CN106945691B - 自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置，提高了中心服务器的可靠性。其技术方案为：装置包括：至少一个中心服务器，实现自动列车监控系统的功能；至少一个服务器数据集群组件，分别部署于各中心服务器上，服务器数据集群组件之间建立通信以构成一个服务器数据集群，服务器数据集群中有一个主服务器数据集群组件和至少一个备服务器数据集群组件，中心服务器与主服务器数据集群组件进行通信，通过主服务器数据集群组件存储和获取数据，其中服务器数据集群中的所有组件保存一份数据副本且保持数据副本的同步，主服务器数据集群组件在发生故障时由某一备服务器数据集群组件升级为新的主服务器数据集群组件。

Description

自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置

技术领域

本发明涉及服务器的热备切换技术，尤其涉及应用在城市轨道交通信号系统中的ATS(Automatic Train Supervision)自动列车监控系统的应用服务器的多中心实时热备切换装置。

背景技术

目前轨道交通运行过程中，对列车的监视和控制至关重要，所以在轨道交通信号系统的开发过程中进行了诸多可靠性设计。在城市轨道交通信号系统中，ATS系统作为信号的监督和控制端，是调度员最为直接和方便的操作工具，其重要性不言而喻。目前国内绝大部分ATS产品都只采用了OCC双主机(主备)的冗余部署策略，所谓双机冗余策略，如图1所示，有应用服务器A和应用服务器B，其中一个为主机一个为备机，由主机实时同步数据给备机，当主机故障或者被关闭的情况下，备机自动升级为主机，当原主机修复并重新启动后将自动升级为备用机，这套经典的冗余策略能保证ATS功能不会因为其中某一台服务器宕机而使主要功能失效。但上述方案存在OCC完全故障的情况下列车自动调整失效和信号控制面临瘫痪的风险，并且客户端的集成功能越来越多，这就对ATS中心服务器的可靠性要求提出了更高的标准。

随着轨道交通行业的发展、ATS系统集成的监督功能的也越来越多、控制终端变得越来越重要。进入21世纪，互联网技术和大数据的飞快发展也为轨道交通信号系统的发展提供很好的推动，用成熟、稳定、可靠的互联网技术，解决和改善目前轨道信号系统领域的问题将是很好的方向。互联网技术中已有不少成熟的服务器灾备中心方案，无缝实现异地三中心的主备切机、数据同步等功能，大大提高系统的可靠性。这为在轨道交通信号领域借鉴互联网技术实现热备切换提供了技术基础。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明为解决上述技术问题，提供了一种自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置，解决了目前ATS产品中的此种缺陷，提高了中心服务器的可靠性，具有重大的实际应用意义。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置，包括：

至少一个中心服务器，实现自动列车监控系统的功能；

至少一个服务器数据集群组件，分别部署于各个中心服务器上，所有的服务器数据集群组件之间相互建立通信以构成一个服务器数据集群，服务器数据集群中有一个主服务器数据集群组件和至少一个备服务器数据集群组件，中心服务器与主服务器数据集群组件进行通信，并通过主服务器数据集群组件存储和获取数据，其中服务器数据集群中的所有组件均保存一份数据副本且保持数据副本的同步，主服务器数据集群组件在发生故障时由某一个备服务器数据集群组件升级为新的主服务器数据集群组件。

根据本发明的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置的一实施例，装置还包括第一计算机程序，第一计算机程序在服务器数据集群上执行以下的步骤：

步骤1：检测到主服务器数据集群组件发生故障；

步骤2：选择一个健康的备服务器数据集群组件；

步骤3：将所选择的备服务器数据集群组件升级为主服务器数据集群组件，接管原来的主服务器数据集群组件提供服务。

根据本发明的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置的一实施例，第一计算机程序在服务器数据集群上执行的步骤还包括：

步骤4：待发生故障的原主服务器数据集群组件恢复并重新启动后将其转换为备服务器数据集群组件。

根据本发明的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置的一实施例，步骤2中的健康的备服务器数据集群组件的选择依据预先设置的优先级。

根据本发明的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置的一实施例，步骤2中的健康的备服务器数据集群组件的选择是实时计算得到的稳定性和可靠性最高的备服务器数据集群组件。

根据本发明的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置的一实施例，备服务器数据集群组件的稳定性和可靠性的实时计算是通过Paxos算法实现。

根据本发明的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置的一实施例，装置还包括第二计算机程序，第二计算机程序在服务器数据集群上执行以下的步骤：

步骤一：主服务器数据集群组件接收来自中心服务器的初始数据并加以保存；

步骤二：主服务器数据集群组件广播到所有的备服务器数据集群组件，在服务器数据集群中的每一组件上保持一份数据副本；

步骤三：服务器数据集群接收到中心服务器的数据更新通知后，主服务器数据集群组件为所有的备服务器数据集群组件更新数据副本以实现数据同步。

根据本发明的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置的一实施例，主服务器数据集群组件向外部提供数据的读写服务，备服务器数据集群组件仅向外部提供数据的读服务且接收来自主服务器数据集群组件的数据同步更新。

根据本发明的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置的一实施例，第二计算机程序在服务器数据集群上执行的步骤还包括：

步骤四：在服务器数据集群进行数据更新后，将更新的数据自动发送到订阅该数据的其他的中心服务器。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的多中心ATS服务器的架构下，增加服务器数据集群(SDC，Server Data Cluster)，实现数据存储和同步、选主策略等功能，具有服务高可用、数据最终一致性的特点。借助于SDC中的主从组件之间的切换，实现多中心ATS服务器之间的数据同步和一致性，并且在主中心故障的情况下选择优先级最高的备用中心接管故障主中心，从而实现不同物理部署位置下的多中心服务器的热备切换。

附图说明

图1示出了传统的双机主备冗余部署策略的示意图。

图2示出了本发明的多中心下的ATS服务器的部署图。

图3示出了ATS服务器的SDC抽象示意图。

图4示出了本发明中第一计算机程序的执行流程图。

图5示出了本发明中第二计算机程序的执行流程图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

本实施例的自动列车监控系统(ATS)的服务器多中心实时热备切换装置包括至少一个中心服务器和至少一个服务器数据集群组件。图2示出了本发明的多中心下的ATS服务器的部署状况，每个中心位置可以部署1台或者2台中心服务器硬件，每个中心服务器硬件上部署一套CATS(Center ATS)软件，其中CATS软件部署在中央控制室的ATS服务器上，通常只有一个，承担了大部分的ATS功能。并且在中心服务器硬件上另外部署1套或者0套SDC(Server Data Cluster，服务器数据集群)组件，实际部署数量与实际线路有关。所有的服务器硬件通过网络连接在一起，所有软件通信并交互数据。其中所有的SDC组件之间相互建立通信，如图3所示，由此可以看成一个SDC集群，CATS与SDC集群通信，并通过SDC集群存储和获取数据。

SDC集群中有一个主SDC组件和至少一个备SDC组件，中心服务器与主SDC组件进行通信，并通过主SDC组件存储和获取数据。SDC集群的主要实现包括两方面的内容：选主策略和数据同步。对于前者，主SDC组件在发生故障时由某一个备SDC组件升级为新的主SDC组件。对于后者，SDC集群中的所有组件均保存一份数据副本且保持数据副本的同步。

在装置中，通过第一计算机程序实现选主策略。如图4所示，第一计算机程序在SDC集群上执行以下的步骤。

步骤S11：检测到主SDC组件发生故障。

步骤S12：选择一个健康的备SDC组件。

如何选择可以有多种方式，其中一种是依据预先设置的优先级来选择备SDC组件，可以灵活配置，例如中心1故障的情况下，优先启用中心2，只有中心1和中心2全部故障的情况下才启动中心3。

另一种方式是实时计算得到稳定性和可靠性最高的备SDC组件并将其作为选择。具体的实时计算和选择可以通过Paxos算法实现。

步骤S13：将所选择的备SDC组件升级为主SDC组件，接管原来的主SDC组件提供服务。

步骤S14：待发生故障的原SDC组件恢复并重新启动后将其转换为备SDC组件。

在装置中，通过第二计算机程序实现数据同步。如图5所示，第二计算机程序在SDC集群上执行以下的步骤。装置中的主SDC组件向外部提供数据的读写服务，备SDC组件仅仅向外部提供数据的读服务，且接收来自主SDC组件的数据同步更新。

步骤S21：主SDC组件接收来自中心服务器的初始数据并加以保存。

步骤S22：主SDC组件广播到所有的备SDC组件，在SDC集群中的每一组件上保持一份数据副本，提高了数据冗余。

步骤S23：SDC集群接收到中心服务器的数据更新通知后，主SDC组件为所有的备SDC组件更新数据副本以实现数据同步。

步骤S24：在SDC集群进行数据更新后，将更新的数据自动发送到订阅该数据的其他的中心服务器。

从上述的两个计算机程序的执行步骤可以看出，SDC集群具有高可用、数据一致性的特点，承担了数据存储和同步、选主策略等主要任务，SDC组件之间通过Paxos算法保证了数据的最终一致性和选主策略。本发明的技术方案不仅支持一个中心下的全部功能，而且对于多个中心也有非常方便的扩展。实际使用中可以根据轨道线路的长度和设计规划，扩展多个数据中心，实现不同中心下的功能分布的数据灾备。本发明的方案在主数据中心故障的情况下提供多个备用中心的接管服务，而且只有在多个备用中心全部故障的情况下才能导致中心服务器失效，这样就极大提高了ATS中心服务器的可靠性。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (4)

1.一种自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置，其特征在于，包括：

至少一个中心服务器，实现自动列车监控系统的功能；

至少一个服务器数据集群组件，分别部署于各个中心服务器上，所有的服务器数据集群组件之间相互建立通信以构成一个服务器数据集群，服务器数据集群中有一个主服务器数据集群组件和至少一个备服务器数据集群组件，中心服务器与主服务器数据集群组件进行通信，并通过主服务器数据集群组件存储和获取数据，其中服务器数据集群中的所有组件均保存一份数据副本且保持数据副本的同步，主服务器数据集群组件在发生故障时由某一个备服务器数据集群组件升级为新的主服务器数据集群组件；

装置还包括第一计算机程序，第一计算机程序在服务器数据集群上执行以下的步骤：

步骤1：检测到主服务器数据集群组件发生故障；

步骤2：选择一个健康的备服务器数据集群组件，其中健康的备服务器数据集群组件的选择是依据预先设置的优先级或者是实时计算得到的稳定性和可靠性最高的备服务器数据集群组件；以及

步骤3：将所选择的备服务器数据集群组件升级为主服务器数据集群组件，接管原来的主服务器数据集群组件提供服务；

装置还包括第二计算机程序，第二计算机程序在服务器数据集群上执行以下的步骤：

步骤一：主服务器数据集群组件接收来自中心服务器的初始数据并加以保存；

步骤二：主服务器数据集群组件广播到所有的备服务器数据集群组件，在服务器数据集群中的每一组件上保持一份数据副本；

步骤三：服务器数据集群接收到中心服务器的数据更新通知后，主服务器数据集群组件为所有的备服务器数据集群组件更新数据副本以实现数据同步；以及

步骤四：在服务器数据集群进行数据更新后，将更新的数据自动发送到订阅该数据的其他的中心服务器。

2.根据权利要求1所述的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置，其特征在于，第一计算机程序在服务器数据集群上执行的步骤还包括：

步骤4：待发生故障的原主服务器数据集群组件恢复并重新启动后将其转换为备服务器数据集群组件。

3.根据权利要求1所述的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置，其特征在于，备服务器数据集群组件的稳定性和可靠性的实时计算是通过Paxos算法实现。

4.根据权利要求1所述的自动列车监控系统的服务器多中心实时热备切换装置，其特征在于，主服务器数据集群组件向外部提供数据的读写服务，备服务器数据集群组件仅向外部提供数据的读服务且接收来自主服务器数据集群组件的数据同步更新。