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北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 5 8 6 2 8 5 摘要 在铁路全面大提速， 机构 优化重组， 经济走向市场化的今天， 电务部门现在所使用的年度维修费用一直沿用传统的以设备换算 道岔组数为基数来进行清算， 无法反映出资 源占用与损益的实际 情况，是一种粗放式管理模式，己不能适应铁路信号维修工作现 代化改革的需要，必须用新的清算方法来适应运营管理模式改革 引起维修方式变动的需要，即对运输部门使用信号设备按使用效 率进行计费。 信号计费系统建立在充分调 研铁路电务部门需求和深入了 解 微 机联 锁 系 统 运行 原 理的 基 础上， 它综 合利 用了 现 代的 数 据 库 技 术和计算机应用技术， 按照 信号设备的 使用效率进行计费， 为电 务部门的信号设备维修及设备维修费用清算提供了高度 自动化的 决策支持。 本文首先简要介绍了 该系统产生的时 代背景 和具体需求， 然后 依据可靠性、安全性和实用性原则做出系统总体结构设计方案和 对相应功能的详细描述，并对其中的部分关键技术问题进一步展 开，进行了深入阐 述，最后结合现场实践情况对系统的应用前景 做出进一步预测。 关键词: 铁路信号设备; 计费; 微机联锁系 统;通 信;实时监测 一 1 一 北 方 交 通 大 学 硕 士 学 位 论 文信号计费系统研究 abs t ract i n t h e s e d a y s , w i t h t h e e c o n o m y r e l a t e d w i t h t h e ma r k e t m o r e a n d m o r e , t h e r a i l w a y o r g a n i z a t i o n h a s b e e n r e f o r me d i n t h e o p t imu m w a y a n d t h e t r a i n s p e e d h a s b e e n g r e a t l y i n c r e a s e d . h o w e v e r , t h e r a i l w a y t e l e c o m mu n i c a t i o n a n d s i g n a l i n g b r a n c h h a s b e e n u s i n g t h e t r a d i t i o n a l w a y , w h i c h i s c o n v e r t i n g t h e s i g n a l d e v i c e i n t o s w i t c h g r o u p s t o c a l c u l a t e t h e a n n u a l m a i n t e n a n c e e x p e n s e o f t h e s i g n a l d e v i c e . i n t h i s i n a c c u r a t e m a n a g i n g mo d e , t h e a c t u a l i n c r e a s i n g a n d d e c r e a s i n g o f r e s o u r c e c a n t b e a c c o u n t e d e x a c t l y , s o i t h a s n t b e e n a b l e t o a d a p t t o t h e n e e d o f t h e mo d e r n r e f o r m a t i o n i n t h e r a i lw a y s i g n a l m a i n t e n a n c e w o r k y e t . i n t h i s c o n d i t i o n i t i s n e c e s s a r y t o a d o p t a n e w a c c o u n t i n g w a y t o s u i t t h e c h a n g e o f t h e m a i n t e n a n c e m o d e t h a t i s c a u s e d b y t h e r e f o r m a t i o n o f t h e m a n a g i n g o p e r a t i o n w a y . t h e n e w a c c o u n t i n g w a y i s t o c a l c u l a t e t h e c h a r g e o f t h e s i g n a l d e v i c e o f t h e r a i l w a y t r a ff i c a c c o r d i n g t o t h e u s i n g e ff i c i e n c y . b a s e d o n a c o m p l e t e i n v e s t i g a t i o n o f t h e n e e d o f t h e r a i l w a y t e l e c o m m u n i c a t i o n a n d s i g n a l i n g b r a n c h a n d a d e e p c o m p r e h e n s i o n o f t h e a c t i n g p r in c i p l e o f t h e mi c r o c o m p u t e r i n t e r l o c k i n g s y s t e m, t h e c h a r g e - c a l c u l a t i n g s y s t e m o f r a i l w a y s i g n a l d e v i c e i s d e v e l o p e d i t s y n t h e s i z e s t h e m o d e r n t e c h n o l o g y i n t h e fi e l d o f d a t a b a s e a n d c o m p u t e r a p p l i c a t i o n t o c a l c u l a t e t h e c h a r g e a c c o r d i n g t o t h e u s i n g e ff i c i e n c y o f t h e s i g n a l d e v i c e ; t h e re f o r e i t p r o v i d e s a h i g h i y a u t o m a t i c s u p p o r t f o r t h e p o l i c y d e c i s i o n o f t h e m a i n t e n a n c e e x p e n s e o f t h e 一 2 一 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 s i g n a l d e v ic e i n t h e r a i l w a y t e l e c o m m u n i c a t i o n a n d s i g n a l i n g b r a n c h . t h i s a r t i c l e fi r s t l y g i v e s a s i m p l e i n t r o d u c t i o n o f t h e d e v e l o p i n g b a c k g r o u n d a n d d e t a i l e d n e e d o f t h e c h a r g e - c a l c u l a t i n g s y s t e m o f r a i l w a y s i g n a l d e v ic e , a n d t h e n b r i n g s f o r w a r d a c o m p l e t e d e s i g n s c h e m e o f t h e s y s t e m a r c h i t e c t u r e a n d r e l e v a n t f u n c t i o n a c c o r d i n g t o t h e p r i n c i p l e o f r e l i a b i l i t y , s a f e t y a n d p r a c t i c a b i l i ty . i t a l s o g i v e s a d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f s o m e k e y p a r t s . a t l a s t t h e a r t i c l e g i v e s a n a p p l ic a t i o n f o r e c a s t o f t h e s y s t e m o n t h e b a s i s o f t h e s p o t p r a c t i c e . k e y w o r d s : r a i l w a y s i g n a l d e v i c e , c a l c u l a t i o n o f c h a r g e s , m i c r o c o m p u t e r i n t e r l o c k i n g s y s t e m , c o m m u n i c a t i o n , r e a l t i m e i n s p e c t i o n 一 3一 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 第一章 绪论 1 . 1 引言 在 2 0 0 1 年铁道部电务工作会议中，铁路通信重组、网运分离 作为铁路电务部门的改革方向被提上了历史日程，研究出一套科 学合理的信号维修费用清算方法成为当前电务部门的重要任务之 一。因为目前年度维修费用一直沿用传统的以设备换算道岔组数 为基数来进行清算，在线路行车密度大小不一，作业繁忙与空闲 不均的情况下， 采用单一核算单位，无法反映出资源占 用与损益 的实际情况， 是一种粗放式管理模式， 在铁路全面大提速， 机构 优化重组，经济走向 市场化的今天，已 不能适应铁路信号 维修工 作要向状态修过渡， 信号微机监测数据网络化， 行车指挥系统信 息传递数字化的形势发展需要，必须用新的清算方法来适应运营 管理模式改革引起维哆方式变动的需要，即对运输部门使用信号 设备按使用效率进行计费。 当今时代是计算机技术高度发展的时代， 计算机辅助应用己经 成为现代化企业标志之一。计费系统正 是计算 机在现代企业中得 到广泛应用的 产物。 在计费系统中， 计算机代替人力进行大规模 地数据采集、存储及运算，并达到了以 前仅凭人力所不可能获得 的高速性和高可靠性。正是由 于这两种优势的 存在， 计费 系统现 在己经应用于各行各业繁重的计费数据运算之中， 其中比较知名 的有电信计费系统、网络计费系统、电能计费计量系统等。反观 铁路部门，如果今后信号设备的运行情况及其维护费用的清算还 一 7 一 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 是依靠人工进行， 那么不仅得出的 数据的实时 性和可靠性得不到 保障，而且新的计算方法，与原有方法相比，有可能需要耗费更 大的人力和物力，不能 适应铁路电 务部门现代化变革的需要。因 此，用计算机实现信号运行数据采集、存储和计费，成为新的计 费系统能否得到广泛应用的一个决定性条件. 综上所 述， 信号计费系统研究的内 容涉及到计费算法模型的 研 究、系统硬件模型的构建以及系统软件模型的开发等三方面的内 容。作者在攻读硕士研究生期间参加了南宁电务段信号设备计费 系统的研究、开发以 及最后实施的整个过程。在这期间，对新的 计费系统在电务部门日常设备维护及费 用结算方面所起到的作用 有了 深刻的认识。因 此， 在完成所规定任务之后， 对信号计费系 统的 整体结构 及技术细节进行了 详尽地总结并 进一步完善，具体 内容在下文将有进一步的介绍。 z 国内外相关系统发展现状 现有的信号控制系统如电器集中、微机联锁等系统， 包括正在 推广应用的 d mi s系统，在信号设备方面，只局限于监控设备是 否运转正常和控制设备运转等功能，而没有进行必要的使用情况 统计分析， 这就造成了电务管理部门在信号设备维护需求方面定 量数据的模糊，也正 是这种模糊产生了引言中所述的 维修费用预 算方面的问 题。因此， 信号计费 系统的出现成为一种必然。而目 前国内外都没有专门 用途的铁路信号设备计费系统，故信号计费 系统的开发处于一种摸索阶段，而无成例可询。 不过， 我们可以 借鉴 现己 存 在的电信计费系统。 众所周知， 电 信计费系统己经发展了很多年， 在不断地改进和完善得过程中， - s 一 北 方 交 通 大 学 硕 士学 位 论 文信号计费系统研究 逐渐形成了一套严谨的 体系，这套体系为 信号计费系统的研究提 供了大量可以借鉴的经验。现有的电信计费系统在功能及特点方 面具体包括一下几点内容: 1 ) 电 信计费系统主要功能 包括: 数据采集、计费管理、 帐务 管理、资 料管理、查询服务、审核 校验、用户争议管理、 系统管理等系统。 2 ) 电信计费系统的特点: 服务器分布式计算、 处理速度快、 利于扩展性、安全稳定可靠、利于远程维护。 这其中， 电信计费系统的特点也正是信号计费系统设计开发中 所必须达到的基本要求;电信计费系统的主要功能中的数据采集、 计费管理、帐务管理、查询服务以 及系统管理等 模块的内容和开 发经 验也正是信号 计费系统的研究开发 所急需的。 3 课题的 现实意义和论文的 主要内容 计费系统是计算机应用的重要领域，研究如何运用新兴的技 术、方法并采用合理的系统结构来开发计费系统对扩大计费系统 的应用范围、提高信息使用效率及企业决策支持能力等具有重大 意义。 针对铁路电 务部门信号 设备管 理现状，根据信号设 备的管 理 正面临着使运行管理及维护现代化、标准化、 简单化和自 动化的 直接的和紧迫的 需求， 建设一套行之有效的信号设备计费系统， 对信号设备的运行情况进行实时汇总， 可以 改善 和提高设备维护 效率，在进一步保障信号设备的正常运转，提高铁路运输的安全 度方面意义重大。同时通过定量的计费 分析，为维护费用的预算、 分 配和使用提供了可靠依据， 使维护费用能够得到更加充分有效 一 9一 北方交通大学硕士学位论文 信号计费系统研究 的 利用，为电务部门 领导的 工作计 划制定 提供了 有效的决 策支持， 能够进一步推动电务部门的管理现代化改革。 本文在以后的章节之中，就信号计费系统所涉及到的具体技 术内容做了 进一步的 展开论述。 在第二章中， 本文着重介绍了 信 号计费系统在研发的 工程中所涉及到的一些开发平台和相关技术 等方面的内容。在第三章中，本文首先介绍了信号计费系统开发 所应注重的一些设计原则，随后就总体设计实施方案及其中的硬 件方案和软件方案做了进一步阐 述。从 第四章开始， 本文就系统 中关键技术如与微机联锁系统的 通信的实现、数据处理流程、计 费模型的建立等方面依次做了进一步说明。在随后的第五章中， 本文列举了该系统在南宁电务段的实 施清况以 及在实 施过程中的 经验教训。 一 1 0一 北方交通大学硕士学位论文 信号计费系统研究 第二章 系统的开发相关技术 信号设备计费系统综合了多方面技术，其涉及的主要技术包 括: c / s 与b / s 相结合技 术、 j a m 、 技术、 a s p 技术、微机联锁 技 术、 c o - s t a n d b y 双机镜像技术 和r s - 4 2 2 端口 协议 标准等。 下面 将 针对这些技术做一些概述性的介绍: us 与 b / s 相结合技术 系统采用c / s 模式和b / s 模式 相结合的方式， 各取其所长， 并 使其有机地结合成一个整体。 c / s 模式主要用来实现系统数据库服 务器上的数据采集和处理，而b / s 模式用来实现信息共享发布。 c / s模式 c / s 模式是c l i e n t / s e r v e r 结构体系的 简称， 该体系自 上个世 纪九十年代中期发展至今已比较成熟完善， 在局域网业务的环 境中得到了广泛的应用。对于特定复杂的应用， 采用 c / s模式 开发工具比较丰富，如一些图形化的应用， 在 b r o w s e : 环境下 开放比较困难， 而且不很灵活。在本系统的应用中， 对于如模 型计算、图表定制、统计报表、通讯网络编程、以及涉及系统 底层编程的应用采用 c / s 。开发工具采用微软的v b和 j a v a. b / s模式 现代网络通常以we b为中心， 采用 t c p / i p , h t t p为传输 一 11 一 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 协议， 客户端通过b r o w s e r 访问w e b 以 及与w e b 相连的后台 d a t a b a s e , 我们称之为b / s 模式. b / s 模式由 浏览器、w e b 服务 器、 应用服务器、 数据服务器四 个层次 组成， 是当前世界先进 的网络体系结构， 是 c / s结构的换代技术， 代表了全球应用软 件技术发展的 必然趋势。 b / s 模式 突破了 传统的文 件共享 模式， 它具有很高的信息共享度。 与c / s 相比， b / s 模式具有以下特点: 1 )界面统一、使 用简单 用户端只需安装单一的b r o w s e r 浏览器软件( 如i e , n e t s c a p e 等) ， 不需要像 c / s 结构中那样安装数据库客户 端软件、 应用软件等，操作界面简单统一。 2 ) 易 于维护 由于用户端无需安装专用的软件，对应用系统进行 升级时，只需更新服务器端的软件，减轻了系统维护与 升级的 成本与工作量， 使用户的总体拥有成本( t c o ) 大大 降低。 3 )扩展性好， 有效保护企业投资 b / s模式由于采用标准的 t c p / i p , h t t p 协议， 它可 以使网管系统与i n t e rn e t / i n t r a n e t 有机结合 ， 具有良 好 的扩展性。 4 ) 信息共享度高 h t m l是 数 据 格 式的 一个 开 放 标 准， 目 前 大多 数流 行的软件均支持 h t ml ，同时 mi me技术使得 b r o w s e r 可访 问多种格式文件。 5 )有良 好的 广域网支持 和较高的安 全性 一 1 2- 北方 交通 大 学 硕 士 学 位 论 文信 号计 费系 统 研 究 2 . 2 j a v a 技术 众所周知， j a v a以 其独有的开放性， 跨平台 性和面向网络的交 互 性席卷全球， 以 其安 全性、易用性 和开发周期短的特点， 迅速从最 初的编程语言发展成为全球第二大软件开发平台。这些优点已引 起国内外计算机界的极 大关注; j a v a 公 用规范 ( p a s ) 已 被国际标准 化组织 ( i s o ) 认 定， j a v a技术已 列为当 今世界 信息 技术三大要 点之一。 j a v a 、 语言的特性主要包括一下几个方面: 1 )简单: j a v a 程序基于传统的c 十 十 ， 但比c + + 更精简，它省去了c 语言中容易引发错误的地方，如指针和内存管理，对于内 存采用 自动检测预留的方式， 还提供了丰富的类库， 此外， j a v a 程序本身也是非常精简的。 2 )面向 对象: 面向 对象可以说 是j a v a 最重要的特性， 它不支持c 语言那 样的 面向 过程的程序设计技术，而完全面向 对象。 3 ) 分 布 式 : j a v a 包括一个支持h t t p 和f t p 等基于t c p / i p 协议的子 库，因 此， j a v a 应用程序可凭借 u r l打开并访问 网络上 的对象，其访问方式与访问本地文件系统几乎完全相同。 为分布环境 尤其是 i n t e rn e t 提供动态内容无疑是一项宏伟 的任务，但 j a v a的语法特性却使我们很容易实现这项目 标。 4 )稳定性: 一 1 3一 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 j a v a 致力于检查程序在编译和运行时的错误。 类型检查帮 助检查出许多开发早期出现的错误、j a v a自己操纵内存减 少了内存出错的可能性、j a v a 还实现了真数组，避免了覆 盖数据的可能。 这些功能大大缩短了开发 j a v a 应用程序的 周期。 j a v a 提供了n u l l 指针检测数组边界， 检测异常出口 字节代码校验。 5 )结 构中立: 为了建立j a v a 作为网络的一个整体， j a v a 将它的程序编译 为一种结构中立的中间文件格式。 只要有 j a v a 运行系统的 计算机都能执行这种中间代码。j a v a 源程序被编译成一种 高层次的与机器无关的b y t e - c o d e 格式语言， 这种语言 被设 计在虚拟机上运行，由 机器相关的运行调试器实现执行。 6 )安全性: j a v a的安全性可从两个方面得到保证， 一方面， 在j a v a 语 言中，象指针和释放内存等功能被删除，从而避免了非法 内 存操作: 另一方面， 当j a v a 用来创建浏览器时， 语言 功 能和浏览器本身提供的 功能结合 起来， 使它更安 全。 j a v a 语言在机器上执行前， 要经过 很多次测试，对于安全性有 非常严格的限制，尤其是对用户端安全的保护有详尽而严 格的规定，使得 i n t e me t 上数据的安全不再是无法控制的 问题。 7 )可移植性: 同结构无关的特性使 j a v a 应用程序可以 在配备了j a v a 解 释器和运行环境的任何计算机系统上运行， 这成为j a v a 应 用程序便于移植的良好基础。另外，通过定义独立于平台 一 1 4 一 北方交通大学r; ; 士学位论文信号计费系统研究 的基本数据类型及其运算，j a v a 数据得以在任何硬件平台 上保持一致。 8 )动态特性: j a v a的动态特性是其面向对象设计方法的扩展。它允许程 序动态地装入运行 过程中 所需要的 类，而不会使任何引用 该类的程序崩溃， 这是c + + 进行面向 对象程序设计所无法 实现的。 j a v a 还简 化了使 用一个 升级的 或全新的协议的方 法，如果系统运行 j a v a程序时遇到了不知如何处理的问 题， j a v a 能自动下载所需的功能程序。 2 . 3 a s p 技术 a s p ( a c t i v e s e r v e r p a g e s )动态网页，是微软公司推出 的一种用以 取代c g i ( c o m m o n g a t e w a y i n t e r f a c e ) 通用网关 接口 的技术。我 们可以 通过a s p 结合h t m l 语言 、 a s p 指令和 a c t i v e x 元件以及数据库等方面知识，使用自己的 w e b服务器 创建并运行动态的交互式 w e b站点。 目 前， a s p ( a c t i v e s e r v e r p a g e s ) 技术已 经风靡全球， 在i n t e r n e t 上几乎处处可以 看到它 的身影。 应用a s p 技术，无须复杂的编程，就可以 开发出专业 的动态 w e b 站点。a s p 的出现，给以静态内容为主的 w e b 带来 了全新的动态效果。 使你的站点具有更加灵活和方便的交互性， 在工 n t e r n e t 中 实 现 信息 的 传 递 和 检 索 越 来 越 容 易 飞 2 . 3 . 1 a s p 的特性: a s p主要有一下几个方面的特性: 一 i 5 一 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 使 用 v b s c r i p t , j s c r i p t 等简单易懂的 脚本语言， 结合 h t m l代码，即可快速地完成网站的应用程序。 无须 c o m p i l e编译， 容易编写， 可在服务器 端直接 执行 。 使用普通的文本编辑器， 如 w i n d o w s的 记事本，即 可进行编辑设计。 与浏览器无关 ( b r o w s e r i n d e p e n d e n c e ) ，用户端只 要使用可执行 h t m l码的浏览器，即可浏览 a c t i v e s e r v e r p a g e s所设计的网页内容。 a c t i v e s e r v e r p a g e s所使用的脚本语言 ( v b s c r i p t、 j s c r i p t ) 均在 w e b服务器端执行， 用户端的 浏览器不需要能 够执行这些脚本语言。 a c t i v e s e r v e r p a g e s能与 任何 a c t i v e x s c r i p t i n g 语言相容。 除了 可使用 v b s c r i p t 或 j s c r i p t语吉 来设i f- 外， 还通过 p l u g - i n的 方式， 使用由第三力 所提供的其他脚本语言， 譬如 r e x x、 p e r l、t c l 等。脚本引 擎是处理脚本程序的 c o m ( c o m p o n e n t o b j e c t m o d e l )物件。 a c t i v e s e r v e r p a g e s 的 源 程 序， 不 会被 传到 客 户 浏览器，因而可以 避免所写的源程序被他人 11窃， 也提高了程序的安全性。 可使用服务器端的脚本来产生客户端的脚本。 物件导向( o b j e c t - o r i e n t e d ) . 一 i 6 一 北 方 交 通 大 学 硕 士 学 位 论 文信号计费系统研究 a c t i v e x s e r v e r c o m p o n e n t s ( a c t i v e x服务器元件 具有无限 可扩充 性。可以使用 v i s u a l b a s i c、 j a v a、 v i s u a l c + +、 c o b o l等编程语言来编写 你所需要的 a c t i v e x s e r v e r c o m p o n e n t。 2 . 3 . 2 a s p 的运行环境 mi c r o s o ft i n t e r ne t i n f o r ma t i o n s e r v e r v e r s i o n 3 . 0 / 4.0 o n wi n do ws nt s e r v e r mi c r o s o ft pe e r we b se r v i c e s ve r s i o n 3 . 0 o n wi n d o ws nt wo r k s t a t i o n mi c r o s o ft p e r s o n a l we b s e r v e r o n wi n d o ws 9 5 / 9 8 2 . 4 微机联锁系统 微机联锁系统是以 微型计算机为主要技术手段实 现车站 联 锁的实寸 控制系统。该系统的基本任务 是对车站值班员的 操作 命令及现场各种表示信息通过计算机进行逻辑运算，并辅以各 种 “ 冗余”及 “ 故障安全”措施，从而有效地对信号机和道岔 等实现安全机制。 世界上第一套微机联锁系统于 1 9 7 8 年在瑞典哥德堡投入运 用， 进入8 0 年 代后， 美、日、 英、 法、德 和意大利等国都竟相 进行微机联锁系统的研究开发工作， 现已大 量推广 使用。我国 微机联锁系统的研制工作始于 8 0 年代初期。 一 i 7一 北方交通大学硕士学位论文信 号 计 费 系 统 研 究 2 . 4 -. 1 微机联锁系统的特点 我国正在使用中的微机联锁系统与原有的电气集中联锁系 统相比，主要有以下技术特点: 1 )功能 齐全。 除联锁控制功能外， 普遍还有显示功能、 记 录功能和提示功能等。 2 )可 靠 度强 。 微 机联 锁 控 制 系 统的 可 靠度 指 标， 可 以 用 平 均无故障时间m t b f 来表述.微机联锁控制系统的m t b f 为)1 0 e h a 3 )安全度高。 铁路 信号 使用的 安全型 继电器的平均无故障 时间 约为 1 0 h ， 平均 危险 侧故障 输出间隔时间约为 1 0 饭 而微机联锁控 制系统的 平均危险 侧输出间隔时间 要1 0 h e 4 ) 技术经济指标好。车站联锁规模越大，微机联锁控制系 统的 技术经济指标 越好。 当联锁道岔在2 5 组或3 5 组以 上时， 微机联锁控制系统在 价格上可以低于继电联锁控 制系统。 从占用信号机械室面积方面比较，微机联锁只 是继电联锁的 1 / 3 左右。 5 便于设计与施工。微机联锁控制系统的设计周期比较 短， 软件方面只需要编制一些数据，所以不易出错。室 内施工简单， 继电器电路配线标准化而且与站场结构无 关， 计算机等电子设备与继电器电路之间采用插接件连 接方式。当车站站场改建或扩建时，微机联锁控制系统 一 i s - 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 几乎不需耍对既有电路进行变更， 所以施工对正常运输 作业影响的时间很短。 6 ) 便于维护。微机联锁控制系统大部分是电子设备， 这些 电子设备没有机械动作，所以日常维修量很少。 微机联锁控制系统有丰富的工作状态提示， 使维护人员 容易查找故障。 现场维护只需确认故障到板级并更换故 障模板即可。 可以实现管理现代: 可以与旅客服务系统、 微机检测系 统、 调度监督系统、 货运管理系统等其它系统交换数据 可以存储操作记录。 可以先期进行系统功能校验: 微机联锁程序可以提供具 有仿真技术的 软件包 ， 为 施工前的系统功能 校验提供了 可 能。 1 0 ) 便于特殊联锁关系的设计: 可以比较方便地进行 一 些非 常规联锁的逻辑运算。 2 . 4 . 2 微机联锁系统的结构 微机联锁系统的硬件结构可以有很多种， 其大体上可分为以下 3 种: ( 1 ) 单微机系统， 整 个系统 只采用一个中 央处理 器， 见 下图: 一 1 9- 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 通用接口 通用接口i! 通用拱口 整形电 路 !i 姐动电 路ii 安全接口 控制命令表示设备输入输出 图1 ( a ) 单微机系统结构图 ( 2 ) 双微机系统， 联锁微机只进行联锁程序的运算等工作， 人 机对话微机把控制信号 传给联锁 微机，并把状态信息显示 出来，见下图。 卿 甲 , 9 f 人 机 对 话 微 机 联 锁 微 机 室 外 设 备 图1 ( b ) 双微机系统结构图 (3 ) 多微机系统，即含有多 个计算机的 微机联锁系统。多微机 系统类似于双微机系统， 其各个微机分工更细， 主要适于 大站和比较分散的站，热备微机联锁系统也与此种结构相 似。 微机联锁系统的软件结构可以归为图2 所示的模型， 系统软件 完成联锁运算与控制的功能，保障软件 自身的可靠性，当硬件出 现故障时系统倒 向安全侧。 - 2 0 - 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 网 络 通 信 程 序 输入处油 程片 现场各种信号设备 图2 微机联锁控制系统的软件结构图 2 . 5 c o - s t a n d b y 双机热备系统 2 . 5 . 3 c o - s t a n d b y 简介 l e g a to 公 司 的c o - s ta n d b y s e r v e r 双 机 热 备 软 件 是 一 个 基 于 保 护关键应用的高可用性解决方案。 c o - s t a n d b y s e r v e : 可以 很方便地 将两台n t服务器配置成主- 备 ( 或主 一 主)工作方式， 主机的 关键应用及其数据以 磁盘镜象方 式镜象到备机上，当主机系统故障、 备机无法检测到主 机心跳时， 备机会自 动接替主机的关键应用服务。与目 前流行的其它几款双 机热备份 软件相比， c o - s t a n d 勿s e r v e r 在系统的稳定 性、 与n t系 统的整合性和数据镜象速度等方面都是最好的。 在信号 计费 系统中， 我们采用了 联想的c o - s t a n d b y 双机镜像 方案。 一 2s 一 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 2 5 2 双机热备系统方案综述 c o s t a n d b ys e r v e r 双机镜像方案是联想h s 系列的一个高可用 性解决方案，该方案获得过多个i t 奖项，是在数据、服务和应用 的高可用性市场上最先进的产品之一。 该c o s t a n d b y 双机镜像方案，支持w i n d o w sn t 和w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，它采用群集技术和磁盘镜像技术，可以将两台相 似的w i n d o w sn t 或2 0 0 0 服务器组合形成一个群集，每个服务器 成为它配对服务器的热备份，同时又具备一个网络服务器的全部 功能。 在正常的操作期间，每个服务器都在网络中执行各自的文件、 打印任务或担当一个应用服务器。同样，在正常的操作期间，两 台服务器之间通过专用连接网段实时地保持一个连续的、双向的 镜像进程，确保两台服务器之间的数据同步。 一旦故障发生，无论任何一台服务器失效，c o s t a n d b y 立即会 将失效服务器上的数据和应用，从失效服务器切换到存活的服务 器上，用户在小小的中断( 或没有中断) 之后可以继续使用这些 功能。整个故障检测和切换过程无需用户干预，有效保证了应用 的高可用性和对用户的透明性。 在业界，c o s t a n d b y 以其领先的技术、低廉的成本和易于使用 的特点，已被证明是一个可靠、节约成本和易于使用的，保证中 小企业关键应用高可用性的最佳解决方案。 2 5 3 方案特点及优势 技术领先：在业界，c o s t a n d b y 的块级镜像技术被认为是 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 一项可以确保杰出性能和高可靠的技术。同步的块级镜像 允许两台服务器同时进行写操作，有效确保了两台服务器 的数据总处在同一个状态。 高可用性：是该解决方案的最主要特点。通过镜像技术实 现的高可用性表现为非单点失效。任何一台服务器宕机， 这台服务器的资源，诸如i p 地址、共享资源、数据和应用 程序会被第二台服务器接管，所有的网络客户端就被自动 重新连接到这些资源上。这样就有效保证了用户的正常运 行、保护了业务关键数据和应用的安全和可用。 成本低：拥有了c o s t a n d b y 双机镜像方案，首先，在购买 时，由于该方案采用的块级镜像技术，用户不需要使用磁 盘阵列柜，很好的节约了企业的整体购买成本：在运行之 后，用户可以减少宕机造成的不可估计的巨大损失，可以 实现在不停机情况下的系统维护和升级。而且，该方案采 用的a c t i v e a c t i v e 工作模式，还可以在保证高可用性的前提 下，使每台服务器执行各自的网络功能，充分利用了硬件 资源。 高性价比：由于硬件平台采用联想万全i a 架构服务器，经 过专业工程师的测试，系统具有良好的稳定性和极高的性 价比，为系统软件平台的高可用性提供了强有力的硬件支 持。 自动监控：提供应用和网络服务的自动监控，并提出修正 动作以避免故障。 易管理性：该双机方案支持图形化的管理方便系统监控 和管理，且配置和管理简单。 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统弼f 究 改进的镜像引擎，海量数据完整化( 补充确认) ，”分区”级 镜像 智能化资源配置，触发切换后，各种资源可被智能配置 强有力的新图形用户界面，可在多个地点，实现单控制台 管理 2 5 4 方案拓扑图 双枫镜像方案配置图如下图所示： 图3c o s t a n d b y 双机镜像方案配置图 2 6 r s 一4 2 2 协议标准 2 6 1r s 一4 2 2 的由来 r s - 4 2 2 与r s - 2 3 2 和r s 一4 8 5 都是串行数据接口标准，最初都 是由电子工业协会( e i a ) 制订并发布的，r s 一2 3 2 在1 9 6 2 年发布， 命名为e i a 一2 3 2 一e ，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼 北方交通人学硕上学位论文信号计赞系统研究 容。r s 4 2 2 由r s 2 3 2 发展而来，它是为弥补r s 2 3 2 之不足而提 出的。为改进r s 一2 3 2 通信距离短、速率低的缺点，r s 一4 2 2 定义了 一种平衡通信接口，将传输速率提高到1 0 m b s ，传输距离延长到 4 0 0 0 英尺( 速率低于1 0 0 k b s 时) ，并允许在一条平衡总线上连接 最多1 0 个接收器。r s - 4 2 2 是一种单机发送、多机接收的单向、平 衡传输规范，被命名为t i a e i a 4 2 2 一a 标准。由于e i a 提出的建 议标准都是以“r s ”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将 上述标准以r s 作前缀称谓。 r s 一4 2 2 与r s 一2 3 2 标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉 及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通 信协议。因此在视频界的应用，许多厂家都建立了一套高层通信 协议，或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的s o n y 与松下对 录像机的r s 4 2 2 控制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议 则更多了，如l o u t h 、o d e t i s 协议是公开的，而p m l i n k 则是基于 p r o f i l e 上的。 2 6 2r s - 4 2 2 串行接口标准 1 ) 平衡传输 r s 4 2 2 、r s 4 8 5 与r s 2 3 2 不一样，数据信号采用差分传 输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定 义为a ，另一线定义为b ，如下图所示。 。4 奄 p=。 y上 - 一 一 一 一，r p 一 _ 一_ 一一 _ 一 一_ 一 _r，ol、- 一_ 一 一 _ - 一- 一一 _-fr，r_ 一 _ - 一 - 一 - 一 一 一 _ ， 一 一 一 _ 一 _ 北方交通人学硕士学位论文信号计费系统研究 容。 r s - 4 2 2 由r s - 2 3 2 发展而来， 它是为弥补r s - 2 3 2 之不足而提 出的。 为改进r s - 2 3 2 通信距离 短、 速率低的 缺点， r s - 4 2 2 定义了 一 种平衡通信接口， 将传输速率 提高 到 1 0 m b / s ， 传输距离 延长到 4 0 0 0 英尺 ( 速率低于 i o o k b / s 时) ， 并允许在一条平衡总线 上连接 最多1 0 个接收器。 r s - 4 2 2 是一种单机发送、 多机接收的单向、 平 衡 传输规范， 被命名为t i a / e i a - 4 2 2 - a标准。由于e i a提出的 建 议标准都是以“ r s 作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将 上述标准以r s 作前缀称谓。 r s - 4 2 2 与r s - 2 3 2 标准只对接口的电 气特性做出 规定， 而不涉 及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立 自己的高层通 信协议。因此在视频界的应用，许多厂家都建立了一套高层通信 协 议， 或公开或厂家独家使用。 如录像机厂家中的s o n y 与 松下对 录 像机的r s - 4 2 2 控制协议是有差异的， 视频服务器上的 控制协议 则更多了， 如l o u t h , o d e t i s 协议 是公开的， 而p r o un k则是基于 p r o f i l e 上的。 2 . 6 . 2 r s - 4 2 2串行接口标准 平衡传输 r s - 4 2 2 , r s - 4 8 5 与r s - 2 3 2 不一 样，数 据信号采用差分传 输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定 义为 a ，另一线定义为b ，如下图所示。 洲 yl!( 0 sone v 2 c ) , 能 盆月 劲 泣 而一 ;nqsaraass 一 2 5一 北方交通大学硕士学位论文信号计费系统研究 通常情况下，发送驱动器a, b之间的正电平在+ 2 -+ 6 v, 是一个逻辑状态，负电平在一 2 -6 v， 是另一个逻辑状态。另有 一个信号地 c ，在 r s - 4 8 5 中还有一“ 使能” 端， 而在 r s - 4 2 2中 这是可用可不用的。 “ 使能” 端是用于控制发送驱动器与传输线 的切断与连接。当“ 使能” 端起作用时，发送驱动器处于高阻状 态，称作“ 第三态” ，即它是有别于逻辑 1 ” 与“ 0 的第三态。 接收器也作与发送端相对的 规定， 收、 发端通过平衡双纹 线将 a a与 b b对应相连，当在收端 a b之间有大于+