基于云平臺(tái)的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)方法

張廣炎 陳昕 譚力天

摘要：為了解決城市軌道交通信號(hào)設(shè)備維護(hù)、更新效率較低的問題結(jié)合高可用性、高可擴(kuò)展性的云平臺(tái)環(huán)境文章設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于云平臺(tái)的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)方式并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物驗(yàn)證。維護(hù)中心在保證信息安全的前提下大大降低了城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)工作強(qiáng)度提高了維護(hù)工作效率。

關(guān)鍵詞：云平臺(tái)遠(yuǎn)程運(yùn)維信號(hào)系統(tǒng)終端

中圖法分類號(hào)：U231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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

根據(jù)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)，每天可用的維護(hù)的時(shí)間窗口往往只有2 ～3 個(gè)小時(shí)，維護(hù)通常需要下載當(dāng)日的故障日志，或是在維護(hù)時(shí)間窗口進(jìn)行車載、地面設(shè)備的數(shù)據(jù)更新等作業(yè)[1 ]?？紤]到維護(hù)地點(diǎn)和維護(hù)時(shí)間的限制因素，維護(hù)工作需要投入一定數(shù)量的專業(yè)人員，并且在有限的時(shí)間內(nèi)統(tǒng)一、高效、準(zhǔn)確、可靠的完成維護(hù)工作。

現(xiàn)有維護(hù)方式存在以下缺點(diǎn)：維護(hù)工具（軟件和硬件）只能在需要維護(hù)的設(shè)備旁通過網(wǎng)絡(luò)/串口線纜進(jìn)行維護(hù)，只能單個(gè)插件依次操作，耗費(fèi)時(shí)間較多;信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的插件維護(hù)端口包括網(wǎng)口、串口等多種類型，且不同的插件有不同的維護(hù)工具，使得維護(hù)過程中需要頻繁更換線纜和軟件工具，維護(hù)工作操作復(fù)雜;在維護(hù)過程中，偶爾會(huì)發(fā)生由于插件接口接觸不良導(dǎo)致的無法連接的情況;部分插件燒寫時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)全線列車統(tǒng)一升級(jí)時(shí)，需要調(diào)配大量人手參與升級(jí)工作;多個(gè)文件更新時(shí)，需要依次刷寫，如果多個(gè)設(shè)備由同一人負(fù)責(zé)更新數(shù)據(jù)文件時(shí)，容易錯(cuò)漏;數(shù)據(jù)、配置刷寫完成后，需要人工查看設(shè)備日志或 DMI 顯示，對(duì)各個(gè)文件版本進(jìn)行人工校核，該過程也存在錯(cuò)漏的隱患。

為解決以上問題，我們研發(fā)了一種集日志遠(yuǎn)程獲取、軟件更新、數(shù)據(jù)文件更新、配置文件更新等功能于一體的維護(hù)工具。

2? 信號(hào)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)方式

2.1? 架構(gòu)設(shè)計(jì)

信號(hào)系統(tǒng)的維護(hù)系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，總體分為三個(gè)部分，即維護(hù)操作端、維護(hù)終端和維護(hù)平臺(tái)。

維護(hù)操作端通過網(wǎng)絡(luò)接入維護(hù)平臺(tái)，維護(hù)人員通過操作維護(hù)操作端向維護(hù)平臺(tái)發(fā)送指令及數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)獲取由維護(hù)平臺(tái)反饋的信息，維護(hù)平臺(tái)則將接收到的維護(hù)操作端指令下發(fā)到對(duì)應(yīng)的維護(hù)終端，由維護(hù)終端向信號(hào)設(shè)備發(fā)起維護(hù)請(qǐng)求，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)功能。

2.2? 維護(hù)操作端

維護(hù)操作端與維護(hù)平臺(tái)連接，遠(yuǎn)程維護(hù)終端可以部署在維護(hù)平臺(tái)機(jī)房、車載工班等地，并可以通過不同用戶類型和等級(jí)對(duì)不同城軌信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行不同的運(yùn)維操作。

2.3? 維護(hù)平臺(tái)

維護(hù)平臺(tái)采用了微服務(wù)構(gòu)架，構(gòu)建了一個(gè)冗余的數(shù)據(jù)中臺(tái)，目前掛載了遠(yuǎn)程換裝（配置、內(nèi)核、數(shù)據(jù)）模塊、日志獲取模塊、日志存儲(chǔ)模塊、日志解析模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)智能分析模塊，使用微服務(wù)構(gòu)架便于后期掛載智能監(jiān)測(cè)、運(yùn)維周期預(yù)測(cè)等其他業(yè)務(wù)。維護(hù)平臺(tái)具有良好的伸縮性，可以隨著處理業(yè)務(wù)的擴(kuò)展而擴(kuò)展。

2.4? 車載設(shè)備運(yùn)行維護(hù)插件

對(duì)于車載信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備而言，車載遠(yuǎn)程維護(hù)依賴車載運(yùn)維插件來實(shí)現(xiàn)，該插件作為維護(hù)終端接收維護(hù)主機(jī)命令，響應(yīng)相關(guān)操作，并通過設(shè)備內(nèi)部通信協(xié)議，將配置、程序、數(shù)據(jù)、指令下發(fā)到對(duì)應(yīng)的插件內(nèi)部，以此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程日志獲取、遠(yuǎn)程批量換裝等功能。

維護(hù)平臺(tái)與車載運(yùn)維插件之間通過維護(hù)網(wǎng)進(jìn)行連接，兩者之間的信息通道存在兩條信息鏈路：命令通道用于傳輸換裝、重啟、獲取日志等指令信息，由于以上命令涉及信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的改變，因此采用了 RSSP?I 鐵路信號(hào)安全通信協(xié)議，以保證傳輸?shù)恼鎸?shí)性、完整性、有序性和實(shí)效性，并在內(nèi)部采用了基于 AES 的加密算法，防止數(shù)據(jù)信息被破解和外部惡意入侵。此外，命令通道用于遠(yuǎn)程維護(hù)主機(jī)向維護(hù)終端發(fā)送換裝指令及維護(hù)終端向遠(yuǎn)程維護(hù)主機(jī)反饋換裝狀態(tài)（插件狀態(tài)、換裝進(jìn)度、各插件軟件版本、數(shù)據(jù)文件校驗(yàn)值、平臺(tái)配置文件校驗(yàn)值等）;文件通道采用帶用戶驗(yàn)證的 FTP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)，用于遠(yuǎn)程維護(hù)主機(jī)與業(yè)務(wù)單元之間的各類文件的傳輸，文件通道與命令通道相互獨(dú)立，提供帶重傳機(jī)制的交互式的訪問，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)程系統(tǒng)文件交互。

遠(yuǎn)程維護(hù)平臺(tái)與車載運(yùn)維插件通過維護(hù)網(wǎng)進(jìn)行連接，通過帶加密的通信方式進(jìn)行交互，通信通道包括換裝命令、插件日志獲取、軟重啟命令以及內(nèi)核、數(shù)據(jù)文件、配置文件等信息的傳輸[2]。

使用加密的 FTP 與交互式的命令通道相結(jié)合，用于將待更新的內(nèi)核、數(shù)據(jù)文件、平臺(tái)配置文件傳輸至維護(hù)終端;可用于平臺(tái)日志等文件向維護(hù)平臺(tái)的傳輸或內(nèi)核、數(shù)據(jù)文件、平臺(tái)配置文件的回讀。

當(dāng)車載設(shè)備完成程序內(nèi)核、數(shù)據(jù)文件、平臺(tái)配置文件的更新后，將通過命令通道把當(dāng)前各插件內(nèi)的應(yīng)用程序版本、數(shù)據(jù)文件特征值、平臺(tái)配置版本等信息告知維護(hù)平臺(tái)。

車載信號(hào)機(jī)柜的車載運(yùn)維插件對(duì)外通信時(shí)具有獨(dú)立的 IP 地址，每個(gè)車載記錄單元對(duì)外通信的 IP 地址必須具備唯一性，以便地面系統(tǒng)對(duì)不同列車進(jìn)行識(shí)別，車載運(yùn)維插件與車載無線傳輸單元進(jìn)行物理連接，通過車地?zé)o線傳輸通道連接至地面維護(hù)網(wǎng)的通信鏈路。

2.5? 地面設(shè)備運(yùn)行維護(hù)終端

對(duì)于地面信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備而言，聯(lián)鎖、區(qū)域控制器（ZC）都帶有維修機(jī)，維修機(jī)中可以裝載 PC 端維護(hù)終端，維護(hù)平臺(tái)與 PC 端維護(hù)終端之間通過維護(hù)網(wǎng)進(jìn)行命令通道和文件通道的連接，地面信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備對(duì)外通信時(shí)具有獨(dú)立的 IP 地址，以便維護(hù)平臺(tái)對(duì)不同地面信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行識(shí)別。

維護(hù)終端軟件與車載維護(hù)終端插件區(qū)別僅在于裝載的硬件平臺(tái)不同以及硬件平臺(tái)不同導(dǎo)致的性能差異。

2.6? 設(shè)備日志獲取

維護(hù)平臺(tái)獲取信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備日志有兩種方式。

（1）信號(hào)設(shè)備主動(dòng)向維護(hù)平臺(tái)周期性發(fā)送日志信息，維護(hù)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)包的完整性進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)完整時(shí)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為人工可以識(shí)別的文件，按小時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量超過最大配置值時(shí)（單輛列車存儲(chǔ)7 天，按40輛列車雙端進(jìn)行存儲(chǔ)，可配置;聯(lián)鎖/區(qū)域控制器存儲(chǔ)30天，按全線30套設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)，可配置），且當(dāng)某個(gè)設(shè)備日志達(dá)到最大數(shù)量時(shí)，維護(hù)平臺(tái)將自動(dòng)刪除該設(shè)備最早的日志，以保證每個(gè)設(shè)備的日志可以循環(huán)記錄。

（2）維護(hù)平臺(tái)在預(yù)定的時(shí)間（如每晚2 點(diǎn)）通過維護(hù)終端向信號(hào)設(shè)備主動(dòng)請(qǐng)求日志數(shù)據(jù)，信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備收到維護(hù)平臺(tái)的請(qǐng)求后，確定滿足日志回傳條件時(shí)，將向維護(hù)平臺(tái)發(fā)送當(dāng)日日志數(shù)據(jù)。

2.7? 遠(yuǎn)程維護(hù)的特點(diǎn)

遠(yuǎn)程維護(hù)在充分利用既有設(shè)備的基礎(chǔ)上即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整條城軌線路所有信號(hào)設(shè)備的統(tǒng)一、有效管理。

需要更新的維護(hù)文件通過統(tǒng)一的版本比對(duì)校驗(yàn)后才能由維護(hù)主機(jī)命令通道統(tǒng)一下發(fā)對(duì)應(yīng)的命令，并經(jīng)過文件傳輸通道統(tǒng)一下發(fā)，保證了維護(hù)更新文件的正確性和統(tǒng)一性。

業(yè)務(wù)單元的信息通道包括命令通道與文件傳輸通道，二者相互獨(dú)立，互不干擾。遠(yuǎn)程維護(hù)主機(jī)與業(yè)務(wù)單元內(nèi)的執(zhí)行單元之間命令通道通過鐵路信號(hào)安全通信協(xié)議連接，且?guī)в屑用軘?shù)據(jù)位，保障了通信連接的安全性和實(shí)效性。

維護(hù)操作端、維護(hù)平臺(tái)和維護(hù)終端三者共同對(duì)接入系統(tǒng)用戶的權(quán)限、級(jí)別進(jìn)行檢查，并對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行二次校驗(yàn)，對(duì)于非法入侵、非法操作或誤操作進(jìn)行了一定防護(hù)。

3? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

我們對(duì)該維護(hù)系統(tǒng)在無錫地鐵4 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)一期工程調(diào)試期間進(jìn)行了測(cè)試。

以 ZC 系統(tǒng)為例，維護(hù)操作端連接 ZC 系統(tǒng)各個(gè)插件的狀態(tài)如圖1 所示。ZC 系統(tǒng)的每塊插件以長(zhǎng)方形圖示表示，在長(zhǎng)方形內(nèi)以圓形填充顏色表示遠(yuǎn)程維護(hù)過程中插件維護(hù)狀態(tài)。其中，綠色表示正常連接，紅色表示連接異常。只有連接正常的插件才能進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入遠(yuǎn)程維護(hù)工作狀態(tài)時(shí)，插件顯示黃色狀態(tài)進(jìn)行提示，而連接異常的插件始終以紅色狀態(tài)進(jìn)行提示。

文件通道采用帶用戶驗(yàn)證的 FTP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)，可以滿足遠(yuǎn)程維護(hù)主機(jī)與業(yè)務(wù)單元之間的多文件快速傳輸，以提高文件傳輸效率[3]。

以車載 ATC 系統(tǒng)為例，遠(yuǎn)程維護(hù)主機(jī)連接車載 ATC 系統(tǒng)各個(gè)插件，各個(gè)插件進(jìn)入維護(hù)工作狀態(tài)時(shí)如圖 2所示。系統(tǒng)操作與維護(hù) ZC 系統(tǒng)時(shí)完全一致。

在無錫地鐵4 號(hào)線上進(jìn)行測(cè)試，程序及數(shù)據(jù)部署、日志獲取時(shí)間、人工與遠(yuǎn)程維護(hù)平臺(tái)對(duì)比如表1 所列。

通過系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間對(duì)比可知，利用遠(yuǎn)程維護(hù)的方式大大減少了作業(yè)時(shí)間。其中，更換程序、數(shù)據(jù)的時(shí)間大大減少，獲取日志的效率得到了一定的提升，整體而言提高了勞動(dòng)效率，考慮到人工上下車作業(yè)的過程，實(shí)際作業(yè)效率提高將更明顯。同時(shí)，遠(yuǎn)程維護(hù)的方式具備自動(dòng)檢查版本編號(hào)、命令操作及過程記錄功能，可以有效避免維護(hù)錯(cuò)誤操作及方便糾錯(cuò)或查詢。

總之，利用遠(yuǎn)程維護(hù)的方式可以在中心維護(hù)網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一操作，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量，降低了維護(hù)復(fù)雜度和維護(hù)成本。

4? 結(jié)語(yǔ)

為了解決城市軌道交通信號(hào)設(shè)備維護(hù)效率低與維護(hù)強(qiáng)度大的問題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于云平臺(tái)的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)方法，并通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物測(cè)試進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，利用該信號(hào)系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)方法大大降低了城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)工作強(qiáng)度、復(fù)雜度及維護(hù)難度，提高了維護(hù)工作效率，減少了人員投入，并降低了由于人工導(dǎo)致的錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)，可以在比人工維護(hù)更短的時(shí)間內(nèi)統(tǒng)一、高效、準(zhǔn)確、可靠地完成維護(hù)工作。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

張廣炎（1993—） ，碩士，軟件工程師，研究方向：軌道交通信號(hào)系統(tǒng)。