瘓。從全國自動(dòng)觀測系統(tǒng)的故障點(diǎn)來看，TS16發(fā)生的故障率很高，尤其是TS16的電源模塊故障，因此TS16的單機(jī)運(yùn)行時(shí)刻威脅著整個(gè)自動(dòng)觀測系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 虛擬傳感器設(shè)計(jì)

由于TS16故障率高，而且其直接影響著整個(gè)自動(dòng)觀測系統(tǒng)的運(yùn)行，在沒先例可循的前提下，只能對整個(gè)自動(dòng)觀測系統(tǒng)開展深層次的研究，尋求最佳解決方案。通過對自動(dòng)觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的認(rèn)真分析，最終找到了通過虛擬傳感器技術(shù)與維薩拉的主備傳感器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)TS16與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的組合雙機(jī)熱備方案。以下分別從鏈路優(yōu)化設(shè)計(jì)與軟件配置設(shè)計(jì)對虛擬傳感器技術(shù)展開介紹。

2.1 鏈路設(shè)計(jì)與原始數(shù)據(jù)虛擬

對原系統(tǒng)拓?fù)鋱D進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，新增TS16(2)與交換機(jī)(2)，利用CDUC與CDUD的網(wǎng)卡互備的特性，實(shí)現(xiàn)TS16與交換機(jī)的雙機(jī)熱備。

在調(diào)制解調(diào)器（DXL421）后端對所有的RS232信號(hào)進(jìn)行并聯(lián)接收，即把原先的一路串口信號(hào)分成兩路。

把兩路RS232信號(hào)一路接入到TS16(1)，另一類接入到TS16(2)內(nèi)。

把TS16(2)與交換機(jī)（2）進(jìn)行連接，交換機(jī)（1）與交換機(jī)（2）串聯(lián)。

把CDUC與CDUD的兩個(gè)網(wǎng)卡一個(gè)接入交換機(jī)（1），另一個(gè)網(wǎng)卡接入到交換機(jī)（2）。

所有客戶端都使用雙網(wǎng)卡熱備份塔式服務(wù)器，分別接入到交換機(jī)（1）與交換機(jī)（2）。

傳感器數(shù)據(jù)虛擬采用被動(dòng)接受的方式對RS232進(jìn)行分離，分離裝置是自制的無源三通傳輸線。如果條件允許可以DXL421的后端加防雷模塊，避免新分流的數(shù)據(jù)與設(shè)備對原路數(shù)據(jù)造成影響，TS16(2)得到的即使虛擬的傳感器數(shù)據(jù)[1]。

2.2 建立虛擬傳感器數(shù)據(jù)對象

（1）TS16配置

TS16的主要功能是把接收的串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為UPD數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，預(yù)先在CDUC與CDUD上找16個(gè)空閑端口，例如：13101-13116，用于接收虛擬傳感器數(shù)據(jù)。由于現(xiàn)行傳感器數(shù)據(jù)使用的是12101-12116，所以配置TS16對整個(gè)自動(dòng)觀測系統(tǒng)不會(huì)造成任何不良影響。

首先配置新增TS16(2)IP地址為192.168.1.103，TS16(1)IP地址假設(shè)為192.168.1.101。TS16的作用是把串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為UPD數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器的指定端口。所以需要更改兩臺(tái)TS16的配置，讓TS16(1)、TS16(2)把每個(gè)端口收的數(shù)據(jù)都發(fā)送的CDUC與CDUD的1210*與1310*端口上。

（2）虛擬傳感器對象的建立

現(xiàn)在CDU已經(jīng)收到了同一傳感器的兩路數(shù)據(jù)，接下來需要通過修改CDU的配置，讓CDU把其中一路作為原始傳感器數(shù)據(jù)，另外一路作為虛擬傳感器數(shù)據(jù)。當(dāng)來自TS16(1)原始傳感器數(shù)據(jù)中斷時(shí)，無縫切換到來自TS16(2)虛擬傳感器數(shù)據(jù)，同樣這里以6號(hào)端口24端云高數(shù)據(jù)為例，配置文件以配置CDUC為例。

首先，在配置文件PORTS.INI中定義兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口NET06與NET36。其中，NET06用來接收TS16(1)發(fā)送的24端原始云高數(shù)據(jù)，NET36用來接收TS16(2)發(fā)送的24端虛擬云高數(shù)據(jù)。

其次，在配置文件SENSORS.INI中定義24端云高原始數(shù)據(jù)對象1_CLOUD_SENSOR_M與1_CLOUD_SENSOR_N，其中1_CLOUD_SENSOR_M用來存儲(chǔ)NET06的原始云高數(shù)據(jù)，即TS16(1)發(fā)送的24端原始云高數(shù)據(jù)，1_CLOUD_SENSOR_N用來存儲(chǔ)NET36的虛擬云高數(shù)據(jù)，即TS16(2)發(fā)送的24端虛擬云高數(shù)據(jù)。

至此，兩路云高數(shù)據(jù)已經(jīng)分別進(jìn)入到了1_CLOUD_SENSOR_M與1_CLOUD_SENSOR_N兩個(gè)對象，其中1_CLOUD_SENSOR_M定義為原始云高傳感器數(shù)據(jù)對象，1_CLOUD_SENSOR_N定義為虛擬云高傳感器數(shù)據(jù)對象。最后，在配置文件DUALSERV.INI中重新定義24端云高數(shù)據(jù)傳感器對象，其中原始云高傳感器數(shù)據(jù)對象是1_CLOUD_SENSOR的第一使用對象，虛擬云高傳感器數(shù)據(jù)對象是1_CLOUD_SENSOR的第二使用對象。

3 雙路數(shù)據(jù)監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)了TS16與交換機(jī)雙機(jī)熱備以后，單個(gè)交換機(jī)與TS16故障以后，在客戶端與服務(wù)器上就不能明顯地體現(xiàn)出來了，故障就變得隱蔽起來。所以，開發(fā)新的監(jiān)控系統(tǒng)變得非常必要。

監(jiān)控的原始數(shù)據(jù)取自原始數(shù)據(jù)對象的Statuses屬性，例如1_CLOUD_SENSOR_N的Statuses屬性。當(dāng)TS16(1)的6號(hào)端口數(shù)據(jù)異常時(shí)對象1_CLOUD_SENSOR_M的Statuses屬性為Old，當(dāng)TS16(2)的6號(hào)端口數(shù)據(jù)異常時(shí)對象1_CLOUD_SENSOR_N的Statuses屬性為Old，正常情況下Statuses的值為Normal。

通過對所有原始數(shù)據(jù)對象的Statuses的值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，把所有采集到的Statuses值與前臺(tái)監(jiān)控程序進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可達(dá)到對TS16(1)、TS16(2)、交換機(jī)(1)、交換機(jī)(2)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行相應(yīng)處理。

4 數(shù)據(jù)測試

為減少數(shù)據(jù)測試給業(yè)務(wù)運(yùn)行帶來的影響，在此選擇24端云高儀作為測試對象，并利用安裝在筆記本上的MIDAS IV服務(wù)器版軟件進(jìn)行測試。

首先斷開TS16(2)6口數(shù)據(jù)，查看原始數(shù)據(jù)對象狀態(tài)。然后恢復(fù)TS16(2)6口數(shù)據(jù)并斷開TS16(1)6口數(shù)據(jù)，查看傳感器數(shù)據(jù)對象狀態(tài)。兩種情況只影響了原始傳感器數(shù)據(jù)對象與虛擬傳感器數(shù)據(jù)對象的其中一個(gè)數(shù)據(jù)對象，1_CLOUD_SENSOR數(shù)據(jù)對象及時(shí)切換到了有效的傳感器數(shù)據(jù)對象上去，1_CLOUD_SENSOR數(shù)據(jù)對象并沒用受到影響，相應(yīng)WEATHERVIEW上顯示的云高數(shù)據(jù)也沒有受到影響。

5 方案優(yōu)點(diǎn)及展望

5.1 方案優(yōu)點(diǎn)

TS16的雙機(jī)熱備是端口級別的，例如：TS16(1)與TS16（2）的第9口是06端云高儀數(shù)據(jù)，當(dāng)TS16(1)的第9個(gè)端口故障時(shí)，06端云高數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)使用TS16(2)第9口的數(shù)據(jù)，而其他數(shù)據(jù)依然使用TS16(1)的相對應(yīng)的端口數(shù)據(jù)。

5.2 展望

通過對場內(nèi)設(shè)備進(jìn)行更改與配置，實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)據(jù)同時(shí)輸出。同時(shí)如果有富余的傳輸線路，兩路數(shù)據(jù)可以分離傳輸，這樣既可以實(shí)現(xiàn)TS16與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的雙機(jī)熱備，也實(shí)現(xiàn)了傳輸線路的備份。同時(shí)也解決了被動(dòng)接收的方式分流RS232信號(hào)帶來的問題。