劉琦

摘? 要：隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，列車(chē)故障診斷系統(tǒng)也逐步變得系統(tǒng)化、復(fù)雜化。為了解決傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)模型更新難、系統(tǒng)響應(yīng)頻度大等問(wèn)題，有效提升系統(tǒng)的性能，本文提出一種基于Docker容器技術(shù)的軟件系統(tǒng)部署架構(gòu)。通過(guò)分析容器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)新型分布式故障診斷架構(gòu)模型，并通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證了架構(gòu)的可行性。整體采用Docker容器技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)的重構(gòu)優(yōu)化，提供更加模塊化、耦合性高的解決方案，從而實(shí)現(xiàn)故障診斷系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。

關(guān)鍵詞：Docker? 故障診斷系統(tǒng)? 容器化? 列車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（a）-0053-03

Abstract：With the continuous development of industrial Internet technology， the train fault diagnosis system has gradually become systematic and complicated. In order to solve the problems of traditional fault diagnosis system， such as the difficult model updating and large system response frequency， and effectively improve the performance of the system， a software system deployment architecture based on docker container technology is proposed. This paper analyzes the advantages of container technology， designs a new distributed fault diagnosis architecture model， and verifies the feasibility of this architecture with the development of practical projects. The whole system adopts docker container technology to realize the reconstruction and optimization of traditional system architecture， and provides a more modular and highly coupled solution， so as to realize the unified management of fault diagnosis system.

Key Words： Docker; Fault diagnosis system; Containerization;Train

隨著列車(chē)運(yùn)營(yíng)規(guī)模的不斷擴(kuò)充與現(xiàn)代化系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，故障診斷系統(tǒng)也由簡(jiǎn)易信號(hào)燈提示逐步向大型網(wǎng)頁(yè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)一般采用整體部署方式實(shí)現(xiàn)，對(duì)后期系統(tǒng)擴(kuò)展及服務(wù)器整體維護(hù)而言增加了許多難度。

Docker容器化技術(shù)發(fā)展進(jìn)一步打破了傳統(tǒng)的計(jì)算與應(yīng)用資源的物理界限[1]，以集裝箱式應(yīng)用部署有效實(shí)現(xiàn)資源獨(dú)立與隔離，信息資源的網(wǎng)絡(luò)空間動(dòng)態(tài)遷移對(duì)持續(xù)集成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用與維護(hù)都提供了更多的便捷。

本文將從Docker特性介紹起，進(jìn)而應(yīng)用Docker分布式容器技術(shù)搭建故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)信息化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源整理、算法應(yīng)用的不同功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容器化構(gòu)造，有效解決傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)存在的開(kāi)發(fā)與分布緊密結(jié)合、軟件部署安裝配置繁雜的缺陷。

1? Docker技術(shù)分析

1.1 Docker管理優(yōu)勢(shì)

Docker作為一種標(biāo)準(zhǔn)化單元的新興虛擬化應(yīng)用，在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、裝運(yùn)和部署方面相較于傳統(tǒng)方式均具有明顯優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)如下。

（1）便捷式更新迭代。

傳統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)境嚴(yán)重依賴(lài)于物理機(jī)器資源，其中某個(gè)模塊變更可能直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的迭代應(yīng)用造成影響。Docker以鏡像方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化集成，使得整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建部署效率得以有效提升[2]，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了DevOps持續(xù)集成交付能力[3]。

（2）優(yōu)化資源與時(shí)間。

相較于傳統(tǒng)虛擬機(jī)技術(shù)而言，Docker無(wú)需完整操作系統(tǒng)運(yùn)行所需額外開(kāi)銷(xiāo)，其容器應(yīng)用直接運(yùn)行于宿主內(nèi)核，因此內(nèi)存損耗、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)效等均優(yōu)于傳統(tǒng)虛擬機(jī)技術(shù)，具備更高的項(xiàng)目應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[4]。

1.2 Docker在系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

（1）高效遷移擴(kuò)展。

系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)應(yīng)充分考慮今后橫向與縱向的平滑擴(kuò)張能力，以實(shí)現(xiàn)不間斷升級(jí)與應(yīng)用拓展。Docker以鏡像方式在確保執(zhí)行環(huán)境一致性的情況下有效實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的復(fù)用、遷移與進(jìn)一步擴(kuò)展，采用分層存儲(chǔ)技術(shù)則使得系統(tǒng)維護(hù)與更新便捷簡(jiǎn)單，進(jìn)而提升整體系統(tǒng)的維護(hù)擴(kuò)展能力。

（2）高可維護(hù)升級(jí)。

系統(tǒng)架構(gòu)采用模塊封裝形式構(gòu)建細(xì)粒度、松耦合架構(gòu)，以良好的組織與管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和高效實(shí)用，借助便捷式Docker監(jiān)控應(yīng)用、完善的系統(tǒng)記錄輔助對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)修改及故障恢復(fù)等操作做進(jìn)一步優(yōu)化。

2? 系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 業(yè)務(wù)架構(gòu)

列車(chē)故障診斷系統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，根據(jù)承擔(dān)業(yè)務(wù)的不同屬性以及Docker模塊化管理設(shè)計(jì)理念考量，將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)、故障診斷云計(jì)算中心、信息化服務(wù)平臺(tái)三個(gè)部分。

（1）數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)主要負(fù)責(zé)接收并處理列車(chē)車(chē)載終端狀態(tài)報(bào)文及列車(chē)運(yùn)營(yíng)傳感數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與故障診斷云計(jì)算中心、信息化服務(wù)平臺(tái)的源數(shù)據(jù)交互及運(yùn)維計(jì)劃任務(wù)分發(fā)工作。

（2）故障診斷云計(jì)算中心重點(diǎn)負(fù)責(zé)列車(chē)狀態(tài)智能診斷模型的計(jì)算、維護(hù)、更迭等工作，并保障模型運(yùn)算結(jié)果的實(shí)時(shí)信息傳遞功能。

（3）信息化服務(wù)平臺(tái)則側(cè)重于對(duì)外接口數(shù)據(jù)與可視化應(yīng)用的管理操作，搭建故障診斷系統(tǒng)的對(duì)外人機(jī)交互窗口。

2.2 功能架構(gòu)

列車(chē)故障診斷系統(tǒng)的功能架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，整體采用四層架構(gòu)分區(qū)實(shí)現(xiàn)“高內(nèi)聚、低耦合”，包含接入層、數(shù)據(jù)層、邏輯層、應(yīng)用層。

（1）接入層主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)外部數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的接入功能，包括車(chē)載終端的數(shù)據(jù)上傳、列車(chē)作業(yè)調(diào)度計(jì)劃、外部系統(tǒng)日志流的引入、外部平臺(tái)的數(shù)據(jù)調(diào)用管理。

（2）數(shù)據(jù)層為算法層和應(yīng)用層提供一個(gè)高可靠的雙向數(shù)據(jù)通道，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)查詢(xún)功能應(yīng)用。

（3）邏輯層主要通過(guò)數(shù)據(jù)建模、智能推理、語(yǔ)義解析等方法與技術(shù)實(shí)現(xiàn)操作對(duì)象的累計(jì)損傷分析、健康狀態(tài)評(píng)估、故障診斷推理等功能。

（4）應(yīng)用層采用Web形式為用戶(hù)提供數(shù)據(jù)展示和調(diào)度交互信息，從而起到輔助決策的作用。

3? 系統(tǒng)集群構(gòu)建與部署

故障診斷系統(tǒng)以云計(jì)算架構(gòu)方式建設(shè)平臺(tái)（見(jiàn)圖3），實(shí)現(xiàn)IaaS、PaaS、SaaS三層構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)硬件資源的虛擬池化、服務(wù)平臺(tái)彈性建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)軟件的高效管理[5]。

在此基礎(chǔ)上，PasS層應(yīng)用Docker技術(shù)構(gòu)建應(yīng)用持續(xù)交付和彈性運(yùn)行平臺(tái)，提供基礎(chǔ)架構(gòu)調(diào)度管理、多用戶(hù)及安全管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用編排管理、日常運(yùn)維開(kāi)發(fā)管理、安全管理、業(yè)務(wù)迭代管理等能力，推動(dòng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用敏捷交付和持續(xù)創(chuàng)新。

（1）數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)包含3個(gè)Docker集群：根據(jù)設(shè)備傳輸類(lèi)型匹配不同系統(tǒng)實(shí)例化的傳感數(shù)據(jù)采集Docker集群、實(shí)現(xiàn)與信息化服務(wù)平臺(tái)和云計(jì)算中心數(shù)據(jù)互傳的數(shù)據(jù)接口集群、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化Docker集群。

（2）信息化服務(wù)平臺(tái)由第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成Docker集群、人機(jī)交互模塊化子系統(tǒng)Docker集群兩部分構(gòu)成，用以實(shí)現(xiàn)故障診斷系統(tǒng)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控與運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理。

（3）故障診斷云計(jì)算中心根據(jù)故障數(shù)據(jù)建模類(lèi)型的不同搭建相應(yīng)的預(yù)警、診斷、預(yù)測(cè)、維護(hù)4個(gè)Docker集群，實(shí)現(xiàn)核心數(shù)據(jù)分析建模全周期過(guò)程。

系統(tǒng)在整合所有集群功能性能需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各自鏡像制作、容器實(shí)例化及系統(tǒng)部署聯(lián)調(diào)操作，以構(gòu)建完整有序的故障診斷系統(tǒng)。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于Docker容器化管理的列車(chē)故障診斷系統(tǒng)方案。整體以系統(tǒng)業(yè)務(wù)與功能為劃分依據(jù)，借助Docker容器搭建相應(yīng)的微服務(wù)模塊，有效保障系統(tǒng)的應(yīng)用配置最大優(yōu)化與高可擴(kuò)展，為后續(xù)系統(tǒng)長(zhǎng)遠(yuǎn)應(yīng)用提供支撐。

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