林小杰，何躍齊

（1. 天津軌道交通運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司，天津 300392；2. 北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100045）

當(dāng)前，中國(guó)城市軌道交通（簡(jiǎn)稱：城軌）的運(yùn)營(yíng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，根據(jù)軌道交通網(wǎng)最新統(tǒng)計(jì)，截至2019 年底，我國(guó)共開通城軌運(yùn)營(yíng)線路208 余條，線路規(guī)模達(dá)6 882.13 km[1]。在城軌網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)環(huán)境下，需要實(shí)現(xiàn)各線路業(yè)務(wù)流程及操作規(guī)則的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理的標(biāo)準(zhǔn)化管理，同時(shí)要求業(yè)務(wù)應(yīng)用統(tǒng)一部署、數(shù)據(jù)集中管理。近年來，城軌信息化提出了更高效、更節(jié)能的要求，因此，構(gòu)建信息交互更加頻繁、實(shí)時(shí)性更高、可共享的城軌云需求應(yīng)運(yùn)而生。為應(yīng)對(duì)這種趨勢(shì)，《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》（簡(jiǎn)稱：《發(fā)展綱要》）于2020 年3月12 日正式發(fā)布實(shí)施[2]。

目前，國(guó)內(nèi)采用云計(jì)算技術(shù)的城軌線路基本都是以新建線路為主；而對(duì)既有城軌線路業(yè)務(wù)系統(tǒng)雖有更新改造移至城軌云的遷移計(jì)劃，但多未有具體實(shí)際方案付之實(shí)施。本文基于天津市中心城區(qū)華苑控制中心二期工程這一城軌系統(tǒng)云遷移實(shí)例，提出城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一逐步遷移至城軌云的漸進(jìn)式方案以供大家參考。

1 城軌云建設(shè)模式與云遷移背景

1.1 城軌云建設(shè)模式

城軌云平臺(tái)的建設(shè)主要呈現(xiàn)以下4 種建設(shè)的模式：

（1）專業(yè)云模式。以溫州S1 線和鄭州自動(dòng)售檢票（AFC，Automatic Fare Collection）線網(wǎng)管理中心項(xiàng)目為代表的構(gòu)建單業(yè)務(wù)系統(tǒng)專業(yè)的云平臺(tái)。溫州S1 線搭建了城軌綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS，Integrated Supervision and Control System）云平臺(tái)，將其中的ISCS 與云平臺(tái)進(jìn)行結(jié)合，使原本分散孤立的自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)信息互通、資源共享、高效聯(lián)動(dòng)[3]，也驗(yàn)證云平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)效益、方案、架構(gòu)、兼容性、可靠性等。鄭州地鐵于2019 年5 月20 日開通運(yùn)營(yíng)了城軌AFC 系統(tǒng)云平臺(tái)，將線網(wǎng)清分中心系統(tǒng)和AFC 系統(tǒng)的線路中心進(jìn)行深度融合[4]，集中部署在該云平臺(tái)上。

（2）線路云模式。以呼和浩特地鐵1 號(hào)線、2號(hào)線和昆明軌道交通4 號(hào)線為代表，構(gòu)建單線路多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合云平臺(tái)。呼和浩特地鐵在1、2 號(hào)線構(gòu)建了城軌云平臺(tái)，為城軌AFC、乘客信息系統(tǒng)（PIS，Passenger Information System）、ISCS、列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS，Automatic Train Supervision）系統(tǒng)等多業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS，Infrastructure as a Service），滿足1、2 號(hào)線的建設(shè)要求，并預(yù)留將來3、4、5 號(hào)線的進(jìn)駐能力[5]；昆明軌道交通4號(hào)線云平臺(tái)深度集成了20 余個(gè)城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)互聯(lián)[6]。

（3）線網(wǎng)云模式。以天津地鐵、廣州地鐵線網(wǎng)管理或企業(yè)管理私有云逐步擴(kuò)充其它業(yè)務(wù)。天津地鐵在中心城區(qū)華苑控制中心二期工程中，規(guī)劃構(gòu)建城軌線網(wǎng)級(jí)云平臺(tái)，擬將線網(wǎng)級(jí)應(yīng)急指揮、運(yùn)維管理、數(shù)據(jù)中心、乘客服務(wù)等各業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移至該云平臺(tái)，并預(yù)留將來線路云對(duì)接條件；廣州地鐵采用了VMware 技術(shù)構(gòu)建企業(yè)管理云，探索采用企業(yè)管理云去擴(kuò)充其他業(yè)務(wù)。

（4）融合云模式。構(gòu)建多線路多系統(tǒng)的融合云平臺(tái)，以深圳地鐵正在建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)控制中心二期和武漢軌道交通網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)示范工程項(xiàng)目為代表。深圳地鐵在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)控制中心二期工程中，規(guī)劃構(gòu)建城軌云平臺(tái)，計(jì)劃將城軌管理、生產(chǎn)、對(duì)外服務(wù)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)均部署其中[7]；武漢軌道交通網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)示范工程項(xiàng)目采用基于云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)的新信息系統(tǒng)架構(gòu)，構(gòu)建異地雙活的數(shù)據(jù)中心，實(shí)施新建線路和既有線的信息系統(tǒng)全部納入和遷移到云平臺(tái)的技術(shù)方案。

以上是城軌云呈現(xiàn)的4 種建設(shè)模式，其中，第4 種多線路多系統(tǒng)的融合云平臺(tái)符合《發(fā)展綱要》關(guān)于城軌云的建設(shè)要求，具有重要推廣意義。但該種模式對(duì)于云平臺(tái)承載能力、各業(yè)務(wù)系統(tǒng)并發(fā)能力提出了極大的挑戰(zhàn)。這需要從整體上對(duì)云平臺(tái)進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)需合理部署整個(gè)云平臺(tái)的資源，實(shí)現(xiàn)均衡配置。

1.2 城軌系統(tǒng)云遷移背景

國(guó)內(nèi)較多的城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)仍主要是以業(yè)務(wù)為中心獨(dú)立構(gòu)建煙囪式架構(gòu)系統(tǒng)，再通過多系統(tǒng)之間的對(duì)接實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)管理和數(shù)據(jù)管理。這種非云平臺(tái)架構(gòu)中，存在業(yè)務(wù)系統(tǒng)分散、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜、基礎(chǔ)設(shè)施分散，多個(gè)系統(tǒng)對(duì)接消耗存儲(chǔ)及計(jì)算資源、無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、無法實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)共享等諸多問題；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基于小型機(jī)、SAN 存儲(chǔ)以及多個(gè)節(jié)點(diǎn)的Oracle 集群對(duì)外提供服務(wù)[8]，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體運(yùn)行速度慢、單點(diǎn)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)無法提供有效服務(wù)的嚴(yán)重問題[9]。

應(yīng)對(duì)以上現(xiàn)狀，文章提出將上述城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一逐步遷移至城軌云的漸進(jìn)式方案，使城軌云能夠承載ISCS、AFC、PIS、門禁系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)等多業(yè)務(wù)，完成業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的平滑過度，實(shí)現(xiàn)資源共享，按需調(diào)配，彈性擴(kuò)展，為業(yè)務(wù)緊密聯(lián)動(dòng)和大數(shù)據(jù)分析打下基礎(chǔ)。

2 城軌系統(tǒng)云遷移原則及評(píng)估流程

云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展及普及，從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)和系統(tǒng)運(yùn)維等多個(gè)角度對(duì)煙囪式傳統(tǒng)架構(gòu)信息系統(tǒng)建設(shè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響[10]。傳統(tǒng)架構(gòu)注重硬件的高可用性及縱向擴(kuò)展能力，而云平臺(tái)通過分布式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展能力及高可用性，集成了備份、監(jiān)控、高可用性、審計(jì)等基礎(chǔ)運(yùn)維服務(wù)。

2.1 系統(tǒng)云遷移原則

從傳統(tǒng)煙囪式信息系統(tǒng)IOE 架構(gòu)（指?jìng)鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中類似基于IBM 公司小型機(jī)、Oracle 公司數(shù)據(jù)庫以及EMC 公司存儲(chǔ)的系統(tǒng)架構(gòu)）向云平臺(tái)架構(gòu)轉(zhuǎn)移的過程中需要考慮以下幾點(diǎn)問題：

（1）可用性。脫離小型機(jī)及高端存儲(chǔ)的高冗余機(jī)制，采用基于PC 服務(wù)器的分布式架構(gòu)云計(jì)算平臺(tái)能否做到高可用[11]。

（2）一致性。Oracle 基于實(shí)時(shí)應(yīng)用集群及共享存儲(chǔ)可實(shí)現(xiàn)物理級(jí)別一致性[12]，云數(shù)據(jù)庫可否達(dá)到同類效果。

（3）高性能。高端存儲(chǔ)的I/O 能力很強(qiáng)，基于PC 服務(wù)器的云數(shù)據(jù)庫可否提供同樣、甚至更高的并發(fā)能力[13]。

除此之外，針對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)是否適合遷移至云平臺(tái)，需要根據(jù)業(yè)務(wù)特性、特點(diǎn)、方位等多方面進(jìn)行評(píng)估，具體評(píng)估內(nèi)容，如表1 所示。

表1 業(yè)務(wù)系統(tǒng)評(píng)估

2.2 系統(tǒng)云遷移評(píng)估流程

從現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)向云平臺(tái)遷移時(shí)需要根據(jù)系統(tǒng)類型及重要性選擇合適的遷移方式，城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)的云遷移過程應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及嚴(yán)格的評(píng)估流程進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估流程，如圖1 所示。

3 城軌系統(tǒng)云遷移策略分析

目前，城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)的普遍現(xiàn)狀是業(yè)務(wù)邏輯與數(shù)據(jù)庫之前具有強(qiáng)耦合性，大量采用Oracle 的特有語法PL/SQL 實(shí)現(xiàn)，若全部對(duì)其改造，造成開發(fā)成本過高、周期過長(zhǎng)，短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)云遷移等諸多問題，因此為確保整個(gè)系統(tǒng)的平滑過渡，采用漸進(jìn)式云遷移策略來解決城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)的云平臺(tái)部署問題。具體的策略如下：

（1）結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)云遷移，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、圖片等數(shù)據(jù)暫不遷移。

（2）部分統(tǒng)計(jì)分析業(yè)務(wù)云遷移，諸如安檢、票務(wù)等業(yè)務(wù)，將這類業(yè)務(wù)中的統(tǒng)計(jì)分析功能優(yōu)先實(shí)現(xiàn)云遷移。

（3）周邊非核心業(yè)務(wù)訪問業(yè)務(wù)云遷移，依賴系統(tǒng)數(shù)據(jù)（如線網(wǎng)監(jiān)控、指揮調(diào)度、生產(chǎn)管理）周邊業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問全部遷移至云平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問。

圖1 系統(tǒng)云遷移評(píng)估流程

4 城軌系統(tǒng)云遷移方案及架構(gòu)實(shí)施

以天津中心城區(qū)華苑控制中心二期工程為例，結(jié)合線網(wǎng)中心系統(tǒng)各系統(tǒng)的現(xiàn)狀，采用部分云遷移的方案，以下分為3 步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行漸進(jìn)云遷移。

4.1 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)云遷移

將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在云平臺(tái)上存儲(chǔ)3 份，分別存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分析型數(shù)據(jù)庫及大數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)。

（1）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)在線業(yè)務(wù)庫結(jié)構(gòu)增量數(shù)據(jù)，對(duì)外提供高并發(fā)量、簡(jiǎn)單查詢服務(wù)。

（2）分析型數(shù)據(jù)庫通過實(shí)時(shí)同步服務(wù)從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫接收實(shí)時(shí)增量數(shù)據(jù)，對(duì)外提供并發(fā)量較小的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析查詢。

（3）大數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)主要對(duì)外提供離散數(shù)據(jù)分析處理，大數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)中的數(shù)據(jù)增量可通過定期抽取或?qū)崟r(shí)同步的方式從關(guān)系型數(shù)據(jù)中完成數(shù)據(jù)同步。具體實(shí)施的架構(gòu)，如圖2 所示，圖2 中所指核心業(yè)務(wù)及周邊業(yè)務(wù)是根據(jù)具體、符合此種業(yè)務(wù)與邏輯關(guān)系的情況而定的，云上業(yè)務(wù)系統(tǒng)和云下業(yè)務(wù)系統(tǒng)在線業(yè)務(wù)庫沒有任何數(shù)據(jù)或接口間的調(diào)用關(guān)系，云上業(yè)務(wù)的訪問均由關(guān)系型數(shù)據(jù)庫支撐。

圖2 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)云遷移方案示意

4.2 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫改造云遷移

異構(gòu)數(shù)據(jù)庫改造云遷移主要包含2 部分。

（1）依賴于原有系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持的周邊業(yè)務(wù)改造云遷移。

（2）原有的系統(tǒng)部分統(tǒng)計(jì)分析功能改造業(yè)務(wù)云遷移。

異構(gòu)數(shù)據(jù)云遷移的前提條件是充分調(diào)研平臺(tái)系統(tǒng)各個(gè)業(yè)務(wù)模塊之間的調(diào)用關(guān)系，優(yōu)先遷移沒有業(yè)務(wù)調(diào)用關(guān)系或業(yè)務(wù)調(diào)用關(guān)系較少的業(yè)務(wù)模塊，并且需要根據(jù)業(yè)務(wù)訪問的特點(diǎn)合理選擇關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分析型數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)，依照從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則逐步完成整個(gè)在線業(yè)務(wù)系統(tǒng)的異構(gòu)改造云遷移。實(shí)現(xiàn)云遷移的業(yè)務(wù)處理邏輯和數(shù)據(jù)訪問功能全部在云平臺(tái)完成。具體實(shí)施的策略，如圖3 所示。

圖3 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫云遷移方案示意

4.3 數(shù)據(jù)同步云遷移

完成前兩步的云遷移改造后，利用分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)繼續(xù)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。主要涉及2 個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）使用分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性。

（2）基于企業(yè)級(jí)分布式應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行微服務(wù)化改造。

最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)在云端的部署狀態(tài)。云上的最終實(shí)施架構(gòu)以及遷移后城軌云平臺(tái)最終架構(gòu)如圖4、圖5 所示。

圖4 云遷移后業(yè)務(wù)邏輯

圖5 云平臺(tái)遷移前后架構(gòu)對(duì)比

天津中心城區(qū)華苑控制中心二期工程項(xiàng)目正處在實(shí)施階段，從云平臺(tái)遷移前后架構(gòu)對(duì)比來看，項(xiàng)目擬通過城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的云平臺(tái)遷移。

（1）提高資源利用率，降低建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本。

（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)各條線路的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、統(tǒng)一運(yùn)維，并借助云平臺(tái)的高可靠、可擴(kuò)展性、資源復(fù)用、數(shù)據(jù)共享等優(yōu)勢(shì)，不斷提升天津城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)信息化管理水平，提高運(yùn)能、降低成本。

5 結(jié)束語

城軌云平臺(tái)是信息化時(shí)代城軌運(yùn)營(yíng)管理的重要手段，建設(shè)城軌云平臺(tái)可以顯著提高資源的利用率及控制中心的運(yùn)營(yíng)效率。但云遷移并非易事，除了本文所提出的方面之外，還需要考慮的因素很多，比如成本優(yōu)化、額外的安全隱患以及遷移后的業(yè)務(wù)資源消耗等，這些都需要具體問題具體探討[14]。切忌為了遷移而遷移，應(yīng)遵循與其他復(fù)雜項(xiàng)目一樣的原則，要有系統(tǒng)的規(guī)劃和適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備。本文提出的城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一逐步遷移至城軌云漸進(jìn)式方案，不僅可以降低云遷移過程的風(fēng)險(xiǎn)，還可以幫助問題追蹤，為目前國(guó)內(nèi)廣大城軌業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移云需求提供具體的借鑒與參考。