调度台计算机终端主机与KVM分离方案探讨

■ 樊艳 管建华 周锋

根据客运专线铁路调度指挥的需要，目前在建的客专调度所均采用在调度大厅内集中设置调度台的方案；济南、沈阳、太原铁路局等调度所改造后，也采用在调度大厅内集中设置调度台的方案。在调度大厅内集中设置上百台甚至上千台调度台计算机终端，会对调度大厅内调度员的工作环境造成非常不利的影响，直接影响调度员的身心健康和工作效率，且不利于维护管理。因此，有必要研究调度台计算机终端主机与KVM分离解决方案。

1 铁路调度所调度台设置概况

1.1 既有调度所调度台设置情况

既有铁路局调度所一般采用按线路设置小型调度室、调度台方式，或按计调台、行调台等相同工种调度台相对集中设置中小型调度室方式。该种方式调度室内调度台计算机终端数量有限，耗电量、散热量、噪声、电磁辐射等影响不是很明显。

已改造完成的济南、太原、沈阳铁路局调度所均采用设置调度大厅（太原铁路局2 000 m2左右、沈阳铁路局1 200 m2左右），将调度台集中设置于调度大厅的方式。该种方式调度大厅内调度台计算机终端数量较多，耗电量、散热量、噪声、电磁辐射等影响较明显。

1.2 客专调度所调度台设置情况

目前在建的北京、武汉、上海、广州调度所均设置调度大厅，调度大厅面积2 000～4 000 m2，可设置长3.2 m、宽1.75 m的调度台数量100～250个。各客专调度所均需满足2015年客运专线铁路调度台设置的需求及既有铁路调度台搬迁至新建调度大厅的需要。根据计算，调度大厅内调度台实际使用占用率80%～100%，有的调度所甚至出现不能满足2012年客运专线铁路调度台设置及既有铁路调度台搬迁至新建调度大厅需要的情况。

如按照2 000 m2调度大厅能够容纳100个调度台，平均每调度台设置3台主机、6台显示器估算，每调度台的耗电量将达到2～3 kW，则整个调度大厅调度工作站为300台、1 800台显示器，耗电量将达到600～900 kW。如此大的耗电量产生的热量，加上大量主机造成高噪声、高电磁辐射，长期工作在这样的工作环境下将严重损害调度员的身心健康。

大量主机分散设置于调度工作台下，也不利于系统升级及维护管理。

如何解决调度大厅空调节能、噪声污染、电磁辐射等问题，为调度员提供一个绿色、舒适的工作环境，应分析、研究调度台计算机终端主机与KVM（键盘：K——Keyboard，显示器：V——Video，鼠标：M——Mouse）分离的解决方案。

2 调度台计算机终端设备配置需求分析

2.1 客运专线铁路调度台

客运专线铁路规划设置有营销计划调度台、列车调度台、动车调度台、客运调度台、供电调度台、维修调度台、货运调度台，主要由运营调度管理系统、客专CTC/TDCS系统、PSCADA系统、视频监控系统等应用系统提供服务器及客户端的应用支持。

2.1.1 营销计划调度台

调度所营销计划调度台主机及显示屏配置需求见表1。

2.1.2 列车调度台

客运专线铁路调度所列车调度台主机及显示屏配置需求见表2。

其中，主机6（列控C3复示终端）接至信号列控系统，主机7（运调管理系统复示终端）接至运营调度管理系统，主机8（视频监控终端）接至通信综合视频监控系统。

2.1.3 供电调度台

调度所供电调度台主机及显示屏配置需求见表3。

其中，主机4（运调管理复示终端）接入运营调度管理系统，主机5（视频监控终端）接入综合视频监控系统。

2.2 普速铁路调度台

既有普速铁路一般设置有计划调度台、行车调度台、机车调度台、车辆调度台、动车调度台、客运调度台、货运调度台、施工调度台等，主要由TDMS系统、CTC/TDCS系统、5T系统等应用系统提供服务器及客户端的应用支持。

以下对普速铁路TDCS行调台、CTC行调台计算机终端主机与显示屏的配置关系、显示屏的要求进行说明，其他工种调度台配置与客运专线铁路营销计划调度台类同。

2.3 行车调度台

行车调度台包括TDCS调度台、CTC调度台两种类型，TDCS行调台、CTC行调台主机及显示屏配置需求见表4、表5。

表4中的主机1、2接至TDCS系统，主机3（TDMS系统复示终端）接至TDMS系统，主机4（视频监控终端）接至通信综合视频监控系统。

表1 调度所营销计划调度台主机及显示屏配置需求

表2 客运专线铁路调度所列车调度台主机及显示屏配置需求

表5中的主机1至主机5接至CTC系统，主机6（列控C3复示终端）接至信号列控系统，主机7（TDMS系统复示终端）接至TDMS系统，主机8（视频监控终端）接至通信综合视频监控系统。

2.4 需求分析

综上所述，同一调度台配置的计算机终端主机可能设置于不同的应用系统中，计算机终端主机与显示屏的对应关系有1机带1屏、1机带2屏、1机带3屏、1机带4屏、1机带6屏（列车调度台、助理调度台）的需求，显示屏的分辨率有1 600×1 200、1 920×1 280两种。调度台工作站主机与KVM分离方案应满足上述需求。

表3 调度所供电调度台主机及显示屏配置需求

表4 TDCS行车调度台主机及显示屏配置需求

表5 CTC行车调度台主机及显示屏配置需求

3 调度台工作站主机设备与KVM分离技术方案

为解决调度台主机集中设置于调度大厅内存在的高耗电量、高散热量、高噪声、高电磁辐射、不利于维护管理等问题，有效的解决方案是：将调度台计算机终端主机与KVM分离，即将调度台主机集中设置于相关专业机房，将KVM设置于调度大厅内调度工作台桌面。

根据目前的产品技术水平及成熟工程应用案例，有4种方案可供选择。

3.1 远程图形工作站+瘦客户端+图形压缩卡解决方案（方案一）

根据调度台各类工作站主机的配置需求，主机采用高性能的机架式图形工作站（定制），将图形工作站部署在主机机房内；根据调度台工作站显示屏的配置需求，为调度大厅内各调度台工位部署瘦客户端（每台瘦客户端支持2屏显示）及相应数量的KVM设备，瘦客户端提供DVI、USB接口实现与KVM设备的连接；远程图形工作站、瘦客户端分别配置图形压缩卡，实现对KVM数据的硬件压缩、解压；构建专用的KVM网络，实现远程图形工作站与瘦客户端的网络连接，将远程工作站的显卡显示信息加密传输至瘦客户端上，同时返回瘦客户端的键盘鼠标操作信息。方案一结构示意图见图1。

3.2 远程图形工作站+瘦客户端+压缩软件解决方案（方案二）

根据调度台各类工作站主机的配置需求，主机采用高性能的刀片图形工作站，将图形工作站部署在主机机房内；根据调度台工作站显示屏的配置需求，为调度大厅内各调度台工位部署瘦客户端（每台瘦客户端支持4屏显示）及相应数量的KVM设备，瘦客户端提供DVI、USB接口实现与KVM的连接；刀片图形工作站、瘦客户端分别配置压缩软件，实现对KVM数据的软件压缩、解压；构建专用的KVM网络，实现远程图形工作站与瘦客户端的网络连接，将远程工作站的显卡显示信息加密传输至瘦客户端上，同时返回瘦客户端的键盘鼠标操作信息。方案二结构示意图见图2。

3.3 基于网络传输的KVM延长器解决方案（方案三）

将调度台图形工作站主机（通用）设置于主机机房内；根据调度台工作站键盘、鼠标及显示屏的配置需求，通过配置KVM信号延长器延长键盘、鼠标及多个显示器至调度台桌面（KVM信号延长器分为支持单屏或两屏显示的产品）；KVM信号发送器设置于主机机房内，一方面通过标准的100 Mb/s网口接入KVM网络，另一方面通过DVI、USB接口实现与调度台图形工作站主机内显卡及鼠标、键盘I/O接口的连接；KVM信号接收器在接入KVM网络的同时，提供DVI、USB接口实现与KVM设备的连接。方案三结构示意图见图3、图4。

图1 方案一结构示意图

图2 方案二结构示意图

3.4 视频光端机解决方案（方案四）

将调度台图形工作站主机（通用）设置于主机机房内；根据调度台工作站键盘、鼠标及显示屏的配置需求，通过在主机机房、调度大厅调度台内点对点配置视频光端机，实现KVM信号的传输。

视频光端机将DVI信号、USB信号及其他电信号（含音频、网管信号），通过电/光转换后转换为不同波长的光信号，经过波分复用模块复用在一根光纤上，在接收端将光信号还原为电信号。

视频光端机分为支持两屏显示的两屏光端机和支持四屏显示的四屏光端机。两屏光端机之间需要1芯光纤互连，四屏光端机之间需要2芯光纤互连。方案四结构示意图见图5。

3.5 方案分析与比较

3.5.1 方案一与方案二

方案一、方案二为整体解决方案，提供从主机至桌面的KVM传输解决方案。方案一由机架式图形工作站（内置图形压缩卡）、瘦客户端及KVM网络构成，方案二由刀片工作站、刀片机箱、瘦客户端、图形压缩软件及KVM网络构成。

方案一、方案二系统集成度高，机房占地面积小。方案一配置内置图形压缩卡的机架式图形工作站，42U标准机柜满配可安装42台图形工作站（不含接入层网络交换机）。方案二采用刀片式工作站，42U标准机柜满配可安装4个刀片机箱共64片刀片图形工作站（因耗电量、散热量问题，建议每个机柜安装2～3个刀箱），各刀片机箱均内置接入层网络交换机。

方案一、方案二主机配线简单，主机与KVM网络之间仅需标准网络配线，无任何其他外部配线。

四屏图形工作站应用情况下：方案一需配置1台主机、2台瘦客户端，仅能支持单网架构，该图站主机通过2个标准网口（2块图形压缩卡）与KVM网络连接，2台瘦客户端分别通过1个标准网口与KVM网络连接；方案二需配置1台主机、1台瘦客户端，该方案图站主机、瘦客户端可根据用户需求采用单网口或双网口配置，支持单网或双网架构。

方案一、方案二均能很好地满足运营调度系统图形工作站、视频监控终端的应用需求。方案一采用硬件图形压缩方式，图形压缩处理由专用图形压缩卡实现，不占用主机资源，网络带宽占用率相对较高，任何应用情况下图形压缩处理效率高、质量优；方案二采用软件图形压缩方式，图形压缩处理由专用压缩软件实现，占用主机资源，网络带宽占用率相对适中，高清分辨率视频流压缩处理、显示效果一般。

方案一不能支持统一的维护管理，方案二能够支持统一的维护管理。

3.5.2 方案三与方案四

方案三、方案四仅提供KVM传输解决方案，需与传统桌面图形工作站配套使用。方案三由传统图形工作站、KVM发送器/接收器、KVM网络构成；方案四由传统图形工作站、四屏光端机及传输光缆构成。

方案三、方案四机房占地面积大，42U标准机柜满配可安装10台传统桌面图站（不含KVM发送器/接收器、视频光端机及接入层网络）。

方案三、方案四主机配线复杂。四屏图形工作站应用情况下：方案三需配置4对KVM发送器、接收器（支持1屏产品），在主机与4台KVM发送器之间配置KVM传输线缆（需配置4根RGB/DVI电缆，四屏驱动，2根USB接口：键盘、鼠标驱动，另外还需配置4根电源线）；方案四需配置一对四屏光端机，在主机与四屏光端机之间需配置KVM传输线缆。

方案三仅支持单网架构。四屏图形工作站应用情况下：方案三需配置4对KVM发送器、接收器（支持1屏产品），KVM发送器、接收器侧均需通过4个标准网口与KVM网络联接；方案四不支持网络传输方式，采用光缆传输方案，在一对四屏光端机之间通过四芯光缆传输（2芯主用、2芯备用），主机与瘦客户端之间对应关系的调整只能通过光纤跳线调整，存在一定的应用局限性。

方案三、方案四均采用硬件图形压缩方式，带宽占用率相对较高，任何应用情况下图形压缩处理效率高、质量优。

方案三可根据用户需求，选用能或不能提供统一维护管理功能的KVM延长器产品。方案四不能提供统一维护管理功能。

3.5.3 综合分析

根据上述分析，统筹考虑系统解决方案的产品集成度、机房面积占用、主机配线复杂度、KVM网络架构、可维护性及工程造价等因素，方案一、方案二略优。

根据不同的应用需求及工程具体情况，也可选用方案三或方案四。

4 结论

（1）调度台计算机终端主机与KVM分离方案能够有效地解决大面积、高密度调度台调度大厅高散热量、高噪声、高电磁辐射等环境问题，能够为调度员提供一个相对绿色的工作环境，有利于保障调度员的身心健康。

（2）调度台计算机终端主机与KVM分离方案将计算机终端主既集中设置于主机机房，调度大厅调度台桌面仅保留KVM设备、瘦客户端设备或KVM延长器，便于应用系统及硬件设备的维护管理。

（3）调度台计算机终端是调度员工作的重要工具及技术手段。调度台计算机终端主机与KVM分离方案应具备高可靠性、高可用性及可维护性。可通过详细的技术经济比较，根据不同的条件和具体情况，选择适宜的实现方案。