摘要：設计了轨道交通专用无线通信体系中综合网管的总体架构，分析了综合网管设计的关键点和难点，描述了前置机软件、服务器软件、客户端软件及告警上报软件的设计与实现，从软件结构、拓扑编辑原理和告警信息定义等多方面论述了综合网管的工作原理。通过此方案实现的综合网管已在国内多个轨道交通项目中应用，证明了设计的可靠性及高扩展性。
关键词：轨道交通；专用无线通信系统；综合网管
中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2018）12-62-3
Design of Wireless Integrated Network Management for Rail Transit Communication
LI Yang1， ZOU Ming2
（1. Shijiazhuang Metro Co.， Ltd.， Shijiazhuang Hebei 050000， China； 2. Hebei Far-east Communication System Engineering Co.， Ltd.， Shijiazhuang Hebei 050200）
0引言
作为现代轨道交通最重要的通信手段，专用无线通信系统已经成为轨道交通建设项目中不可或缺的一部分[1]。专用无线系统需要高可靠性运行，负责监视系统内服务和设备状态的无线综合网管就显得格外重要。随着轨道交通的发展和技术的更新，专用无线通信系统采用的新技术和包含的新设备越来越多，这也对无线综合网管的可靠性和扩展性提出了更高的要求。
1总体设计
无线综合网管采用分层设计，利用分层技术能够实现软件开发和维护的高度灵活性以及功能模块的复用度[2]。为方便网管分布部署，无线综合网管采用C/S结构，由前置机、服务器、客户端和告警上报软件4部分组成。服务器软件作为C/S结构中的服务器，前置机、客户端和告警上报软件为C/S结构中的客户端。网管模块组成如图1所示。
前置机负责采集各监控设备的告警信息，将不同协议的告警数据转换成内部统一格式并存入数据库。服务器负责分析告警信息，根据告警定位和告警内容处理告警信息，并将告警结果发送给客户端显示。客户端主要提供人机操作界面，通过监控拓扑视图来显示设备的运行状态，告警上报软件用于向集中告警系统上报告警信息。
2设计的关键点
无线综合网管需要实现故障管理、配置管理和安全管理等功能。设计的关键点和难点包括监控设备接入、告警信息格式定义、监控拓扑视图显示和告警信息上报。
（1）监控设备接入
无线综合网管需要接入的设备众多，不同监控设备的接口协议和告警格式都不一致。解决该问题的方案是为每种监控设备定制一个接口模块，由接口模块实现通信设备和告警采集功能。
（2）告警信息格式定义
在本设计中，告警信息由告警定位和告警内容组合唯一确定。告警定位又由告警设备和告警单元组合确定，其中“产品系列+设备类型+设备ID”组合唯一确定告警设备；“模块+板卡+端口”组合唯一确定告警单元。“告警状态+告警类型+告警号”组合唯一确定告警内容。这些字段再加上“告警ID”、“告警时间”、“告警级别”和“告警文本”等字段即可组成完整的告警信息。
（3）监控拓扑视图显示
网管客户端需要按一定的层次显示项目中的设备信息。解决该问题是采用具有层次的拓扑图层，图层可以包含静态图片、连接线和站点、设备、告警单元等显示网元。每个拓扑有一个根图层，如果图层中的显示网元有关联下一级图层，那么通过该网元可以打开关联图层。如此，整个拓扑视图也就建立起来。
（4）告警信息上报
在不同的轨道交通项目中，集中告警的接口协议和告警格式可能不一致。解决该问题的方案与监控设备接入类似，为每个集中告警系统定制一个接口模块，由接口模块实现接口通信和告警上报功能。
3设计实现
3.1前置机
前置机直接与监控设备通信，采集、转换设备告警信息并保存到数据库中，然后通知网管服务器，软件结构如图2所示。
针对各种各样的监控设备，前置机软件采用简单工厂模式[3]，设计一个抽象基类，各个接口模块设计成继承该基类的子类。基类仅包含接口标识、状态信息等少量公共字段。子类具体实现接口通信处理和告警信息解析等功能。采用动态链接库方式封装各个接口模块类，并输出相同的调用方法接口。管理模块作为一个工厂，根据数据库访问模块返回的接口标识，动态加载对应的接口模块动态链接库，生成接口模块实例。当出现新的监控系统或设备时，开发人员仅需要开发接口模块动态链接库，同时修改管理模块中生产接口实例的方法即可，这样就可以快速灵活地适应轨道交通领域各式各样的新需求。
前置机软件与服务器间采用面向连接TCP私有协议通信，前置机做客户端，向服务器发送软件运行状态、接口通信状态和告警处理结果等信息。数据库访问模块既要实现设备信息静态数据读取功能，还需要实现告警信息存储功能。
3.2服务器
服务器软件是整个无线综合网管的核心部分，是信息交互的枢纽，为网管其他部分提供数据支持，软件结构如图3所示。
當前置机、客户端和告警上报软件以TCP客户端形式连接服务器成功后，服务器需要核对客户端类型，然后根据类型生成对应的模块实例。通信模块和业务模板分离，服务器可以支持多个同类型客户端同时访问。
当告警上报软件通知新告警信息已存储到数据库时，服务器访问数据库读取新告警信息，然后依次根据重复告警、告警设备、告警单元和告警内容来确定告警信息是否被屏蔽。屏蔽的告警信息将直接保存到数据库恢复信息表中，无需后续处理。非屏蔽的告警信息根据是故障信息还是恢复信息做后续处理，处理后的告警信息保存到数据库中，并通知客户端软件和告警上报软件。
此外，服务器需要保存整个拓扑中设备的告警状态，并根据告警信息动态更新设备告警状态。如果存在多个客户端软件，客户端连接成功后服务器将下发设备告警状态信息，保证所有客户端状态一致。
3.3客户端
客户端可以图形化显示整个监控拓扑的设备信息和告警信息，其关键是需要提供一个与设备无关的拓扑场景编辑工具，可以根据设备组网及配置情况利用各种形状的网元进行拓扑编辑[4]，拓扑编辑原理如图4所示。
监控拓扑视图是一个倒树状型结构，结构中每个节点元素是一个图层。其中拓扑中只存在一个根节点图层，父节点图层可以有多个子节点图层，但子节点图层只能有一个父节点图层，图层下还可以再有子节点图层，由此结构排列的图层集合就构成了一个监控拓扑视图。
图层中可以放置静态图片、连接线、站点、设备及告警单元等显示网元。虽然站点、设备和告警单元等显示网元各不相同，但是在图层中显示方式大同小异，都具有位置、尺寸、形状、名称、告警显示位置和关联图层等属性。因此可以采用享元（Flyweight）模式，将对象的共同信息提取出来并作为一个新的Flyweight对象[5]。软件对图层中各显示元素的串行化即可实现图层的存储。
此外，客户端软件还需要实现用户管理、参数设置、告警信息查询、列表显示、统计和打印等常规功能。
3.4告警上报软件
告警上报软件直接与集中告警系统通信，上报告警信息，软件结构如图5所示。
告警上报软件结构与前置机软件基本一致，由管理模块、TCP Client模块、数据库访问模块和集中告警接口模块组成。集中告警接口模块实例由管理模块依据数据库中接口标识动态生成。
各个厂家的集中告警通信协议各不相同，但大体分为具备“告警同步”功能和不具备“告警同步”功能两大类。告警上报软件需要从网管服务器或数据库获取当前故障告警信息和历史告警信息，以适应这两类接口协议。
4结束语
目前基于该设计方案的网管已经实现多个无线系统和终端设备的接入，以及向多个集中告警系统上报告警信息，并在国内多个轨道交通项目得到应用，获得用户广泛好评。实践证明本网管能够稳定高效工作，满足用户需求，同时具有较强的可扩展性和可维护性，仅需开发接口模块动态链接库即可实现与新增的监控设备和集中告警系统通信的功能，对其他网管类、监控类系统具有较强的参考价值。
参考文献
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[2]李冶，高源.分层软件架构设计及其应用研究[J].电脑知识与技术，2017，13（13）：89-90.
[3]欧建斌.工厂设计的模式研究[J].微型电脑应用，2010，26（12）： 15-17.
[4]李士东.轨道交通专用通信集中告警系统设计[J].无线电通信技术，2012，38（3）：58-61.
[5]刘海岩，锁志海，吕青，等.设计模式及其在软件设计中的应用研究[J].西安交通大学学报，2005（10）：1043-1047.
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