1、远动系统课程设计铁道信号远程控制课程设计题目：TDCS网络维护与常见故障分析与探讨姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师： 日 期： 2012.6.5 课 程 设 计 任 务 书专 业 铁道信号四班 姓 名 朱奇 学 号 20098691 开题日期：2012年5月20日 完成日期：2012年6月5日题 目 TDCS网络维护与常见故障分析与探讨 一、设计的目的 通过对课程设计任务的完成，使学生进一步理解课程教学的理论内容，并且巩固和深化所学课程的知识，通过课程设计，培养学生综合运用所学课程知识，分析和解决实际问题的能力；通过课程设计，使学生能比较全面而辩证地分析和处理设计问题，逐步树立正确的设计
2、思想；培养学生严谨认真的科学态度和严谨务实的工作作风。 二、设计的要求 知识要求： 学生在学习本课程之前应该以铁路信号基础设备、铁路信号运营基础、车站自动控制、区间自动控制等课程为基础。 能力要求： 要求每位同学能够结合课程设计的内容，独立完成该课程设计。 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日题 目：TDCS网络维护与常见故障分析与探讨摘 要：TDCS是覆盖全路的列车调度指挥管理系统，是铁路运输调度指挥现代化建设的标志。其中TDCS的网络将直接影响到系统信息交换的实时性和有效性，如出现网络故障将会对铁路运输的安全与效率造成负面影响。关键词：TDCS 网络 维护 故障分析
3、1 TDCS网络结构列车调度指挥系统（TDCS）应单独组网，一般采用单通道单机模式，但是在铁路局的路由器应设置为两台。 TDCS应尽量按照环网结构组建，不具备条件的特殊车站可采用星形结构。通道速率为2M。TDCS环形结构示意图如下： 车站环首尾两条通道应分别连接至铁路局TDCS中心的两台并行的路由器上。路局与车站可以组成多个环。相邻两站间采用专线通道直连，每6-12站引一条迂回通道与路局相连。 路由协议宜采用OSPF，它是国际标准协议，适于不同厂商网络设备的互联互通。如果采用思科专有的EIGRP协议，就限制了自己，以后就不能添加或更换成其他厂商的路由器。RIP协议适合小规模网络，一条铁路线的车
4、站数量比较多，不适合用RIP协议。路局与一条铁路线尽量划到一个域里，除非车站数量太多，才划为多个域。 路局TDCS中心应设置专用的网络管理工作站。 网络设备中应设置系统日志，便于查找、分析和排除网络故障。 路局TDCS中心应设置硬件防火墙。 TDCS网络设备与其他系统接口时，应充分保证两系统间的物理、逻辑隔离安全性前提下连通。 车站路由器到传输设备的常见连接方式如下图：多数车站用V35/G703转换器和同轴电缆。具备光纤条件的可以用光猫，有实回线的可以用XDSL。其中，V35/G703转换器应具有本地和远端环回测试功能，便于排除通道故障。2 TDCS系统的特点TDCS 作为其所辖区域铁路行车
5、调度指挥系统，改变了调度人员传统的作业方式，实现了列车运行计划的编制与自动调整，列车计划和调度命令的自动下达，列车运行时分的自动收、报点，列车运输数据自动统计的各项性能和功能，是重要的铁路行车设备。因此，只有在系统整体架构的设计和每一个具体系统的选型配置上都紧扣先进性、实用性、可靠性、安全性、高效性、实时性、可扩展性、易管理和维护性等系统总体设计要求，才能确保系统在稳定可靠运行的基础上有效实现上述 TDCS 各项功能。系统设计采用了先进技术和成熟经验，并具备数字化、网络化、计算机化的特点，使系统在一定时期内能够保持技术的先进性；并且，作为不间断运行的关键应用系统 , TDCS 选用了经受过实际
6、应用考验、并得到广大用户认可的主流技术与产品。在满足现阶段应用要求的同时，提供平台和接口，为系统预留调度集中（ CTC ）升级的条件。系统是一个实时信息处理系统，其信息传输、响应时间均要满足实时调度的要求。因此，在调度中心，采用 100M 双以太网的体系结构，保证了局域网节点之间数据交换的实时性。对于调度中心 TDCS 与各车站 TDCS 设备之间，采用环形与星形相结合的网络拓扑结构，车站与调度中心之间的数据传输速率高达 2Mbps 。以此确保车站与调度中心之间广域网信息交换的实时性。TDCS 是一个高度可靠、安全的行车指挥系统，该系统出现故障不会影响铁路行车和车站联锁设备的安全。系统设计从行
7、调台、广域网到车站信息采集系统、车务终端等设备均采用双机热备或并行运行方式，确保系统的可靠性，并通过车站联锁隔离设备及专用安全通信协议等措施确保 TDCS 系统的安全运行及与其它系统的可靠隔离。系统易于维护和维修，并且保证维护和维修工作不会导致系统中断运行。系统 能够实现当一个部件发生故障时能够自动被识别出来，并且无缝地切换到运行良好的冗余部件上。这也使得用户可以在不间断业务处理的情况下，对系统资源进行增加、删除、升级和维护.3 TDCS系统的功能 TDCS系统是综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术为了提高现有运输指挥管理手段、提高调度管理水平和运输效率、改善调度指挥人员工作条件的大型
8、综合性系统工程。TDCS系统功能符合铁道部铁路运输调度指挥管理信息系统（ DMIS ）技术标准 ( 暂行 ) 的要求，包括列车运行实时透明显示，调度管理信息显示，车次号输入、自动跟踪和无线车次校核，紧追踪报警，运行图管理（包含阶段计划的编制、调整和下达，甩挂计划下达，实迹运行图自动生成等功能），列车运行早晚点统计与显示，调度命令下达与管理，日班计划联控，甩挂车管理，施工计划管理，站存车管理，车站行车日志的自动生成，车站自动报点，历史信息再现回放与查询，系统的自诊断和自保护，系统维护，仿真培训，在线帮助功能及与其他系统的联网等功能。TDCS系统的进一步优化及维护建议TDCS系统即列车调度指挥系统
9、，是伴随着铁路信息化发展应运而生的，是铁路提高运输效率确保行车安全的重要手段。首先，让我们了解一下系统的通道组网方案：a网络的层次结构：原TDCS系统是由铁道部中心、路局中心、分局中心和车站四级局域网互联而成的广域网。部中心汇集所有的路局中心，路局中心汇集管内所有的分局中心，分局中心汇集管内所有的车站局域网。伴随着铁路的跨越式发展，2005年3月18日分局的撤销，新建的TDCS系统已经是三级局域网的互联，即取消了分局中心，而既有的TDCS系统则正在向三级过渡。最终讲统一成如下图所示：b互联设备、通道配置及相关协议：(1)传输通道的配置：根据系统的可靠性及速率要求系统的传输通道配置如下：铁道部中
10、心局域网至路局中心局域网的传输通道配置为：2M数字通道；车站局域网间及与路局中心局域网间的传输通道配置为：2M数字通道；上述通道采用的是专线方式，而且均配置了备用或迂回通道；(2)互联设备及相关协议：TDCS系统的网间互连设备采用的是CISCO系列路由器；TDCS系统的网络层通信协议采用的是TCP/IP协议，部中心局域网/路局中心局域网之间应用层协议采用的是铁道部标准协议；路由协议采用OSPF或ERGIP；c站级基层网络的组网方式：根据铁路各路局管内车站分布的具体特点线状分布，同时为了保证每个车站的信息传输均能满足T性及带宽和时延要求，站级基层网络的组网方式采用的是环网方式。即根据车站的地理位
11、置及可利用传输通道情况，将路局管内的所有车站分成多个环组。就每个环组而言，利用选定配置好的传输通道进行串联后将其首尾两站的传输通道接至路局中心局域网的指定路由器。对于组环完成后串联站数较多的环，采用了增加传输通道进行中间抽头的方式进行了环网的保护和带宽的补充。如系图所示：根据所配置的传输通道的带宽，车站环的车站数量安排为：无中间传输抽头时可挂站数小于12，有中间传输抽头时可挂站数小于24；d TDCS系统与传输设备的对接方式：TDCS系统路由器配置的模块接口为V.35接口，当采用2M传输通道时传输设备提供的接口为G.703接口。根据传输通道的特性结合实际设备安装的位置距离，TDCS系统与传输设
12、备的对接方式如图所示分为以下几种：e TDCS系统路由方案及策略：根据TDCS系统网络覆盖范围大，网络节点多的特点，系统在建设时就对关键的节点通道设置进行了至少两条的TDCS系统所要求的可靠保证。在路由协议方面，由于在我单位管内采用的全部是CISCO路由器，因而最终选用了CISCO独家支持的高效协议EIGRP协议。在路由路径的选用方面采用的是最短路径传输数据，最短路径的算法综合考虑途经步数和带宽速率等因素。在正常的通信状态下，各路由器的工作始终选择在最佳路径上。当最佳路径发生故障或误码率过高时，自动转换进入次佳路径，在最佳路径状态恢复后，自动转换回最佳路径。路径的转换时间设置为小于60秒。综上
13、所述，为TDCS系统的概括性组网情况。根据组网情况，结合系统运行和维护的实际情况，对系统的建设、调整和维护提出如下几点建议：1.建设方面的建议：1.1在传输条件具备的前提下，互联通道的选择回避64K通道；伴随着通信光传输技术日新月异的发展，单纤承载的数据带宽越来越大。在传输系统中，低阶通道主要是经过接入复用设备进行分叉复用后进入光传输系统进行传输。为此，系统的互联通道如果选用64K及以下的低阶通道，由于中间有源设备环节的增加和设备性能稳定程度的不同，故然会降低整个系统的性能和稳定性。同时，由于通道速率的降低也降低系统的整体效能。1.2全面选用光缆及光设备完成系统与承载系统的最后一公里接入；根据
14、目前光缆与电缆、光设备与电设备的价格比较可以看出，电缆及电设备的价格已经不占明显的优势。但是从设备的整体运行性能、稳定性和可利用带宽方面看，光缆及光设备却占有明显的优势。因此，在TDCS系统的最后一公里接入建设中一应优选光缆及光设备。1.3改设路由器V.35接口为G.703接口；由于T建设是一项规模较大的应用系统工程，就改设路由器V.35接口为G.703接口问题作为专项提出应为合理性要求。如果能够做出此项更改，即可取消V.35/G.703协议转换器，从而进一步实现同协议端口直接对接，减少中间环节，进一步提高系统运行的稳定性。1.4实现系统路由设备的双备份；为了进一步满足系统的可靠性要求，尽可能
15、地减少单机无备份环节的存在。通过上述系统的组网分析可知，系统中车站局域网路由器是网络中的关键设备，但是存在着单机无备份运行的问题。因此，建设中可以考虑实现此关键点的热备份。2.既有形成系统调整方面的建议：2.1参照上述建设方面的建议进行调整更改，提高系统运行的稳定性；2.2调整路由器路径转换的时间间隔；路由器的路径优选转换是根据对通道的时延、带宽和误码率等多项特性指标进行合理的数据分析和判断后进行的。然而，通信通道的误码等问题的发生是不可以完全避免的，因此也就不可避免经常引发路由器的路径优选转换环节的启动。但是如果热备的双向通信通道，即双向路由路径均有不同程度误码存在，而路由器的转换时间间隔设
16、置又相对较短，则会出现路由器的路径优选转换动作频繁启动，从而造成系统运行过程中的单站中断问题的发生。为此，建议在路由器路径转换的时间间隔参数设置上进行调整，调整的依据要综合考虑所用通信通道传输质量等多方面因素。2.3综合考虑通信传输系统的布局，合理增加通信通道路径；伴随着铁通在铁路通信专网建设规模的不断扩大，在现有部分铁路车站通信站内存在着多套通信传输系统的并行运行的情况。为此，为了进一步提高TDCS系统TDCS系统运行的稳定性和可靠性，使整个系统的运行不依托于单一的通信传输系统，可以在多套通信传输系统落地的车站有选择地增加路由器的端口，进而增加环网的抽头路由路径。从而，保证整个TDCS应用系
17、统在所依托的某一传输系统出现问题时仍能正常运转，为铁路运输提供更好的服务。3.维护方面的建议：3.1调整通信通道中的协议转换设备，实现最小维护单位内的统一；在已建成的既有TDCS系统中，由于建设和建成的时期不同，故而系统网内实现同一功能的设备类型却不尽相同。这样就给通信维护部门的维护工作带来了相当大的困难，首先是负责维护的人员需要掌握同一功能不同类型设备的维护方式和经验，其次是需要相当大的倒代备用设备。为此，尽量调整设备类型实现在最小维护单位内的类型统一，不但可以降低维护工作人员的压力，而且可以减少维护资金的投入。3.2尽可能实现通信通道中的协议转换设备的统一网管；既有建成的TDCS系统中，主
18、要的通信传输设备均具有统一的网管，但是通道构成中各类协议转换设备却不具备或未开通此项功能。为此，对此项设备的维护的难度就相当的大，主要是因为铁路车站的布局特点线状分布，致使对协议转换设备重起、复位及更换均需要相当大的交通成本和维护的时间成本，同时也不能满足铁路行车系统对TDCS系统实时性的要求。如果能够实现对通信通道中的协议转换设备的统一网管或局域性统一网管，均能在降低维护成本的同时较大幅度地提高系统工作的实时性。4 TDCS网络维护4.1 网络安全管理1 系统的安全漏洞检测是实时地检测系统重要服务的状态，提供安全检测工具，以搜索系统可能存在的安全漏洞或隐患，并借助于智能辅助决策系统给出弥补措
19、施的建议。2 网络管理用户分组管理于访问控制要网络管理员按任务的不同分成若干用户组，不同的用户组有不同的权限管理范围，对用的操作由访问控制检查保证用户不能使用网络管理系统。3 安装防病毒软件管理系统，对所有客服端的防毒软件进行统一管理。防火墙是实现网络安全的重要技术，要对各服务器和客服端安装防火墙，因为由路由器只对网络层进行初步的保障，路由器的访问控制列表只能看做防火墙系统的一个补充，复杂的防控系统还需要通过防火墙来实现。 对系统日志和用户操作进行记录和分析，使系统的操作对网络对象的修改有据可查，同时有助于故障的跟踪与恢复。 管理员身份的认证采用公开的密匙的证书认证机制，对于信任域内的用户可采
20、用签单的口令认证方式。对各客服端间的信息传输也采用了安全的套接子层传输协议，对管理信息加密传输并保证其完整性。 对网络对象所发出的告警事件，进行与安全相关的信息分析，提供历史安全事件的检索和分析机制，及时地发现正在进行的攻击或可疑的攻击迹象。4.2网络拓扑管理基于网络拓扑图可进行网络监视，在性能、告警、配置等方面动态反映网络的变化，并在网元上可获得完整的配置信息。网络拓扑浏览可切换到不同的网络视图，根据需要选择是否显示或隐藏某些类型的网元，查看节点对象配置属性；正确反映网元及其网元间的连接关系；查看网元相关的故障、性能信息，查看网元的告警详情和历史信息，并可启动相关的仿真终端程序，输出图形文件
21、并发不到公用信息系统中，运用能显示自身属性的工具和易于却别的图标显示，结合自动发现，可动态更新拓扑网络。拓扑图监视可实时反映网元的告警类别与级别，根据不同告警提示状态，发出告警声音提示。4.3 网络配置管理 网络配置信息通常包括网络设置的拓扑关系、域名、IP地址、运行参数、备份条件和配置更改条件等内容的所有管理范围内的所有设备的任何静态和动态信息。网络配置管理包括定义配置信息、设置和修改管理对象的属性、监视属性值和关系变化、生成配置状态报告等。定义配置信息通常采用简单的列表方式，每一项对应于某一个属性值。设置和修改管理对象的属性值只有符合要求的管理者才能运用该功能，必须严格限制可修改的设备的数
22、量、参数和响应时间，保证在修改配置属性是，不会导致整个网络的瘫痪或只要的服务功能丧失。在定义和修改管理对象间的关系时，应在不影响任何一部分的条件下，动态修改、增加、删除网络设备间的相互联系、连接关系以及彼此间的依赖条件。管理域的数据修改，要确保管理域内的管理授权和管理模式是一致的。4.4 网络性能管理 监控网络设备和相应的所有连接，监视设备和线路的使用率、出错率及相应的阀值，并进行阀值报警。 定期的历史数据分析，及时提醒管理者和决策者做出设备或线路的升级计划，保证设备和线路的容量不会因过度使用而出现网络性能急剧下降的情况。 网络实行实时监控，采集实时数据，提供对流量、负载、丢包、设备温度、网络
23、延时、工作状态等信号和网络设备及线路的性能指标进行实时检测，进行可视化分析。4.5网络测试 为了便于管理人员的工作，IP Net Manager提供了一些列自动工具帮助管理人员查找、诊断和排除网络故障及进行网络测试。 （一）Ping测试 Ping是一个回显协议，使用ICMP响应请求和响应应答报文。Super ping的功能有： Loop back ping用于验证TCP/IP软件的操作； Ping地址确定能否寻址物理网络设备； Ping远程IP地址验证能否寻址网络 Ping远程主机名验证主机上某个服务器的操作。 （二）Traceroute 路由器跟踪向管理人员报告管理系统所在设备与目标设备之间
24、的路由信息。根据故障定位的需要，IP Net Manager设计了路由器跟踪程序，进行图形化的路由跟踪和呈现。（三）包-时延关系测试 包-时延关系测试以图的形式向管理人员显示发向目标设备的包与时延之间的对应关系。实现中利用路由跟踪程序，因为而该程序中含有时间信息。测试包大小将从100字节到1200字节，每次增加100字节大小，每种大小的包个发5个，计算平均延时；然后利用所测数据以图的形式返回给管理人员。图中的横轴表示以字节为单位的包大小，纵轴表示以毫秒为单位的延时。（四）仿真终端 仿真终端实现Telnet功能，可以登录到远端设备，直接进行相应的管理和配置功能。Telnet仿真终端程序可以记录任
25、何操作指令。（五）接口带宽实时检测功能 通过SNMP采集，对给定的一台设备的其中一个或多个接口，实时采集带宽的使用情况，根据需要能够统计出带宽的利用率等性能指标，并且能够通过图形或者表格形式进行呈现。（六）IP Browser功能 给定一个IP地址段，要求对其中的每一个IP地址进行测试，列车哪些IP地址当前处于活动状态。对于当前活动的IP，能够测试出设备类型，设备连接口状态等基本信息。（七）MIB浏览 IP Net Manager通过集成Unicenter TNG 的Object View工具实现MIB浏览功能。Object View可以把公有的MIB文件和厂家私有的MIB文件为信息源，将真个
26、TDCS业务网的管理信息模型呈现在网管人员面前。4.6客服端管理客服端管理的对象分布于TDCS业务网络的各个局域网之中，运行着关键业务应用的主机系统，包括各种应用服务器、工作站等。监视主机的运行状况就是要对主机系统正在运行的CPU、内存、物理磁盘、逻辑卷、交换区、文件系统、进程与服务、日志、作业、会话、网络接口卡以及IPC等资源使用情况进行实时监控。同时，通过设定告警阀值，在支援使用超标的情况下产生告警信息。在获取个主机系统产生的系统故障和告警处理，进行集中存放于日志文件或数据库中，并支持事件分类、排序、过滤、关联和转发等操作，另外通过捕获的事件于预定义策略进行匹配，对特定事件自动进行响应，响
27、应的方式可以是执行脚本或二进制程序，发送电子邮件、发出声/光报警、发送网络消息等来通知管理员。4.7网络安全风险评估风险评估是网络安全防御的一项重要技术，其原理是根据已知的安全漏洞知识库，对目标可能存在的安全隐患进行逐项检查。目标可以是工作站、服务器、交换机、数据库应用等各种对象，然后根据扫描结果向系统管理员提供周密可靠的安全性分析报告，为提高网络安全整体水平产生重要依据。在网络安全体系的建设中，安全扫描工具花费低、效果好、见效快，与网络的运行相对对立，安装运行简单，可以大规模减少安全管理员的手工劳动，有利于保持全网安全政策的统一和稳定。风险评估技术基本上可分为主机和网络两种，前者主要关注软件
28、所在主机上面的风险漏洞，后者则是通过网络远程探测其他主机的安全风险漏洞。网络采用的通信协议并不是为安全通信而设计的，这些协议和网络设备存在一些固有的安全隐患，入侵者可利用这些漏洞，通过网络实施攻击。基于网络的风险评估技术，主要是模拟黑客攻击的方法，检测网络协议、网络服务、网络设备等方面的漏洞。关键业务和宝贵的信息资源都要依赖于数据库平台，数据库本身的漏洞和错误配置同样会引起严重的安全问题，数据库的风险评估主要针对数据库系统的授权、认证和完整性方面进行安全漏洞检测。4.8网络入侵监控和防御技术入侵检测系统（IDS）采取基于网络或主机的办法来辨认并躲避攻击。在任何一种情况下，都要寻找“攻击标志”，
29、即一种代表恶意或可疑意图攻击的模式。当IDS在网络中寻找这些模式时，它是基于网络的。而当IDS在记录文件中寻找攻击标志时，它是基于主机的。次两种方法互为补充，一种真正有效的入侵检测系统应将二者结合。基于网络的入侵检测系统使用原始网络包作为数据源。IDS通常利用一个运行在随机模式下网络的适配器来实时监视并分析通过网络的所有通信业务。它的攻击辨识模块通常使用四种常用技术来识别攻击标志： 模式、表达式或字节匹配； 频率或穿越阀值； 低级时间的相关性； 规统学意义上的非常规象检测。一旦检测到了攻击行为，IDS的响应模块就提供多种选项以通知、报警并对攻击采取相应的反应。通常都包括通知管理员、中断连接并且
30、为法庭分析和证据收集而做的会话记录。4.9访问控制根据TDCS网络和生产运行的需要，制定详细的网络资源访问控制策略以及管理落实制度是安全防御的一个重要内容。访问控制具有基于IP地址、域名和用户身份等几种形式。身份认证技术是实现基于用户身份的访问控制的基础。路由器、防火墙、主机则是实现访问控制的只要网络手段。（一） 路由器路由器是实现网络资源访问控制的基本手段。接入层路由器和网管系统、办公系统的交换机是实现网络资源访问控制的主要位置。按照制定的TDCS安全策略配置访问控制列表（ACL）可以实现有效的基于IP地址的访问控制。（二） 防火墙防火墙可以实现比路由器更加细化的访问控制，合理配置的防火墙是
31、保证访问控制策略的有力手段。防火墙可以实现基于IP地址、域名和用户身份等的控制访问。（三） 主机主机本身的资源访问控制手段是整个访问控制体系的最后堡垒。以Windows NT实现资源访问控制为例，主要手段包括： 用户； 用户组； 注册表； 网络属性高级配置（控制面板-网络-网卡属性-高级配置）； Windows IIS Server高级配置4.10网络病毒防控在TDCS中，病毒的防治是一个非常重要的工作，根据TDCS的现状，可能存在以下病毒的来源：1 网络中的工作站。可能会运行带病毒或恶意代码的后门程序，文件等载体，使病毒通过网络在TDCS中迅速传播。2 来自外部的邮件，可能带有恶意代码或有病毒的附件。3 其他来源。在TDCS中没有和Interner的连接，所以TDCS采用下面的措施对病毒进行防范：1 采用可以进行集中管理的企业级网络病毒防范系统。2 在TDCS和TMIS等外部网络连接处，配置网关防毒软件，对进入网络中的基于HTTP、SMTP、FTP协议的数据进行内容安全的检查。3 在网络中的个重要服务器，安装基于服务器进行保护的病毒防治软件，并可以通过网络中的一台管理服务器进行统一的安装、策略配置、查杀毒、升级等各方面的操作。4 在网络中的各总要服务器，安装基于工作站进行保护的病毒防治软件，并可以通
