張 樂 ，劉 云

（北京交通大學(xué) 通 信與信息系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1 00044）

近幾年，高速鐵路的迅猛發(fā)展，對鐵路的運(yùn)營管理系統(tǒng)提出了更高要求。我國現(xiàn)有一套比較完善的鐵路信息管理系統(tǒng)，它包括DMIS（調(diào)度指揮管理信息系統(tǒng)）、TDCS（鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)）、TMIS（鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)）等。這些系統(tǒng)實(shí)行鐵道部、鐵路局、原鐵路分局3級調(diào)度管理的體制，采取集中采購、集中維護(hù)管理、集中安排使用的管理方式。在鐵路系統(tǒng)運(yùn)營過程中除了運(yùn)營核心系統(tǒng)，還需要很多運(yùn)營支撐系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一般是各鐵路局各自采購設(shè)計(jì)與維護(hù)管理，造成大量的維護(hù)費(fèi)用和重復(fù)性建設(shè)。

為提高系統(tǒng)可靠性而采取的冗余設(shè)計(jì)更是資源的一種浪費(fèi)。為此我們提出一套在云計(jì)算平臺上基于云計(jì)算開放構(gòu)架（CCOA）的多系統(tǒng)架構(gòu)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的

鐵路運(yùn)輸安全平穩(wěn)的運(yùn)行依靠運(yùn)營核心管理系統(tǒng)和與之協(xié)調(diào)工作的運(yùn)營支撐系統(tǒng)。這些系統(tǒng)常常由各鐵路局自主招標(biāo)設(shè)計(jì)采購，管理和維護(hù)，這就造成了重復(fù)性建設(shè)和管理維護(hù)過程中人力物力資源的浪費(fèi)。

在云計(jì)算平臺上建立一個(gè)能供多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的平臺，可解決上述問題。首先，系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)的成本低廉。采用集中建立與維護(hù)的方式，系統(tǒng)建立的過程中不需要為單個(gè)系統(tǒng)分配單個(gè)的硬件設(shè)備，每個(gè)系統(tǒng)都在一片虛擬的云中，他們只需要對于各自所需要的計(jì)算與存儲能力向云平臺申請部分虛擬的資源即可，大大節(jié)約了系統(tǒng)建設(shè)的成本投資。加之在系統(tǒng)冗余方面，將原系統(tǒng)硬件需求量擴(kuò)充為原來的2倍，改成集中在云內(nèi)開辟一片虛擬空間，作為系統(tǒng)容災(zāi)備份。在系統(tǒng)建成之后，后期只需要在中心機(jī)房對于硬件設(shè)備進(jìn)行維護(hù)即可，減少了各鐵路局分散的維護(hù)管理所需的人力物力，降低了設(shè)備的維護(hù)和使用的成本。其次，服務(wù)的高效性。當(dāng)每個(gè)用戶向平臺中的應(yīng)用提交請求時(shí)，他面對的是整個(gè)云團(tuán)中的眾多設(shè)備為其請求進(jìn)行服務(wù)，執(zhí)行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的單機(jī)版應(yīng)用系統(tǒng)。再次，系統(tǒng)的高可靠性。云平臺可以將發(fā)生故障的設(shè)備上的負(fù)載平衡到其他設(shè)備上，另外通過信息存儲時(shí)的冗余設(shè)計(jì)，在一般情況下信息不會丟失。在用戶層面上，根本不會察覺到故障的發(fā)生。而當(dāng)故障排除后，原故障設(shè)備又可以繼續(xù)回到云中，扮演原有的角色。

2 CCOA

CCOA是在云計(jì)算平臺上為了實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)而提出的一套體系結(jié)構(gòu)：（1）以可重用的方式為云計(jì)算提供可配置可重用的資源供應(yīng)平臺。（2）為云計(jì)算平臺提出一套普遍可共享的服務(wù)機(jī)制，以統(tǒng)一的方式為其商業(yè)用戶提供云資源和服務(wù)。（3）在云計(jì)算的可擴(kuò)展的基礎(chǔ)設(shè)施和管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，最大限度的開發(fā)其商業(yè)服務(wù)的潛能。云計(jì)算平臺中主要通過網(wǎng)絡(luò)提供4種資源：設(shè)備、軟件、應(yīng)用和業(yè)務(wù)進(jìn)程。重要的2個(gè)要求：虛擬化和面向服務(wù)。CCOA正是為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)和要求而提出的一套架構(gòu)，主要通過7個(gè)方面來定義一個(gè)云計(jì)算框架：綜合系統(tǒng)管理；計(jì)算設(shè)備虛擬化；面向服務(wù)的可重用服務(wù)；可擴(kuò)展的供應(yīng)和訂購服務(wù)；云產(chǎn)品可配置；統(tǒng)一的信息描述交換框架；云的服務(wù)質(zhì)量監(jiān)管。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

云平臺的整體設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 系統(tǒng)層次及接口示意圖

用戶接口：是平臺上需要運(yùn)行的應(yīng)用程序與云計(jì)算平臺對接的通道，不同的運(yùn)營支撐系統(tǒng)可以通過統(tǒng)一定義的數(shù)據(jù)與程序接口，與云平臺對接，利用云計(jì)算的計(jì)算和存儲能力。

服務(wù)提供層：將云計(jì)算平臺的資源以標(biāo)準(zhǔn)接口的方式呈現(xiàn)給準(zhǔn)備與其對接的應(yīng)用程序。

云計(jì)算的核心部分：供應(yīng)和獲取2個(gè)核心部分，解決了云計(jì)算中供應(yīng)者提供服務(wù)和使用者獲取服務(wù)之間的關(guān)系。包括角色、服務(wù)的定義和消息通知的框架。

可重用服務(wù)和綜合業(yè)務(wù)：可重用是云計(jì)算的重要特性之一，橫向業(yè)務(wù)服務(wù)與縱向業(yè)務(wù)服務(wù)是實(shí)現(xiàn)可重用服務(wù)的2種重要方式。橫向服務(wù)是向用戶屏蔽復(fù)雜的底層設(shè)計(jì)，僅僅將一些標(biāo)準(zhǔn)化，通用的功能與應(yīng)用提供給用戶?？v向服務(wù)是允許用戶在整個(gè)系統(tǒng)允許的各層面上進(jìn)行設(shè)計(jì)與功能植入。

云平臺的設(shè)備管理：包括云平臺中硬件設(shè)備的維護(hù)、基礎(chǔ)軟件的管理、提供給用戶的存儲空間和計(jì)算能力的管理。

云平臺信息交互：這是云計(jì)算平臺中最重要的管理環(huán)節(jié)，包含各個(gè)層次之間和云中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。對于層次之間的交換目的是執(zhí)行用戶提交到平臺上的各個(gè)操作時(shí)，各部分協(xié)調(diào)工作，用戶請求逐層被不同的組件進(jìn)行處理后返回給標(biāo)準(zhǔn)的用戶接口，這個(gè)過程離不開各個(gè)層次之間傳遞計(jì)算的數(shù)據(jù)和互操作的指令與狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換除了他們在協(xié)同處理任務(wù)之外還用于對各個(gè)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督，對于處理新節(jié)點(diǎn)的加入故障節(jié)點(diǎn)的退出起著重要作用。

云平臺服務(wù)質(zhì)量監(jiān)管：通過定義一些標(biāo)志來指示從可靠性、反應(yīng)時(shí)間、完整性、安全性等角度衡量云平臺的服務(wù)質(zhì)量，監(jiān)管可以在此層面上建立技術(shù)團(tuán)隊(duì)與業(yè)務(wù)管理者之間的交流溝通平臺，來監(jiān)控和提高云平臺的服務(wù)質(zhì)量。

第三方管理接口：運(yùn)行著多個(gè)運(yùn)營支撐系統(tǒng)的云計(jì)算平臺由提供方和使用方連接系統(tǒng)，還需要一些第三方用戶對系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。

云計(jì)算提供者的管理：提供平臺管理的接口。包括對于平臺上現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、對各個(gè)鐵路局使用單位進(jìn)行權(quán)限和資源的分配、對系統(tǒng)的接入移出進(jìn)行控制。當(dāng)某個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者越權(quán)使用系統(tǒng)資源時(shí)，管理接口會產(chǎn)生相應(yīng)的信息，供管理者分析并采取相應(yīng)的對策。

云平臺系統(tǒng)管理接口：是對第三方和云計(jì)算提供者2層的綜合管理，在用戶系統(tǒng)、資源提供者、第三方管理者之間借助于信息交互，建立一套無縫的管理信息互通平臺。從宏觀層面上完善系統(tǒng)管理的主要功能。

4 結(jié)束語

在云平臺上設(shè)計(jì)了一套基于CCOA的云計(jì)算全路運(yùn)營支撐系統(tǒng)平臺，全路網(wǎng)中各個(gè)路局的運(yùn)營支撐系統(tǒng)都能夠在此平臺上運(yùn)行，采用集中建設(shè)、管理和維護(hù)的方法。整個(gè)系統(tǒng)的資源可以在全系統(tǒng)中按需動(dòng)態(tài)調(diào)配，避免大量的重復(fù)性建設(shè)帶來的浪費(fèi)，提高單位資源的使用效率。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后，有2點(diǎn)還需要改進(jìn)：在保證安全性的前提下可對于云平臺進(jìn)行一些劃分；實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。

通過上述改進(jìn)可以使該系統(tǒng)在提高鐵路運(yùn)營支撐系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，降低系統(tǒng)運(yùn)行、管理和維護(hù)成本，提高系統(tǒng)的性能與可靠性。建立一套科學(xué)高效的基于CCOA的鐵路運(yùn)營支撐系統(tǒng)，對于我國鐵路事業(yè)的發(fā)展具有一定意義。

[1] Liang-Jie Zhang, Carl K Chang, Ephraim Feig,Robert Grossman,Keynote Panel. Business Cloud:Bringing The Power of SOA and Cloud Computing[C]. IEEE International Conference on Services Computing (SCC 2008), July, 2008.

[2] Liang-Jie Zhang, Qun Zhou. CCOA: Cloud Computing Open Architecture[C]. IEEE International Conference on Web Services, 2009.

[3] 李學(xué)偉，汪曉霞.中國鐵路信息資源理論基礎(chǔ)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2004.

[4]陳 軼. 業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)運(yùn)營管理系統(tǒng)研究[J]. 電信網(wǎng)技術(shù)，2010（2）.