论文部分内容阅读
摘要：为保证车站分机能可靠工作，TDCS车站分机采用双机热备系统来实现。本文在分析双机热备系统方案的基础上，提出了双机热备切换的软、硬件实现。
关键词：TDCS；双机热备；切换
1、TDCS系统
TDCS（Train Operation Dispatching Command System）是覆盖全路的调度指挥管理系统，能及时、准确地为全路各级调度指挥管理人员提供现代化的调度指挥管理手段和平台。TDCS系统是个全路联网的调度指挥系统，它由部中心TDCS系统，铁路局TDCS系统，车站系统三层机构有机地组成的，它采用数字化、网络化、信息化等技术。
1.1 TDCS车站分机系统
TDCS系统是全路联网的调度指挥系统，它由部中心TDCS系统，铁路局TDCS系统，车站系统三层机构组成。
车站分机系统功能：
（1）站场设备状态采集
（2）无线车次号的接收与转发
（3）无线调度命令的发送与接收
2、TDCS车站分机双机热备系统
TDCS车站分机双机热备系统即是目前通常所说的双机系统的主备方式。其技术特点是采用两套车站分机工作，在工作期间，主、备车站分机之间的区别在于：主车站分机通过串口线接收计算机联锁设备、无线调度命令设备、无线车次号设备等信息，同时通过以太网上传数据到铁路局调度中心和本站车务终端；备车站分机只监听主车站分机（一般是通过心跳或串口线），而不上传和接收数据。当主机出现故障时，备机自动切换为主机工作。保证应用在短时间内完全恢复正常使用。
2.1 双机热备系统的实现方式
实现方式分为硬件实现方式和软件实现方式两种，硬件实现方式是通过双机热备切换板监视两台机子的运行状态，当主车站分机发生错误或是断电等情况时，它就会判断出来，并切换到备机。软件实现方式是运行高可用软件中的监视程序，这些监视程序传送心跳信号以检查主车站分机的状态，但是备用车站分机不运行其他有用的工作负载。
2.2 硬件实现方式
该系统由1套独立供电电源PWR、2套TDCS车站分机和1块双机热备切换板（STBY）组成，见图1。电源板提供+5V的直流电压，给STBY供电。TDCS车站分机的作用是采集、处理和转发各类数据，包括站场码位、车次号、调度命令等，它由CPU、主板、内存、硬盘、电源，网卡、MOXA卡、光驱、机箱等设备组成，并通过串口实现与无线车次号、无线调度命令、计算机联锁等外部设备的接口，通过网口实现与车站终端、邻站和局调度中心的通信。
双机热备切换板（STBY）：它由仲裁逻辑电路和切换通道组合而成，通过相应的外部配线和软件组合来实现通道热备切换功能。通过STBY可以对多达56路的通道进行手动和自动的切换。
2.3 软件实现方式
一般情况下，双机热备需要有共享的存储设备。但某些情况下，也可以通过应用专业的集群软件或双机备份软件，在多台或两台独立的车站分机上实现双机热备。TDCS车站分机双机热备系统在两台独立的车站分机上应用双机热备软件的设计方案。
2.3.1 开发软件简介
目前，市场上主要的基于Linux和Windows平台的商业双机热备软件很多，但是费用昂贵。正因为如此，需要寻找一个开源免费的软件来实现，这就是High-Availability Linux Project（Linux下的高可用性项目）。Linux是一个开源的操作系统，建立于Linux之上的Heartbeat同样也是开源免费的，可以根据各种需求对Heartbeat进行必要的改进、二次开发，这样就可以得到一个最适合自己的HA高可用性软件，搭建一套完整的双机热备平台。
2.3.2 Heartbeat双机热备逻辑系统架构
采用免费开源的基于Linux HA 项目下的Heartbeat搭建一个纯软件模式的HA平台，其工作模式为主从（Active/Standby）方式。主服务器工作，从服务器处于监控准备状态。当Heartbeat检测到主机宕机时，从服务器接管主服务器的工作。待主服务器恢复正常后，系统能自动将服务切换到主服务器运行系统采用两台PC服务器（配备有双网卡）作为主服务器，两台机器的Eth0网卡接入外部网络，供客户端访问；Eth1网卡通过一根RJ45交叉网线直接互联，配置内部IP共心跳使用，一根串口直连线缆作为心跳线连接在两台机器的串口之间。此方案容错功能实现的关键是在主服务器宕机切换时，对客户端来说主服务器是透明的。Heartbeat采用了虚拟IP 地址映射技术来实现此功能，当主服务器失效后备份服务器接管。
2.3.3 Heartbeat的安装
安装可以从http：//linux-ha.org/download 网站下载Heartbeat软件包，其中也有RPM安装包，也可以选择从源代码编译。取得源代码tar文件或者安装source ROM包，将其解包到某个文件夹。在源代码树的顶端，输入“./ConfigureMe configure”之后输入“make”和“make install”。
Heartbeat使用标准的 RPM包进行分发，安装十分简单，只需运行一个命令即可：
rpm-i heartbeat-0.4.8.i386.rpm
也可以使用 RPM 包管理工具进行安装。
2.3.4 Heartbeat的测试
（1）正常关闭和重启主服务器的Heartbeat。
（2）在主服务器上拔去网线。
（3）在主服务器上拔电源线。
（4）切断主服务器的所有网络连接。
（5）在主节点上非正常关闭Heartbeat守护进程
3、结论
本文主要对主从模式的双机热备系统进行了研究。确保如何能及时有效地监测到主机发生故障时，备机自动切换为主机工作。主、备机之间实现快速、无抖动的切换。在硬件实现方式中是通过双机热备切换板（STBY）监视两台机子的运行状态；在软件实现方式中采用Linux HA 项目下的Heartbeat搭建一个纯软件模式的HA平台，通过建立两条独立的物理路径作为通信路径了解对方的运行情况，实现不必要的时效切换。
参考文献：
[1]铁道部运输局.铁路列车调度指挥系统.北京：中国铁道出版社，2005.
[2]何福忠.TDCS车站分机双机热备系统设计.铁道通信信号，2007（1）：45-48.
[3]王益众.铁路分局调度综合管理信息系统.北京：中国铁道出版社，2002.
[4]郑灵翔.嵌入式Linux系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[5]罗苑棠.嵌入式Linux驱动程序和系统開发.北京：电子工业出版社，2009.
关键词：TDCS；双机热备；切换
1、TDCS系统
TDCS（Train Operation Dispatching Command System）是覆盖全路的调度指挥管理系统，能及时、准确地为全路各级调度指挥管理人员提供现代化的调度指挥管理手段和平台。TDCS系统是个全路联网的调度指挥系统，它由部中心TDCS系统，铁路局TDCS系统，车站系统三层机构有机地组成的，它采用数字化、网络化、信息化等技术。
1.1 TDCS车站分机系统
TDCS系统是全路联网的调度指挥系统，它由部中心TDCS系统，铁路局TDCS系统，车站系统三层机构组成。
车站分机系统功能：
（1）站场设备状态采集
（2）无线车次号的接收与转发
（3）无线调度命令的发送与接收
2、TDCS车站分机双机热备系统
TDCS车站分机双机热备系统即是目前通常所说的双机系统的主备方式。其技术特点是采用两套车站分机工作，在工作期间，主、备车站分机之间的区别在于：主车站分机通过串口线接收计算机联锁设备、无线调度命令设备、无线车次号设备等信息，同时通过以太网上传数据到铁路局调度中心和本站车务终端；备车站分机只监听主车站分机（一般是通过心跳或串口线），而不上传和接收数据。当主机出现故障时，备机自动切换为主机工作。保证应用在短时间内完全恢复正常使用。
2.1 双机热备系统的实现方式
实现方式分为硬件实现方式和软件实现方式两种，硬件实现方式是通过双机热备切换板监视两台机子的运行状态，当主车站分机发生错误或是断电等情况时，它就会判断出来，并切换到备机。软件实现方式是运行高可用软件中的监视程序，这些监视程序传送心跳信号以检查主车站分机的状态，但是备用车站分机不运行其他有用的工作负载。
2.2 硬件实现方式
该系统由1套独立供电电源PWR、2套TDCS车站分机和1块双机热备切换板（STBY）组成，见图1。电源板提供+5V的直流电压，给STBY供电。TDCS车站分机的作用是采集、处理和转发各类数据，包括站场码位、车次号、调度命令等，它由CPU、主板、内存、硬盘、电源，网卡、MOXA卡、光驱、机箱等设备组成，并通过串口实现与无线车次号、无线调度命令、计算机联锁等外部设备的接口，通过网口实现与车站终端、邻站和局调度中心的通信。
双机热备切换板（STBY）：它由仲裁逻辑电路和切换通道组合而成，通过相应的外部配线和软件组合来实现通道热备切换功能。通过STBY可以对多达56路的通道进行手动和自动的切换。
2.3 软件实现方式
一般情况下，双机热备需要有共享的存储设备。但某些情况下，也可以通过应用专业的集群软件或双机备份软件，在多台或两台独立的车站分机上实现双机热备。TDCS车站分机双机热备系统在两台独立的车站分机上应用双机热备软件的设计方案。
2.3.1 开发软件简介
目前，市场上主要的基于Linux和Windows平台的商业双机热备软件很多，但是费用昂贵。正因为如此，需要寻找一个开源免费的软件来实现，这就是High-Availability Linux Project（Linux下的高可用性项目）。Linux是一个开源的操作系统，建立于Linux之上的Heartbeat同样也是开源免费的，可以根据各种需求对Heartbeat进行必要的改进、二次开发，这样就可以得到一个最适合自己的HA高可用性软件，搭建一套完整的双机热备平台。
2.3.2 Heartbeat双机热备逻辑系统架构
采用免费开源的基于Linux HA 项目下的Heartbeat搭建一个纯软件模式的HA平台，其工作模式为主从（Active/Standby）方式。主服务器工作，从服务器处于监控准备状态。当Heartbeat检测到主机宕机时，从服务器接管主服务器的工作。待主服务器恢复正常后，系统能自动将服务切换到主服务器运行系统采用两台PC服务器（配备有双网卡）作为主服务器，两台机器的Eth0网卡接入外部网络，供客户端访问；Eth1网卡通过一根RJ45交叉网线直接互联，配置内部IP共心跳使用，一根串口直连线缆作为心跳线连接在两台机器的串口之间。此方案容错功能实现的关键是在主服务器宕机切换时，对客户端来说主服务器是透明的。Heartbeat采用了虚拟IP 地址映射技术来实现此功能，当主服务器失效后备份服务器接管。
2.3.3 Heartbeat的安装
安装可以从http：//linux-ha.org/download 网站下载Heartbeat软件包，其中也有RPM安装包，也可以选择从源代码编译。取得源代码tar文件或者安装source ROM包，将其解包到某个文件夹。在源代码树的顶端，输入“./ConfigureMe configure”之后输入“make”和“make install”。
Heartbeat使用标准的 RPM包进行分发，安装十分简单，只需运行一个命令即可：
rpm-i heartbeat-0.4.8.i386.rpm
也可以使用 RPM 包管理工具进行安装。
2.3.4 Heartbeat的测试
（1）正常关闭和重启主服务器的Heartbeat。
（2）在主服务器上拔去网线。
（3）在主服务器上拔电源线。
（4）切断主服务器的所有网络连接。
（5）在主节点上非正常关闭Heartbeat守护进程
3、结论
本文主要对主从模式的双机热备系统进行了研究。确保如何能及时有效地监测到主机发生故障时，备机自动切换为主机工作。主、备机之间实现快速、无抖动的切换。在硬件实现方式中是通过双机热备切换板（STBY）监视两台机子的运行状态；在软件实现方式中采用Linux HA 项目下的Heartbeat搭建一个纯软件模式的HA平台，通过建立两条独立的物理路径作为通信路径了解对方的运行情况，实现不必要的时效切换。
参考文献：
[1]铁道部运输局.铁路列车调度指挥系统.北京：中国铁道出版社，2005.
[2]何福忠.TDCS车站分机双机热备系统设计.铁道通信信号，2007（1）：45-48.
[3]王益众.铁路分局调度综合管理信息系统.北京：中国铁道出版社，2002.
[4]郑灵翔.嵌入式Linux系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[5]罗苑棠.嵌入式Linux驱动程序和系统開发.北京：电子工业出版社，2009.