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AFC系统通信中间件的研究与设计

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学校代号10536 学号0810803550 分类号TP391 密级公开硕士学位论文AFC系统通信中间件的研究与设计学位申请人姓名张良春培养单位长沙理工大学导师姓名及职称龙鹏飞教授学科专业计算机应用技术研究方向人工智能及应用论文提交日期2011年3月学校代号：10536学号：0810803550密级：公开长沙理工大学硕士学位论文AFC系统通信中间件的研究与设计学位申请人姓名张良春导师姓名及职称龙鹏飞教授培养单位长沙理工大学专业名称计算机应用技术论文提交日期2011年3月论文答辩日期2011年5月答辩委员会主席车生兵教授Research and Design of Communication Middlewareon AFC SystembyZhang LiangchunB.E.( Hunan City University) 2008A thesis submitted in partial satisfaction of theRequirements for the degree ofMaster of EngineeringinComputer Application TechnologyinChangsha University of Science & TechnologySupervisorProfessor Long PengfeiMarch, 2011长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。

2（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要随着城市化进程的加速，城市人口暴增，城市交通压力越来越严重。

中国各大城市都在想方设法解决这方面的问题，其中就投入了大量人力物力财力进行城市轨道交通的建设，因此城市轨道交通智能化和信息化的发展空间巨大。

自动售检票（Automatic Fare Collection, AFC）系统作为轨道交通智能化设备的重要组成部分，其信息化建设一直备受重视。

中间件技术作为一种前沿的软件应用技术，在各种软件系统中发挥着集成度高、可复用性强和提高应用开发效率的优势。

本文通过对中间件，特别是通信中间件的研究，阐述了一种通过通信中间件来提高AFC系统软件可靠性、降低开发成本、缩短开发周期的开发体制。

本文根据通用性和易维护性原则设计了一种基于消息的通信中间件，同时利用具备兼容性的C++和socket开发技术，封装了一套为各种系统应用软件提供统一接口的通信模式。

该通信中间件屏蔽网络连接，不再考虑通信方面的细节问题。

在具体实现过程中，运用了以下几点技术来优化通信中间件的性能：采用多线程技术并发通信，提高了数据传输效率，降低了CPU的占用率；对紧急信息开辟实时的通道，对其做专门的处理，尽可能减少这类消息的延时；对所有消息实行优先级控制，建立数据缓冲机制，应用程序在轮询消息队列时，优先检测级别高的消息队列；提供了加密过程，确保数据传输过程中的安全。

根据实际应用情况，使用通信中间件后，简化了AFC系统的开发，提高了应用软件的开发效率，使开发人员更加专注于对具体业务的研究。

关键词：中间件；消息队列；并发处理；SocketABSTRACTWith the acceleration of urbanization process and the explosion of urban population, pressure on urban transport becomes more and more intense. Many big cities in China are trying to solve this problem through investments of a great deal of human, material and financial resources in the construction of urban rail transit system, so the intelligence and information technology development of urban rail transit has a great potential; AFC (Automatic Fare Collection) system acting as an important part of intelligent rail transportation equipment and its information construction has always been given priority. Middleware, as a cutting-edge software application technology, in a variety of software systems has a lot of advantages such as a high integration, a high reusability, and a better application development efficiency. Through studying the middleware, the communication middleware in particular, this paper describes the development system which can improve AFC system’s software reliability, lower development costs and shorten development cycle with its help.According to the principles of commonality and easy-maintainability, a message based communication middleware is designed, while taking advantages of C++ and Socket technologies, a communication pattern of unified interface for different systems and applications is designed.The communication middleware can shield the network connection and thus it is needless to consider the communication details. In practical implementation, several techniques are used to improve the performance: the multi-thread technology for simultaneous communication to improve the data transmission efficiency as to reduce the occupancy rate of CPU; the real-time channel for emergence messages as to reduce the delay; the priority control and data buffer for all messages as to give priority to higher priority message in polling message sequence; encryption procedure of data transmission as to guarantee the security.The research shows that the application of communication middleware can simplify the development of AFC system, improve the development efficiency of application software and enable the developers to give a higher focus on the specific business.Key words:Middleware ; Message Queue ; Concurrent Process ; Socket目录摘要........................................................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................................. II 第一章绪论1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文所做的工作 (3)1.4 本文的内容组织 (3)第二章中间件技术分析2.1中间件的概述 (5)2.2 通信中间件的几种形式 (6)2.2.1远程过程调用 (6)2.2.2会话编程 (6)2.3 面向消息的中间件技术 (7)2.3.1消息传递的相关概念 (8)2.3.2消息中间件的结构 (10)2.3.3消息队列技术 (12)2.3.4消息路由 (13)2.4 网络通信协议 (15)2.4.1 TCP传输控制协议 (15)2.4.2 UDP用户数据报协议 (16)第三章AFC系统通信中间件的分析与设计3.1 AFC系统简介 (18)3.1.1 AFC系统结构 (18)3.1.2 AFC系统功能需求 (19)3.2 通信中间件总体设计 (21)3.3 通信管理器设计 (21)3.3.1 功能说明 (22)3.3.2 通信管理器结构 (22)3.4 用户接口设计 (24)3.4.1功能说明 (24)3.4.2 用户接口的结构 (24)第四章AFC系统中间件实现4.1 Socket技术 (26)4.1.1 Socket基础 (26)4.1.2 Socket通信实现 (27)4.2 自定义通信协议 (29)4.2.1 本地通信协议 (29)4.2.2 业务通信协议 (30)4.3 通信中间件的消息处理机制 (31)4.3.1 消息传递方式 (32)4.3.2 并发机制 (33)4.3.3 消息队列优先级调度 (33)4.3.4 拥塞控制 (34)4.4 通信中间件的具体实现 (35)4.4.1 功能模块划分 (35)4.4.2 系统接口 (36)4.4.3 内部处理通信流程 (38)4.5 仿真实验 (40)4.5.1 实验环境 (40)4.5.2 实验软件 (40)4.5.3 实验数据 (41)4.5.4 实验结论 (42)结论与展望 (43)参考文献 (44)致谢 (47)附录（攻读硕士学位期间发表录用论文） (48)第一章绪论1.1 研究背景及意义随着城市化进程的加速，城市人口暴增，城市交通压力越来越严重。

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轨道交通AFC系统网络通信概要设计

轨道交通AFC系统网络通信概要设计

轨道交通AFC系统网络通信概要设计陆斌;牛国柱【摘要】The design of communication model of the automatic fare collection (AFC) system in rail transit is a prerequisite for realizing data transmission. The quality of communication model directly affects the reliability of data transmission in the AFC system, and it plays a decisive role in the performance of the AFC system. Therefore, based on the comparison of different means of communication and combined with functional requirements of the communication module in the AFC system, the communication framework of the entire system is designed.%轨道交通AFC系统通信模型的设计是实现数据传输的前提和必要条件.通信模型的优劣会直接影响到AFC系统数据传输的可靠性,对AFC系统的性能有着决定性的作用.因此,在比较各种通信方式的基础上,结合AFC系统通信模块的功能需求,设计出整个系统的通信框架是非常有必要的.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)023【总页数】3页(P138-140)【关键词】轨道交通;AFC;通信框架;TCP/IP协议【作者】陆斌;牛国柱【作者单位】南京熊猫信息产业有限公司,江苏南京210002;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TN711-34;TP29全自动收费(Auto Fare Collection, AFC)系统是融合计算机技术、信息收集和处理技术、机械制造于一体的自动化售票、检票系统，具有很强的智能化功能[1]。

轨道交通AFC系统网络通信概要设计

轨道交通AFC系统网络通信概要设计

轨道交通AFC系统网络通信概要设计作者：武鹏来源：《中国新通信》 2017年第18期一、地铁AFC 系统当期我国地铁运行中的AFC 系统中对各种设备的应用中主要是分为下面几种方式：线路层、终端设备层以及车站层，每个层中的设备组成以及对于通信中各项网络的运行要求存在着很大的不容，因此在进行各自的结构设计与实际的应用中存在着非常大的不同，要认真的区别对待。

在这三层次的结构中，SLE 层需要进行冗余设计，一般在工作中直接与乘客相接触。

SC、LC 两层主要是负责进行管理，同时也是各项数据的聚集场所，对于保证系统的可靠性有着非常高的需要。

二、AFC 系统通信网络的研究2.1 SDH 传输协议同步数字体系是通过时分复用作为基础系统建立的一种同步数字技术方式，通过对于数位信号中的不同传输速度对不同等级的信息以及结构进行提供，其中应用到的主要是映射方法、复用方法以及同步方法等方式。

SDH-N 结构上由270×Nbyte 组成每行，一共包含9 行，一共包含9×270×NB，而对于每个字节包含着8bit，因此每帧的大小一共是包含19440×Nbit，每帧的运行周期是125μs，即每秒传输8000 帧。

对于STM-1 而言，其最大传输速率为9×270×8×8000=155.520Mb/s。

SDH 中对于发送中的每个字节，通过从上向下的顺序进行传送，每行先左后右。

2.2 AFC 系统的网络拓扑按照网络拓扑中的自愈网来看，将其各种保护作用按照不同分为了环间业务保护、链形网络业务保护以及环形网络业务保护三种形式，当前我国国内地铁行业中将SDH 网络进行划分，主要是将其拓扑结构应用为环形网络的形式，通过二纤单向、二纤双向、二纤双向复用和四纤双向复用段的方式实现保护作用。

2.3 AFC 系统网络交换设备及相关技术SDH 设备是通过各种不同的传输业务实现技术的控制作用的，当前对于于AFC 系统中的板卡进行分析，发现支撑AFC 系统进行数据上的传输中主要是通过以太网来进行传输和承担的，一般在SDH 设备上负责以太网传输的是通过双路透传千兆以太网板，通过以太板设备进行透传模式的应用，通过2 路千兆以太网来实现对信号系统的透明传输，系统中所用的端口支持PPP/GFP 封装协议、VC3 实级联或VC3/VC4 虚级联、LCAS 协议。

城市地铁AFC系统标准化建设研究

城市地铁AFC系统标准化建设研究

城市地铁AFC系统标准化建设研究随着城市化进程的加速，城市地铁已经成为了越来越多城市的重要组成部分，同时也是人们出行首选的公共交通工具之一。

为了提高城市地铁的运行效率和管理水平，保障乘客的出行安全和便利，城市地铁AFC（Automatic Fare Collection）系统成为必不可少的设施。

然而，当前城市地铁AFC系统建设仍面临着标准化不足的问题，本文将对此进行探讨和研究。

一、城市地铁AFC系统的基本概念和功能城市地铁AFC系统，是一种自动化的乘车票务收费系统，拥有自动扣费、存储乘客信息、提供智能票务服务等功能。

城市地铁AFC系统主要由以下几个组成部分构成：1. 刷卡设备：包括车站内的自动售票机、读卡器、闸机等，在地铁车站设有，是乘客实现自助购票、出入闸机的重要设备；2. IC卡：一种安全存储卡片，代替传统的纸质车票，将乘客的个人信息和乘车记录等信息存储在其中；3. 后台管理系统：包括分站管理系统、数据分析系统、安全监控系统等，对整个城市地铁AFC系统的运转进行监控和管理。

随着城市地铁的覆盖面积不断扩大，城市地铁AFC系统建设不断深入，但仍面临着以下几个问题：1. 标准化不足：由于各城市的建设标准不同，AFC系统标准化程度不够，如设备型号不统一、电信网络兼容性不足等问题都需要得到解决；2. 兼容性差：由于城市地铁AFC系统建设往往依赖于各个城市的单独建设，导致兼容性不足，无法实现不同城市互联互通、实现数据交换和共享；3. 安全性不高：城市地铁AFC系统中存储了乘客的个人隐私和票务信息等，如果安全管理不当，将带来极大的安全风险，如个人信息被泄露、系统被攻击等；4. 服务质量不足：由于AFC系统建设的区域不同，乘车费用、票务类型、优惠方式等会存在差异，也会导致服务质量不同，乘客疑惑度增大，选择乘坐意愿降低。

1. 建立标准化框架：通过对城市地铁AFC系统建设进行调研和分析，建立一套AFC系统建设标准化框架，包括设备采购、信息管理、安全保障等方面；2. 统一设备采购标准：在城市地铁AFC系统建设中，采用统一的设备采购标准，优化设备性能和兼容性，尽可能减少不必要的设备差异，提高设备使用效率和系统管理水平；3. 提升数据共享能力：通过采用标准的数据采集和存储方式，实现数据互联互通，促进城市地铁AFC系统的普遍共享和数据交换，同时也为后续城市地铁智能化建设提供基础数据支持；4. 加强安全保障措施：对城市地铁AFC系统的各个环节进行安全管理和运营风险评估，完善安全管理机制和体系，加强数据保护和防范信息泄露，从制度、技术、管理等各方面加强安全保障。

城市地铁AFC系统标准化建设研究

城市地铁AFC系统标准化建设研究

城市地铁AFC系统标准化建设研究城市地铁AFC（Automatic Fare Collection）系统是指用于地铁乘客付费的自动化集成系统。

该系统结合了计算机技术、通信技术和智能卡技术，可以实现地铁乘客的刷卡进站、乘车和出站的自动化处理。

随着城市地铁的快速发展，AFC系统在提高运营效率、减少人工成本和改善乘客体验方面发挥着重要作用。

AFC系统标准化建设是指基于国家相关标准和规范，对地铁AFC系统的设计、建设和运营进行规范化和标准化的过程。

标准化建设可以统一各个地铁线路的AFC系统，提高系统的互操作性和兼容性，减少系统之间的技术差异和数据冲突。

标准化建设还可以推动AFC系统的创新和发展，提高系统的安全性、可靠性和智能化水平。

一是技术标准方面。

对AFC系统的硬件设备、软件平台、通信技术和智能卡技术等进行规范化。

制定智能卡的接口标准，确保不同城市的地铁线路可以使用同一类型的智能卡进行乘车支付。

二是数据标准方面。

对地铁AFC系统的数据格式、数据交换和数据安全等进行规范化。

制定乘客刷卡记录的数据格式，确保不同系统之间可以顺利地进行数据交换和共享。

三是安全标准方面。

对地铁AFC系统的安全保障措施进行规范化。

加强对支付信息的加密和防范，保护乘客个人信息的安全。

四是管理标准方面。

对地铁AFC系统的运营和管理进行规范化。

制定运营商和管理部门的责任和权益，确保AFC系统的正常运行和维护。

通过标准化建设，可以有效提高城市地铁AFC系统的效率和质量，为乘客提供更便捷、安全和舒适的乘车体验。

标准化建设还可以促进不同城市之间的技术共享和合作，推动AFC系统的统一标准和国际化发展。

城市地铁AFC系统标准化建设是一个重要的研究课题，有利于推动城市地铁的科技发展和现代化建设。