胡燕玲 張 寧 陳 宇 胡 冬

（1.南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，210024，南京；2.東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心，210018，南京；3.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，100073，北京∥第一作者，工程師）

隨著國內(nèi)城市軌道交通線網(wǎng)的日益擴(kuò)大，城市軌道交通票務(wù)管理（售檢票以及結(jié)算等）已成為各軌道運(yùn)營公司的一項(xiàng)繁瑣而艱難的任務(wù)，而信息技術(shù)的發(fā)展使得自動(dòng)售檢票（AFC）系統(tǒng)成為各大城市軌道交通運(yùn)營單位提高票務(wù)管理水平和效益的有效手段。

AFC 系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)購票、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、財(cái)務(wù)結(jié)算、客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能的自動(dòng)化系統(tǒng)［1］。AFC系統(tǒng)是一個(gè)城市軌道交通科技水平和管理水平的集中體現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)票務(wù)管理、運(yùn)營管理、財(cái)務(wù)管理、清結(jié)算管理、安全管理、綜合監(jiān)控等功能，因此，AFC 系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)作是城市軌道交通順暢、合理、高效運(yùn)營的核心，是實(shí)現(xiàn)軌道交通社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的必要保證。

目前，各城市AFC 系統(tǒng)的建設(shè)是分線路分階段進(jìn)行的，不同線路使用的AFC 系統(tǒng)不統(tǒng)一，采用的軟硬件平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和開發(fā)軟件也不盡相同；各線路AFC 系統(tǒng)自成系統(tǒng)，難以進(jìn)行統(tǒng)一管理和升級(jí)、維護(hù)，難以做到資源共享、設(shè)備共享。

隨著我國城市軌道交通建設(shè)步伐的加快，線網(wǎng)的逐步形成，對(duì)AFC 系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化整合已經(jīng)迫在眉睫。顯然，已建的AFC 系統(tǒng)難以適應(yīng)城市軌道交通規(guī)范化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需要，建立統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化、跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)的自動(dòng)售檢票系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)［2］是未來自動(dòng)售檢票系統(tǒng)發(fā)展的必然方向。采用通信和數(shù)據(jù)交換技術(shù)［3］，構(gòu)建可靠、安全、易用、可擴(kuò)展、互聯(lián)性高的系統(tǒng)架構(gòu)，是AFC 系統(tǒng)的要求，也是發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)發(fā)展需求，本文結(jié)合公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu) （Common Object Request Broker Architecture，簡為 CORBA）技術(shù)的特點(diǎn)，討論該技術(shù)在城市軌道交通AFC 系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用。

1 CORBA技術(shù)分析

CORBA 是對(duì)象管理組織 （Object Management Group，簡為 OMG）開發(fā)的一種開放式的、不依賴于提供商的、能夠使得網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用被很好地調(diào)用的一種應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)和對(duì)象技術(shù)規(guī)范。其核心是一套標(biāo)準(zhǔn)的語言、接口和協(xié)議，以解決分布式計(jì)算環(huán)境 （Distributed Computing Environment，簡為DCE）中不同硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)的互聯(lián)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)間軟件的互操作性，解決傳統(tǒng)分布式計(jì)算模式中存在的問題。它具有跨平臺(tái)、跨操作系統(tǒng)、跨語言、跨網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、跨物理傳輸媒介的特點(diǎn)。它使用了標(biāo)準(zhǔn)的IIOP 協(xié)議（網(wǎng)際ORB 協(xié)議），使得所有來自任何提供商、任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)、任何一種操作系統(tǒng)下、任何網(wǎng)絡(luò)上的基于CORBA 的應(yīng)用，能夠協(xié)調(diào)地同另外一個(gè)來自不同提供商、不同計(jì)算機(jī)、不同操作系統(tǒng)、不同網(wǎng)絡(luò)上的基于CORBA的應(yīng)用進(jìn)行通信。

1.1 CORBA的體系結(jié)構(gòu)及運(yùn)行機(jī)制

CORBA 體系框架如圖1所示。在CORBA 體系結(jié)構(gòu)的中心部分是對(duì)象請(qǐng)求代理（Object Request Broker，簡為 ORB），程序它作為一個(gè)“軟件總線”來連接網(wǎng)絡(luò)上的不同對(duì)象。在客戶端，ORB提供一個(gè)發(fā)送操作調(diào)用的接口；而在服務(wù)器端，ORB提供一個(gè)將操作調(diào)用傳輸?shù)椒?wù)器的API（應(yīng)用程序編程接口）。ORB 的任務(wù)是定位一個(gè)合適的服務(wù)器，并且通過一個(gè)對(duì)象適配器（Object Adapter，簡為OA）將操作調(diào)用傳送給服務(wù)器，客戶不需要了解服務(wù)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)過程以及具體位置。其技術(shù)特點(diǎn)主要有以下幾方面［4］：

（1）引入中間件（MiddleWare）作為事務(wù)代理，完成客戶機(jī)（Client）向服務(wù)對(duì)象方（Server）提出的業(yè)務(wù)請(qǐng)求。

（2）實(shí)現(xiàn)客戶與服務(wù)對(duì)象的完全分開，客戶不需要了解服務(wù)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)過程以及具體位置。

（3）提供軟總線機(jī)制，使得在任何環(huán)境下、采用任何語言開發(fā)的軟件只要符合接口規(guī)范的定義，均能夠集成到分布式系統(tǒng)中。

（4）CORBA 規(guī)范軟件系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮能浖?shí)現(xiàn)方法開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)象內(nèi)部細(xì)節(jié)的完整封裝，保留對(duì)象方法的對(duì)外接口定義。

（5）客戶和服務(wù)器之間的接口通過接口定義語言（Interface Definition Language，簡為IDL）來定義，IDL是一種中間定義語言，可以翻譯成C、C＋＋、Java、Delphi等多種語言。IDL 與具體語言無關(guān)，是CORBA 支持異構(gòu)系統(tǒng)和獨(dú)立開發(fā)應(yīng)用程序集成的關(guān)鍵。

圖1 CORBA 體系框架

1.2 CORBA的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

其技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為如下幾個(gè)方面：

（1）能夠確保平臺(tái)跨計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)提供通信接口。任何系統(tǒng)或者第三方應(yīng)用程序，只要符合CORBA IIOP通信標(biāo)準(zhǔn)，都可以調(diào)用接口，并獲取相應(yīng)的信息，其可保證平臺(tái)的開放性。

（2）易擴(kuò)展性。當(dāng)有新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入時(shí)，只需將該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)接口掛接在CORBA 名稱服務(wù)上，客戶端就可以調(diào)用，這使得平臺(tái)擴(kuò)展更加方便。

（3）可伸縮性。當(dāng)用戶數(shù)量增多時(shí)，可以適當(dāng)增加服務(wù)的數(shù)量，比如可以在CORBA IIOP總線上掛接多個(gè)名稱服務(wù)，每個(gè)名稱服務(wù)下面都注冊(cè)一定數(shù)量的業(yè)務(wù)對(duì)象，每個(gè)服務(wù)都可供一定范圍內(nèi)的用戶調(diào)用，這能保證平臺(tái)在面對(duì)很多用戶訪問時(shí)，能夠最大限度地提供所需的信息服務(wù)。

（4）可靠性?？梢栽?CORBA IIOP 總線上掛接多個(gè)備份的服務(wù)，一旦一個(gè)服務(wù)發(fā)生意外終止，CORBA 的失敗轉(zhuǎn)移機(jī)制會(huì)自動(dòng)將客戶端調(diào)用轉(zhuǎn)接到另一個(gè)服務(wù)上，這可以確保平臺(tái)在遇到緊急情況時(shí)，能提供穩(wěn)定、可靠的服務(wù)。

1.3 線網(wǎng)AFC系統(tǒng)通信和數(shù)據(jù)交換技術(shù)基本需求

AFC設(shè)備使用量大，是乘客與AFC 交互的界面，直接服務(wù)于乘客，完成售票、檢票、充值和票務(wù)異常處理等功能。設(shè)備的狀態(tài)直接影響著城市軌道交通的服務(wù)水平和乘客滿意度。車站計(jì)算機(jī)（Station Computer，簡為SC）系統(tǒng)用來監(jiān)控和配置本地車站設(shè)備，采集本地車站設(shè)備的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)連接多個(gè)外部設(shè)備，通信節(jié)點(diǎn)多。SC 系統(tǒng)接收線路計(jì)算機(jī)（Line Computer，簡為LC）系統(tǒng)的指令和參數(shù)，并下發(fā)到相應(yīng)的設(shè)備；同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)，上傳到LC 系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，對(duì)車站的每一臺(tái)設(shè)備實(shí)施監(jiān)督、控制、參數(shù)化、數(shù)據(jù)采集和審計(jì)功能。網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下底層通信模型的優(yōu)劣會(huì)直接影響到AFC系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?duì)AFC系統(tǒng)的性能有著決定性的作用。

線網(wǎng)AFC 系統(tǒng)直接為乘客提供服務(wù)，與設(shè)備、客流、收益等密切相關(guān)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行完整的集成和挖掘，同時(shí)與綜合監(jiān)控等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、信息共享。隨著城市軌道交通AFC 系統(tǒng)技術(shù)和業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸接口也將不斷更新。為適應(yīng)這種動(dòng)態(tài)的變化，有效地屏蔽各系統(tǒng)的分布性和系統(tǒng)的異構(gòu)性，使通信可靠、自由、透明，采用跨平臺(tái)的通信和數(shù)據(jù)交換軟件技術(shù)，構(gòu)造可靠、安全、易用、可擴(kuò)展和互聯(lián)性高的底層設(shè)備通信架構(gòu)，是AFC系統(tǒng)的基本要求。

作為一個(gè)開放的、標(biāo)準(zhǔn)的分布式對(duì)象系統(tǒng)的解決方案，以CORBA 為基礎(chǔ)部署AFC 系統(tǒng)，可以不用在意用于實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)和技術(shù)。由于CORBA 支持程序的模塊化和軟件的再利用，靈活性較強(qiáng)，可以隨時(shí)通過增加一個(gè)服務(wù)模塊來實(shí)現(xiàn)新的功能，而不必對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重新編寫和重載［5］。因而CORBA 能夠?yàn)閼?yīng)用開發(fā)提供更強(qiáng)大的服務(wù)，對(duì)底層設(shè)備跨平臺(tái)提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)募嫒菪?、?biāo)準(zhǔn)化，更好地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)化AFC 系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)營以及日后的維護(hù)中，從而能減少重復(fù)建設(shè)、降低建設(shè)成本和加快地鐵建設(shè)步伐。

2 CORBA技術(shù)在AFC系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 通信服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)

伴隨著城市軌道交通的建設(shè)進(jìn)程，我國AFC系統(tǒng)的建設(shè)也經(jīng)歷了啟蒙階段到實(shí)踐階段、再到調(diào)整階段的發(fā)展。目前AFC 系統(tǒng)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的五層構(gòu)架體系，由系統(tǒng)ACC（清結(jié)算中心）、LC、SC、AFC 設(shè)備和票卡組成，采用全封閉的運(yùn)行方式，以非接觸式IC 卡為車票介質(zhì)。

然而，隨著城市軌道交通線路網(wǎng)絡(luò)化的形成、新技術(shù)的引入以及國內(nèi)AFC 系統(tǒng)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的積累，人們逐漸認(rèn)識(shí)到AFC 系統(tǒng)五層基本架構(gòu)在不同運(yùn)營商所轄線路互聯(lián)互通、系統(tǒng)升級(jí)改造、資源高效利用上存在一定的局限性，因而對(duì)AFC 系統(tǒng)的體系架構(gòu)有了新的要求。很多城市在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)五層構(gòu)架基礎(chǔ)上，衍生出了一些 AFC 系統(tǒng)架構(gòu)變體［6］，包括北京多線共用AFC 系統(tǒng)線路中心建設(shè)、南京AFC系統(tǒng)區(qū)域中心建設(shè)，以及AFC 業(yè)務(wù)內(nèi)置型讀寫器應(yīng)用等。

城市化進(jìn)程的發(fā)展，乘客對(duì)城市軌道交通服務(wù)需求的改變和運(yùn)營商運(yùn)營管理復(fù)雜程度的增大，考慮到網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營所帶來的不同線路承包商的介入，本文選用CORBA 中間件技術(shù)作為通信的底層技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)AFC 系統(tǒng)中終端設(shè)備和車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)通信架構(gòu)（見圖2）使得上層AFC 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)更加靈活，利于AFC 系統(tǒng)設(shè)備的統(tǒng)一管理維護(hù)和信息共享，方便網(wǎng)絡(luò)化AFC 系統(tǒng)整合。從而適應(yīng)城市軌道交通發(fā)展的需求，更好地滿足新線建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的要求。

圖2 基于CORBA 的AFC 系統(tǒng)底層通信架構(gòu)

2.2 平臺(tái)程序開發(fā)及應(yīng)用接口

本文以AFC 系統(tǒng)中的設(shè)備監(jiān)控為例，對(duì)CORBA 技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行闡述。作為城市軌道交通AFC 系統(tǒng)的一個(gè)重要子系統(tǒng)，AFC 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是城市軌道交通面向運(yùn)營管理服務(wù)的重要組成部分，其數(shù)據(jù)流主要包括：設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備事件和設(shè)備命令。設(shè)備一方面需向數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳狀態(tài)和事件數(shù)據(jù)，另一方面需接收數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)來的命令。監(jiān)控軟件一方面從數(shù)據(jù)服務(wù)器中讀取狀態(tài)，并向數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送命令，另一方面需接收數(shù)據(jù)服務(wù)器推送的事件信息。CORBA 通信本身是一種發(fā)布／訂閱（Publish／Subscribe）結(jié)構(gòu)，每次通信只能由訂閱方發(fā)起，而AFC 系統(tǒng)包含數(shù)千個(gè)設(shè)備和多個(gè)監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件與設(shè)備間互為發(fā)布方和訂閱方，進(jìn)行雙向通信。因而基于CORBA 中間件技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)的系統(tǒng)開發(fā)，首先是進(jìn)行組件的功能模塊設(shè)計(jì)，然后按照規(guī)范要求編寫IDL文件，最后通過客戶端和服務(wù)器端的編譯機(jī)實(shí)現(xiàn)函數(shù)功能。

2.2.1 CORBA 應(yīng)用接口

CORBA 應(yīng)用借助 IDL 件描述 CORBA 接口。IDL文件中包含模塊、接口、操作和數(shù)據(jù)類型等元素。

2.2.2 CORBA 服務(wù)和客戶程序

生成IDL 文件后，需要通過特定的編譯器將IDL文件轉(zhuǎn)換成C／C＋＋或其它語言代碼，并分別編寫客戶端和服務(wù)端程序。服務(wù)器需提供CORBA接口的一個(gè)繼承于該接口的POA（變攜式對(duì)象適配器）框架類的實(shí)現(xiàn)類來提供CORBA 對(duì)象的本地對(duì)象實(shí)現(xiàn)。對(duì)象引用是CORBA 對(duì)象在ORB 總線上的唯一標(biāo)識(shí)。不同的ORB 實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象引用的封裝可能會(huì)有所不同?？蛻羰峭ㄟ^對(duì)象引用來訪問服務(wù)器CORBA 對(duì)象的，因此客戶首先需獲取服務(wù)器CORBA 對(duì)象的對(duì)象引用?？蛻臬@得服務(wù)器CORBA 對(duì)象的對(duì)象引用，調(diào)用該對(duì)象的接口操作。因此在設(shè)備、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及監(jiān)控軟件上都要部署CORBA 的接口服務(wù)程序。

2.2.3 數(shù)據(jù)通信連接的建立

設(shè)備的注冊(cè)流程如圖3所示。

圖3 Server－SLE的CORBA 會(huì)話建立的流程圖

（1）Server廣播的UDP（用戶數(shù)據(jù)協(xié)議）包的接收。Server啟動(dòng)后，在車站局域網(wǎng)通過指定的端口廣播一個(gè)包含Server注冊(cè)代理管理的CORBA對(duì)象引用的UDP 包；設(shè)備從指定的端口接收該UDP包，然后根據(jù)包格式的定義，獲取Server注冊(cè)代理管理員的IOR（可互操作對(duì)象引用）。

（2）設(shè)置CORBA 連接。設(shè)備根據(jù)取出的IOR獲取Server注冊(cè)代理的CORBA 對(duì)象，通過調(diào)用相應(yīng)的Register方法啟動(dòng)設(shè)備的注冊(cè)過程，接著設(shè)備提供EqRoot對(duì)象給Server的注冊(cè)代理。

（3）設(shè)備的注冊(cè)。Server 通過 EqRoot：：getData方法獲取設(shè)備的MachineID，并驗(yàn)證其合法性；另外，SC 還可從EqRoot對(duì)象獲取EqControl對(duì)象，通過命令控制設(shè)備，并設(shè)置車站上下文。

（4）設(shè)備根據(jù)Server同步自身的狀態(tài)。成功注冊(cè)后，Server通過調(diào)用bulkRead方法獲得設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)；設(shè)備驗(yàn)證是否已裝載最新版本的EOD（設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)），以及其操作模式和IP地址是否與Server相同。

（5）會(huì)話異常處理。設(shè)備注冊(cè)失敗后的恢復(fù)事件中，進(jìn)行同上的會(huì)話初始化過程。如果會(huì)話中斷，設(shè)備會(huì)周期性地嘗試連接，直到會(huì)話恢復(fù)，期間設(shè)備與Server之間的通信被禁止。

通過獲取CORBA 對(duì)象的對(duì)象引用，設(shè)備在注冊(cè)過程中建立與數(shù)據(jù)服務(wù)器的雙向通信。監(jiān)控軟件的注冊(cè)過程與設(shè)備基本相同，當(dāng)通信連接成功后，就可以使用“推／拉”模式傳輸設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備事件數(shù)據(jù)和設(shè)備命令數(shù)據(jù)，直到會(huì)話結(jié)束。

2.3 CORBA技術(shù)的應(yīng)用效果

CORBA 產(chǎn)品為分布式應(yīng)用程序的開發(fā)和執(zhí)行提供了一個(gè)框架，采用CORBA 軟總線技術(shù)，屏蔽了通信底層接口的復(fù)雜性，易于實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨硬件的軟件通信，使應(yīng)用軟件的內(nèi)部數(shù)據(jù)流更清晰，各種服務(wù)與客戶端之間可更方便地交互所需要的數(shù)據(jù)。這樣可以讓開發(fā)者專注于構(gòu)建業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)，而不用過多考慮復(fù)雜的底層，極大地提高了構(gòu)件開發(fā)的效率。CORBA 的使用為AFC 系統(tǒng)提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議與應(yīng)用程序接口，可運(yùn)行于多種硬件及OS（操作系統(tǒng)）平臺(tái)，方便不同的對(duì)象進(jìn)行通信。從而滿足了城市軌道交通AFC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的需求，提高了AFC 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，為日后新線建設(shè)預(yù)留接口，進(jìn)而整合不同的線路，減少資源重復(fù)配置造成的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)資源共享、互聯(lián)互通。另外，許多公司和組織在CORBA 技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上開發(fā)了相關(guān)的市場(chǎng)化產(chǎn)品［7－8］，使得 CORBA 技術(shù)在城市軌道交通AFC 系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，進(jìn)而推動(dòng)AFC 系統(tǒng)的模塊化和國產(chǎn)化。

3 結(jié)語

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的形成，AFC 系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。CORBA 技術(shù)的應(yīng)用，不僅方便了軟件系統(tǒng)的建設(shè)過程、縮短了開發(fā)周期，而且提高了通信傳輸質(zhì)量和效率，減少了運(yùn)行維護(hù)工作量。另外，CORBA 技術(shù)的使用為將來接入OCC（運(yùn)營控制中心）預(yù)留了接口，為系統(tǒng)間集成提供了可能，使AFC 系統(tǒng)架構(gòu)更易于擴(kuò)展和互聯(lián)，可以更好地適應(yīng)現(xiàn)有和未來AFC 的業(yè)務(wù)發(fā)展。

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