胡世宏

(古鈦(上海)科技有限公司，上海 浦東 201208)

1 傳統(tǒng)廣播和乘客信息發(fā)布系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

車站廣播設(shè)置廣播控制器、功放、呼叫站、無源喇叭設(shè)備，車站乘客信息設(shè)置控制器、LCD(LED)屏，車場只設(shè)置廣播設(shè)備，控制中心設(shè)置服務(wù)器，處理ATS、時鐘等外部接口，并處理業(yè)務(wù)邏輯，在車站、控制中心的控制終端上可以發(fā)布控制指令，實時監(jiān)控車站、車場廣播、乘客信息系統(tǒng)的設(shè)備動作及狀態(tài)。

傳統(tǒng)的系統(tǒng)主要是由廣播系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)的廠商提供自有的一套軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)監(jiān)控，這面臨如下問題：

如果要拓展功能或拓展信息連接，就需要依賴原廠商提供軟件升級來實現(xiàn)。

系統(tǒng)升級改造需要設(shè)備及應(yīng)用軟件同步升級改造。

隨著城市軌道交通向網(wǎng)絡(luò)化運營、運維一體化的方式轉(zhuǎn)變，要求原系統(tǒng)要能更靈活的進行功能拓展及信息互聯(lián)，同時還需要降低升級改造的成本。

2 基于云計算微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)的可行性

2.1 云計算技術(shù)

云計算(cloudcomputing)是一種特殊的工作形式，它的主要特點是對與互聯(lián)網(wǎng)有一定聯(lián)系的服務(wù)進行互相交換、應(yīng)用和增加，一般經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來提供資源，資源多為動態(tài)的、容易拓展的且不是現(xiàn)實中存在的。在應(yīng)用云計算后，開發(fā)軟件的技術(shù)、基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生大幅度的改變。一是即將開創(chuàng)的軟件需要與云不排斥，且能夠很好地在以非現(xiàn)實存在為關(guān)鍵特點的云平臺上工作，能夠滿足計算性能、保存數(shù)據(jù)的性能隨著時間變化；二是保存數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)框架機構(gòu)、中心處理能力必須要能夠滿足大部分使用者的需求；三是軟件的使用環(huán)境要在基于互聯(lián)網(wǎng)的前提下；四是擁有更強大的安全性能，能夠抵擋各種攻擊，維護個人的敏感文件不被泄露；五是能夠適應(yīng)計算機、手機以及用戶終端等，在這些設(shè)備上正常工作。

在應(yīng)用云計算后，開創(chuàng)軟件的基礎(chǔ)環(huán)境、工作方式會產(chǎn)生顯著改變。雖然，沒有給傳統(tǒng)的軟件理論帶來徹底的變化，但在云平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)軟件所用的工具、平臺以及環(huán)境能夠?qū)崿F(xiàn)快速開發(fā)、同一個工程組內(nèi)部共同合作、在兩個地方進行開發(fā)。而且在開發(fā)工程組內(nèi)部可以滿足基于云平臺進行線上開發(fā)的要求，并利用云完成儲備知識、軟件再次利用。

云計算的服務(wù)通常被分為以下3個層次，詳細介紹見表1所示。

表1 云計算的服務(wù)

2.2 微服務(wù)技術(shù)

微服務(wù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以單個應(yīng)用軟件為單位對應(yīng)用服務(wù)進行處理，每個應(yīng)用單獨運行，進程獨立，并與小重量級別的機制進行溝通。服務(wù)以處理業(yè)務(wù)的能力為核心建設(shè)，能夠利用非手動部署結(jié)構(gòu)部分分開進行放置。這些服務(wù)所應(yīng)用的非獨立式管理范圍最小，它們的程序代碼能夠用不同的編輯應(yīng)用程序的語言編輯，可以采用不同的保存數(shù)據(jù)的技術(shù)。

微服務(wù)中每個服務(wù)均有各自的處理和小重量級別通信結(jié)構(gòu)部分，一般放置在一個或者幾個服務(wù)器上，與其他服務(wù)的主要區(qū)別是零件化、獨立治理、去核心化，主要總結(jié)為以下幾點。

(1)一對一服務(wù)

服務(wù)種類和范圍小，每個服務(wù)只負責對一種業(yè)務(wù)需要的能力進行處理，只專心致志一件事上。

(2)獨立布署

每個服務(wù)單獨進行安排并在一個進程內(nèi)調(diào)試運行。在這種模式下，系統(tǒng)的代碼能夠更加靈活的進行組織以及發(fā)布，方便快捷的交接并能夠應(yīng)對突然的變化。

(3)獨立開發(fā)和運行

技術(shù)可以根據(jù)類型靈活選擇，傳統(tǒng)的系統(tǒng)技術(shù)對其沒有限制。業(yè)務(wù)上產(chǎn)生的問題選取選取符合自己條件的技術(shù)單獨運行。各個服務(wù)間采用和語言毫無關(guān)聯(lián)的API統(tǒng)一集中式開創(chuàng)。與單獨一體式的結(jié)構(gòu)相比，微服務(wù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是一種適應(yīng)新型業(yè)務(wù)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用形式。

(4)獨立團隊和執(zhí)行

服務(wù)的存活周期由團隊負責任，在單獨的上文下文環(huán)境中工作，自己發(fā)布命令自己執(zhí)行，而不需要與全部服務(wù)都相通的中心決策，各個團隊之間以零散的小區(qū)為單位相互連接。

2.3 容器技術(shù)

Linux Container(簡稱LXC)它是一種內(nèi)核輕量級的操作系統(tǒng)層虛擬化技術(shù)。Linux Container主要由Namespace和Cgroup兩大機制來保證實現(xiàn)。容器技術(shù)主要有幾個特點：

(1)極其輕量；(2)秒級部署；(3)易于移植；(4)彈性伸縮。

由Google，Docker、CoreOS、IBM、微軟、紅帽等廠商聯(lián)合發(fā)起的OCI(Open Container Initiative)于2016年4月推出了第一個開放容器標準。標準主要包括runtime運行時標準和image鏡像標準。容器技術(shù)主要解決了PAAS的層的技術(shù)實現(xiàn)。目前主流的有以下幾種：

(1)容器化傳統(tǒng)應(yīng)用不僅能提高現(xiàn)有應(yīng)用的安全性和可移植性，還能節(jié)約成本。每個企業(yè)的環(huán)境中都有一套較舊的應(yīng)用來服務(wù)于客戶或自動執(zhí)行業(yè)務(wù)流程。即使是大規(guī)模的單體應(yīng)用，通過容器隔離的增強安全性、以及可移植性特點，也能從Docker中獲益，從而降低成本。一旦容器化之后，這些應(yīng)用可以擴展額外的服務(wù)或者轉(zhuǎn)變到微服務(wù)架構(gòu)之上。

(2)微服務(wù)加速應(yīng)用架構(gòu)現(xiàn)代化進程。應(yīng)用架構(gòu)正在從采用瀑布模型開發(fā)法的單體代碼庫轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩㈤_發(fā)和部署的松耦合服務(wù)。成千上萬個這樣的服務(wù)相互連接就形成了應(yīng)用。Docker允許開發(fā)人員選擇最適合于每種服務(wù)的工具或技術(shù)棧，隔離服務(wù)以消除任何潛在的沖突，從而避免“地獄式的矩陣依賴”。這些容器可以獨立于應(yīng)用的其他服務(wù)組件，輕松地共享、部署、更新和瞬間擴展。Docker的端到端安全功能讓團隊能夠構(gòu)建和運行最低權(quán)限的微服務(wù)模型，服務(wù)所需的資源(其他應(yīng)用、涉密信息、計算資源等)會適時被創(chuàng)建并被訪問。

(4)IT基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化充分利用基礎(chǔ)設(shè)施，節(jié)省資金。Docker和容器有助于優(yōu)化IT基礎(chǔ)設(shè)施的利用率和成本。優(yōu)化不僅僅是指削減成本，還能確保在適當?shù)臅r間有效地使用適當?shù)馁Y源。容器是一種輕量級的打包和隔離應(yīng)用工作負載的方法，所以Docker允許在同一物理或虛擬服務(wù)器上毫不沖突地運行多項工作負載。企業(yè)可以整合數(shù)據(jù)中心，將并購而來的IT資源進行整合，從而獲得向云端的可遷移性，同時減少操作系統(tǒng)和服務(wù)器的維護工作。

2.4 新的廣播和乘客信息發(fā)布系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

新的架構(gòu)符合云計算的IaaS、PaaS、SaaS的標準架構(gòu)模式，整體系統(tǒng)可部署在IaaS上，采用kubernetes等PaaS層的容器云平臺，以SaaS的方式實現(xiàn)廣播、乘客信息系統(tǒng)的應(yīng)用功能，運用docker容器技術(shù)，實現(xiàn)應(yīng)用功能、通信服務(wù)的微服務(wù)化，技術(shù)架構(gòu)。

3 驗證測試實驗及結(jié)論

3.1 主要測試代碼

本次研究開發(fā)工具，前端頁面采用html5、css3、javascript，服務(wù)端采用nodejs，容器采用docker，服務(wù)器操作系統(tǒng)為linux(centos7.5)。

微服務(wù)部署，201、202為控制中心服務(wù)器，101、102為車站服務(wù)器；控制中心服務(wù)器部署調(diào)度控制微服務(wù)(papis-o-dd)，實現(xiàn)調(diào)度控制中心功能；車站服務(wù)器部署車控室控制微服務(wù)(papis-s-cz)，車站設(shè)備網(wǎng)管微服務(wù)(papis-s-wg)，車站移動控制微服務(wù)(papis-m-cz)，車站PIS設(shè)備通信微服務(wù)(pisapp)，車站PA設(shè)備通信微服務(wù)(sagabc1)。

本次研究實現(xiàn)的主要實現(xiàn)了控制中心控制、車控室控制、車站網(wǎng)管、車站移動控制功能：

例如：車控室控制界面：

以控制中心微服務(wù)為例，其中index.html為功能頁面，papis-o-dd.js為客戶端，papis-o-dd-server.js為服務(wù)端。

功能頁面實現(xiàn)PIS信息發(fā)布，代碼如下：

客戶端程序通過ajax接口與服務(wù)端通信，代碼如下：服務(wù)端調(diào)用PIS通信微服務(wù)接口，實現(xiàn)對PIS設(shè)備的控制，代碼如下：

3.2 測試效果及結(jié)論

通過瀏覽器訪問應(yīng)用微服務(wù)(192.168.1.111:3010)，迅速進入功能界面，通過交互界面，輸入廣播、乘客信息的控制指令后，在1秒內(nèi)實現(xiàn)廣播、乘客信息設(shè)備的控制動作，測試了LCD屏顯示告警信息，開關(guān)LCD屏，開關(guān)PIS控制器，廣播直播開關(guān)等，所有控制動作均在1 s內(nèi)完成。

經(jīng)過本次測試研究，可以確定采用云計算、微服務(wù)、容器技術(shù)，可以實現(xiàn)新架構(gòu)下的地鐵車站廣播、乘客信息系統(tǒng)功能。

同時也可以推斷地鐵CCTV、電話、門禁、屏蔽門等機電系統(tǒng)，也可以采用本次實驗研究的技術(shù)架構(gòu)來實現(xiàn)。