基于二乘二取二架构的列车监控服务器系统及控制方法与流程

本发明涉及列车运行安全调度技术领域，特别涉及一种基于二乘二取二架构的列车监控服务器系统及控制方法。

背景技术：

我国地铁线路中，一般使用基于通信的列车控制系统（Communication Based Train Control System，CBTC）来实现列车控制与运营调度。而自动列车监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）作为CBTC子系统之一，负责监控和自动调整列车的运行，是地铁运营的指挥核心，

现有的多数ATS系统采用的是C/S结构，其核心是运行于控制中心的ATS服务器，现有的多数ATS服务器已经实现了系统的冗余备份，但是却无法防范数据运算故障条件下的错误输出带来的安全问题，ATS服务器系统的安全等级不够。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于二乘二取二架构的列车监控服务器系统及控制方法，以提高ATS服务器系统的安全等级。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：第一方面，提供一种基于二乘二取二架构的列车监控服务器系统，该系统包括：第一、第二ATS服务器和第一、第二交换机，第一、第二ATS服务器与第一、第二交换机交叉互联组成互为热备的两套二乘系统，且第一、第二ATS服务器分别被具有相同功能的第一、第二ATS服务单元服务以对安全数据运算处理实现二取二表决。

第二方面，提供一种基于二乘二取二架构的自动列车监控服务器系统的控制方法，该方法包括：

启动第一、第二ATS服务器，第一、第二ATS服务器通过第一、第二ATS服务单元互相监测对方工作状态；

第一、第二ATS服务单元读取CBTC外部系统以及ATS客户端上传的数据和命令后对安全数据运算处理实现二取二表决；

第一、第二ATS服务单元将安全数据运算处理的二取二表决发送至CBTC外部系统以及ATS客户端。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过设置两套配置相同的通用服务器、两台交换机、两套ATS服务单元，每台服务器配置双CPU对ATS系统中安全相关命令实现二取二运算，两台服务器互为热备，与现有的单套或者双机热备的ATS服务器系统相比，本发明基于硬件平台实现二取二运算，提高了ATS服务系统的安全性，两台服务器间实现热备，提高了ATS服务器系统的可用性。

附图说明

图1是本发明一实施例中的基于二乘二取二架构的列车监控服务器系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中的第一ATS服务单元或第二ATS服务单元结构示意图；

图3是本发明一实施例中的基于二乘二取二架构的列车监控服务器系统的控制方法的流程示意图；

图4是本发明一实施例中的步骤S2的细分步骤的流程示意图。

具体实施方式

下面结合图1所示4，对本发明做进一步详细叙述。

如图1所示，本实施例提供了一种基于二乘二取二架构的列车监控服务器系统，该系统包括第一、第二ATS服务器10、20和第一、第二交换机30、40，第一、第二ATS服务器10、20与第一、第二交换机30、40交叉互联组成互为热备的两套二乘系统，且第一、第二ATS服务器10、20分别被具有相同功能的第一、第二ATS服务单元50、60服务以对安全数据运算处理实现二取二表决。

需要说明的是，本实施例中两台服务器通过两台交换机与CBTC外部系统以及ATS客户端进行数据交换，其中，两台服务器的配置相同，两台服务器同时互为热备，基于硬件平台实现了对CBTC外部系统以及ATS客户端上传的命令和数据中安全相关的数据的表决输出，提高了ATS系统的安全性。

具体地，第一ATS服务器10包括第一CPU11、第二CPU12和第一、第二网络端口13、14，第二ATS服务器20包括第三CPU21、第四CPU22和第三、第四网络端口23、24，第一CPU11、第二CPU12分别通过第一、第二网络端口13、14与第一、第二交换机30、40连接，第三CPU21、第四CPU22分别通过第三、第四网络端口23、24与第一、第二交换机30、40连接。

需要说明的是，本实施例中的ATS服务器包括至少两个CPU、至少两个网络端口，该至少两个网络端口分别与两台交换机连接。两套ATS服务单元分别运行于两台ATS服务器中，每套ATS服务单元基于ATS服务器中的双CPU实现安全相关数据的二取二运算，实现表决输出。

具体地，ATS服务器单元使用双线程分别服务第一CPU11、第二CPU12，以及使用双线程分别服务第三CPU21、第四CPU22。

具体地，如图2所示，第一、第二ATS服务单元50、60均包括初始模块51、通信模块52、第一、第二安全相关运算模块53、54以及任务同步比较模块55；初始化模块51的输出端通过通信模块52与第一、第二安全相关运算模块53、54的输入端连接以改变双线程的亲缘性；通信模块52的输入端通过第一、第二网络端口13、14或第三、第四网络端口23、24与CBTC外部系统及ATS客户端连接，通信模块52的输出端与第一、第二安全相关运算模块53、54的输入端连接；第一、第二安全相关运算模块53、54的输出端与任务同步比较模块55的输入端连接；任务同步比较模块55的输出端与通信模块52的输入端连接，以通过通信模块52与CBTC外部系统及ATS客户端进行通信。

具体地，本实施例中的初始化模块51的作用是实现ATS服务单元的初始运行配置，包括改变双线程的亲缘性，以为第一、第二安全相关运算模块53、54指定CPU。通信模块52的作用是通过网络端口读取CBTC外部系统以及ATS客户端的数据，并判断数据的类型，将安全相关的数据分别送给第一、第二安相关运算模块53、54以进行数据运算。第一、第二安全相关运算模块53、54分别使用独立的线程运行在独立的CPU上，实现对安全相关数据的处理。任务同步比较模块55的作用是对第一、第二安全相关运算模块53、54的处理结果进行数据比较，以实现两CPU间任务校核同步。

具体地，所述的第一、第二ATS服务单元50、60还均包括与通信模块52连接以进行双向通信的非安全相关运算模块56。

需要说明的是，通信模块52对从网络端口采集到的数据分类为安全相关数据和非安全相关数据，并将非安全相关数据送入非安全相关运算模块56中以供非安全相关运算模块56进行处理，这里的非安全相关运算模块56不使用第一、第二安全相关运算模块53、54的CPU资源。

具体地，第一、第二ATS服务单元50、60还均包括通过通信模块52与初始模块51、第一、第二安全相关运算模块53、54、任务同步比较模块55以及非安全相关运算模块56连接以进行通信的主备系切换模块57。

其中，主备系切换模块57的作用是实时监测第一、第二ATS服务器10、20的软硬件状态，当软硬件状态满足切换的条件时，启动主备系统切换，即第一、第二ATS服务单元50、60切换输出，比如，第一ATS服务单元50切断输出，第二ATS服务单元60启动输出。

如图3所示，本实施例公开了一种基于二乘二取二架构的列车监控服务器系统的控制方法，该方法包括如下步骤S1至S3：

S1、启动第一、第二ATS服务器10、20，第一、第二ATS服务器10、20通过第一、第二ATS服务单元50、60互相监测对方工作状态；

第一、第二ATS服务器10、20启动后，第一、第二ATS服务单元50、60互相监测对方工作状态，在确定第一、第二ATS服务器10、20工作状态无误后，根据第一、第二ATS服务单元50、60运行时间的先后竞争主备系，比如，第一ATS服务单元50运行的时间先与第二ATS服务单元60，则确定第一ATS服务器10为主系、第二ATS服务器20为备系。

S2、第一、第二ATS服务单元50、60读取CBTC外部系统以及ATS客户端上传的数据和命令后对安全数据运算处理实现二取二表决；

S3、第一、第二ATS服务单元50、60将安全数据运算处理的二取二表决发送至CBTC外部系统以及ATS客户端。

具体地，如图4所示，上述的步骤S2具体包括如下细分步骤S21至S24：

S21、初始化模块51改变双线程的亲缘性以为第一、第二安全相关运算模块53、54分别指定CPU1/CPU2，并对第一、第二网络端口13、14或第三、第四网络端口23、24进行初始化；

S22、通信模块52通过第一、第二网络端口13、14或第三、第四网络端口23、24读取CBTC外部系统以及ATS客户端上传的数据和命令，并将安全相关的数据和命令发送至第一、第二安全相关运算模块53、54；

S23、第一、第二安全相关运算模块53、54对安全相关的数据和命令进行处理，并将处理结果输出至任务同步比较模块55；

S24、任务同步比较模块55对第一、第二安全相关运算模块53、54输出的处理结果进行比较，并在比较一致时将通信模块52将第一、第二安全相关运算模块53、54输出的处理结果输出至CBTC外部系统及ATS客户端。

需要说明的是，在实际应用中，第一、第二安全相关运算模块53、54对安全相关数据进行处理，将处理结果输出至任务同步比较模块55，任务同步比较模块55对两个模块的处理结果进行比较，并同时监测第一、第二安全相关运算模块53、54中运行的是同一任务，如果不是同一任务，则进行延时等待，延迟对第一、第二安全相关运算模块53、54中的处理结果进行比较。

具体地，上述的步骤S2还包括图中未示出的如下步骤：

通信模块52将非安全相关的数据和命令输出至非安全相关运算模块56；

非安全相关运算模块56对接收到的非安全相关的数据和命令进行处理，并将处理结果通过通信模块52输出至CBTC外部系统及ATS客户端。

具体地，对通信模块52的工作过程说明如下：通信模块52通过网络端口读取CBTC外部系统以及ATS客户端上传的数据，并对读取到的数据进行分类，将安全相关数据送给第一、第二安全相关运算模块53、54，将非安全相关数据送给非安全相关运算模块56。

具体地，上述的步骤S2还包括图中未示出的如下步骤：

主备系切换模块57通过通信模块52对初始模块51、第一、第二安全相关运算模块53、54、任务同步比较模块55以及非安全相关运算模块56进行实时监测，并在发现其中任一模块发生故障时，启动倒机切换逻辑判断；

在满足预设的切系逻辑后，第一、第二ATS服务单元进行切换输出。

本实施例中通过设置主备系切换模块57对ATS服务单元中的各个模块进行监测，以获取各个模块的工作状态，并在其中一个模块的工作状态满足预设的切系逻辑时，第一、第二ATS服务单元进行切换输的输出，极大的提高了ATS服务器系统的安全性和可用性。