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軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能計(jì)算與驗(yàn)證的論文
1自動(dòng)售檢票系統(tǒng)概述
軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)集先進(jìn)的集成技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、IC卡技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)等于一體，是實(shí)現(xiàn)軌道交通自動(dòng)購票、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)全過程的自動(dòng)化系統(tǒng)。AFC系統(tǒng)具備多項(xiàng)管理職能，直接面向乘客，是軌道交通運(yùn)營系統(tǒng)中的重要組成部分。該系統(tǒng)主要處理交易和財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，必須保證信息的高度安全。AFC系統(tǒng)平臺(tái)必須滿足可靠性、安全性、易用性、可擴(kuò)展性、互聯(lián)互通等需求，并具有準(zhǔn)確采集與處理、大批量可靠地傳輸以及統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)的能力。
2網(wǎng)絡(luò)帶寬需求驗(yàn)證
2.1車站與中央系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)帶寬
車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)由綜合有線傳輸子系統(tǒng)提供的光傳輸網(wǎng)、以太網(wǎng)接口來實(shí)現(xiàn)，以太網(wǎng)接口直接接入中央核心交換機(jī)，車站計(jì)算機(jī)也直接與車站交換機(jī)連接。
假設(shè)車站每日處理不少于20萬客流(1客流≈2.5筆交易)，交易數(shù)據(jù)記錄長度約為100B，每個(gè)車站按最大連接128臺(tái)終端設(shè)備計(jì)算，每2s采集1次設(shè)備狀態(tài)信息，設(shè)備狀態(tài)信息長度為200B;在設(shè)置參數(shù)后，應(yīng)在5min內(nèi)下達(dá)所有系統(tǒng)設(shè)備，假定最大參數(shù)文件為10MB;同時(shí)，線路上還應(yīng)留有一定的帶寬，以保證數(shù)據(jù)的查詢響應(yīng)速度，分2級(jí)下達(dá)。據(jù)此，車站計(jì)算機(jī)與中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)帶寬計(jì)算為
A=200000×2.53600×8≈18筆/s(1)
B=18×100×8≈15Kbit/s(2)
C=128×200×82≈103Kbit/s(3)
D=10M×25×60≈68Kbit/s(4)
E=B+C+D=184Kbit/s(5)
式中，A為峰值交易量，B為峰值數(shù)據(jù)傳輸量，C為設(shè)備狀態(tài)及數(shù)據(jù)，D為設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)，E為總帶寬。
考慮TCP/IP包頭和其他開銷，以及管理、時(shí)鐘同步等其他應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)開銷，雖然式(5)的計(jì)算值為184Kbit/s，但是真正為系統(tǒng)所提供的網(wǎng)絡(luò)線路帶寬應(yīng)不小于512Kbit/s。
2.2中央與外部系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)
中央與外部系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)，是指線路中央通過專用網(wǎng)絡(luò)與軌道交通清分系統(tǒng)通信的網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)每日有300萬人次客流的處理需求，高峰期內(nèi)25%的客流集中在2h內(nèi);考慮極端情況，所有乘客都購票或加值，進(jìn)站、出站和售票交易的記錄長度為100B。據(jù)此，中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與清分系統(tǒng)之間所需網(wǎng)絡(luò)帶寬的計(jì)算公式為
X=3000000×2+3000000≈9000000筆/d(6
Y=9000000×0.253600×2≈312.5筆/s(7)
Z=312.5×100×8≈250Kbit/s(8)
式中，X為日交易量，Y為峰值交易量，Z為峰值數(shù)據(jù)傳輸量。
考慮參數(shù)數(shù)據(jù)接收的及時(shí)性，要求網(wǎng)絡(luò)帶寬不小于256Kbit/s，設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)約為256Kbit/s;考慮TCP/IP包頭及管理、時(shí)鐘同步等其他應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)開銷，中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)帶寬應(yīng)至少為2Mbit/s。
3數(shù)據(jù)模擬測試
應(yīng)用數(shù)據(jù)模擬發(fā)生器進(jìn)行線路模擬測試，以驗(yàn)證系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能力、應(yīng)用程序處理性能，確保數(shù)據(jù)傳輸與接收的正確性、數(shù)據(jù)處理的正確性、應(yīng)用程序的魯棒性。
3.1測試環(huán)境
1、硬件環(huán)境:中央主機(jī)、中央通信前置機(jī)、車站計(jì)算機(jī)(至少1臺(tái))、數(shù)據(jù)模擬發(fā)生器(至少1臺(tái))，實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)所使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)通信正常。
2、主機(jī)環(huán)境:主機(jī)為HPRP3440服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫為Oracle10g。
3、數(shù)據(jù)模擬器:模擬器能夠按照地標(biāo)數(shù)據(jù)格式模擬生成6000、6002、6003、5041共4類最常出現(xiàn)的交易記錄，并向指定車站計(jì)算機(jī)發(fā)送。模擬器每秒發(fā)送60～70條交易記錄，每小時(shí)模擬數(shù)據(jù)超過20萬條。
3.2測試標(biāo)準(zhǔn)
1、車站計(jì)算機(jī)應(yīng)能正確接收所有數(shù)據(jù)，記入數(shù)據(jù)庫，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至中央計(jì)算機(jī)。
2、設(shè)備、車站、中央三者的數(shù)據(jù)應(yīng)完全一致。
3、車站系統(tǒng)具有孤島運(yùn)行能力:當(dāng)應(yīng)用故障或網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，不影響其運(yùn)行;當(dāng)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時(shí)，自動(dòng)連接中央計(jì)算機(jī)，并將未上傳的數(shù)據(jù)全部上傳。
4、中央計(jì)算機(jī)處理能力不得低于每秒150筆交易。
5、車站計(jì)算機(jī)處理能力不得低于每秒21筆交易。
3.3正確性測試
將數(shù)據(jù)模擬發(fā)生器上傳的交易數(shù)據(jù)，與車站、中央接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，三者應(yīng)完全一致。
可見，當(dāng)模擬器發(fā)送數(shù)據(jù)量增大時(shí)，模擬器上傳數(shù)據(jù)與車站接收數(shù)據(jù)的差異很小，可忽略，但與中央接收數(shù)據(jù)的差異很大。經(jīng)查，差異大是由于前置機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)未及時(shí)刪除、存儲(chǔ)空間滿而造成的，修改后可以達(dá)到理想的測試要求。
3.4并發(fā)測試
并發(fā)測試，主要測試多個(gè)設(shè)備并發(fā)時(shí)的處理能力、正確性、程序的魯棒性。把3臺(tái)模擬器分別設(shè)定為不同車站(避免可能出現(xiàn)的流水號(hào)重復(fù))，同時(shí)運(yùn)行模擬器模擬發(fā)送程序，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)模擬發(fā)生器上傳的交易數(shù)據(jù)總數(shù)，并與車站、中央接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，三者應(yīng)完全一致。
3.5狀態(tài)及時(shí)延測試
狀態(tài)測試，主要測試車站計(jì)算機(jī)和中央監(jiān)控工作站對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的正確性，數(shù)據(jù)模擬器依次模擬設(shè)備的各種狀態(tài)。
數(shù)據(jù)模擬器模擬設(shè)備的狀態(tài)事件代碼采用循環(huán)方式，事件發(fā)生與清除交替出現(xiàn)，即發(fā)生一個(gè)事件，在下一周期清除以前的一個(gè)事件(模擬程序保持10個(gè)事件，即第11個(gè)事件到達(dá)時(shí)，清除第1個(gè)事件)。實(shí)時(shí)查詢數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，同時(shí)在車站計(jì)算機(jī)和中央監(jiān)控工作站觀察設(shè)備的狀態(tài)變化情況(二者應(yīng)完全一致)。在監(jiān)控工作站上觀察，應(yīng)能看到設(shè)備狀態(tài)事件依次發(fā)生、清除，與數(shù)據(jù)模擬器的數(shù)據(jù)生成規(guī)律吻合。
同時(shí)，測試系統(tǒng)的反應(yīng)速度。將車站計(jì)算機(jī)、監(jiān)控工作站時(shí)鐘與數(shù)據(jù)模擬器時(shí)鐘設(shè)為一致，一臺(tái)數(shù)據(jù)模擬器向車站計(jì)算機(jī)發(fā)送交易數(shù)據(jù)，另一臺(tái)數(shù)據(jù)模擬器向車站計(jì)算機(jī)發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)，觀察故障發(fā)生后在中央監(jiān)控工作站上顯示的時(shí)延。
3.6壓力測試
壓力測試，重點(diǎn)測試網(wǎng)絡(luò)通信能力、應(yīng)用程序數(shù)據(jù)處理能力，判斷系統(tǒng)在極端或異常情況下的處理能力。模擬中央主機(jī)應(yīng)用停止、大量數(shù)據(jù)積壓等情況，觀察車站/中央數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸和處理，記錄所有數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸和處理完畢所需的時(shí)間，觀察系統(tǒng)能在多長時(shí)間內(nèi)處理完畢。
可以看出，系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的處理能力和模擬數(shù)據(jù)量成正比，足以滿足日客流200萬人次、系統(tǒng)處理能力不小于150筆/s的要求。
3.7網(wǎng)絡(luò)性能測試
3.7.1端口連通測試
1、測試目的:測試各端口之間VLAN隔離是否有效。
2、測試方法:在系統(tǒng)中央和站點(diǎn)各連接1臺(tái)電腦，電腦IP地址設(shè)置在同一網(wǎng)段中，接在相應(yīng)端口進(jìn)行互相連通，觀察狀態(tài)。
3.7.2最大、最小幀測試
1、測試目的:檢測設(shè)備所能處理的最大、最小幀長度。
2、測試方法:在系統(tǒng)中央和遠(yuǎn)端站點(diǎn)各接1臺(tái)以太網(wǎng)性能分析儀，系統(tǒng)中央以64B的幀長往遠(yuǎn)端站點(diǎn)發(fā)包，遠(yuǎn)端站點(diǎn)以1518B的幀長向系統(tǒng)中央發(fā)包，觀察兩邊的收包情況。
3.7.3通道帶寬流量及吞吐量測試
1、測試目的:檢測SDH映射是否正常，通道帶寬是否符合設(shè)計(jì)要求。
2、測試方法:在系統(tǒng)中央和遠(yuǎn)端站點(diǎn)各接1臺(tái)以太網(wǎng)性能分析儀，連上設(shè)備以后觀察端口速率，兩邊同時(shí)按設(shè)計(jì)要求發(fā)包，觀察收包情況和吞吐量。
可見，隨著交易量的增加，網(wǎng)絡(luò)吞吐量以穩(wěn)定的速度增長，然后在某一點(diǎn)趨于穩(wěn)定。
3.7.4長期丟包及系統(tǒng)CPU性能測試
1、測試目的:驗(yàn)證在正常負(fù)荷情況下、設(shè)備長時(shí)間(12h)運(yùn)行時(shí)的丟包性能。
2、測試方法:在系統(tǒng)中央和遠(yuǎn)端站點(diǎn)各接1臺(tái)以太網(wǎng)性能分析儀，系統(tǒng)中央以64B的幀長往遠(yuǎn)端站點(diǎn)發(fā)包，遠(yuǎn)端站點(diǎn)以1518B的幀長向系統(tǒng)中央發(fā)包，計(jì)時(shí)12h，觀察兩邊收包情況，同時(shí)觀察系統(tǒng)CPU。
經(jīng)測試，在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、發(fā)生瞬間閃斷時(shí)，丟包率在20%左右;網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時(shí)，丟包率為0。由于系統(tǒng)負(fù)載不斷變化，因此CPU曲線不是平滑的，會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。
4結(jié)語
針對AFC系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和線路實(shí)際情況，對網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行測算與測試非常關(guān)鍵和重要。以上通過公式、圖表對網(wǎng)絡(luò)帶寬需求進(jìn)行了驗(yàn)證，對數(shù)據(jù)模擬環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了測試，驗(yàn)證與測試結(jié)果均與設(shè)計(jì)預(yù)期吻合，證明設(shè)計(jì)確實(shí)符合要求，能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)功能。
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