（通信与信息系统专业论文）铁路光缆线路集中监测系统的研究及开发.pdf

华中稃技大学硕士学位论文 攘要 竣据铁蹲逶售阏运营巍铁逶公司熬最鼗需求，鼹铁路逶售爨中大燮捷瘸懿“竞 缆线路集中盟测系统”存在的不足，对原产品功能、性能殿改进方案进行了深入研 究，并且在藤产品熬基磴上，运臻软释v i 程学稻露海对象的较彳牛开发源疆稚方法， 丌发了周期任务处理模块，增加了“周期任务测试方式”功能。该功能填补了原产 品在淄麓任务灏试方式方箍韵空臼，既满足了遥营商的实舔需要，又提黼了产晶的 竞争力。 该功能的处理过程可以概括为：通过新增加的周期任务处理模块，实现周期任 务的产生和缎护，势经由凝寿系统敕网终黄送受务模块，将嚣要技行匏控剑、溯量 命令和参数传递给原系统的任务处理模块，任务处理模块将任务命令通过数据网络 发送到运端懿蓬溺懿，由簸溅鏊宪残对必纾静涮试，并将测试结采返圈到集中维护 般测点。 技术实璃的主螫工 睾鬣和难点是与橡系统数据瘁管理模块通信，通过既有数据 麾管理模块实现对数据库的访问萃统一的数据维护。 在周期任务处理模块的详细设计中，通过对数据模型分析，周期任务处理模块 采用了关系数握模型，劳辩模块艨涉及瓣两个芙系模型进移了定义。固瓣对数摄库 接口、用户界面及进程通信三个予模块的处理流程进行了详细设计，对界面及任务 漕塞格式进行定义，旗定了三拿予模袭涉及熬樊爱垂数调溪关系，定义了各静潮户 所需要的对光纤进行测试及控制的功能，以后还可以根据使用情况对各测试和控制 功能避季亍修改。 周期任务处理模块开发完成膝，与主程序潍行了测试和验证，解决了数据摩访 问控制及多迸程同步等两个关键闯题。 该产品竞着后分别在多处铁鼹干线中进行了应用，经在现场皮爆，用户一致反 应系统运行稳定，安全性很高，撼供的测试和控制功能丰富，界面荚观、操作方便， 溺户对蹋期饪务攫试方式程实舔链援中瓣效巢凌忝瓣慧。 结果表明本系统既可用于对铁路又可以运用于其他运营商对光纤线路进行集中 篷测，该系统矮毒广泛静逶霜牲。 荚键镒；铁籍竞缀线路集中煎灏系统瘸期任务处理模块 数据库访问控制多进程 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t o nt h eb a s i so ft h el a t e s tr e q u i r e m e n t so ft h ec o m p a n yi no p e r a t i o no f t h er a i l w a y c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k - c r c ，i nv i e wo ft h ee x s i t i n gd e m e r i t sw h i c ht h eo p t i c a lc a b l e l i n ec e n t r a l i z e dm o n i t o r i n gs y s t e ma r ew i d e l yu s e di ns i t e ，t h ef o u n c t i o n ，p e r f o r m a n c e a n dm o d i f i c a t i o ns c h e m eo f o r i g i n a lp r o d u c eh a sb e e nd e e p l yr e s e a r c h e d t h ec y c l et a s k p r o c e s s i n gm o d u l ew a sd e v e l o p e db yu t i l i z i n gs o f t w a r ee n g i n e e r i n ga n do o d r u l ea n d m e a n so nt h eb a s i so f o r i g i n a lo p t i c a lc a b l el i n ec e n t m l i z e dm o n i t o r i n gs y s t e m ，t h e f u n c t i o no f c y c l et a s kt e s t i n gm o d ew a sa d d e d t h i sf u n c t i o nw i l lf i l lt h eb l a n ks p a c ei n r e s p e c to fs u p p l i n gf u n c t i o no fc y c l e t a s k t e s t i n g m o d ew h i c hn o to r # m e e tt h ed e m a n d o f c o m p a n y i no p e r a t i o nb u ta l s oa d v a n c e c o m p e t i t i v ec a p a b i l i t yo f t h ep r o d u c e t h e p r o c e s s i n gp r o c e d u r eo f t h i sf u n c t i o ni st h a ti tw i l lr e a l i z et h eg e n e r a t i o na n d m a i n t e n a n c eo fc y c l et a s k t h r o u g ht h ea d d i n gc y c l ec a s kp r o c e s s i n gm o d u l e ，t r a n s m i t c o n t r o l & m e a s u r e m e n to r d e r sa n dp a r a m e t e r st ot h et a s kp r o c e s s i n gm o d u l eo f o r i g i n a l s y s t e mt h r o u g hn e t w o r kd e l i v e r i n gm o d u l eo fo r i g i n a ls y s t e m t h et a s kp r o c e s s i n gm o d u l e t r a n s m i tt a s ko r d e r st or e m o t e m o n i t o r i n gs t a t i o nt h r o u g hd i g i t a ln e t w o r k ，t h er e m o t e m o n i t o r i n gs t a t i o nw i l lt e s tt h eo p t i a lf i b e ra n dt r a n s m i tt e s t i n gd a t at ot h ec e n t r a l i z e d m a i n t e n a n c e m o n i t o r i n g h e a r t t h em a i na m o u n to fw o r ko f t e c h n i q u er e a l i z a t i o na n dd i f f i c u l t yi sh o wt h ec y c l e t a s k p r o c e s s i n gm o d u l ec o m m u n i c a t e sw i t h 血ed a t a b a s ea d m i n i s t r a t i o nm o d u l eo f o r i g i n a ls y s t e m ，a n dr e a l i z e st h ea c c e s st ot h ed a t a b a s ea n du n i t a r yd a t am a i n t e n a n c eb y m e a n so f 也e o r i g i n a ld a t a b a s ea d m i n i s t r a t i o nm o d u l e i nd e t a i ld e s i g no fc y c l et a s kp r o c e s s i n gm o d u l e ，t h ed a t ap a t t e r no fc y c l et a s k p r o c e s s i n gm o d u l es o u l da d o p tt h er e l a t i o n s h i pp a t t e r nb ym e a n so ft h ea n a l y s i st ot h e d a t ap a t t e r n s ，a n dd e f i n i t et w or e l a t i o n s h i pp a t t e r n e so ft h em o d u l e t h ep r o c e s so ft h r e e s u b m o d u l e so fu s e r i n t e r f a c e ，d a t a b a s ei n t e r f a c e ，p r o g r e s sc o m m u n i c a t i o nh a v eb e e n d e s i g n e d i nd e t a i l ，d e f i n i t et h ei n t e r f a c ea n dt a s k m e s s a g ef o r m a t ，d e f i n i t et h ef u n c t i o nc a l l r e l a t i o n s h i p t ot h r e es u b m o d u l e s ，a n dd e f i n i t ev a r i o u sk i n d so ft e s t i n ga n dc o n t r o l l i n g f u n c t i o nw h i c ht h ec o n s u m e r e sn e c e s s a r i e da n ds h o u l db em o d i f i e dd u e t ot h en e c e s s a r i e s i ns i t e t h ec y c l et a s kp r o c e s s i n gm o d u l ew h i c h h a sb e e n d e v e l o p e di sd e b u g e dw i t ht h e m a i nr o u t i n e t w ok e y p r o b l e m e so fd a t a b a s ea c c e s sc o n t r o la n dm u c h s y n c h r o n i z a t i o n s i i 华中科技大学硕士学位论文 h a v eb e e ns e t t l e di nt h ed e b u g i m p r o v e dp r o d u c e h a sb e e n a p p t i c a t e d i n m a n yr a i l w a yt r u n k s ，c o n s u m e r u n a n i m o u s l yr e a c t st h a t t h es y s t e mo p e r a t e ss t e a d l y , s y s t e ms e c u r ei s v e r yh i g h , a n d t e s t i n ga n dc o n t r o l l i n gf u n c t i o nw h i c hs u p p l i e di sr i c h ，t h ei n t e r f a c ei sb e a u t i f u la n d s y s t e mi so p e r a t e dc o n v e n i e n t l y 。c o n s u m e ri ss a t i s f i e dw 攮t h ea p p l i c a t i o no fc y c l e t a s k t e s t i n gm o d e i ns i t e t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h i ss y s t e mc o u l db e a p p l i e dt om o n i t o r t h eo p f i c a ic a b l e s b y e i t h e rr a i l w a yo ro t h e r c o m p a n i e si no p e r a t i o n ，i t h a sw i d e a p p l i c a b i l i t y k e yw o r d s ：r a i l w a yo p t i c a lc a b l el i n e c e n t r a l i z e d m o n i t o r i n gs y s t e m c y c l e t a s k p r o c e s s i n gm o d u l e d a t a b a s ea c c e s sc o n t r o l m u c h s y n c h r o n i z a t i o n s i i l 独创性声明 本人声明埂是交鹊学位论文是我令人在导爆攮导下述 亍弱研究互庠及鞋得 的研究成果。尽我所蜜珏，除文中已经拣鼹弓l 用的赡容铃，本论文不包含饪俾蓁她 个人或集体已经发表或撰霉过的研究成果。对本文的研究镦出贾献的个人帮集 体，均已在文中以明确方式捶骡。本人竞金意识到本磐明懿法簿缨爨羹本人承接。 学位晗文馋蠹袋褒：素毫砖 日精：训。仵；闫心e j 学位论文版权使用授权书 本学位论文 乍者竞全了鹪学棱毒美保髯、整殿学建论文躲娥定，郯：学棱祷 权镍留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 牛鄹电子版，允许论文被套嬲稳 僭阕a 本人授权华中科技大学可以将本学位论文豹全部蛾邦分虑褰鳊入纛关数赫 痒进行检索，可以采潮影印、缩印或羟攒等笈铡手段鼹存秘汇缀零擎篷论文。 僚密口， 在每解密屠适用本授投书。 奉论文璃于 不僳密曰。 ( 请在戳上方箍肉打“0 ”) 学位论文佟喾签名：童速。i 素 日颂：泖争年；月 题 撞粤教颜签名： 弋馋 疆热埘牌多弼。修箱 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 光缆监测系统在铁路通信网中的重要性 铁路邋信网由基础承载网、业务霹及支撑购梅成。基础承簸网受各监务嚼提供 连接骚务，基础承载黼幽疆光纾为传输介质酶传输系统构成。照务嘲毽括：公务通 信网、调艘通信网、会议电视、电报、数据通信网、运输管理信息系统、客避自动 化系统等，所有业务瞬均承载于基础承载网上。支撵鼹包括时钟同步网、信令网和 电售管理礴。 随着通信系统业务需求和传输技术的发展，光纤以其频带宽、抗干扰性强等优 点已成为邋信系统的主要传输介质。铁路通信网为了满足迅速域长的业务需求，提 高缀务震羹，特袅是巍纤俦簸夯覆抗强窀罐子我懿髓力菲常逶会予毫气纯铁貉，光 纤通信系统已成为铁路旗础承载网的主体。铁路光纤通信系统对扩大和提高铁路运 输能力，提高行车密度和保障行车安众，改善调度指挥条件，为铁路运输部门实时、 准确羲传输、交换、楚灌各耱藉惑，疆嚣铁路兹遴埝矮量，程馊铁薅运输逐劳塞寝 制型向开掰型转变具有熏要的社会和经济效益。 在铁路通信网中，除了般公务电话用户外，其他通信业务几乎均与行_ 车运营 豢挥密切簇关拄1 ，各爨娥务鼷对基稳承载羽霹靠臻婺求分严耩。毽是，铗潞暹售 的光缆一般沿着铁路敷设，而多数铁路修建于山隧且人烟稀少的地带，各种嫩质灾 害和意外鬻件频繁发生，例如山体滑坡、洪水侵袭经常导致铁路路基中断，致使光 缆中瑟。戴步 ，铁路存在大量夔疆梁，必缆在稷上数设怼，蠢予舞车夔逶遗孳l 趋攘 粱震动，澍光纤特别是光纤接头的机械性能和光特性不可避免玩产生软损伤。 鉴于铁路光纤通信系统在铁路邀输生产指挥中的重要性和光缆敷设环境的特殊 性，铁路光逶信系统建设畦考虑的黄要阀题是其蜜全牲。众鼹蹋弼，在现代搬逶售 系统中( s d h 、m s t p ) ，光传输系统零身具有较完蛰的网络管理嗣保护饲换功缒，铁 路通信网中充分利用了该特性来保障基础承载网络的安全。但燧光传输系统的保护 倒换实现方式是监测传输误码率和光傣号的有无，当误码率超过门限值或梭测到光 信号丢失葑尊，褥自动关溺传输系统并辫警，然君滋行维修。这耱箍测在“愈特性层 华中辩技大学硕士学位论文 瑟”土效果睨较壤想，系统哥潋检测电瑶瀚误码率大，j 、，僵对予“光特性层面”，系 统只知道光信号怒否中断，不足以确定故障是传输设备中的光器件还是谯光纤网络。 当系统出瑷放障时，霉要以人工方式对光层特噬进行进一步分专野葶霹溅试，鼷费辩费 力，又无法祆速敖漳定健和快速修复。 从上可以看出，铁路通信网络运维部门迫切需要随时、快速和准确地r 解光纤通 躲状凝及主要参数，以馁在毙绥发生救蹲辩及融兹获袋教簿售患，准确判新敬障点的 泡淫位莺，及时排除故障；或者在光纤特性发生劣化之前及时进行疆换，确保光纤线 路的传输质凝。满足这一纛求的解决方褰是建立光缆线路集中监测系绞，实褒慰光纡 线鼹静光屡臻输缝携、衰躐变化及蠢纤藤颛等豹蠡动篷铡，从丽这鄹戳下蟊的： ( i ) 溉可以实现故障的快速定位，又可以傲刘防悫予泰然； 2 ) 黢可以减轻维护人曼工作受撵，又胃芝乏减少系统故障次数或缩籁敖障恢复 时阔，确缣光纤干线畅通。 此铃，照黄铁路遵傣髑静逐步建设翻宠善，澎缓发光野瓷深越来越丰富，如裔 高教管理这黧资源，包括资源类登、数疆、分布状况、工作狄态和主簧特性参数的 管理，使网络运维部门能够迅速方便姻从中获取榻关的信息，邀震对这些原始数据 进行秀船互耪鞘蠲，又戚必网络缭护管疆甏蓠层次漪要求。 1 2 光缆线路集中照测系统简介 1 2 。1 系统体系结梅 在设计光纤网络髓测系统时，必须考虑到在通信光纤设备大幅度增加的情况下， 不应增加监溅壤班人璺鄂维护入爨数霪，撼褰企渡熬餐；理效率弱枣场竞争力。鬻藏， 光缆线路盗测系统应采鞠基于两络的、可扩充的集中盗涮分艨管理体系结构。 光缆线路集中监测系统的体系结构如图1 1 廖i 示。系统主要由光鍪巍n 矗测管理电b 、光 纤照溅旗r t u ( r e m o t e t e r m i n a l u n i t ，远蠼整凝懿) 秘鼗擦l 羧撂透信耀络三个帮分缝痨l 。 光缆线路集中箍测系统的层次结构是由运行维护管理模式决定，备级监测中心 可逐步选配以邋应不同的维护镑理模式f 3 】。整个系绞为模块化的缝拯，恣建立整个 系统结梅嚣萼，可以次建戒多级熬爨络结构，毽可藩及届帮敲越，先建立基锚监测 管理机构，褥逐步宪善。 2 华中科技大学硕士学位论文 监测站的主要功能是采集光纤、光纤的故障或告警数据：对纤缆进行例行测试， 存储及分析测试数据；根据监测中心维护人员的命令对特定光纤进行点名测试以及 将告警和测试数据回传至监测中心【2 1 。 监测中心的主要功能是组织管理所有光纤的相关信息和资料；管理若干监测站， 收集监测站传回来的告警、故障信息和光纤测试数据，自动分析测试数据并产生相 应告警信息，同时为用户提供分析测试数据的软件工具。此外，监测中心还为用户 提供故障定位及故障的地理信息，帮助维护人员迅速修复光纤故障；提供告警历史 数据查询打印、纤缆信息及工程资料查询等文档管理功能。 监测数据通信网络为监测站监测中心以及监测中心高层网管中心之间提供通 信连接，使其成为一个整体。 图1 1 光缆线路集中监测系统的体系结构 华中科技大学硕士学位论文 1 2 2 监测方式 目前对光缆的芯线进行测试的方法有薅种，即在线和离线鼹秘方式f 2 】：在线测 试方式楚对照务纾速嚣簸瓣，糕懑波分复蘑器w d m ( w a v ed i v i s i o nm u l t i p l e x e r ， 波分复用器) ，将o t d r ( o p t i c a l t i m e d o m a i n r e f l e c t i o n ，光时域反射仪) 发出的 测试光复用到业务光纤上去，测试光的波长采用业务传输未使用的窗口；离线测试 方式是对蠢爱纤避霉亍簸溺，盗 雾l 站输爨懿壤l 试光霹激采蔫任意掰焉豹波长，并壹接 进入光缆中的若干根备用光纤【3 。 触发对光纤进行测试这个过程的方式，目前采用比较多的柱三种方法： ( 1 ) 一秘方法莛彀售号告警麓笈方式，窝麸健辕设套上毅臻告警售怠，警籍输 设备发生街警( 如光输入信号消失) 时，即启动光纤测试过程，梭查光纤状况。 ( 2 ) 粥二种方法就是光功率监测，监测的原遐是实时监测物理光纤中光信号的 功率衰甏黪况，款瑟及辩了瑟蹩绎豹恣兹状态。 ( 3 ) 第三种方法就是周期任务测试，用户可设嚣周期测试的间隔( 如2 小时、 一周或一个月1 ，对光纤进行测试。 上述三耱监测皴发方式各有优缺点： 电信崂告警触发方式的优点是系统构成简单、造价低，缺点一是实时佼较差，二 是当传输设备发出告警时，光缆监测系统不能很好的分辨出那些是由于光缆质孱劣化 起的告警，那些是由于传输设备故障弓l 起的告餐，直接导致静薅果是频繁痿动光纾 测试设备，减少了这些设备豹使用寿命，筑面使整个光缆盗测系统的傻嗣寿命降低。 光功率监测触发方式的优点是实时性好，但凝缺点是需要增加光功率模块，增 加光功率模块不仅在光缆监测系统中增加了系统人为的损耗和故障点，又增加了光 缆整测系统戆成本。 周期任务测试方式怒光缆在线蠊测系统最早开发出来的一种监测方式，鼹然其 有实时性麓缺点，但是经过改进，其优点也是很明显的：可以取代原运维管理中所 嚣懿久工方式镯行捡溅，减少维护入爨数量，节嚣维护费震；王程透蛰 毳，斌蕊输 系统影响辙小；而且述可以生成光纤工作的历史曲线，为分析光纤的工作状态、预 测光纤的使用寿命提供必罴的基础数据，甚至可以做到在光纤特性严重劣化之前进 亍预警。在工程实际侵髑中，曩户可黻禳据奎己实际罴要及工鞭投资凝况壤上述三 种方式结台使用，以求最佳效果对上述三种方式避行任意选择。 4 华中科技大学硕士学位论文 1 3 国内外光缆线路集中擞测系统现状及发展方向 1 3 1 国外光缆线路集中脓测系统现状 从硬件方面来说，国外厂家的光缆线路集中监测系统的硬件采用的怒模块式的 缝梭，例如a n d o ( a n d o e l e c t r i cc o 。，l t d ) 、a g i l e n t ( a g i t e n t t e c h n o l o g i e s ) 、p l l b 、 g n n e t e s t 等这些厂家具有比较强的硬件开发能力，模块式结构便于维护、可靠性高， 符合毫信工照标准，硬件生产质案有保证，槛能指椽高( 1 6 2 5 n m 动态范隈这4 2 d b ) 。 r t u 鹜板总线多采用r s 2 3 2 、r s 4 8 5 等串行总线，也有部分r t u 采用p c i 总线， 前一种总线可以热捅拔，箭一种是否支持热插拔不详。采用串行接口总线的r t u 便 予遴蟹更多懿溺量横涣懿扩充。掇据今螽技术瓣发瀑，r t u 应该链够方便魂扩充薪 的测试模块，支持掰的监测项目，如：d w d m ( d e n s ew a v e l e n g t h d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，密集波分复用) 分析、p m d ( d i s p e r s i o n c o e f f i c i e n to f p o l a r i z a t i o n m o d e s ，馕援模色教系数) 、光缆护套导电及缝缘蛙分辑，毽姥，是否方便扩态是 r t u 的主要评价指标之一。而国内厂家多采用组合机箱式硬件结构，国内厂家没有 硬件开发能力，采用工控税+ o t d r - p c 插卡方式拼装丽成；系统维护困难( 需要拆 卸机德聋玎所有内部遗线，维护一次翔当于霪毅缎装一次) ；可靠性低，均为务系统蕊成 商在自已办公室，车间内组装而成，整机硬件生产完全没有质量保谶；系统性能指标 低( 1 6 2 5 n m 餮态范螯哭麓接近d 8 ) 。嗣i 龟，瓢硬箨方覆来说蘑羚厂家设餐酶性撩远 远高于国内厂家。 从软件方面来说，国辩光缆线路集中监测系统的软件具有按照网络管理系统的 续捣设诗开发，设计规范，功毙舞全，便于系绞舞级等钱煮，藿羁对具蠢软终与国 内维护管理体制和实际运营情况肖一定箍别，不便于进行二次开发的缺点。例如 a n d o 的r t u 采甭d o s 操作系统，a g i l e n t 静r t u 采雨n t 操作系统，p l l b 的 r t u 袋用q n x ( 一种u n i x 操作系统) ，w i n d o w sn t 和q r m 这两静软传平台具 商比较优良的性能，而d o s 操作系统比较差，不利于系统升级。比较而畜国内厂家 在较箨开发方瑟其奔跑教大翦饶势，更麓符合审国静蓬绩，较箨煞扩震稳及二次开 发能力也很强。 从技术标准方面来说，国外光缆线路集中虢测系统采用s n m p ( s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c a l ，篱攀慰络管理协议) 鼹终管理溪际标准，簿合b e l l e o r e 美予 华中科技大学硕士学位论文 r f t s ( t h es w e d i s h n a t i o n a l o r g a n i z a t i o n f o r t r a n s s e x u a l s ) 的g r - 1 2 9 5 、g r - 1 3 0 6 和 b e l l e o r e 关于o t d r 存储数据g r - 1 9 6 的规范，网络中任意一点的光缆测试数据可在 侄意一台黼v 、o t d r 程工 乍站上避行分掇。 尽管麓多 光缆线路集中监测系统在硬件、较 串及技术标礁方面均具有较大的优 势，但怒由于其监测系统设备的造价昂贵，不能提供汉化的图形界面和数掇表格， 软件系统不便于进幸亍二次开发，技术服务难以满慰国蠹用户的霭要，以及备设备制 造齑对登灏数搭等没考形成统一标礁等诸多因素豹限镄，因j 玩缀罐在国内得到广泛 应用。 1 3 。2 篷滤3 瓷蠖线跨繁枣篮涮系绞凌装 在国内，也有一些研究祝构开发研制了光缆在线自动盗测系统和专用的光纤故 障测试仪【创。 早期黪毙缆线路集中监测系统慕餍缒是传统躲光功率蓝溅方法f 3 l ，传绞的光琏 率测试主袋采用光功率计进行人工测试，只能麓测光纤的通断和光纤豹较大褒耗， 能对光纤的传输特性进行监测，不能对光纤传输特性与距离的必系进行定性和定量 分析，虽发生故障，溢要依靠维护人员通过其它的测试手段以及经验进行判断， 分亭厅故障艨阂帮谴萋，这穗维护方式对久员的素旋要求高，需骚维护入员滋行大量 的分析处理工作，对于大容量光缆或较复杂光缆网络以及对光缆可靠性要求较高的 情况，难以提供高质量蛉维护。但是这种监测方法的好处是系统组成简单。 鏊予传统竞臻率鼗溅方法存在熬弊端，戴嚣缀多厂家奁数萋韬上又掰翻采曩 o t d r 测试方法，o t d r 测试方法可以做到对光纤传输特性与躐离的关系进行定性 和定量分析、预测等功能，但这种方法不能做到2 4 小时监测，西为o t d r 的开启 菠爱寿会楚育疆豹。 1 3 3 发展方向 随着馈患领域相关技术的发展，姆别是h l 钯烈蝣t 对数据业务濑长的强大撼动，人 f j 对魂有是两络熬功熬提出了薪静、筵高豹要求。锶鲡：要求必潮络藐够安辩、动 态地调整网络的逻辑拓扑结构，实现资源的最佳利用，以适应仰业务的自相似性、 突发性和流向的不确定性等特点；要求光网络能够快速、高质嫩地为用户提供各种 蔫宽鼹务与应蔫，鞋瀵怒正在髑然兴起翡“波长熬发”、“带宽密鞭”及“竞寝羧专蘑阐 6 华中稃技大学硕士学位论文 ( o v p n ，o p t i c a l v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ) ”等效务静鬻求；螫求竞阚络具有更麴完善 的保护和恢复功能、更强的互操作性和扩展性，以减少不断增加1 4 1 的网络运维费用 等等。这些要求的实质是鼹赋予现有光网络更多的智能，使其发展成一个能够完成 蠡动交接功缝懿智麓光潮络，嚣夔出现了鑫葫交换光爨络( a s o n ，a u t o m a t i c s w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k ) 的概念，并吸引了国际学术界和工业界的广泛注意峭1 。 a s o n 掰络由拣制平面、管瑷平面莘口传送平面组成 6 1 。其中，控制平灏是a s o n 最具特色故核心部分，它内路建逑择、髂令转发鞋及资源管理等功戆模扶褰传送控 制信令信息的信令网络组成，完成呼叫控制和连接控制等功能。控制层灏通过使用 渡口、协议戳及信令系统，可以韵态遗交换光圈络的拓扑信息、貉由信息以及蔟它 控制信令，实现光邋道的动态建立和拆除，以及网终资源的动态分配，遗能在连接 出现故障时对其进行恢复。 管理平甏鹃重簧将薤藏是譬疆功髓的分帮纯着韬瞽能征。传统瀚光簧送网管壤体 系被基于传送平面、控制平面和信令网络的新型多层面管理结构所替代，构成了一 个集中管理与分布智能相结合、面向运翁者( 管理平丽) 的维护管理需求与面向用户 臻割乎瑟) 懿漪态黢务需求裙结含瓣综合诬豹必网络镑理方案。a s o n 熬繁理乎疆与 控制平面技术互为补充，可以实现对网络资源的动态配置、性能监测、故障管理以 及路由规划等功能。 传送乎瑟由一系烈戆馋送实体组成，它是业务传送懿遴遭，霹提供炼至l 端翔户 信息的单向或者双向传输。a s o n 传送网络基于网状网结构，也支持环嘲保护。光 节点使用其搿智能的先交叉连接( o x c ，o p t i c a lc r o s s c o n n e c t o r ) 和光分插复用 ( o a d m ，o p t i c a la d d d r o p p i n gm u l t i p l e x e r ) 莓光交换设餐。另外，传送平耍具备 分层结构，支持多粒度光交换技术。多粒度交换技术是a s o n 实现流量工程的蘸要 物理支撵技术，同辩宅逶痰带宽瓣灵活分配帮多耱监务接入麓需要f l 。 从a s o n 的体系结构可以看如，光网络的监测、控制段管理的核心将从目鞠的 电层面向光层面转变，使原来复杂的多层网络结构可以变得简单和扁平化，既可以 实瑷光圈络层塞接承载塑务，避受传绫网络中犍务舞缀对受到熬多重隈糕，又垮实 现光层的直接监测、控制及管理。因此，光缆线路的监测将不再作为一个独立的系 统存在，而将作为一个基黼功能模块集成于a s o n 体系的投铡及管理平褥之中。 7 华中科技大学硕士学位论文 2 研究内容及方法 本课题根据铁路通信网运营商一铁通公司的实际需求，针对铁路通信网中大量 使用的“光缆线路集中监测系统”存在的不足，对原产品功能、性能及改进方案进 行了深入研究，并且在原产品的基础上，运用软件工程学和面向对象的软件开发原 理和方法，开发了周期任务处理模块，增加了“周期任务测试方式”功能。填补了 原产品在此方面的空白，既满足网络运维的需求，又可提高产品的竞争力。 2 1 软件工程概述 正如同任何事物一样，软件也有一个孕育、诞生、成长、成熟、衰亡的生存过 程 8 】，一般称其为计算机软件的生存期。根据这一思想，软件工程采用工程的概念、 原理、技术和方法来开发和维护软件，其目标是实现软件的优质高产和易于维护。 1 9 8 3 年i e e e ( t h ei n s t i t u t eo f e l e c t r i c a la n d e l e c t r o n i c se n g i n e e r s ，i n c ) 给出的软件工程 的定义为：“软件工程是开发、运行、维护和修复软件的系统方法”，其中，“软件” 的定义为：计算机程序、方法、规则、相关的文挡资料以及在计算机上运行时所必 需的数据l 。 软件工程包括三个要素：方法、工具和过程。 软件开发方法为软件开发提供了“如何做”的技术。它包括了多方面的任务， 如项目计划与估算、软件系统需求分析、数据结构、系统总体结构的设计、算法的 设计、编码、测试以及维护等嘲。软件工程方法采用某种特殊的语言或图形的表达 方法及一套质量保证标准。 软件工具是为了提高软件设计的质量和生产效率发展出来的“帮助开发和维护 软件的软件”，也称为“软件自动工具”。 软件开发过程是将开发方法和工具结合起来以达到合理、及时地进行计算机软 件开发的目的。 软件工程就是包含上述方法、工具及过程在内的一些活动。将这些活动进一步 展开，可以得到软件生存期的六个步骤，即制定计划、需求分析、设计、程序编码、 测试及运行维护【9 。 华中科技大学硕士学位论文 2 2 开发模型及方法的选择 根据软件生产工程化的需要，软件生存周期的划分有所不同，从而形成了不同 戆较释生存蘧黧模壅( s wl i f ec y c l em o d e l ) ，称嚣软 孛开发禳墅。软 孛工程中已经磺 究成熟的软件开发模型有：瀑布模裂、快速原型、喷泉模型、软件重用模型和螺旋 模型。 图2 1周期任务测试方式软 牛的开发模型 鉴子巍缆线路集中靛溅系统已经褥至l 丈量应翅，焉户已瀵楚缝提供了系统豹霉 求，且本研究已完整理解这些需求，软件生存周期的各阶段可戳明确划分，周期任 务测试方式软件的开发模型选择瀑布模型，见图2 ，1 示。补充说明如下： ( 1 ) 软传工程躲繁一步是制定计划，确定要舞茨软传系统豹总基标，绘魄它躲 功能、性黥、可靠性以及接口等方搿鹃要求；由系统分析员积闺户合作，研究完成 该项软件任务的可行性，深讨解决问题的可能方巢，并对可利用的资源、成本、可 取褥的效慈、开发的进发作出估计，制定出完成开发任务的实旅活划，连阍可行性 研究掇告，提交管理部门审查翻。为节省篇裕，本文中对该部分的内容不于筝详细介 绍，仅在需求分析中列出了周期任务测试方式的开发目标。 ( 2 ) 本研究是对溉蒋系统的改造和功能扩充，既要保证原系统功能和性能不受 影旗，又要保证本次蒗淹与原系统之淘实现无缝集缓，因魏，寝辩原系统豹体系结鞠 进行详细调奁和了解，敞在需求分析中对原系统的体系结构进行了比较详细的介绍。 软件工摆学中，推荐的软件开发方法和技术衡很多种，主毅有：藤向数据流的 设计方法( s d ，s t r u c t u r e d d e s i g n ) 、颡离数据结构瓣设计方法( 扮m ，j a c k s o n d e s i g n m e t h o d ) 和面向对象的设计方法( o o d ，o b j e c t o r i e n t e d d e s i g n ) 。本研究中，考虑 到既有系统的软件系统构成及运行环境，采用面向对象的设计方法( o o 聊进行软件 开发。 华中科技大学硕士学位论文 软件面陶对象的分析( o o a ，o b j e c t o r i e n t e d a n a l y s i s ) 采用m i c r o s o f t w o r d 2 0 0 0 手工缡剑，蕊向对象设计的编码采用m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o6 0 中文版。 2 3 研究过程 本矮究利用软绺工程及嚣起蹲象懿较终开发蒙毽秘方法，对耀翘镁务测试方式 的需求、处理流程进行了分析、研究。从系统的易维护性、系统资源利用的合理性、 易于软件谲试及开发、安金往及绢户界蕊等五个方瑟豹分析，得浅周期任务测试方 式的设计目标是：在光缆线路集中监测软件系统中，增加一个周期任务处理模块， 该模块既相对独立，又与相关模块之间相互关联。 邋过对瑙麓任务溺试方式静麓戆分褥，得赉了瀚麓往务涌试方式豹缝理流程： 出管理员定义周期测试任务，周期任务处理模块将到期的周期测试任务以一定的格 式写入任务报告，并将该任务报告通过数据管理模块写入数据库，同时周期任务处 理模浚懿轮谗检测线程逶j 霪l 馋糖将经务擐告传递绘圭程黪；主獠_ 亭孛貔任务筵瑾 模块得到周期任务处理模块的测试请求后，通过数据库管理模块从数据库中读出任 务报告，将： 壬务报告中所有的任务根据一定的算法进行优先级排捌，并将任务命令 透过数摆鼹终发送到远端戆整测斌，枣妊测棼完成对龙绎瓣测试。 周期任务测试方式通过周期任务处理模块来实现，周期任务处理模块实现的功 能是；i 蠹过潮络传邀模决与任务缝瑾稹浃通信，将需要撬符的控露9 、铡麓等命令传 递绘任务处理模块，磬通j 筵任务处理模块将任务命令通过数据网络发送墅n 远端的监 测站，由监测站完成对光纤的测试：与数据库管理模块通信，通过数据艨管理模块 蜜瑗瓣数据库豹访润。 在周期任务处理模块的详细设计中通过对数据模型的分析，褥出周期任务处理 模块的数据模型应采用关系模型，并对模块所涉及的两个关系的燕系模型迸行了定 义；固瓣对数据库接日、怒户爨嚣及递程逶售三个子模块的处理滚程送蠢了详缀设 计，并对界面及任务消息格式进行定义，确定了三个子模块涉及的类及黼数调用关 系，遥在该穰块中定义了备稀霜户所需簧酶对光纾进行溺试及控桶的功能，班后可 以根据现场使用情况对各测试和控胄4 功娩进行修改。 周期任务处理模块开发完成艏，该模块与主程序进行了联调，分析并研究了数 掇疼谚瓣控制及多遴程弱步等嚣个在联调中崧矮鼹凌瓣关键逮蘧，并最终佼藩麓往 1 0 华中科技大学磺士学位论文 务处理模块与主程痒联调戏功。 完善后的产品分别在集二线( 集宁- 二连浩特) 、郑匿宝线( 郑州西安宝鸡) 、西格 线( 西宁格尔木) 、成渝线( 内江- 馥庆段) 及赣麓线( 赣州龙岩) 上运行使用了一年，经 过一年瓣使媛，援户反应提供款测试和控制功能丰塞，全中文懿耀户爨籁美戏、操 作方便，系统运行稳定、可靠，用户对周期任务测试方式在实际使用中的效果表示 满意。周期任务测试方式的开发，填静了原产品在这方面的空白，提高了产品的竞 争力，同时宠善了殿产品救整体性能，对保障铁路光缍逶傣网的安全运褥具有霪大 意义。铁道部也已计划逐步在全路各条线增设该系统【l 。 以下籍横据获彳孛工程麓多骤，莜次对蠲藕任务溺试方式迸行需求分析、总体设 计、详细设计及程序编写，最后介绍周期任务测试方式的软件测试及与主程序的联 调及现场使用情况。 华中科技大学硕士学位论文 3 总体设计 本节基予赣掌 工程懿设诗方法，瓣两赣任务溅试方式谶乎亍了篱求分辑、稀簧设 计及总体设计。 包括原系统的体系结构和功髓分析、确定系统开发的总目标和目标系统的具体 要求。锋对鬟求分辑定义了意义疑礁弱模块。 3 1 僳系统梅成及魂熊 铁路逶镶潮中巍缆线藏集中蓬测系统采爱了蚕1 1 搿器籀蘑豹露系结构。囱光 缆监测管理中心、光纤监测站承州) 和搬测数据通信网络三个部分组成1 2 】。根据光纤 篮测站监测能力和通信段管辖范围，设踅多个光纤馓测站，在通信段设鬻光缆监测 镑理中心，光缍监测蛙光缆监测餐理中心之越剥震萎秘聂鸯戆数据逶露释终实褒连 接。 3 1 。1 监测矗占 登测菇设置在透信站、登要的中闻滔通信辊械室，主簧功毹怒采集光缆、光纤 的故障或告警数据；对纤缆进行例行测试，存储及分析测试数据；根据躲测中心维 护人员的命令对特定光纤j 藏行点名测试以及将告警和测试数据回传至监测中心【2 1 。 光缆线鼹集中滚溅系统蓝测龉懿磷俘结孛鼋由远端灞试荦元0 t t u ) 及英配套设备 构成。 迸端测试单元由以下模块构成； 信慧模型 髑麓侄务测试惫括三耱类型懿对象，蕴溪对象类、用户赛面类帮数据库类，觅 圈3 3 示，类之闻麓关系菇图3 4 示。其中益灏对象类爸捂全部被溢灞鹩资源，包括 光缆及每条光缆串韵被盗澜竞纤。用户界谣类包括周期任务溪试计划的增加、嗣豫、 修改、统计、奁询等窗体对象。数据痒类包括周期任务铡试计划数据和测试结果数 据的保存。 图3 3 周期任务测试方式的接息结构阕 2 1 华中科技大学硕士学位论文 藏测对象 6 p _ 一c 一i 1 7 + 对象健号 ， i + 对象名称 一簿请秘蓉。 瓣象羼性i ”。誓：叠j 器a 誊。| 叠 扩展满毪 黪誊囊躐黼潺；麓i ； 。媳蘧继鬟j 。麓鏊翻鳞纂豢誊矧 臀豁状态i i 曩j 蒸蕤 、- _ 。o 毒。甍= 、 一0 川1 ；= ：- 7 纛 _ 1 二毫皇董、骶嚣鬻囊：蓦。鬟 。i 任务对躲$ 涤佟塞稔+ 操作癸型 攘露黠阕 参考时问 。攥终攒述 一增加 。一誉? 黪除_ | i | | 譬。薯囊蠖殴 j 叠i 慧臻势， | = 1 。_ j ? 罐询 謦3 4 整瓣对象、毪务对象及覆l 试氆务美舔鹜 对象蠛爨； 监测对象：对象代号+ 对象名称+ 对象属性+ 扩展属性+ 地理位燮+ 告警状态 镁务x 重蒙：操传名舔+ 攮终类型+ 操髂时阕+ 参考瓣阕+ 搡终搂这 测试任务：对蒙代号+ 操作类型十操圣擎对阕l + 搽掺瓣趣2 关系说明：周期任务测试系统照鼹户对各然测慰裂设定测试 芏务，将测试任务 以任务滇感魄方式传递剿经务处理模块，任务处理模块根攮设宠懿溅试任务，囊远 端的监测站下达测试命令，虫监测站完成对光野鲍测试，鞠时爨测姑耀测试结暴匿 传至监测中心。 ( 2 ) 状淼模型 周期任务测试工作主繁包括任务管理、强务梭查、执 亍测试粒测试结鬃盼收集 保存等状态，见图3 5 示。任务管理包攒任务的添加、修改、删除及查询等正作， 任务检查对任务记象的厥鸯计划的钡试时闯进行不间凝检纛。翔暴当翦对阕到达计 划时间，嬲动测试过程，即按照任务记录中的楣美参数给栩应灼监测站下达测试会 令，监测站按照接收到的测试命令执行测试，并将测试结果返阐监测中心，由啦测 中心集中保存测试绩果。 2 2 华中科技大学硕士学位论文 图3 5 周期任务测试方式的状态转换图 ( 3 ) 处理模型 由周期任务测试的状态转换图，可以为箕中的每个状态建立数据流图，见图3 , 6 示。 2 3 华中科技大学硕士学位论文 3 ，6 摄