對大秦線CTC系統(tǒng)自律機存在雙機搶主問題的分析

張國華

摘 要：CTC系統(tǒng)綜合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，采用智能化分散自律設(shè)計原則，以列車運行調(diào)整計劃為中心，兼顧了列車與調(diào)車作業(yè)，是一個符合我國國情、路情的高度自動化的調(diào)度指揮系統(tǒng)，為我國調(diào)度集中的發(fā)展開創(chuàng)了一條暫新的途徑。該系統(tǒng)反映了鐵路信息化建設(shè)的新內(nèi)容，它不僅僅是一套新的系統(tǒng)，而且體現(xiàn)了鐵路運輸組織的新模式，是鐵路行車指揮現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

關(guān)鍵詞：CTC系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；故障

1 CTC系統(tǒng)的概述

1.1 CTC系統(tǒng)的簡介

CTC英文全稱為：Centralized Traffic Control，亦稱列車調(diào)度集中系統(tǒng)，它是調(diào)度中心（調(diào)度員）對某一調(diào)度區(qū)段的信號設(shè)備進行集中控制、對列車運行直接指揮、管理的技術(shù)裝備，它的直接效果是行車管理的自動化和遙控化，是現(xiàn)代通信技術(shù)與信號技術(shù)相結(jié)合的典型代表。

1.2 國內(nèi)外CTC系統(tǒng)對比

目前，國外調(diào)度集中系統(tǒng)應(yīng)用比較成熟的代表國家有法國、德國、日本及西班牙。上述國家所采用的調(diào)度集中系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，但與我國相比，國外鐵路的行車密度不高、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，雖設(shè)有信息化程度較高的運輸調(diào)度系統(tǒng)，但運輸作業(yè)較我國簡單，其調(diào)度指揮的綜合性和復(fù)雜性比我國低。我國CTC系統(tǒng)是在TDCS（原名DMIS）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，自20世紀(jì)80年代后期以來，我國投入了大量人力物力為全路運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)的立項決策提供了有力的保障，經(jīng)過多次廣泛調(diào)研、方案變更、反復(fù)上線試驗，符合我國國情的CTC系統(tǒng)成功應(yīng)用于我國各大客運干線。

大秦線作為我國第一條重載煤炭運輸鐵路，擔(dān)負(fù)著我國煤炭流通的重要使命，大秦線運輸暢通與否、運輸效率的高低將直接影響到我國經(jīng)濟的發(fā)展，因此用CTC系統(tǒng)代替過去人工辦理進路的方式，將大大提升大秦線的運輸能力，同時大大減輕調(diào)度員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率，更重要是時降低了人工排路可能導(dǎo)致的錯排進路的概率。

2 CTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 體系結(jié)構(gòu)

調(diào)度集中系統(tǒng)由鐵路總公司、鐵路局、車站三級組成。采用三層結(jié)構(gòu)：第一層為鐵路總公司調(diào)度中心；第二層為鐵路局既有線/客運專線調(diào)度所CTC中心；第三層為車站子系統(tǒng)，構(gòu)成覆蓋全路的調(diào)度指揮網(wǎng)絡(luò)體系。鐵路局分別設(shè)置客運專線CTC中心和既有線TDCS/CTC中心。

CTC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括總公司TDCS/CTC中心局域網(wǎng)、鐵路局既有線TDCS/CTC中心局域網(wǎng)、鐵路局客運專線CTC中心局域網(wǎng)、車站局域網(wǎng)及廣域網(wǎng)。其中，廣域網(wǎng)由鐵路總公司TDCS/CTC中心與鐵路局既有線TDCS/CTC中心以及鐵路局客運專線CTC中心之間的廣域網(wǎng)、相鄰客運專線CTC中心之間的廣域網(wǎng)、既有線TDCS/CTC中心與車站以及客運專線CTC中心與車站之間的廣域網(wǎng)、車站與車站之間的廣域網(wǎng)構(gòu)成。

大秦線CTC網(wǎng)絡(luò)是把太原路局調(diào)度中心與42個車站連接起來，整體網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)與環(huán)型結(jié)構(gòu)相嵌套的模式，這樣既具有星型分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，又有環(huán)型結(jié)構(gòu)的特征，簡單來說就是把42個站分為四部分，每一部分組成環(huán)網(wǎng)，四個環(huán)的頭站和尾站直接連接太原中心，四個環(huán)與中心類似于星型連接，這樣增加了整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，一旦某一個站發(fā)生脫網(wǎng)，不會影響到其他車站與中心的連接。如圖1所示。

而且為了增加大秦線CTC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠度，CTC采用雙通道運行，這樣避免了通道發(fā)生問題后導(dǎo)致某一車站無法與中心進行聯(lián)系，因此構(gòu)成每個站網(wǎng)絡(luò)通道的設(shè)備都有雙套，每個站設(shè)置有兩臺路由器、兩臺交換機，每一種服務(wù)器、工作站、計算機都有兩臺，每臺安裝有兩塊網(wǎng)卡，提供了充分的冗余，例如路由器一和二處于熱備狀態(tài)，自律機A和B也處于熱備狀態(tài)。當(dāng)某一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障的時候，備用設(shè)備自動轉(zhuǎn)變?yōu)橹饔茫划?dāng)某一個網(wǎng)段不通或誤碼大（可靠度小于252）的時候，可以通過另一個網(wǎng)段與中心保持通信，車站計算機從兩塊網(wǎng)卡發(fā)出兩份相同的數(shù)據(jù)，只要有一份數(shù)據(jù)傳送到中心服務(wù)器，系統(tǒng)就能正常運行，雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)這樣也為通道維護人員提供處理故障的寶貴時間，在不影響主用網(wǎng)段的時候進行故障網(wǎng)段的處理，極大提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。車站設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接方式如圖2、3所示。

2.2 自律機的熱備

大秦線自律機雙機熱備基于active/standby方式的服務(wù)器熱備，在同一時間內(nèi)只有一臺自律機運行另一臺處于熱備狀態(tài)，當(dāng)其中運行著的一臺自律機出現(xiàn)故障無法啟動時，另一臺備份自律機會通過軟件診測（通過心跳診斷）將standby自律機激活，保證應(yīng)用服務(wù)在短時間內(nèi)完全恢復(fù)正常使用，作為大秦線CTC系統(tǒng)中最核心的設(shè)備，自律機的安全、穩(wěn)定性能將直接關(guān)系到整個CTC系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此大秦線自律機采用雙機熱備（基于純軟件）的方式來提高自律機的穩(wěn)定性。

純軟件方式可以在一定程度上降低成本，但它也有非常明顯的缺點：

（1）可靠性相對較差，兩服務(wù)器間的數(shù)據(jù)實時復(fù)制是一個比較脆弱的環(huán)節(jié)。

（2）一旦某臺服務(wù)器出現(xiàn)中斷，恢復(fù)后還要進行比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)同步恢復(fù)，并且這個時段系統(tǒng)處于無保護狀態(tài)。

（3）沒有事務(wù)機制，由于其復(fù)制是在文件和磁盤層進行的，復(fù)制是否成功不會影響數(shù)據(jù)庫事務(wù)操作，因此有出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整變化的情況，這個存在著相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險。

基于active/standby方式的自律機熱備，會受到主/備機之間的通道質(zhì)量及主/備機自律機軟件中通信模塊的影響，一旦主/備機之間的通道質(zhì)量開始下降（誤碼增加），主/備機之間的心跳診斷將會受到影響，從而導(dǎo)致備機偵測不到主機發(fā)來的指令，備機由備用升為主用，而此時主機仍舊處于主用狀態(tài)，這時就發(fā)生了雙機搶主的問題，發(fā)生雙機搶主的現(xiàn)象，導(dǎo)致主/備機同時向車務(wù)終端發(fā)送數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)疊加，使得終端顯示與實際不符，影響到調(diào)度員的指揮判斷，嚴(yán)重時會導(dǎo)致非正常停車，影響大秦線的正常運行。

3 故障案例

（1）2014年11月14日23：25分，玉田北——遷西區(qū)間信號機顯示異常，電務(wù)人員立即通過調(diào)監(jiān)大屏進行確認(rèn)，為遵化北站管轄范圍的信號機，通過Pcanywhere軟件遠(yuǎn)程登錄到遵化北站CTC自律A機和自律B機，發(fā)現(xiàn)自律A機和自律B機互相搶主，重啟自律機軟件后，23：45分時CTC恢復(fù)正常。

（2）2014年9月27日15：50分及23：26分CTC大屏顯示延慶對下莊區(qū)間信號機非正常顯示。電務(wù)人員分別通過Pcanywhere軟件登陸延慶站自律A機、自律B機，發(fā)現(xiàn)自律A，B機正在搶主，判斷為因自律A，B機搶主引起的區(qū)間信號機非正常顯示，重啟自律機軟件后，區(qū)間信號機恢復(fù)正常。

上述案例充分說明自律機A、B機一旦發(fā)生雙機搶主將造成CTC顯示信息異常，影響到正常行車秩序，通過系統(tǒng)回放及故障查找發(fā)現(xiàn)：a.主/備自律機之間的通道質(zhì)量下降，會導(dǎo)致兩者之間信息傳輸出現(xiàn)問題，備機檢測不到從主機發(fā)送過來的心跳信息，從而導(dǎo)致主/備機出現(xiàn)搶主；b.主/備自律機運行中發(fā)生軟件報錯等軟件問題也會導(dǎo)致主機跑死，從而發(fā)生搶主的問題。

4 故障的預(yù)防和解決

（1）通過加強日常網(wǎng)絡(luò)通道巡視，每日定期對大秦線管內(nèi)車站自律機通道進行測試，通過主/備機互相Ping及發(fā)送數(shù)據(jù)包測試丟包情況，發(fā)現(xiàn)通道質(zhì)量不良的及時進行查找處理，制定措施優(yōu)化通道，確保通道質(zhì)量良好。

（2）通過Pcanywhere軟件遠(yuǎn)程登陸自律機進行查看，發(fā)現(xiàn)存在軟件報錯或自律機CPU運行內(nèi)存過高的情況及時進行處理，定期將磁盤進行整理。

（3）優(yōu)化自律機軟件通信功能，多次自律機搶主故障表明，軟件本身通信質(zhì)量不強也是影響因素之一，通過優(yōu)化自律機軟件通信能力，減少故障的發(fā)生。

（4）采用基于存儲共享的自律機雙機熱備方式，對于這種方式，采用兩臺自律機，使用共享的存儲設(shè)備（磁盤陣列柜或存儲區(qū)域網(wǎng)SAN）。兩臺自律機可以采用互備、主從、并行等不同的方式。在工作過程中，兩臺自律機將以一個虛擬的IP地址對外提供服務(wù)，依工作方式的不同，將服務(wù)請求發(fā)送給其中一臺自律機承擔(dān)，同時自律機通過心跳線（往往采用建立私有網(wǎng)絡(luò)的方式）偵測另一臺自律機的工作狀況。當(dāng)一臺自律機出現(xiàn)故障時，另一臺自律機根據(jù)心跳偵測的情況做出判斷，并進行切換，接管服務(wù)。這一過程是全自動的，在很短時間內(nèi)即可完成，從而對設(shè)備運行不會造成影響。由于使用共享的存儲設(shè)備，因此兩臺自律機使用的實際上是一樣的數(shù)據(jù)，由雙機或集群軟件對其進行管理。

目前導(dǎo)致大秦線自律機雙機搶主的問題很多，但自律主/備機網(wǎng)絡(luò)通道質(zhì)量下降以及軟件本身通信模塊通信不暢是導(dǎo)致問題發(fā)生的關(guān)鍵，文章主要從CTC系統(tǒng)發(fā)展、結(jié)構(gòu)構(gòu)成、大秦線CTC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及雙機搶主問題預(yù)防和解決角度進行闡述。