KVM远程监控技术在地铁综合监控系统中的应用
发布日期:
2020-08-20

     摘要:研究目的:结合地铁综合监控系统集成技术的特点和地铁综合监控系统的运营管理要求,验证KVM远 程监控技术在综合监控系统中应用的可能。

      研究方法:详细分析基于IP的KVM技术原理,比较目前国内地铁综合监控系统的几种实施方案,针对实 施综合监控系统集成过程中出现的尚待解决的相关问题,讨论了利用KVM技术的相关解决办法。

研究结果:利用KVM技术,解决了在综合监控系统实施过程中对相关机电系统集成的难题,在不影响系

统安全的情况下实现了机电设备的一体化管理,达到了系统集成的效果,并满足了机电设备运营管理的需求。

      随着国内城市轨道交通的迅速发展,各种自动化技术也在地铁机电设备管理上得到了广泛应用。早期地铁各机电系统一般是分立设置,独立管理。存在着 系统间软硬件平台参差不齐,系统结构及通信协议种类繁杂,系统资源共享困难以及各系统硬件设备配置 重复,不利于维护管理等缺点。

     随着自动化技术的发展,越来越多的地铁线路开始考虑和实施综合监控系统,通过综合监控系统统一的软硬件平台,实现资源共享,互联互通,有利于紧急情况下的事件处理,提高地铁整体运营调度管理水平。

    虽然城市轨道交通综合监控系统的实施方案在国内轨道交通行业内尚存在各种不同的看法,但目前绝大多数兴建的城市地铁已经不同程度地实施了综合监控系统,这也代表了地铁自动化技术发展的趋势。

地铁综合监控系统集成方式概述

     从目前国内轨道交通集成系统发展的技术水平和实施经验来看,根据集成系统的范围和集成深度的不 同,基本可分为5种方案:

完全集成方案

    完全集成就是将地铁的全部配套系统和支撑系统集成为一个系统,是一种理想的集成方式,但涉及面太广,工程实施难度大。特别是实施对包括信号ATS在内的集成,由于信号系统是涉及行车安全的设备,对集 成商的要求非常高。完全集成目前国内尚无实施经验。

部分集成(浅集成)方案

    即只对轨道交通部分软硬件平台接近的系统进行集成,优点是技术成熟、容易实施,工程投资增加不大。 该方案以满足各集成系统的正常功能为主,但是由于集成的范围有限,对提高地铁系统整体运营效果不大。

重庆轻轨的FAS/BAS系统,深圳地铁一期工程的 FAS + EMCS + SCADA都可以看做这种集成方式。 

准集成方案

     准集成是将除通信、信号和自动售检票系统外的大多数支撑系统集成为一个系统。这些设备系统的软硬件平台接近,容易实施,同时又能够改善目前各系统分散零乱的局面。

     广州市轨道交通三、四号线大学城专线已经为这种集成方式积累了一定的工程经验,随着计算机技术和通信技术的发展,也为这种集成方式提供了有力支持。

深度集成方案

    深度集成方案在准集成方案的集成范围基础上, 对各个子系统的集成深度进行拓展。由综合监控系统 完成各子系统的现场级功能,使相关子系统真正融入综合监控系统,简化了各子系统与综合监控系统的传输环节和系统间的接口,有利于系统的接口标准化和保证实时性。

正在实施中的广州地铁五号线、深圳地铁3号线、 成都地铁1号线均推荐釆用这种集成模式。

信息集成(网络集成)方案

    信息集成就是保留目前各系统的分立局面,利用各系统提供的开放式数据接口( 0PC,ODBC, JDBC 等),增加相应的数据收集、存储、分发和处理系统,实现信息共享和系统间的快速联动。

    信息集成的最大优点是保持原成熟的技术和系统不变。缺点是增加了信息的传输和处理环节,实时性较差。

正在实施中的南京地铁2号线釆用信息集成方案,暂考虑只监视不控制。

 KVM技术简介

       所谓KVM就是键盘(Keyboard )、显示器(Video)、 鼠标(Mouse)的缩写。KVM技术的核心思想是:通过适当的键盘、鼠标、显示器的配置,实现系统和网络的集中管理和控制,提高系统管理员的工作效率,节约机房的面积,降低网络工程和服务器系统的总体拥有成本。利用KVM主机切换系统,即用一套或数套KVM 在多个不同操作系统的多台主机之间切换,就可以实现使用一套外设去访问和操作一台以上主机的功能。

      KVM主机切换系统不依赖于一台计算机的硬件、 操作系统及应用软件。远程工作站或外设可以通过 KVM切换器上的按钮操作,或从键盘上的热键或屏幕菜单来进行多台主机的切换操作。通过登录KVM主 机,远程工作站(或集中工作站)可以对任何一台主机进行仿真操作,包括重启动。

常见的KVM系统构成如图1所示;

KVM远程监控技术在地铁综合监控系统中的应用

图1 KVM系统构成示意图

        整合了 IP网络技术(IP - based)的数字式KVM 可满足系统管理者对于远程访问的需求。数字式KVM从被控之服务器的键盘、显示器和鼠标中撷取模拟信号,然后将其转化成数字封包,并经过加密与压缩,使其能够安全地透过TCP/IP网络进行传输。在数字式KVM的产品中,主控台(console)已由一个remote PC取代,使用者仅需透过数字式KVM所提供之remote client操控软件来接受及传送远程服务器之所有讯息。 对基于IP的数字式KVM系统突破传统的地域限制, 同时监控终端的数量也可根据需要进行选择。基于 IP的数字KVM系统方案,监控终端可以是具有数据处理能力的监控工作站。

 KVM在地铁综合监控系统中的应用探讨 

    KVM系统在综合监控系统中严格说已有部分应用。例如,综合监控系统主备冗余的服务器一般要求管理的 时候采用同一套显示器等设备。主备服务器之间的切换就是通过简单的KVM切换器实现的,在此不详细描述。

结合地铁机电设备运营管理的实际需要,尚可以考虑KVM的另外2种应用方案:

系统集成及远程维护

     从综合监控系统集成的目的来看,主要是要实现信息收集和整合,实现信息资源共享。以至于不惜成本搭建系统平台,配置数据库,进行较大规模的二次软件开发。系统集成符合自动化技术的发展趋势,勿庸置疑。但就目前的运营管理模式来看,并没有带来预想的管理效果。数据收集起来后,如果不能进行更深层次的数据挖掘,信息价值将得不到体现。因此,对于是否花较大的成本来实施综合监控系统,在业界仍然存在争议。

      针对信息集成方式的综合监控系统,一般是考虑 能集中看到或者获取到各系统的相关信息资源。从这个角度来说,KVM能以较小的成本实现相同的功能, 不同之处仅仅在于信息分布于各机电设备服务器中, 而不是存储在集成后的集中服务器。方案做法是:利 用各接入系统提供的客户端工作站,接入基于IP的 KVM主机。通过KVM网络,即可仿真各系统的客户端工作站功能,实现对各系统设备的监视和控制的功能。

如图2所示;

KVM远程监控技术在地铁综合监控系统中的应用      


      不同的是,KVM不需要增加数据处理服务器和额 外软件等成本。从运营管理的角度来看,既满足了应 用要求,又节省了成本。基于IP的KVM系统可以提 供多个远程终端同时访问,也可以设置访问安全权限。 另外,可以通过对KVM的二次开发,实现相关系统访问嵌入综合监控系统,可以很容易地通过综合监控系统工作站实现对信号ATS等系统管理的功能。

     另一方面,对综合监控系统集成范围较大,集成程度较深的系统中,由于软件平台的特殊性,一般无法做到单系统所有的功能(例如单体设备的远程维护),或者说实现相同的功能需要较高的成本(无法利用成熟 的软件,需要在新平台上进行开发),因此一般地铁机电设备的维护只能考虑就地编程或设置方式。通过 KVM中的串口(或USB)管理设备,可以建立综合监控系统综合设备与远程维护终端的虚拟连接通道(Serial over IP,类似于网关),从而在远程工作站利用串口工具能很容易实现远程设备的维护。例如FAS主机或者BAS PLC 一般由供货商提供有专门的维护工具,但集成入综合监控系统后,维护工具要实现远程维护就变得比较困难,因此通过串口管理设备使得远程维护变得十分容易。

人机界面整合

     从国内地铁车站控制室的机电系统管理工作站来看,一般包括:综合监控系统工作站两套(双屏),信号系统工作站1套(部分厂家采用两屏或多屏),自动售检票系统工作站1套,门禁系统工作站1套,旅客信息系统工作站1套,办公自动化系统工作站1套。而一般的地铁车站通常只设置2名车站值班人员,要负责监管如此多的机电设备,需要不断在各系统工作站LCD间切换,使得工作强度增大。

      工作站及LCD过多,不仅不利于整个车站控制室的工艺布置,而且使得运营值班人员对机电设备的管理难度增大。虽然可以通过系统集成来减少工作站和LCD数量,但同时也增加了成本。

      通过KVM系统的应用,可以有效地改善车站控制室面临的这些问题。根据操作人员数量,保留相应的LCD和键盘、鼠标,通过软件切换完成不同系统间的访问。由于逻辑上与各系统没有任何联系,不会对各系统的安全造成任何影响。

      如果条件许可,可以将KVM的切换和相关功能嵌入综合监控系统软件平台(通过KVM的接口进行二次开发)中,从而在综合监控系统的人机界面中嵌入相关接入系统的功能,便于运营管理。从目前的调研来看,香港地铁的某条地铁线路在车站管理办公自动化系统工作站和另外一个系统工作站时就釆用了KVM方式。

选择KVM系统的注意事项

     KVM在地铁中的具体应用还应结合KVM设备及监控系统的MTBF性能要求等综合考虑,以满足运营管理的实际需要为目的。主要应考虑以下几个方面:

 需求的带宽

     由于'KVM access over IP”是通过网络传输信号, 因此肯定会占用网络带宽的。当'KVM access over IP”需求的带宽愈小,就愈不会影响整体网络的运作, 而使用者操作也会愈顺畅。

是否提供足够的安全性

     安全性是任何通过网络控管服务器的最大挑战, 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加密技术,提供足够的安全性。

 是否能提供良好的鼠标同步(Mouse Synchronization) 操作

     由于各种客观环境的限制,“ KVM access over IP” 并不能提供实时(real time)的操作环境,只能尽量“跟 上'(catch up)远程PC的鼠标动作。跟上鼠标动作的能力,或是与鼠标同步的能力,并不是所有的'KVM access over IP”设备都相同。与鼠标同步能力不佳的设备不仅影响使用者经验,也会损及信息管理人员生产力。

     可同时操作的终端数量根据具体的运营需要确定可同时操控的终端工作站数量,应根据各专业的具体特点选择可以提供弹性方式组合多使用者及多点访问的KVM切换器解决方案。 

      是否支持串口设备访问,机房设备除了服务器之外,还有许多串口设备。 支持串口设备访问,除了可以管理串口设备以外,如同前述,适当连结串口设备,如串口式控管电源插座,还可以协助IT管理人员做远程电源管理。

是否支持跨平台服务器,并具有良好的扩展和适应能力

      如当需要增加、减少或重新安排服务器或工作站时,KVM切换器不会要关闭电源,可以直接连接新服务器或工作站并开启电源,而不会影响其它已在KVM 切换器中操作的服务器或工作站。具有“ keep-alive ' 仿真的KVM切换器在发生预期外的问题时,即使切换器失电,接入的服务器和工作站仍能继续运行。

      KVM的引入,虽然在资源共享和信息互通上达不到系统集成的要求,但是在一定程度上满足了运营管理的需求,有利于机电系统设备管理,并大大降低了投资。


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