江 琳，王洪業(yè)，賈 佳，靳 超

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

鐵路信息技術(shù)

席位自動(dòng)負(fù)載均衡在客票系統(tǒng)的研究和應(yīng)用

江 琳，王洪業(yè)，賈 佳，靳 超

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

席位自動(dòng)負(fù)載均衡是一種對客票系統(tǒng)資源進(jìn)行共享，對客票席位進(jìn)行自動(dòng)均衡分配的方法，將全路各個(gè)地區(qū)中心大量網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫等計(jì)算資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，形成一個(gè)龐大的資源為客票席位提供智能測算和動(dòng)態(tài)調(diào)整的服務(wù)。本文主要介紹席位自動(dòng)負(fù)載均衡的概念、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及其在客票系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用。

售票量測算；系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源平衡；自動(dòng)負(fù)載均衡；席位搬遷

鐵路客票發(fā)售與預(yù)定系統(tǒng)（以下簡稱：客票系統(tǒng)）的席位數(shù)據(jù)是售票業(yè)務(wù)正常順利開展的關(guān)鍵，全路席位量龐大，分別存放在18個(gè)鐵路局的33個(gè)席位負(fù)載中心。不同階段、不同中心和負(fù)載中心的繁忙程度不一樣，為了確保旅客的正常購票速度，提升用戶體驗(yàn)，充分利用好33個(gè)席位負(fù)載中心很有必要。

目前，客票系統(tǒng)席位已經(jīng)在使用負(fù)載均衡技術(shù)，負(fù)載均衡方案很大程度上是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到。由于對客票新增席位存放在哪一個(gè)負(fù)載中心沒有明確的測算辦法，客運(yùn)人員生成席位時(shí)都是按照以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行存放，無法評測出存放的合理位置中心。而對席位進(jìn)行再負(fù)載均衡時(shí)，要通過手工搬遷席位，搬遷速度較慢，影響正常的業(yè)務(wù)生產(chǎn)。

為此，需要制定完善的席位負(fù)載方案、完善的席位搬遷方案和高效的即時(shí)搬遷手段。席位自動(dòng)負(fù)載均衡旨在保證社會(huì)效益前提下獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益而采取的組織方法，對保障客票系統(tǒng)正常運(yùn)行，提升用戶滿意度具有重要的意義，也是鐵路挖潛提效的有效手段。

1 席位自動(dòng)負(fù)載均衡的研究

負(fù)載均衡又稱負(fù)載分擔(dān)，就是將負(fù)載工作任務(wù)進(jìn)行平衡、分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)操作單元上進(jìn)行執(zhí)行，從而共同完成工作任務(wù)?？推毕到y(tǒng)席位已經(jīng)在使用負(fù)載均衡技術(shù)，客票系統(tǒng)席位負(fù)載均衡是通過把全路的各趟列車根據(jù)不同業(yè)務(wù)規(guī)則分擔(dān)到不同的席位負(fù)載中心，以保證全路的席位負(fù)載中心達(dá)到資源共享、相對均衡狀態(tài)，提高旅客的購票速度。席位自動(dòng)負(fù)載均衡是由席位存放測算方案、席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)兩部分構(gòu)成，下面對這兩部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1.1 席位存放測算方案

目前，列車席位按照始發(fā)鐵路局進(jìn)行存放，例如：上海鐵路局有一個(gè)主中心服務(wù)器H1和負(fù)載服務(wù)器H2，H3共3個(gè)席位負(fù)載中心。D306上海－西安北的席位可存放在H1，H2，H3這3個(gè)席位負(fù)載中心中的一個(gè)。之前客運(yùn)人員生成席位時(shí)都是按照以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行存放，對已存放的席位數(shù)據(jù)無法自動(dòng)負(fù)載均衡。由于全路各負(fù)載中心性能各不相同，席位自動(dòng)負(fù)載均衡首先需要完成的是席位存放的測算方案。席位存放測算方案如圖1所示。

圖1 席位存放測算方案圖

通過各個(gè)席位負(fù)載中心主機(jī)和負(fù)載服務(wù)器的性能分析，根據(jù)各個(gè)鐵路局的主中心和負(fù)載中心的未售席位數(shù)據(jù)量，結(jié)合售票歷史數(shù)據(jù)，對各個(gè)鐵路局的列車席位、火車站的起售時(shí)間等影響售票業(yè)務(wù)速度的因素進(jìn)行權(quán)重計(jì)算得到席位存放測算方案。測算方案包括測算出各負(fù)載中心應(yīng)當(dāng)存放的席位百分比，公式如下：

P=(1/N) ? R，S=(1-P)/(N-1)

P：主中心應(yīng)存放席位量所占的百分比。

N：主中心+負(fù)載中心的個(gè)數(shù)。

R：主中心受非席位因素影響的綜合系數(shù)。指根據(jù)主中心所承擔(dān)的數(shù)據(jù)維護(hù)、客票結(jié)賬業(yè)務(wù)、票價(jià)計(jì)算等綜合因素考慮，得到最優(yōu)測評綜合系數(shù)為0.65。

S：負(fù)載中心應(yīng)存放席位量所占的百分比。

例如，武漢有N1，N2，N3三個(gè)席位負(fù)載中心，N1主中心應(yīng)存放席位量所占的百分比=(1/3)×0.65=21.67%，N2負(fù)載中心應(yīng)存放席位量所占的百分比=(1-0.2167)/(3-1)=39.1%，N3負(fù)載中心應(yīng)存放席位量所占的百分比=(1-0.2167)/(3-1)=39.1%。

1.2 席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)

席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)根據(jù)席位存放方案預(yù)測得席位均衡的比例，用于指導(dǎo)客票系統(tǒng)席位資源的配置。

席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)如圖2所示。該平臺(tái)對于新增車次席位數(shù)據(jù)，通過席位存放方案預(yù)測得到每個(gè)席位負(fù)載忙閑情況和每個(gè)負(fù)載席位存放量情況，為客運(yùn)人員提供選取最閑和存放量最小的席位負(fù)載中心進(jìn)行存放，規(guī)避了之前需要依賴客運(yùn)人員按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行席位存放的風(fēng)險(xiǎn)。如圖2所示，“客票系統(tǒng)負(fù)載資源”代表33個(gè)席位負(fù)載中心，“席位存放測算方案”是席位自動(dòng)負(fù)載均衡的基本依據(jù)。對“新增列車席位”通過“席位自動(dòng)負(fù)載均衡”得到“最優(yōu)席位存放中心”。對“既有列車席位”，通過“席位自動(dòng)負(fù)載均衡”可以靈活調(diào)整到相應(yīng)的“最優(yōu)席位存放中心”，即實(shí)現(xiàn)了根據(jù)各個(gè)席位負(fù)載中心的使用性能變化進(jìn)行合理動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過前臺(tái)界面輸入搬遷列車和搬遷車次的搬遷日期，隨時(shí)完成一趟列車、某個(gè)字頭、某個(gè)字尾、某種類型多趟列車從一個(gè)繁忙的席位負(fù)載中心自動(dòng)搬遷到另外一個(gè)相對空閑的席位負(fù)載中心，從而實(shí)現(xiàn)席位的動(dòng)態(tài)調(diào)整和負(fù)載均衡，無需專人操作，風(fēng)險(xiǎn)可預(yù)控，前臺(tái)和后臺(tái)操作無縫對接。通過動(dòng)態(tài)合理化的調(diào)整，充分利用了全路33個(gè)席位負(fù)載中心的資源。

圖2 席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)

通過建立席位存放測算方案，通盤考慮全路資源，對全路數(shù)據(jù)庫資源進(jìn)行充分利用，完善的席位搬遷方案制定和高效的即時(shí)搬遷手段，對保障客票系統(tǒng)正常運(yùn)行，提升客票系統(tǒng)的購票速度和用戶滿意度具有重要的意義。

2 席位自動(dòng)負(fù)載均衡在客票系統(tǒng)的應(yīng)用

席位存放測算方案以鐵路客票發(fā)售與預(yù)訂系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)際業(yè)務(wù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過各個(gè)地區(qū)中心主機(jī)和負(fù)載的席位存放量、各個(gè)車站起售時(shí)間、各席位負(fù)載中心的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫性能等多種影響客票系統(tǒng)售票、取票速度的綜合因素，采用基于業(yè)務(wù)和系統(tǒng)綜合評估的測算方法而得到。席位存放測算方案用于指導(dǎo)新增加車次席位的存放指導(dǎo)和既有席位隨時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整席位存放中心。首次實(shí)現(xiàn)對客票系統(tǒng)席位數(shù)據(jù)的存放位置的靈活調(diào)整，目前已經(jīng)在客票系統(tǒng)中得以實(shí)施應(yīng)用。

2.1 席位存放測算方案應(yīng)用

基于客票系統(tǒng)售票現(xiàn)狀，席位數(shù)據(jù)存放測算充分利用了全路33個(gè)席位負(fù)載中心的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫資源，對各個(gè)影響售票速度的因素進(jìn)行綜合測算。

（1）進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源平衡。席位負(fù)載服務(wù)器性能也是影響售票業(yè)務(wù)速度的關(guān)鍵因素，通過對各個(gè)主機(jī)和負(fù)載服務(wù)器CPU運(yùn)行情況分析，測算席位均衡的比例是席位自動(dòng)負(fù)載均衡的關(guān)鍵。以武漢中心的3個(gè)負(fù)載服務(wù)器的性能舉例，如圖3所示。由于N1、N2、N3負(fù)載中心性能各不相同，在不同階段繁忙程度也不一樣，之前對于客票新增席位存放在哪一個(gè)負(fù)載中心沒有明確的測算辦法。

根據(jù)圖3對比，N1、N2、N3這3個(gè)席位負(fù)載中心在1個(gè)售票高峰日的CPU繁忙對比，CPU負(fù)載都沒有超過70%，N3相對繁忙一些，對N3的新增加的車次和既有存放的席位需要進(jìn)行自動(dòng)負(fù)載均衡。

圖3 武漢席位負(fù)載中心的3個(gè)負(fù)載服務(wù)器的性能

（2）進(jìn)行售票量測算，即測算各個(gè)鐵路局主中心和負(fù)載中心售票量情況。例如：某鐵路局設(shè)置主中心和負(fù)載中心兩個(gè)數(shù)據(jù)中心。需測算出主中心和負(fù)載存放席位占總席位量的百分比。以高峰時(shí)期和非高峰時(shí)期各個(gè)席位負(fù)載中心的歷史售出席位售出量進(jìn)行測算。此外，還需考慮主中心除了存放席位，還需負(fù)責(zé)客票系統(tǒng)鐵路局中心的核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算，如票價(jià)計(jì)算等情況。

（3）需考慮主中心和負(fù)載中心在高峰期和非高峰期的各種不同類型的列車席位發(fā)售的繁忙情況。例如：主中心存放直通列車，數(shù)據(jù)量占總席位量的30%，在售票高峰期，如果直通列車需求更為旺盛，列車沿途局需要到始發(fā)局取席位，盡管主中心存放的席位量低于負(fù)載中心，但主中心的系統(tǒng)負(fù)載壓力仍要比負(fù)載中心的壓力略大。以廣州鐵路局為例，如圖4所示，廣州鐵路局有Q2、Q6，Q7和Q9這4個(gè)席位負(fù)載中心。Q2存放的廣州東到深圳的廣深線路席位，廣州站的起售時(shí)間是11:30，深圳站的起售時(shí)間是9:30，因此Q9從預(yù)售起始日期開始可售席位量在9:30和11:30出現(xiàn)了兩個(gè)高峰。

圖4 廣州鐵路局席位負(fù)載中心席位量統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過綜合以上影響因素進(jìn)行按照席位存放方案進(jìn)行計(jì)算，得到對新增列車席位應(yīng)該存放的席位負(fù)載中心，以達(dá)到席位的合理的存放、高效的訪問。

2.2 席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)

席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)根據(jù)席位存放測算方案指導(dǎo)新增列車席位和既有列車席位自動(dòng)負(fù)載均衡。席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)設(shè)計(jì)原則是負(fù)載方案制定參考因素的全面性、高效性和方案制定影響因素，具有參數(shù)化和易擴(kuò)展的特點(diǎn)，原來的手工搬遷席位速度較慢，只能在夜間天窗時(shí)間進(jìn)行且影響正常的業(yè)務(wù)生產(chǎn)，而席位自動(dòng)負(fù)載均衡在以下應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)隨時(shí)無縫搬遷：

（1）對既有某趟車次席位的搬遷：通過席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)輸入需要搬遷的某趟車次、需要搬遷的席位起始日期和需要搬遷到的席位負(fù)載中心，實(shí)現(xiàn)某趟列車席位在非天窗時(shí)間的自動(dòng)搬遷。自動(dòng)搬遷時(shí)，僅在搬遷時(shí)間內(nèi)影響該車次的發(fā)售。

（2）對既有某種類型車次席位的搬遷：通過席位自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)輸入需要搬遷的某種類型的車次、需要搬遷的席位起始日期和需要搬遷到的席位負(fù)載中心，實(shí)現(xiàn)某個(gè)字頭、某個(gè)字尾、某個(gè)類型列車的席位在非天窗時(shí)間的自動(dòng)搬遷。例如，可以搬遷T%，G%，D%等字頭列車、可以搬遷%0，%5，%9等字尾列車、可以搬遷直通或管內(nèi)列車、可以搬遷特快或動(dòng)車組列車等等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有問題時(shí)，可立即暫停數(shù)據(jù)遷移，進(jìn)行回退操作，保證白天業(yè)務(wù)平穩(wěn)度過后再做相應(yīng)的處理。

（3）對新增車次可以根據(jù)席位存放測算方案在自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)得到最優(yōu)的席位存放位置，把新增車次席位存放到最優(yōu)席位負(fù)載中心。

通過自動(dòng)負(fù)載均衡平臺(tái)對既有席位隨時(shí)無縫搬遷的自動(dòng)調(diào)整負(fù)載方案，以及對新增席位的導(dǎo)航到相應(yīng)綜合利用率較低的負(fù)載中心的智能均衡方案。席位自動(dòng)負(fù)載均衡的應(yīng)用著眼于席位數(shù)據(jù)在主中心和負(fù)載中心中交易系統(tǒng)的平衡，通過交易量和交易繁忙程度在高峰和非高峰時(shí)段的預(yù)測，制定完善的負(fù)載均衡手段，提升負(fù)載均衡的安全性、高效性、實(shí)時(shí)性，在售票業(yè)務(wù)規(guī)則基礎(chǔ)上進(jìn)行基于交易量的席位數(shù)據(jù)自動(dòng)負(fù)載均衡，數(shù)據(jù)負(fù)載中心對業(yè)務(wù)人員的操作是透明的，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的邏輯集中。該應(yīng)用適用于現(xiàn)場各個(gè)鐵路局，為保證高峰期售票的穩(wěn)定將起到重要作用。

2.3 注意事項(xiàng)

客票席位自動(dòng)負(fù)載均衡在客票系統(tǒng)中進(jìn)行逐步應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)，為保證鐵路客票系統(tǒng)發(fā)售與預(yù)訂系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運(yùn)行，在應(yīng)用中需要注意一些問題。

（1）全面考慮席位負(fù)載均衡影響因素，客票系統(tǒng)席位數(shù)據(jù)的測算依賴于席位負(fù)載中心的服務(wù)器性能、歷史的售票數(shù)據(jù)等多種因素，對于數(shù)據(jù)采樣的合理性和有效性應(yīng)該進(jìn)一步核驗(yàn)，確保測算數(shù)據(jù)的科學(xué)性和參考性，這也是全路客票交易系統(tǒng)平衡的重要保障。

（2）由于席位數(shù)據(jù)影響現(xiàn)場的售票作業(yè)，席位自動(dòng)搬遷的全流程對實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性有一定要求，要求提供完備的席位均衡故障處理方案和應(yīng)急預(yù)案，以確保客票系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)束語

通過席位自動(dòng)負(fù)載均衡的研究，對客票系統(tǒng)大型實(shí)時(shí)交易生產(chǎn)系統(tǒng)的席位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合席位存放方案預(yù)測，得到基于席位量和售票量測算的系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源平衡與分配方案，用于指導(dǎo)客票系統(tǒng)席位數(shù)據(jù)資源的配置。席位自動(dòng)負(fù)載均衡在客票系統(tǒng)的應(yīng)用綜合考慮了客票系統(tǒng)全流程影響因素，做到隨時(shí)生成負(fù)載均衡方案，隨時(shí)完成席位無縫搬遷，無需專人操作，風(fēng)險(xiǎn)可預(yù)控。席位自動(dòng)負(fù)載均衡是鐵路挖潛提效的有效手段,對保障客票系統(tǒng)正常運(yùn)行，提升用戶滿意度具有重要的意義。

[1]門伯里（英）.實(shí)用負(fù)載均衡技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]Craig S.Mullins.數(shù)據(jù)庫管理實(shí)踐與過程 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2013.

[3]朱建生.中國鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)5.0版的研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國鐵道科學(xué)，2006，27（6）.

責(zé)任編輯 方 圓

Seats of automatic load balancing in Railway Ticketing and Reservation System

JIANG Lin, WANG Hongye, JIA Jia, JIN Chao
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

Seats of automatic load balancing was a kind of method to share and allocate the seats resource automatically in Railway Ticketing and Reservation System. It connected and managed lots of servers resource, storage resource, database resource in the railway system to form a huge resources system, provide services for intelligent prediction and dynamic adjustment of the seats. This paper mainly introduced the concept, characteristics, key technologies of automatic load balancing about the seats and analyzed the application in China Railway Ticketing and Reservation System.

prediction of ticketing; balance of system data resource; automatic load balancing; seats migration

U293.22∶TP39

A

1005-8451（2015）07-0021-04

2015-01-05

江 琳，副研究員；王洪業(yè)，副研究員。