《電子技術(shù)應(yīng)用》
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提高電子表決投票系統(tǒng)可靠性的技術(shù)方案
2015年微型機(jī)與應(yīng)用第14期
謝克峰
(人民大會(huì)堂管理局,北京 100800)
摘要: 對(duì)當(dāng)前主流電子表決投票系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行梳理,理論結(jié)合實(shí)際對(duì)系統(tǒng)存在的安全隱患進(jìn)行分析歸納,,找出關(guān)鍵原因。結(jié)合理論知識(shí)和現(xiàn)有系統(tǒng)特點(diǎn),,制定最優(yōu)技術(shù)改進(jìn)方案,暨組建環(huán)狀總線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制器雙機(jī)熱備功能,。以最低成本優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了系統(tǒng)安全性和可靠性,。同時(shí)注意改進(jìn)方案帶來(lái)的新問(wèn)題,,避免新方案帶來(lái)新的不可靠因素。
Abstract:
Key words :

  摘  要: 對(duì)當(dāng)前主流電子表決投票系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行梳理,,理論結(jié)合實(shí)際對(duì)系統(tǒng)存在的安全隱患進(jìn)行分析歸納,,找出關(guān)鍵原因。結(jié)合理論知識(shí)和現(xiàn)有系統(tǒng)特點(diǎn),,制定最優(yōu)技術(shù)改進(jìn)方案,,暨組建環(huán)狀總線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制器雙機(jī)熱備功能,。以最低成本優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,提高了系統(tǒng)安全性和可靠性。同時(shí)注意改進(jìn)方案帶來(lái)的新問(wèn)題,,避免新方案帶來(lái)新的不可靠因素,。

  關(guān)鍵詞表決器串口,;數(shù)據(jù)幀,;網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),;雙機(jī)熱備

0 引言

  伴隨著電子芯片、集成電路,、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的進(jìn)步,,電子表決投票系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。電子表決投票系統(tǒng)正式進(jìn)入我國(guó)使用要追溯到20世紀(jì)80年代末90年初,,最初應(yīng)用在人大、政協(xié),、政府等部門(mén)的各類(lèi)議案表決,、民主評(píng)議、人事選舉等方面,,確保了各類(lèi)表決事項(xiàng)的結(jié)果精確,,準(zhǔn)確表達(dá)了各方意見(jiàn)。后來(lái),,隨著電子表決系統(tǒng)的發(fā)展以及各類(lèi)選秀,、比賽等節(jié)目的發(fā)展,催生了電子表決系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)投票,、測(cè)評(píng)打分,、現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)等方面的需求。

1 電子表決投票系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

  電子表決投票系統(tǒng)可分為有線表決投票系統(tǒng)和無(wú)線表決投票系統(tǒng),,本文主要針對(duì)有線表決投票系統(tǒng)進(jìn)行探討?,F(xiàn)在主流表決投票系統(tǒng)一般采用總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由終端計(jì)算機(jī),、控制器和終端表決器3部分組成,,如圖1所示。

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  控制計(jì)算機(jī)安裝串口[1]控制卡,,通過(guò)串口線(RS-232,、RS-422或RS-485)與表決器控制器連接;表決控制器通過(guò)專(zhuān)用總線(以1條為例)與終端表決器連接,,承擔(dān)通信和給表決器供電功能,;表決器之間采用手拉手連接方式,供電電路實(shí)際為并聯(lián)模式,,通信接口則采用總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。

  數(shù)據(jù)流采用逐級(jí)增加地址報(bào)頭的方式生成數(shù)據(jù)幀[2],結(jié)構(gòu)如表1所示,。

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  其中,,表決器地址用來(lái)標(biāo)示定位表決器,8 bit,,地址范圍為0~255,;控制器地址用來(lái)識(shí)別特定控制器,,8 bit,地址范圍為0~255,;串口卡地址用來(lái)區(qū)別串口卡,,8 bit,地址范圍為0~255,,但實(shí)際中計(jì)算機(jī)卡槽有限,;系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符用來(lái)判斷是否為表決系統(tǒng)數(shù)據(jù),8 bit,,特定字段,,比如全0;信息幀為表決系統(tǒng)的控制指令,、通信信息數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)核心報(bào)文,。這樣從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上,保證了系統(tǒng)的大容量和擴(kuò)充性,。

2 系統(tǒng)主要安全隱患

  電子表決系統(tǒng)由于應(yīng)用環(huán)境非常特殊,,對(duì)于其數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性要求非常高,尤其在法律議案表決,、人事選舉等方面要求更高,,絕不能出現(xiàn)因?yàn)橄到y(tǒng)故障而改變最終結(jié)果的情況,因此對(duì)系統(tǒng)的安全可靠性提出了更高的要求,。從理論上和實(shí)際使用中看,,目前系統(tǒng)都存在結(jié)構(gòu)性安全隱患,實(shí)際中也曾出現(xiàn)過(guò)系統(tǒng)故障,,影響較大,。其主要隱患表現(xiàn)在以下幾方面。

  2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安全隱患

  目前控制器到終端表決器采用手拉手式總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3],,總線上傳輸信息通常多以基帶形式串行傳遞,,每個(gè)表決器上的接口板硬件均具有收、發(fā)功能,,控制器負(fù)責(zé)接收總線上的串行信息并轉(zhuǎn)換成并行信息送到工作站,。理論上采用總線型結(jié)構(gòu),表決器之間互不影響通信,,但是在實(shí)際使用環(huán)境中,,由于手拉手的結(jié)構(gòu),每個(gè)表決器都承擔(dān)了總線的傳輸作用,,如圖2所示,。

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  如果第1個(gè)表決器故障或失效,將導(dǎo)致其下端的多個(gè)表決器全部出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,、失效,、表決器掉線等問(wèn)題,。實(shí)際維護(hù)過(guò)程中,這個(gè)問(wèn)題也經(jīng)常出現(xiàn),,很大程度影響系統(tǒng)的安全性,、可靠性,影響投票表決結(jié)果的準(zhǔn)確性,、真實(shí)性,、可信度。為提升系統(tǒng)安全可靠性,,克服網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的缺陷是應(yīng)著手解決的問(wèn)題,。

  2.2 單控制器的安全隱患

  控制器雖然有幾條干線,但是每一組表決器只有一條線路連接,,一旦主干線出現(xiàn)故障,則該組表決器全部掉線,、失效,。即便通過(guò)線路備份方式,也只是冷備份,,會(huì)議過(guò)程中根本來(lái)不及更換處理,。

  同時(shí),系統(tǒng)采用單一控制器連接多組終端表決器,。由于沒(méi)有熱備份,,一旦控制器出現(xiàn)故障,則該控制器所連接的所有表決器(通常上百個(gè))都會(huì)失效,,影響范圍很大,,系統(tǒng)存在很大的安全隱患。

  從安全可靠性角度看,,控制器方面有很大的提升空間,。解決這一問(wèn)題,是提高系統(tǒng)整體可靠性的至關(guān)重要的一步,,是重點(diǎn)考慮的努力方向,。

3 技術(shù)改進(jìn)方案

  針對(duì)系統(tǒng)存在的安全隱患,特提出控制器與表決器組網(wǎng)改進(jìn)方案,,以便提升系統(tǒng)安全性,、可靠性。組網(wǎng)方式借鑒計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理知識(shí)進(jìn)行研究,,同時(shí)又要考慮網(wǎng)絡(luò)實(shí)施成本,、復(fù)雜度、設(shè)備接口情況等因素,,綜合考慮,,選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)方案,。

  在所有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]似乎可靠性最高,,而且優(yōu)點(diǎn)明顯:便于集中控制,,終端表決器互不影響,安全可靠,;網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較小,,傳輸誤差較低。但是與此同時(shí),,其缺點(diǎn)也很突出:線路繁多,,不能共用;線路維護(hù)工作復(fù)雜,;中心設(shè)備接口多(要求表決控制器接口256個(gè)以上),,維修檢測(cè)工作量很大;成本太高,,施工復(fù)雜,。綜合各方因素不建議采用。

  3.1 組網(wǎng)建議方案

  組網(wǎng)方案力求既要增加安全可靠性,,又要兼顧施工維護(hù)復(fù)雜度,、成本等因素。原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雖然有很大隱患,,但其優(yōu)點(diǎn)也很突出,,比如:施工費(fèi)用低、布線要求簡(jiǎn)單,、組網(wǎng)靈活,、擴(kuò)充方便等。建議在原有總線型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上改造成環(huán)狀雙向總線網(wǎng)絡(luò),。系統(tǒng)表決器之間仍采用手拉手的方式連接,,由兩臺(tái)控制器分別作為主、備控制器,,連接在表決器組的首尾兩端,,主、備控制器之間通過(guò)控制線相連,,組網(wǎng)成環(huán),,如圖3所示。

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  從另一方面看,,雙控制器實(shí)際上處于雙機(jī)熱備[4]工作狀態(tài),。主備控制器工作在主-備方式(Active-Standby方式)下,主-備方式指的是一臺(tái)控制器處于某種業(yè)務(wù)的激活狀態(tài)(即Active狀態(tài)),,另一臺(tái)控制器處于該業(yè)務(wù)的備用狀態(tài)(即Standby狀態(tài)),。

  3.2 工作原理

  系統(tǒng)具備實(shí)現(xiàn)環(huán)路雙向通信功能,,主備控制器采用雙機(jī)冗余工作和信息同步[5]的方式。正常工作時(shí),,所有表決器與主控制器進(jìn)行正向通信,;備控制器可視為一個(gè)總線終端匹配器,處于監(jiān)聽(tīng)工作狀態(tài),,實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)主控制器指令和表決器返回的數(shù)據(jù),,與主控制器進(jìn)行信息同步,當(dāng)兩者數(shù)據(jù)相匹配時(shí),,可視為通信正常,。

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  當(dāng)某個(gè)表決器出現(xiàn)故障時(shí),啟用系統(tǒng)級(jí)故障檢測(cè)機(jī)制(心跳檢測(cè)),,當(dāng)檢測(cè)到其下聯(lián)的表決器無(wú)法與主控制器通信時(shí)(如圖4所示),,主控制器指令和表決器返回的數(shù)據(jù)不能匹配,則備控制器馬上激活工作,,既向表決器轉(zhuǎn)發(fā)主控制器指令,,又向主控制器發(fā)送表決器返回?cái)?shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)反方向傳輸數(shù)據(jù),,從而實(shí)現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)正常通信,提升系統(tǒng)安全性可靠性,。

  通過(guò)主備控制器和手拉手表決器將總線網(wǎng)絡(luò)形成環(huán)路,,繼承了手拉手總線結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn),又實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)鏈路冗余備份,,建立備份機(jī)制,,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了控制器雙機(jī)熱備的體系,以有限的代價(jià),、簡(jiǎn)化的維護(hù)程序,、較短維修時(shí)間,大幅提高系統(tǒng)可靠性,、安全性,。

  3.3 需要解決的問(wèn)題

  新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案雖然具備能大幅提高系統(tǒng)的安全可靠性,但是實(shí)際還有一些應(yīng)該注意的問(wèn)題,。

 ?。?)控制器需重新設(shè)計(jì)軟硬件和接口,包括:控制器能夠進(jìn)行主備機(jī)狀態(tài)設(shè)置,;優(yōu)化優(yōu)先級(jí)和權(quán)限分配,,避免出現(xiàn)沖突;增加互連接口等方面,。

 ?。?)注意解決主備控制器雙機(jī)熱備的手動(dòng)切換模式操作步驟和故障切換的沖突處理,。

  (3)表決器需要具備數(shù)據(jù)記錄,、數(shù)據(jù)重發(fā)等功能,,供故障發(fā)生后備用控制器調(diào)用。

 ?。?)需另外增加備用主干線路連接至備用控制器,。

4 結(jié)論

  改進(jìn)結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制器工作模式的優(yōu)化升級(jí),,保留了原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的眾多優(yōu)點(diǎn),,消除了原有系統(tǒng)安全隱患,大幅提高了系統(tǒng)可靠性,,并指出了電子表決投票系統(tǒng)的一個(gè)改進(jìn)方向,。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步,系統(tǒng)還會(huì)不斷升級(jí)完善,,安全可靠性也會(huì)越來(lái)越高,。

參考文獻(xiàn)

  [1] BRAHLER ICS.Documentation of MATH32.DLL for CDS System[Z]. BRAHLER ICS Germany,2007.

  [2] 馮博琴,,吳寧.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)(第3版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,,2011.

  [3] 郭軍.網(wǎng)絡(luò)管理(第3版)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2008.

  [4] 劉勝永,,黃力.基于雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,,2007,2(2):16-18.

  [5] 姜堅(jiān)華.雙機(jī)熱備系統(tǒng)的技術(shù)研究和具體實(shí)現(xiàn)[J].微型電腦應(yīng)用,,2004,,3(3):9-11


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