KVM遠程監控技術在地鐵綜合監控系統中的應用
發布日期:
2020-08-20

? ? ?摘要:研究目的:結合地鐵綜合監控系統集成技術的特點和地鐵綜合監控系統的運營管理要求,驗證KVM遠 程監控技術在綜合監控系統中應用的可能。

? ? ? 研究方法:詳細分析基于IP的KVM技術原理,比較目前國內地鐵綜合監控系統的幾種實施方案,針對實 施綜合監控系統集成過程中出現的尚待解決的相關問題,討論了利用KVM技術的相關解決辦法。

研究結果:利用KVM技術,解決了在綜合監控系統實施過程中對相關機電系統集成的難題,在不影響系

統安全的情況下實現了機電設備的一體化管理,達到了系統集成的效果,并滿足了機電設備運營管理的需求。

? ? ? 隨著國內城市軌道交通的迅速發展,各種自動化技術也在地鐵機電設備管理上得到了廣泛應用。早期地鐵各機電系統一般是分立設置,獨立管理。存在著 系統間軟硬件平臺參差不齊,系統結構及通信協議種類繁雜,系統資源共享困難以及各系統硬件設備配置 重復,不利于維護管理等缺點。

? ? ?隨著自動化技術的發展,越來越多的地鐵線路開始考慮和實施綜合監控系統,通過綜合監控系統統一的軟硬件平臺,實現資源共享,互聯互通,有利于緊急情況下的事件處理,提高地鐵整體運營調度管理水平。

? ? 雖然城市軌道交通綜合監控系統的實施方案在國內軌道交通行業內尚存在各種不同的看法,但目前絕大多數興建的城市地鐵已經不同程度地實施了綜合監控系統,這也代表了地鐵自動化技術發展的趨勢。

地鐵綜合監控系統集成方式概述

? ? ?從目前國內軌道交通集成系統發展的技術水平和實施經驗來看,根據集成系統的范圍和集成深度的不 同,基本可分為5種方案:

完全集成方案

? ? 完全集成就是將地鐵的全部配套系統和支撐系統集成為一個系統,是一種理想的集成方式,但涉及面太廣,工程實施難度大。特別是實施對包括信號ATS在內的集成,由于信號系統是涉及行車安全的設備,對集 成商的要求非常高。完全集成目前國內尚無實施經驗。

部分集成(淺集成)方案

? ? 即只對軌道交通部分軟硬件平臺接近的系統進行集成,優點是技術成熟、容易實施,工程投資增加不大。 該方案以滿足各集成系統的正常功能為主,但是由于集成的范圍有限,對提高地鐵系統整體運營效果不大。

重慶輕軌的FAS/BAS系統,深圳地鐵一期工程的 FAS + EMCS + SCADA都可以看做這種集成方式。?

準集成方案

? ? ?準集成是將除通信、信號和自動售檢票系統外的大多數支撐系統集成為一個系統。這些設備系統的軟硬件平臺接近,容易實施,同時又能夠改善目前各系統分散零亂的局面。

? ? ?廣州市軌道交通三、四號線大學城專線已經為這種集成方式積累了一定的工程經驗,隨著計算機技術和通信技術的發展,也為這種集成方式提供了有力支持。

深度集成方案

? ? 深度集成方案在準集成方案的集成范圍基礎上, 對各個子系統的集成深度進行拓展。由綜合監控系統 完成各子系統的現場級功能,使相關子系統真正融入綜合監控系統,簡化了各子系統與綜合監控系統的傳輸環節和系統間的接口,有利于系統的接口標準化和保證實時性。

正在實施中的廣州地鐵五號線、深圳地鐵3號線、 成都地鐵1號線均推薦釆用這種集成模式。

信息集成(網絡集成)方案

? ? 信息集成就是保留目前各系統的分立局面,利用各系統提供的開放式數據接口( 0PC,ODBC, JDBC 等),增加相應的數據收集、存儲、分發和處理系統,實現信息共享和系統間的快速聯動。

? ? 信息集成的最大優點是保持原成熟的技術和系統不變。缺點是增加了信息的傳輸和處理環節,實時性較差。

正在實施中的南京地鐵2號線釆用信息集成方案,暫考慮只監視不控制。

?KVM技術簡介

? ? ? ?所謂KVM就是鍵盤(Keyboard )、顯示器(Video)、 鼠標(Mouse)的縮寫。KVM技術的核心思想是:通過適當的鍵盤、鼠標、顯示器的配置,實現系統和網絡的集中管理和控制,提高系統管理員的工作效率,節約機房的面積,降低網絡工程和服務器系統的總體擁有成本。利用KVM主機切換系統,即用一套或數套KVM 在多個不同操作系統的多臺主機之間切換,就可以實現使用一套外設去訪問和操作一臺以上主機的功能。

? ? ? KVM主機切換系統不依賴于一臺計算機的硬件、 操作系統及應用軟件。遠程工作站或外設可以通過 KVM切換器上的按鈕操作,或從鍵盤上的熱鍵或屏幕菜單來進行多臺主機的切換操作。通過登錄KVM主 機,遠程工作站(或集中工作站)可以對任何一臺主機進行仿真操作,包括重啟動。

常見的KVM系統構成如圖1所示;

KVM遠程監控技術在地鐵綜合監控系統中的應用

圖1 KVM系統構成示意圖

? ? ? ? 整合了 IP網絡技術(IP - based)的數字式KVM 可滿足系統管理者對于遠程訪問的需求。數字式KVM從被控之服務器的鍵盤、顯示器和鼠標中擷取模擬信號,然后將其轉化成數字封包,并經過加密與壓縮,使其能夠安全地透過TCP/IP網絡進行傳輸。在數字式KVM的產品中,主控臺(console)已由一個remote PC取代,使用者僅需透過數字式KVM所提供之remote client操控軟件來接受及傳送遠程服務器之所有訊息。 對基于IP的數字式KVM系統突破傳統的地域限制, 同時監控終端的數量也可根據需要進行選擇?;?IP的數字KVM系統方案,監控終端可以是具有數據處理能力的監控工作站。

?KVM在地鐵綜合監控系統中的應用探討?

? ? KVM系統在綜合監控系統中嚴格說已有部分應用。例如,綜合監控系統主備冗余的服務器一般要求管理的 時候采用同一套顯示器等設備。主備服務器之間的切換就是通過簡單的KVM切換器實現的,在此不詳細描述。

結合地鐵機電設備運營管理的實際需要,尚可以考慮KVM的另外2種應用方案:

系統集成及遠程維護

? ? ?從綜合監控系統集成的目的來看,主要是要實現信息收集和整合,實現信息資源共享。以至于不惜成本搭建系統平臺,配置數據庫,進行較大規模的二次軟件開發。系統集成符合自動化技術的發展趨勢,勿庸置疑。但就目前的運營管理模式來看,并沒有帶來預想的管理效果。數據收集起來后,如果不能進行更深層次的數據挖掘,信息價值將得不到體現。因此,對于是否花較大的成本來實施綜合監控系統,在業界仍然存在爭議。

? ? ? 針對信息集成方式的綜合監控系統,一般是考慮 能集中看到或者獲取到各系統的相關信息資源。從這個角度來說,KVM能以較小的成本實現相同的功能, 不同之處僅僅在于信息分布于各機電設備服務器中, 而不是存儲在集成后的集中服務器。方案做法是:利 用各接入系統提供的客戶端工作站,接入基于IP的 KVM主機。通過KVM網絡,即可仿真各系統的客戶端工作站功能,實現對各系統設備的監視和控制的功能。

如圖2所示;

KVM遠程監控技術在地鐵綜合監控系統中的應用? ? ??


? ? ? 不同的是,KVM不需要增加數據處理服務器和額 外軟件等成本。從運營管理的角度來看,既滿足了應 用要求,又節省了成本?;贗P的KVM系統可以提 供多個遠程終端同時訪問,也可以設置訪問安全權限。 另外,可以通過對KVM的二次開發,實現相關系統訪問嵌入綜合監控系統,可以很容易地通過綜合監控系統工作站實現對信號ATS等系統管理的功能。

? ? ?另一方面,對綜合監控系統集成范圍較大,集成程度較深的系統中,由于軟件平臺的特殊性,一般無法做到單系統所有的功能(例如單體設備的遠程維護),或者說實現相同的功能需要較高的成本(無法利用成熟 的軟件,需要在新平臺上進行開發),因此一般地鐵機電設備的維護只能考慮就地編程或設置方式。通過 KVM中的串口(或USB)管理設備,可以建立綜合監控系統綜合設備與遠程維護終端的虛擬連接通道(Serial over IP,類似于網關),從而在遠程工作站利用串口工具能很容易實現遠程設備的維護。例如FAS主機或者BAS PLC 一般由供貨商提供有專門的維護工具,但集成入綜合監控系統后,維護工具要實現遠程維護就變得比較困難,因此通過串口管理設備使得遠程維護變得十分容易。

人機界面整合

? ? ?從國內地鐵車站控制室的機電系統管理工作站來看,一般包括:綜合監控系統工作站兩套(雙屏),信號系統工作站1套(部分廠家采用兩屏或多屏),自動售檢票系統工作站1套,門禁系統工作站1套,旅客信息系統工作站1套,辦公自動化系統工作站1套。而一般的地鐵車站通常只設置2名車站值班人員,要負責監管如此多的機電設備,需要不斷在各系統工作站LCD間切換,使得工作強度增大。

? ? ? 工作站及LCD過多,不僅不利于整個車站控制室的工藝布置,而且使得運營值班人員對機電設備的管理難度增大。雖然可以通過系統集成來減少工作站和LCD數量,但同時也增加了成本。

? ? ? 通過KVM系統的應用,可以有效地改善車站控制室面臨的這些問題。根據操作人員數量,保留相應的LCD和鍵盤、鼠標,通過軟件切換完成不同系統間的訪問。由于邏輯上與各系統沒有任何聯系,不會對各系統的安全造成任何影響。

? ? ? 如果條件許可,可以將KVM的切換和相關功能嵌入綜合監控系統軟件平臺(通過KVM的接口進行二次開發)中,從而在綜合監控系統的人機界面中嵌入相關接入系統的功能,便于運營管理。從目前的調研來看,香港地鐵的某條地鐵線路在車站管理辦公自動化系統工作站和另外一個系統工作站時就釆用了KVM方式。

選擇KVM系統的注意事項

? ? ?KVM在地鐵中的具體應用還應結合KVM設備及監控系統的MTBF性能要求等綜合考慮,以滿足運營管理的實際需要為目的。主要應考慮以下幾個方面:

?需求的帶寬

? ? ?由于'KVM access over IP”是通過網絡傳輸信號, 因此肯定會占用網絡帶寬的。當'KVM access over IP”需求的帶寬愈小,就愈不會影響整體網絡的運作, 而使用者操作也會愈順暢。

是否提供足夠的安全性

? ? ?安全性是任何通過網絡控管服務器的最大挑戰, 某些'KVM access over IP”只能提供 40 - bit 或是 56 - bit加密,但是好的“ KVM access over IP”可以提供128 -bit加密技術,提供足夠的安全性。

?是否能提供良好的鼠標同步(Mouse Synchronization) 操作

? ? ?由于各種客觀環境的限制,“ KVM access over IP” 并不能提供實時(real time)的操作環境,只能盡量“跟 上'(catch up)遠程PC的鼠標動作。跟上鼠標動作的能力,或是與鼠標同步的能力,并不是所有的'KVM access over IP”設備都相同。與鼠標同步能力不佳的設備不僅影響使用者經驗,也會損及信息管理人員生產力。

? ? ?可同時操作的終端數量根據具體的運營需要確定可同時操控的終端工作站數量,應根據各專業的具體特點選擇可以提供彈性方式組合多使用者及多點訪問的KVM切換器解決方案。?

? ? ? 是否支持串口設備訪問,機房設備除了服務器之外,還有許多串口設備。 支持串口設備訪問,除了可以管理串口設備以外,如同前述,適當連結串口設備,如串口式控管電源插座,還可以協助IT管理人員做遠程電源管理。

是否支持跨平臺服務器,并具有良好的擴展和適應能力

? ? ? 如當需要增加、減少或重新安排服務器或工作站時,KVM切換器不會要關閉電源,可以直接連接新服務器或工作站并開啟電源,而不會影響其它已在KVM 切換器中操作的服務器或工作站。具有“ keep-alive ' 仿真的KVM切換器在發生預期外的問題時,即使切換器失電,接入的服務器和工作站仍能繼續運行。

? ? ? KVM的引入,雖然在資源共享和信息互通上達不到系統集成的要求,但是在一定程度上滿足了運營管理的需求,有利于機電系統設備管理,并大大降低了投資。


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