一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统，通过自律机主备定时整体同步辅助实时增量同步，实现自律机主备倒切过程中业务逻辑无缝过渡，保证自律机业务逻辑完整性、一致性、统一性和连贯性，最终实现行车调度系统核心功能稳定可靠持续运行，保障高铁行车安全。高铁行车安全。高铁行车安全。

【技术实现步骤摘要】
一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统


[0001]本专利技术涉及轨道交通
，尤其涉及一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统。

技术介绍

[0002]高速铁路行车调度系统是铁路运输日常组织工作的指挥中枢。部署于车站的自律机系统依据调度中心铺画的阶段计划生成管辖范围内的行车指令，并在股道、区间、道岔和各类信号机等站场对象以及由这些对象组合表征的进路的状态变化驱动和指令触发时机管控下，有序可靠执行内部业务逻辑和安全卡控操作。作为行车调度系统核心单元，自律机系统的稳定运行对保障列车行驶平稳和高铁行车安全至关重要。
[0003]调度系统运行过程中的软硬件故障以及各类突发事件不可避免的导致自律机系统单点故障。根据国铁集团相关企业技术标准和现场实际需要，现有自律机系统实行主备双机热备冗余运行模式：自律机备机在车站控制模式、关键逻辑状态、列车进路序列、调车作业单、控制命令等关键数据方面，与自律机主机保持严格一致和伪/准同步。这就涉及自律机主备机同步运行方式的选定，包括主备数据同步方案和主备同步交互逻辑。现有自律机主备同步方式包括超完备数据延迟同步、故障时刻即时伪同步、第三方存储介质同步等方式，但在同步数据交互总量、同步时机波动幅度和受第三方安防设备影响等方面存在较为明显缺陷，此外较大的同步延迟也在特定场景下难以满足自律机主备平顺倒切需求。
[0004]随着高速铁路行车密度持续加大，自律机内部用于主要行车业务的核心数据量不断攀升。自律机系统主备机间核心数据的高效、可靠和(准)实时同步以及突发故障下的主备平顺倒切能力，成为行车调度系统稳定运行的现实迫切需求。设计一种同步逻辑清晰、同步时机合理、同步数据量小和同步效能优异的自律机系统，实现实时同步主备数据功能，对于提升行调系统整体稳定运行和智能改进有极大促进作用。
[0005]下面针对现有技术中的同步方式及其缺陷进行说明。
[0006]方案一、自律机主备机完全独立且同步运行各自业务逻辑，即通过输入数据的一致性和业务逻辑的一致性间接实现核心数据的一致性。
[0007]该方案下，自律机主备机分别连接分机，接收分机相同的输入数据，包括阶段计划、站场显示、车次追踪、联锁排路等信息。在相同输入的驱动下，部署于两套硬件设备的同一自律机程序各自独立运行预期一致的业务逻辑，并产生预期一致的业务输出。方案一预期通过相同的程序实现、相同的外部输入、相同的内部逻辑，在主备机中产生相同的输出数据，进而解决了自律机主备机间的数据同步问题。但是，分机到自律机的网络延迟和阻塞将会导致自律机主备机接收数据时序的偏差，破坏调度任务和时序任务的业务一致性；自律机主备机硬件性能差异、操作系统时钟漂移以及自律机程序固有轮询处理间隔的抖动，破坏业务逻辑的步调一致性。在长时间不间断运行后，自律机主备机不可避免地产生内部数据的差异。轻微的数据差异会在时间的加持下不断被放大，进而影响主备倒切后行车逻辑的平滑过渡。
[0008]方案二、自律机备机不独立运行业务逻辑，由自律机主机定时周期性或在特定时机向备机同步本地全体数据，即超完备数据延迟同步方案。
[0009]相较于方案一，方案二中的自律机备机仍然接收分机数据(站场显示、车次追踪等)，但不再独立运行业务逻辑，自然也无对应业务数据输出。自律机主机对分机的输入数据施加本地业务处理操作并产生输出数据后，定时周期性或在特定时机(如数据变化累计一定程度后)向备机同步本地全体数据，实现自律机主备数据同步功能。其中，同步的全体数据包括自律机内部对象实体的标识、属性、状态、临时附属信息以及与外部对象的关联关系等由计划信息、分机输入数据以及自律机业务逻辑融合产生的一切运行数据。方案二中的全体数据不加区分的将自律机主备倒切的必备数据和额外附属数据一并同步，实现简单，但数据量大。尤其是，自律机主备倒切的必备数据是方案二中超完备数据的子集，额外的无意义补集数据的同步导致方案中传输数据量较高，加重网络负担和分机业务处理压力。定时周期性或变化数据累加阈值逻辑可能进一步增加同步数据量，还导致同步时机延迟，自律机备机无法时刻保持与主机的严格数据一致性，影响主备倒切平顺效果和业务处理连贯性。
[0010]方案三、自律机备机不再接收外部数据，包括分机数据和自律机主机同步数据。在主备倒切后，新升为主机的自律机设备(原备机)立即向中心调度台重新申请完整阶段计划，从当前节点开始执行业务操作，即故障时刻即时伪同步方案。
[0011]相较于方案二，方案三中的自律机主机保持不变。但自律机备机不再接收分机的外部数据，也不接收自律机主机的同步数据(自律机主机也可不再发送同步数据)。突发故障或人工倒切后，新自律机主机(倒切前的原自律机备机)接收分机的外部输入，包括站场显示、车次追踪等，并向中心调度台重新申请全部阶段计划。新主机在行调台重新下达的阶段计划基础上，重新创建与原主机一致的指令链表，并依据即时站场显示更新指令状态，使新主机重建倒切前的原主机的内部数据状态。方案三中，主备机间不再同步数据，阶段计划的额外下达辅助实现倒切前后新旧主机的状态/数据一致。但是，方案三中的每一次主备倒切必然涉及一次阶段计划的重新下达。首先，调度员的人工介入增加人工工作量，频繁的倒切还会产生频繁的人工介入，引起调度员反感；其次，倒切时刻新主机接收的阶段计划(如调度员未修改完成的中间临时计划)可能与倒切前旧主机接收的阶段计划不相同，使得新主机不具备复原旧主机状态的基础；第三，倒切前的旧主机内部数据状态是由阶段计划和连续的站场显示变化累计所得。由于缺少状态演进过程，新主机在根据即时站场显示和新阶段计划复原旧主机累计状态方面存在较大难度。
[0012]方案四、借助第三方存储介质，自律机主机将同步数据定时周期性或在特定时机存储于备机的相关介质中。自律机备机不独立运行业务逻辑，在备机升为主机后，新主机读取介质中的同步内容实现数据同步，即第三方存储介质同步方案。
[0013]相较于方案二，方案四不再依赖Socket网络通信和分机转发，而是由自律机主机直接访问(如网络映射的方式)备机的存储介质(如硬盘)，通过网络读写的方式将自律机主机数据存储于备机介质中。由于同步数据的持久化操作，方案四不受备机中自律机程序运行与否的影响，在特定场景下同步可靠性高于方案二。但是，在网络安全压力越来越大的背景下，自律机主机直接访问备机的存储介质极易被安防监控设备拦截，导致同步操作失败。此外，第三方存储介质的读写操作性能严重落后于数据的内存操作性能，拖累自律机主备
同步效率。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是提供一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统，提升了自律机主备同步的实时性，减少了自律机主备同步数据量，缓解既有同步路径中网络节点的消息分发和网络设备压力，降低同步操作中故障发生概率。
[0015]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0016]一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统，包括：自律机主机与自律机备机，二者内部均设有同步模块；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统，其特征在于，包括：自律机主机与自律机备机，二者内部均设有同步模块；自律机主机同步模块，根据同步轮询间隔或者外部输入驱动触发整体同步流程，抽取涉及行车业务操作的全部数据，构造完整自律机主备同步数据，通过通信模块将完整自律机主备同步数据转发至自律机备机同步模块，进行整体同步；或者，根据外部输入驱动或业务轮询间隔触发增量同步流程，抽取在当前阶段与上一阶段之间涉及行车业务操作中发生变化的数据，构造增量变化的同步数据，通过通信模块将增量变化的同步数据转发至自律机备机同步模块，进行增量同步。2.根据权利要求1所述的一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统，其特征在于，预先根据自律机应用场景及功能，同时结合自律机系统既有实现和配置数据，将自律机内部数据节点转换为若干类别的对象实体，对象实体的类别至少包括：站场对象、端口对象、进路对象、行车指令对象、控制命令对象、进路预告对象、以及站场对象逻辑状态对象；其中，行车指令对象、控制命令对象、进路预告对象以及部分站场对象逻辑状态对象涉及行车业务操作，所述部分站场对象逻辑状态是指影响行车安全的逻辑状态对象。3.根据权利要求2所述的一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统，其特征在于，所述对象实体的数据结构包括：对象标识数据以及对象附属数据；其中：对象标识数据为对象实体的身份ID，用于区分、查找和定位实体对象，除对象实体增加和删除外，对象标识数据在对象实体的全生命周期保持不变；对象附属数据为实体对象的结构化属性值，随各种控制操作与外部输入产生相应变化；对象附属数据可在对象实体的全生命周期的任意时刻发生改变，包括增加、删除和修改；对象附属数据分为独立附属数据和依赖附属数据两类；独立附属数据直接存储于所属对象实体的数据结构体中，依赖数据则通过对象实体数据结构中的链接关系，间接存储于其他的对象实体的数据结构中，依赖附属数据通过一级链接或者多级链接关系获取；对象标识数据为数据结构中的关键区，对象附属数据中的变化部分又称为数据结构中的变化区，未变部分称为保持区；独立附属数据自身发生变化即可转换为变化区，依赖附属数据则需要链接对象实体的数据的变化才能够转换为变化区；完整自律机主备同步数据包含涉及行车业务操作的全部对象实体的相关数据；增量变化的同步数据包含数据产生变化的对象实体的相关数据。4.根据权利要求3所述的一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统，其特征在于，所述对象标识数据为32bit整数型数值，依次包含4部分内容：自律机AB机的标识字段、车站标识字段、递增序列字段和时间标识字段；其中：自律机主机与自律机备机的标识字段为1bit二进制数值，用于标识设备来源，定义自律机A机发送同步数据的最高位为0，自律机B机则为1；当自律机A机为自律机主机时，自律机B机接收到同步数据后，校验同步数据的最高位是否为0；若为1，则抛弃该同步数据；当自律机B机为自律机主机时，自律机A机进行相同的校验操作；所述同步数据包括：完整自律机主备同步数据与增量变化的同步数据；车站标识字段为7bit二进制数值，标识同一调度台内的不同车站；同一车站的自律机AB机具有相同的车站标识码，同调度台不同车站则为不同车站标识码；当自律机主机向自
律机备机发送同步数据时，自律机备机检查车站标识字段，当与本机车站标识字段不一致时，抛弃该同步数据；递增唯一序列字段为18bit二进制数值，自律机主备机保存当前共同交互的递增唯一序列值；自律机主机发送同步数据值，该字段递增加一，当备机转为新主机时，继续交互的序列值，进行后续同步；自律机备机接收的新同步数据的序列值必定大于上次同步数据的序列值；当新同步数据的序列值小于等于上次同步数据的序列值时，抛弃该同步数据；时间标识字段为6bit二进制数值，该时间标识字段填入主机发送同步数据的系统时间的秒数值；自律机备机接收同步数据时，校验时间标识字段与本机系统时间的秒数是否相同或者差值不超过设定值内；当数值超过设定值，抛弃该同步数据。5.根据权利要求2-4任一项所述的一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统，其特征在于，根据外部输入驱动或业务轮询间隔触发的增量同步流程包括如下步骤：对于外部输入驱动的增量同步流程：步骤Sa1、自律机主机等待外部数据输入；步骤Sa2、自律机主机对输入数据进行有效性检查和规整化操作；步骤Sa3、自律机主机对输入数据进行分类判定，数据类型包括行车业务相关数据和备机同步请求数据两大类；对于自律机备机同步请求将触发整体同步流程，对于行车业务相关数据，转入步骤Sa4；步骤Sa4、自律机主机触发对应业务逻辑；步骤Sa5、对步骤Sa4步骤中业务操作所产生的对象实体及对象实体数据的变化，向行车调度其它子系统发送关联业务数据输出；步骤Sa6、步骤Sa1至Sa5为核心行车业务，在完成上述流程后，鉴定步骤Sa4中对象实体数据是否存在变化，存在任何对象数据变化时，转步骤Sa7；否则，转步骤Sa...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏涛，张琦，宋鹏飞，周晓昭，林海桐，曾壹，高峰，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司北京华铁信息技术有限公司北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：