王 欣

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

城市軌道交通通信系統(tǒng)包含傳輸子系統(tǒng)、無(wú)線通信子系統(tǒng)、公務(wù)電話子系統(tǒng)、專用電話子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、廣播子系統(tǒng)、時(shí)鐘子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、乘客信息子系統(tǒng)等數(shù)十個(gè)子系統(tǒng)。這些通信子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)直接影響地鐵列車的穩(wěn)定運(yùn)行，所以維護(hù)人員及時(shí)、準(zhǔn)確地了解整個(gè)通信系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和告警信息，并能通過(guò)故障定位及診斷信息對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行及時(shí)有效處理是十分必要的。

為保證設(shè)備能夠管理和維護(hù)，各通信子系統(tǒng)設(shè)有獨(dú)立的網(wǎng)管，網(wǎng)管系統(tǒng)上通常顯示該子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)及故障信息。但由于各子系統(tǒng)網(wǎng)管安裝地點(diǎn)分散，維護(hù)人員無(wú)法對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行有效的集中維護(hù)管理，也無(wú)法對(duì)通信子系統(tǒng)間的故障進(jìn)行聯(lián)動(dòng)分析，缺少故障的定位、診斷及處理措施建議，無(wú)法對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行高效的管理和維護(hù)。

本文針對(duì)通信系統(tǒng)維護(hù)的實(shí)際需求，研究通信集中監(jiān)測(cè)及告警技術(shù)。通過(guò)對(duì)可擴(kuò)展的接口適配、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)的研究，提出通信集中告警系統(tǒng)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)集中監(jiān)測(cè)和管理、故障的快速定位與處理、設(shè)備性能管理與預(yù)警等功能，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行可靠性及運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本。

2 集中告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

集中告警系統(tǒng)在控制中心設(shè)置服務(wù)器、交換機(jī)，在維護(hù)值班室設(shè)置終端，終端通過(guò)交換機(jī)與服務(wù)器相連接，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信。

傳輸系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)等子系統(tǒng)，分別通過(guò)以太網(wǎng)接口連接到集中告警系統(tǒng)的交換機(jī)上，實(shí)現(xiàn)與集中告警服務(wù)器的通信，并實(shí)時(shí)向集中告警系統(tǒng)提供設(shè)備狀態(tài)及告警信息。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)接口與集中告警系統(tǒng)交換機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)與集中告警系統(tǒng)服務(wù)器通信，集中告警系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)向綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)備狀態(tài)信息。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 集中告警系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Fig.1 Architecture schematic diagram of centralized alarming system

2.2 軟件架構(gòu)

考慮到系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)簡(jiǎn)單，多用戶分布性訪問，業(yè)務(wù)擴(kuò)展方便等特點(diǎn)，系統(tǒng)采用B/S 軟件架構(gòu)。由于需要管理和接入的通信子系統(tǒng)較多，且不同廠家接口也不完全一致，為保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及易維護(hù)性，系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)和告警展示子系統(tǒng)，具體軟件架構(gòu)如圖2 所示。

數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)各通信子系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及告警信息的接收，數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)上報(bào)給告警展示子系統(tǒng)及綜合監(jiān)控系統(tǒng)。告警展示子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)UI 界面實(shí)時(shí)呈現(xiàn)給維護(hù)人員。

為增加系統(tǒng)可靠性和可用性，采用結(jié)構(gòu)化方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分。數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)上報(bào)模塊。告警展示子系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)接收模塊、系統(tǒng)配置模塊、拓?fù)涔芾砟K、告警管理模塊、性能管理模塊、安全管理模塊、自定義預(yù)警模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

2.3 系統(tǒng)功能

集中告警系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各通信子系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障的診斷和呈現(xiàn)，具體功能如下。

1）數(shù)據(jù)采集：能夠采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息和告警信息，處理后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2）拓?fù)涔芾恚耗軌驅(qū)ν負(fù)鋱D中的節(jié)點(diǎn)類型（如車站、車輛段、停車場(chǎng)等）和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置，并能夠在拓?fù)鋱D中以聲光的形式展示各節(jié)點(diǎn)的告警等級(jí)、告警數(shù)量信息。

圖2 集中告警系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖Fig.2 Software schematic diagram of centralized alarming system

3）告警管理：能夠?qū)Ω婢^(guò)濾、告警轉(zhuǎn)發(fā)、告警方式、自動(dòng)確認(rèn)方式等進(jìn)行配置；能夠根據(jù)過(guò)濾條件對(duì)告警信息實(shí)時(shí)顯示；根據(jù)指定條件查詢、統(tǒng)計(jì)告警信息，以圖表的形式呈現(xiàn)并可導(dǎo)出。

4）性能管理：獲取車站內(nèi)機(jī)柜的環(huán)境（如溫度、濕度等）信息，可根據(jù)指定條件查詢、統(tǒng)計(jì)，并支持以圖表的形式呈現(xiàn)和導(dǎo)出。

5）自定義預(yù)警：能夠?qū)π阅軈?shù)閾值進(jìn)行配置；能夠根據(jù)用戶定義的閾值判斷設(shè)備是否存在預(yù)警，并在拓?fù)渲姓故尽?/p>

6）故障分析：能夠結(jié)合通信子系統(tǒng)間的故障信息聯(lián)動(dòng)分析，給出故障定位及處理措施建議。

7）安全管理：按照不同角色管理維護(hù)人員權(quán)限，記錄用戶的操作日志、登錄日志及系統(tǒng)健康狀態(tài)，并提供查詢功能。

8）智能提醒：可從多個(gè)角度根據(jù)用戶配置進(jìn)行郵件、短信的智能提醒功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 可擴(kuò)展的接口適配設(shè)計(jì)

集中告警系統(tǒng)南向?qū)訑?shù)十個(gè)通信子系統(tǒng)，北向?qū)泳C合監(jiān)控系統(tǒng)及EAM 資源管理系統(tǒng)。同一個(gè)子系統(tǒng)也可能是由不同廠家提供，且隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展，接入的子系統(tǒng)還會(huì)逐步增加，所以接口的靈活性和擴(kuò)展性是系統(tǒng)后續(xù)可持續(xù)演進(jìn)的重要因素之一。

系統(tǒng)采用獨(dú)立的數(shù)據(jù)接口模塊設(shè)計(jì)，南向支持UDP、SNMP 協(xié)議，可擴(kuò)展其他基于IP 的協(xié)議（如TCP 等）；北向支持modbus 協(xié)議，并預(yù)留UDP、TCP、REST 等接口協(xié)議。

3.2 大數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)

集中告警系統(tǒng)采集各車站、各通信子系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、告警信息、性能信息等，數(shù)據(jù)并發(fā)量大，對(duì)實(shí)時(shí)性要求高。為保證在數(shù)據(jù)并發(fā)時(shí)的處理速度及響應(yīng)時(shí)間，系統(tǒng)采用多線程處理。為防止多線程帶來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)序錯(cuò)誤導(dǎo)致的告警信息不同步，將根據(jù)數(shù)據(jù)類別（告警或性能信息）、子系統(tǒng)類別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，再放到不同線程隊(duì)列中處理。

集中告警系統(tǒng)需要將歷史數(shù)據(jù)保留一年以上的時(shí)間，將會(huì)累計(jì)近TB 級(jí)的數(shù)據(jù)量，為保證查詢、統(tǒng)計(jì)的響應(yīng)速度，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行優(yōu)化處理。對(duì)于存儲(chǔ)告警信息的數(shù)據(jù)庫(kù)表，以月為單位對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表進(jìn)行分區(qū)；對(duì)于存儲(chǔ)性能信息的數(shù)據(jù)庫(kù)表，以日為單位對(duì)該表進(jìn)行分區(qū)處理。

3.3 數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)

集中告警系統(tǒng)最重要的是能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，所以能夠及時(shí)、完整的接收、處理設(shè)備告警信息是系統(tǒng)的關(guān)鍵。

為保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性，系統(tǒng)采用消息上報(bào)機(jī)制、消息重發(fā)機(jī)制，以及定時(shí)輪詢機(jī)制。當(dāng)各通信子系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)告警時(shí)，應(yīng)根據(jù)接口定義主動(dòng)上報(bào)告警信息，數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)收到告警信息后回復(fù)確認(rèn)消息，若該子系統(tǒng)在指定時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)消息，應(yīng)啟動(dòng)消息重發(fā)機(jī)制，再次發(fā)送告警信息，直至收到確認(rèn)消息或達(dá)到重發(fā)上限次數(shù)。

同時(shí)，集中告警系統(tǒng)啟動(dòng)定時(shí)輪詢機(jī)制，定期更新各通信子系統(tǒng)最新狀態(tài)，保證系統(tǒng)能夠?yàn)榫S護(hù)人員提供最新、最準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)信息。

4 應(yīng)用成果

集中告警系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用于成都某地鐵線路，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及告警信息的集中監(jiān)控和管理、重大告警的過(guò)濾和分析、處理措施的優(yōu)化和建議、運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)和預(yù)警等，并通過(guò)智能、友好的用戶接口，使維護(hù)人員能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，快速定位處理故障，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)潛在威脅和風(fēng)險(xiǎn)，從而提高運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本，保障系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全可靠。

5 結(jié)論和建議

本文研究了通信集中監(jiān)測(cè)和告警技術(shù)，介紹系統(tǒng)架構(gòu)、軟件架構(gòu)及系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，并說(shuō)明系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，證明了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

考慮到信息技術(shù)及移動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展，下一步將考慮系統(tǒng)與移動(dòng)端的結(jié)合，建議后續(xù)對(duì)集中告警移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。