集群式安全計算機平臺的製作方法
2024-04-15 19:12:05 1
1.本公開涉及城市軌道交通技術領域，尤其涉及一種集群式安全計算機平臺。
背景技術：
2.cbtc(基於通信的列車控制)系統中，軌旁控制器和車載控制器均包含安全計算機平臺。通常每條線路需安全計算機平臺設備數十至100套以上，這些安全計算機平臺設備分散安裝於列車(每列車裝備1～2套)及各設備集中站信號設備室內(每集中站通常安裝2套)。分散安裝的安全計算機平臺不利於系統統一運維，同時，車載安全平臺設備需要承受嚴苛的工作環境(包括高溫、低溫、高溼、振動、多塵，強電磁幹擾等)，同時功率受限，不利於採用高性能的硬體，同時實現高可靠性。
3.公開號為cn113022657a《一種集群式安全計算機平臺改進型cbtc系統及數位化軌道交通列車控制方法》的發明專利中，公開了一種集群式安全計算機平臺cbtc系統，將車載控制器安全計算機平臺與軌旁控制器安全計算機平臺統一的集中或分散部署於軌旁，但該方案並未涉及部署於軌旁的安全計算機平臺架構，將傳統的安全計算機平臺直接部署在軌旁，一個標準機櫃只能部署1～2套，空間佔用較多。
4.公開號為cn110920696a《一種集群式安全計算機平臺軌道交通控制系統》的發明專利中，公開了一種集群式安全計算機平臺基於雲平臺的安全計算機平臺架構，該架構基於具備多核心處理器的(商用)伺服器，通過虛擬化技術，實現處理器核心隔離，來自不同處理器的兩個核心構成表決單元，兩組表決單元間互為冗餘構成2x2oo2安全計算機單元，並實現安全計算機單元與安全應用綁定。但該方案沒有明確，如何避免多核心處理器存在的，多個處理器核心間可能存在的總線競爭、由於共享緩存可能導致的數據不一致等為題，給該平臺的安全性造成隱患。且使用具備多核心處理器的伺服器時，一顆處理器損壞，會導致運行於該處理器上的多個應用同時發生切換，系統可靠性不如基於獨立硬體的安全計算機平臺。
技術實現要素：
5.為了解決上述問題，本技術提出一種集群式安全計算機平臺，包括：
6.主用應用集群；
7.備用應用集群；
8.主用資料庫集群；
9.備用資料庫集群；
10.電源，用於為所述主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群供電；
11.其中：
12.所述主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群均由若干安全計算機單元scu構成；
13.所述主用應用集群和備用應用集群，均用於部署列控系統的安全應用；
14.所述主用資料庫集群和備用資料庫集群，均用於部署實時資料庫，提供資料庫服務；
15.所述主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群之間，均通過雙環tsn相互通信。
16.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述電源，包括：
17.若干電源板；
18.所述主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群中的安全計算機單元scu，均採用所述電源板單獨供電。
19.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述主用應用集群，包括：
20.第一標準機櫃；
21.若干部署在所述第一標準機櫃中的第一安全計算機單元scu；
22.若干部署在所述第一標準機櫃中的第一tsn交換機；
23.所述第一安全計算機單元scu通過所述第一tsn交換機參與tsn通信。
24.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述備用應用集群，包括：
25.第二標準機櫃；
26.若干部署在所述第二標準機櫃中的第二安全計算機單元scu；
27.若干部署在所述第二標準機櫃中的第二tsn交換機；
28.所述第二安全計算機單元scu通過所述第二tsn交換機參與tsn通信。
29.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述第一安全計算機單元scu和所述第二安全計算機單元scu，均為2oo2或2oo3結構。
30.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述第一安全計算機單元scu和所述第二安全計算機單元scu，互為熱備冗餘，共同構成2x2oo2或2x2oo3結構。
31.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述主用資料庫集群，包括：
32.第三標準機櫃；
33.若干部署在所述第三標準機櫃中的第三安全計算機單元scu；
34.若干部署在所述第三標準機櫃中的第三tsn交換機；其中，所述第三安全計算機單元scu中安裝有實時資料庫rtdb；
35.所述第三安全計算機單元scu通過所述第三tsn交換機參與tsn通信。
36.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述備用資料庫集群，包括：
37.第四標準機櫃；
38.若干部署在所述第四標準機櫃中的第四安全計算機單元scu；
39.若干部署在所述第四標準機櫃中的第四tsn交換機；其中，所述第四安全計算機單元scu中安裝有實時資料庫rtdb；
40.所述第四安全計算機單元scu通過所述第四tsn交換機參與tsn通信。
41.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述第三安全計算機單元scu和第四安全計算機單元scu互為熱備冗餘，共同構成2x2oo2或2x2oo3結構。
42.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述實時資料庫rtdb被配置為靜態資料庫或動態資料庫。
43.本發明的技術效果：
44.本技術將安全計算機平臺集中部署，可實現集中維修維護，有利於提高系統可用性。安全計算機平臺在軌旁部署，無需承受車載設備嚴苛的工作環境(功率限制、振動、寬溫、高溼、強電磁幹擾、多塵等)，可靠性高，同時可採用高性能硬體，有利於實現更多智能化功能。安全計算機平臺內的安全計算機單元間基於有線網絡通信，相比傳統列控系統中車載安全計算機平臺和軌旁安全計算機平臺間採用無線通信，可靠性更好。引入主用和備用資料庫集群，可實現安全應用的無狀態化，避免安全應用主備切換時進行數據同步，加快切換速度的同時，保證了主備切換過程中數據的一致性。
45.本技術在基本不改變現有基於專用硬體的安全計算機平臺結構、設計理論的基礎上，實現大規模安全計算機集群平臺，無需面對虛擬化在安全計算機平臺實時性和確定方面存在的難題。
46.根據下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本公開的其它特徵及方面將變得清楚。
附圖說明
47.包含在說明書中並且構成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本公開的示例性實施例、特徵和方面，並且用於解釋本公開的原理。
48.圖1示出為本發明集群式安全計算機平臺的應用組成示意圖；
49.圖2示出為本發明集群式安全計算機平臺的一種典型機櫃配置示意圖；
50.圖3示出為本發明2oo2 scu的組成結構示意圖；
51.圖4示出為本發明2oo3 scu的組成結構示意圖。
具體實施方式
52.以下將參考附圖詳細說明本公開的各種示例性實施例、特徵和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。儘管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪製附圖。
53.需要說明的是，本技術的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本技術的實施例。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
54.在本技術中，術語「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「中」、「豎直」、「水平」、「橫向」、「縱向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係。這些術語主要是為了更好地描述本技術及其實施例，並非用於限定所指示的裝置、元件或組成部分必須具有特定方位，或以特定方位進行構造和操作。
55.並且，上述部分術語除了可以用於表示方位或位置關係以外，還可能用於表示其他含義，例如術語「上」在某些情況下也可能用於表示某種依附關係或連接關係。對於本領域普通技術人員而言，可以根據具體情況理解這些術語在本技術中的具體含義。
56.另外，術語「多個」的含義應為兩個以及兩個以上。
57.在這裡專用的詞「示例性」意為「用作例子、實施例或說明性」。這裡作為「示例性」所說明的任何實施例不必解釋為優於或好於其它實施例。
58.另外，為了更好的說明本公開，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員應當理解，沒有某些具體細節，本公開同樣可以實施。在一些實例中，對於本領域技術人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本公開的主旨。
59.本實施例中，關於列控系統的安全應用部署，將由用戶自行部署，本實施例不做限定。
60.以及，資料庫的形式等硬體型號、規格等要求，同樣不作要求。各個集群機櫃數量及機櫃內的scu，rtdb數量可按需配置。
61.實施例1
62.一種集群式安全計算機平臺，包括：
63.主用應用集群；
64.備用應用集群；
65.主用資料庫集群；
66.備用資料庫集群；
67.電源，用於為所述主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群供電；
68.其中：
69.所述主用應用集群、備用應用集群、豬樣資料庫集群和備用資料庫集群，均由若干安全計算機單元scu構成；
70.所述主用應用集群和備用應用集群，均用於部署列控系統的安全應用；
71.所述主用資料庫集群和備用資料庫集群，均用於部署實時資料庫，提供資料庫服務；
72.所述主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群之間，均通過雙環tsn(即時間敏感網絡)相互通信。
73.如圖1所示，
74.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述電源，包括：
75.若干電源板；
76.所述主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群中的安全計算機單元scu，均採用所述電源板單獨供電。
77.集群式安全計算機平臺，由部署在標準機櫃中相互獨立的小型化安全計算機單元scu構成，每套小型化安全計算機單元scu可由兩塊計算板構成2oo2(二取二)或三塊計算板構成2oo3(三取二)結構，其中每塊計算板由獨立的電源板供電。2oo2(二取二)或成2oo3(三取二)結構的示意圖，可以分別參見附圖3和4所示。
78.安全計算機集群中的安全計算機單元scu被劃分為主用應用集群和備用應用集群，主用應用集群中的每個安全計算機單元和與備用應用集群中對應的安全計算機單元互為熱備，構成2x2oo2(二乘二取二)或2x2oo3(二乘三取二)結構。
79.主用應用集群和備用應用集群用於部署列控系統中的安全應用，包括但不限於聯
鎖、zc(區域控制器)、rmc(資源管理器)等。
80.安全計算機集群中，還包括共享的主用資料庫集群和備用資料庫集群。主用資料庫集群和備用資料庫集群，可採用與主用應用集群及備用應用集群同構或異構的安全計算機單元scu。
81.主用資料庫集群和備用數據集群均為部署在安全計算機單元中的實時資料庫，所述主用資料庫集群和備用資料庫集群中的資料庫系統只對主用應用集群和備用應用集群內的安全計算機單元服務，且嚴格按照查詢請求順序，在確定的時延範圍內輸出查詢結果。
82.主用資料庫集群中安裝實時資料庫的安全計算單元和備用資料庫集群中對應的安裝實時資料庫的安全計算單元互為熱備冗餘。
83.主用資料庫集群和備用資料庫集群中的實時資料庫，可根據需要配置為靜態資料庫或動態資料庫。
84.主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群內的安全計算機單元之間通過雙環tsn(相互通信。
85.如圖1所示，主用資料庫集群和備用資料庫集群互為熱備冗餘，主用應用集群和備用應用集群互為熱備冗餘，通過雙環tsn進行通信，數據交互。可實現安全應用的無狀態化，避免安全應用主備切換時進行數據同步，加快切換速度的同時，保證了主備切換過程中數據的一致性。
86.實施例2
87.結合附圖2所示，為集群式安全計算機平臺的一種典型機櫃配置示意圖。
88.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述主用應用集群，包括：
89.第一標準機櫃；
90.若干部署在所述第一標準機櫃中的第一安全計算機單元scu；
91.若干部署在所述第一標準機櫃中的第一tsn交換機；
92.所述第一安全計算機單元scu通過所述第一tsn交換機參與tsn通信。
93.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述備用應用集群，包括：
94.第二標準機櫃；
95.若干部署在所述第二標準機櫃中的第二安全計算機單元scu；
96.若干部署在所述第二標準機櫃中的第二tsn交換機；
97.所述第二安全計算機單元scu通過所述第二tsn交換機參與tsn通信。
98.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述第一安全計算機單元scu和所述第二安全計算機單元scu，均為2oo2或2oo3結構。
99.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述第一安全計算機單元scu和所述第二安全計算機單元scu，互為熱備冗餘，共同構成2x2oo2或2x2oo3結構。
100.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述主用資料庫集群，包括：
101.第三標準機櫃；
102.若干部署在所述第三標準機櫃中的第三安全計算機單元scu；
103.若干部署在所述第三標準機櫃中的第三tsn交換機；其中，所述第三安全計算機單元scu中安裝有實時資料庫rtdb；
104.所述第三安全計算機單元scu通過所述第三tsn交換機參與tsn通信。
105.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述備用資料庫集群，包括：
106.第四標準機櫃；
107.若干部署在所述第四標準機櫃中的第四安全計算機單元scu；
108.若干部署在所述第四標準機櫃中的第四tsn交換機；其中，所述第四安全計算機單元scu中安裝有實時資料庫rtdb；
109.所述第四安全計算機單元scu通過所述第四tsn交換機參與tsn通信。
110.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述第三安全計算機單元scu和第四安全計算機單元scu互為熱備冗餘，共同構成2x2oo2或2x2oo3結構。
111.作為本技術的一可選實施方案，可選地，所述實時資料庫rtdb被配置為靜態資料庫或動態資料庫。
112.集群式安全計算機平臺主要包含主用應用集群、備用應用集群、主用資料庫集群和備用資料庫集群四個機櫃。每個機櫃中包含兩臺tsn交換機。主用應用集群、備用應用集群機櫃中，根據需要包含一定數量的scu。主用資料庫集群、備用資料庫集群機櫃中根據需要包含一定數量的動態rtdb和靜態rtdb。機櫃數量及機櫃內的scu，rtdb數量可按需配置。
113.2oo2和2oo3結構的scu典型結構分別如圖3、圖4所示。
114.scu通常採用cpci架構，2oo2和2oo3結構每個機框分別包含2塊或3塊計算板，2塊網絡交換板，每塊計算板均由獨立的電源板供電。
115.主用應用集群，備用應用集群包含部署在標準機櫃中的小型化安全計算機單元scu(safety computer unit)。
116.主用資料庫集群和備用資料庫集群，包含安裝了實時資料庫的rtdb(real-time data base)的scu。
117.主用應用集群及備用應用集群中的scu和主用資料庫集群及備用資料庫集群安裝了rtdb的scu，使用通過雙環tsn相互通信。
118.安全計算機平臺內的安全計算機單元間基於有線網絡通信，相比傳統列控系統中車載安全計算機平臺和軌旁安全計算機平臺間採用無線通信，可靠性更好。
119.上述結構的具體應用選擇，本實施例不作限定。
120.因此，本技術通過引入主用應用集群和備用應用集群、主用和備用資料庫集群，可實現安全應用的無狀態化，避免安全應用主備切換時進行數據同步，加快切換速度的同時，保證了主備切換過程中數據的一致性。
121.需要說明的是，儘管以2x2oo2(二乘二取二)或2x2oo3(二乘三取二)結構作為示例介紹了如上scu的部署模式，但本領域技術人員能夠理解，本公開應不限於此。事實上，用戶完全可根據實際應用場景靈活設定scu構架，只要可以按照上述技術方法實現本技術的技術功能即可。
122.以上已經描述了本公開的各實施例，上述說明是示例性的，並非窮盡性的，並且也不限於所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的範圍和精神的情況下，對於本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各實施例的原理、實際應用或對市場中的技術的技術改進，或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的各實施例。