AFC系统通信中间件的研究与设计浅述

曹明

摘要：经济社会和城市化建设的发展，使得城市人口不断增加，大大提高了城市交通压力。为了有效缓解城市交通压力，各大城市开始兴建城市轨道交通，以此来提高人们的出行便利。AFC系统属于城市轨道交通网络中比较重要的组成部分，对其信息化建设提出了较高要求。通信中间件可以实现不同系统间用户的实时、动态通讯，真正达到了互相通信的效果，将其应用到AFC系统中，既可以降低消息传输的延时，而且还可以确保信息传输的及时性、准确性和有效性，提高AFC系统运行效率。

关键词：AFC系统;通信中间件;设计

自动售检票（AFC）系统是城市轨道交通中比较重要的一项综合管理系统，其实现了信息管理与控制的有效结合，实现了车站系统、终端设备、票务清分系统和中央计算机系统间的网络通信，对自动售检票系统数据传输有效性、可靠性和稳定性起到了决定性作用。通信中间件属于大型软件系统中比较关键的部分，不仅可以简化系统、降低成本，而且还可以有效提高AFC系统的通信、监控、并发等服务水平。

1.通信中间件概述

通常情况下，通信中间件主要是用于解决各系统或应用间所存在的通信问题，以确保将下层消息安全可靠的为上层传递，同时对分布式系统中所蕴含的通信传输给予抽象化处理，并为各种集成问题的处理准备了与之相匹配的通信模式，以此来达到事务处理的效果。通信中间件主要包括了会话编程、远程过程调用和消息队列中间件三大类。

2.AFC系统概述

AFC系统集计算机、通信、网络、自动控制等技术于一体，可以确保轨道交通的售票、计费、收费、统计、检票、管理、清分等工作的顺利进行。对于城市轨道交通系统而言，AFC系统结构涵盖了车站计算机系统、车站终端设备、线路中央计算机系统、车票及清分系统五个层次，并且每一个层次结构均采用了全封闭的运行方式，并以计程收费模式为核心，车票介质为非接触式的IC卡，以实现对各层次子系统与设备的各自功能、所处的位置以及管理职能进行划分。结合我国城市发展现状和基本国情，选择了五层结构型式，其对建设周期较长、多个业主与施工单位、线路多且复杂等因素给予综合考虑，从而使AFC系统结构存在较好的稳定性与可伸缩性，具体如图1所示。

各层次的功能和要求如下：（1）第一层。在乘客乘坐地铁时，车票是反映其乘车费用的主要支付媒介，规定了储值票与单程票的物理特性、电气特性、应用文件组织以及安全机制等技术支持;（2）第二层。将车站终端设备安装在各车站的站厅中，以便更好的为乘客提供售检票服务，同时对车站终端设备和其运营管理所采用的技术给予了明确规定;（3）第三层。其对应的是车站计算机系统，负责对第二层车站终端设备运行状态的实时监控，并对本站的交易和审计数据给予实时收集，同时还规定了系统的运营管理、数据管理及维护管理等功能;（4）第四层。该层所包含的线路中央计算机系统功能是对本线路AFC系统的审计与交易数据进行收集，并传输至清分系统，以确保后续对账工作的顺利进行。同时，对该路线的车票票务管理、运营管理及系统维护管理给予了明确规定，并提供了相关技术支持;（5）第五层。清分系统的功能是对AFC系统的各项运行参数、交易与审计数据等进行处理，并规定了对车票管理、票务管理、系统维护管理和运营管理等的技术支持。

3.AFC系统通信中间件的设计

3.1通信中间件总体设计

通常情况下，通信中间件主要是基于消息的一种存在方式，为了确保应用程序的透明化和数据传输的效率，可以把通信中间件总体设计成一个为应用程序，主要包括了后台服务代理程序和应用程序通信接口（API）两部分。 通信中间件总体设计可以实现对应用程序开发流程的有效简化，在不同操作系统平台上，虽然通信实现的流程不一样，但是其所采用的应用程序接口是相同的，因此即使接口实现发生改变，也不用对应用程序进行更高，以此来提高应用的可维护性、可重用性和可拓展性。作为应用程序开发人员，可以借助通信中间件总体来实现具体应用的开发工作，这样既可以实现模块间的无关性和低耦合，而且还可以有效提高软件开发效率。同时，通信中间件总体设计还可以有效提高数据处理速度，在简化应用进程参与发送与接收流程的同时，还可以确保数据交换的有效性，进而更好的提高通信中间件总体设计水平。

3.2通信管理器设计

在AFC系统通信过程中，通信管理器属于核心部分，其可以实现对各类数据包的有效转发，而且该过程中还可以完成数据缓冲、实时数据包区别对待、速率控制、优先级控制等工作。为了提高通信处理效果，通信管理器选择了优先队列、多线程等方式来对数据包进行处理。

通常情况下，通信管理器具有如下功能：（1）数据传输功能。借助系统之间或系统内部用户指定通信模块来完成数据传输，进而为系统内部每个通信模块提供一个普通的数据接收队列和数据发送队列，同时为异地系统间的封装提供Socket数据通信链路，进而有效提高数据传输效率;（2）性能优化功能。①数据缓冲。在通信高峰期为了避免网络包丢失，通信管理器采用了发送缓冲和接收缓冲，并结合通信的实际情况，借助缓冲接口来对缓冲大小进行调整和优化，这样既可以提高资源的合理利用率，而且还可以实现对网络流量的平滑处理。②实时消息包区别处理。通常情况下，实时通信包对时间提出了较高要求，但是对安全性要求比较低，这样就需要构建专门的监听端口，以达到与其他消息包区别处理的目的;③速率控制。在整个网络系统中，大多数终端业务运行均需要借助网络来实现对数据的传输，此时可以通过对速率的控制来达到降低对带宽占用的效果。同时，通信管理器可以对输出的网络流量给予实时监控，如果大于预先设定好的阀值，可以通过速率控制来达到减少带宽占用的目的;④优先级控制。对于AFC系统通信而言，其各子系统具有比较多的功能，而且收发消息种类繁多，这样一来，不同功能所具有的紧急程度也不同，因此需要对其给予区别对待，一般会选择优先消息队列进行处理。

实际上，AFC系统各级设备均能够借助通信管理器来对硬件系统和操作系统间存在的差别给予隐藏掉，进而达到通信的目的。在通信过程中，路由主要是由网络拓扑模块来决定，但是网络拓扑处于实时动态变化之中，这样就需要实时更新设备拓扑模块，并将拓扑信息从下级传递给上级。AFC系统通信的最终目的是确保各子系统间的有效分工与合作，并且通过调用通信管理器来实现对各子系统应用程序的有效衔接，进而达到完成业务通信的目的。

3.3用户接口设计

在AFC系统通信中，用户接口是实现通信管理器与应用程序间有效连接的一座桥梁，其一般是以函数库形式存在，其不仅可以将通信接口提供给应用程序，而且还实现了对固有业务解析过程的集成，并充分发挥其可拓展性功能，以此来提高AFC系统运行效率。通常情况下，用户接口主要功能是按照各协议规定的格式来完成消息包的封裝和拆卸工作，这样既可以提高软件复用性，而且还可以降低应用程序的复杂性。实际上，用户接口具体提供的功能包括了文件发送处理、对发送消息的封包处理、检测通信管理器在线状况以及对接收消息的解包处理等。

4.结束语

综上所述，随着AFC系统的发展，通信中间件技术还是被应用于该系统中，其不仅可以实现对轨道交通系统信息的有效整合和集成，并达到对网络信息的共享，而且还可以增加数据压缩模块，进而有效提高通信效率。

参考文献

[1]刘乐毅，赵圣娜，张宁.基于私有云平台的AFC系统实现方案[J].铁路通信信号工程技术，2018，6（10）：115-116.

[2]高申，张建，余乐.自动售检票 ZLC系统实时计算中间件的设计与实现[J].都市快轨交通，2019，11（6）：26-27.