胡 晶

(中鐵十六局集團(tuán)鐵運(yùn)工程有限公司，廣東 廣州 510000)

0 前 言

當(dāng)前，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)獲得了蓬勃的發(fā)展，同時(shí)，國(guó)內(nèi)的城市軌道交通產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。此外，我國(guó)城市交通網(wǎng)絡(luò)矛盾日益加劇，城市軌道交通的出現(xiàn)有效緩解了這種矛盾，因此，城市軌道交通一體化的發(fā)展會(huì)對(duì)整個(gè)交通系統(tǒng)造成巨大的利好影響。為了合理整合硬件資源，應(yīng)將現(xiàn)代化先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)巧妙運(yùn)用在城市軌道交通領(lǐng)域中，這樣能夠在很大程度上降低交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本，發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用，以此提升交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1-2]。

1 工程概況

某城市地鐵4號(hào)線(xiàn)使用云平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一個(gè)多業(yè)務(wù)的系統(tǒng)?，F(xiàn)階段已經(jīng)進(jìn)入到試運(yùn)行階段，試驗(yàn)表明該控制平臺(tái)運(yùn)行狀況良好，于2019年底正式投入運(yùn)營(yíng)。該項(xiàng)目正式開(kāi)始運(yùn)營(yíng)標(biāo)志著全世界范圍內(nèi)首個(gè)云平臺(tái)綜合作業(yè)的地鐵線(xiàn)路應(yīng)運(yùn)而生。

2 云計(jì)算應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)架

與現(xiàn)代化科學(xué)先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)為支撐的系統(tǒng)平臺(tái)相比，傳統(tǒng)型的信息平臺(tái)主要體現(xiàn)出以下缺陷。

1)傳統(tǒng)信息服務(wù)平臺(tái)中，系統(tǒng)的服務(wù)器工作效率非常低。

2)因?yàn)槌鞘熊壍澜煌ㄗ陨砭邆湟欢ǖ男袠I(yè)特殊性，促使系統(tǒng)軌道服務(wù)器在不同的地方發(fā)揮出作用，例如控制站點(diǎn)、車(chē)輛進(jìn)出段、各路段站點(diǎn)等。傳統(tǒng)型的信息平臺(tái)無(wú)法有效整合數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)的安全性也無(wú)法得到保障。

3)傳統(tǒng)型的信息管理平臺(tái)中，監(jiān)控活動(dòng)僅僅控制少部分的虛擬資源，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)全局的掌控。

4)隨著交通網(wǎng)絡(luò)布局范圍越來(lái)越廣泛，軌道交通趨向于現(xiàn)代化發(fā)展，為社會(huì)大眾的出行提供了巨大的便利，越來(lái)越多的居民會(huì)優(yōu)先選擇軌道出行。

2.1 中心云

結(jié)合綜合監(jiān)控二級(jí)、三級(jí)管理的核心設(shè)計(jì)思路來(lái)看，該項(xiàng)目的2號(hào)線(xiàn)中心云是由控制中心、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備共同組成。云計(jì)算應(yīng)用軟件是利用OpenStack(OpenStack云計(jì)算管理平臺(tái))的商業(yè)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的一個(gè)虛擬設(shè)備，中心云虛擬設(shè)備由諸多系統(tǒng)組成。通過(guò)兩個(gè)中心相互連接實(shí)現(xiàn)信息資源共享，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行統(tǒng)一控制與處理。此外，應(yīng)該構(gòu)建出一個(gè)子業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以直接設(shè)置在異地，但是系統(tǒng)的部署與以上兩個(gè)數(shù)據(jù)中心保持通信，確保該系統(tǒng)直接與任意一個(gè)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行通信，避免業(yè)務(wù)受到影響。在緊急情況下可以省略掉決策環(huán)節(jié)，直接對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行相應(yīng)的管理[3]。

2.2 車(chē)站云

交通系統(tǒng)主要涉及綜合監(jiān)控系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、防災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、信號(hào)通信系統(tǒng)、客戶(hù)信息系統(tǒng)、廣播宣傳系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)中心借助先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)對(duì)各個(gè)流程進(jìn)行管控，云計(jì)算會(huì)收集大量數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理與計(jì)算，然后，每一個(gè)業(yè)務(wù)流程節(jié)點(diǎn)處可自動(dòng)生成云桌面，確保各項(xiàng)業(yè)務(wù)正常辦理，不會(huì)受到影響，顯著提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率?，F(xiàn)階段，我國(guó)的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)子系統(tǒng)的構(gòu)建計(jì)劃與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際硬件裝置基本上保持吻合，所以將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)資源方面可有效強(qiáng)化計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力與存儲(chǔ)規(guī)模，促使信息資源實(shí)現(xiàn)共享。進(jìn)一步來(lái)看，傳統(tǒng)型的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中的硬件裝置主要是PC端的計(jì)算機(jī)設(shè)備，這種設(shè)備利用BS框架搭建出來(lái)，隨著云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，這種傳統(tǒng)型的硬件設(shè)備必須將云數(shù)據(jù)作為前提依據(jù)，才可以保證云平臺(tái)的理論發(fā)揮出實(shí)際效能。

車(chē)站云硬件裝置使用的是國(guó)內(nèi)馳名的X86服務(wù)節(jié)點(diǎn)，該裝置的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成，其中一體機(jī)需要使用3個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，云計(jì)算軟件利用KVM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，一體機(jī)一般裝置在A(yíng)FC(Automatic Fare Collection System，AFC系統(tǒng))設(shè)備間與通信設(shè)備間。站臺(tái)設(shè)備間只需要安裝一臺(tái)一體機(jī)即可，而三臺(tái)一體機(jī)搭建出一個(gè)完整的車(chē)站云，當(dāng)任意一臺(tái)一體機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其他兩臺(tái)一體機(jī)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行替補(bǔ)作業(yè)。

2.3 中心云與車(chē)站云互聯(lián)

中心云與車(chē)站云利用40 M承載網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，這種承載網(wǎng)會(huì)借助雙向通道保護(hù)環(huán)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)則使用MPLS-TP(一種面向連接的分組交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù))環(huán)網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)中心云與車(chē)站云互聯(lián)，高效實(shí)現(xiàn)控制中心對(duì)車(chē)輛段以及各個(gè)車(chē)站站點(diǎn)的監(jiān)管功能，車(chē)站與車(chē)輛段設(shè)置的終端會(huì)不間歇將自身的動(dòng)態(tài)信息真實(shí)反饋給中心云。

3 云平臺(tái)安全

3.1 云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建基本原則

一般而言，“云計(jì)算”技術(shù)必須在經(jīng)過(guò)合理的處理以后才可以做出正確的決策，對(duì)數(shù)據(jù)的具體功效進(jìn)行科學(xué)分析，但是由于云計(jì)算突顯出鮮明的計(jì)算速度快、處理數(shù)據(jù)規(guī)模龐大的特點(diǎn)，由此可見(jiàn)，云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值并未體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的規(guī)模上，假若想要發(fā)揮云計(jì)算的最大價(jià)值，就必須對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的處理，確保數(shù)據(jù)的處理結(jié)果發(fā)揮出實(shí)際價(jià)值?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)各大城市的軌道交通運(yùn)營(yíng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，監(jiān)控系統(tǒng)必須隨時(shí)隨地保存各種數(shù)據(jù)。不難發(fā)現(xiàn)，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，城市軌道營(yíng)運(yùn)的核心內(nèi)容必然會(huì)逐漸過(guò)渡至云數(shù)據(jù)技術(shù)方面。因此，在對(duì)云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)必須遵循以下基本原則。

1)保護(hù)乘客的信息。結(jié)合實(shí)際情況而言，城市交通領(lǐng)域會(huì)觸及到乘客個(gè)人隱私信息，所以城市軌道營(yíng)運(yùn)過(guò)程中必須以乘客自愿為前提，保證乘客的信息安全。

2)衡量數(shù)據(jù)價(jià)值。在使用云計(jì)算技術(shù)對(duì)城市軌道營(yíng)運(yùn)進(jìn)行管理的過(guò)程中必須明確指出管理目標(biāo)，避免實(shí)際管理出現(xiàn)盲目性現(xiàn)象，且應(yīng)該制定出一套完善的分析機(jī)制，確保云計(jì)算技術(shù)發(fā)揮出最大的效能。

3)科學(xué)規(guī)劃。城市軌道營(yíng)運(yùn)管理的過(guò)程中，云計(jì)算技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)比較晚，加之城市軌道營(yíng)運(yùn)管理系統(tǒng)中的各種子系統(tǒng)數(shù)量非常多，促使云數(shù)據(jù)技術(shù)需要處理的數(shù)據(jù)非常多。

3.2 云平臺(tái)安全設(shè)計(jì)

云平臺(tái)在安全方面的設(shè)計(jì)主要從三個(gè)方面體現(xiàn)出來(lái)：南北方向的安全設(shè)計(jì)、東西方向的安全設(shè)計(jì)以及集中式安全設(shè)計(jì)，以此全面保障云平臺(tái)的安全性。

南北方向的安全設(shè)計(jì)針對(duì)云平臺(tái)的通信安全、邊界安全進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理選擇優(yōu)化措施，可以適當(dāng)借助高性能的硬件設(shè)施加強(qiáng)安全方面的防護(hù)，例如防火墻或殺毒軟件，強(qiáng)有力地抵御系統(tǒng)外部的入侵，保證云平臺(tái)系統(tǒng)的安全性；東西方向的安全設(shè)計(jì)著重關(guān)注虛擬機(jī)方面的防護(hù)措施，保證各方面業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)得到合理應(yīng)用，利用虛擬防火墻實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)隔離，確保云平臺(tái)數(shù)據(jù)應(yīng)用過(guò)程中的安全性。此外，為了有效提高云平臺(tái)運(yùn)行的安全性，應(yīng)該配備一系列的網(wǎng)絡(luò)安全軟件，例如殺毒軟件、審計(jì)平臺(tái)、堡壘機(jī)等。

3.3 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方案

采用服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、安全虛擬化技術(shù)和云計(jì)算管理技術(shù)，構(gòu)建易于管理、動(dòng)態(tài)高效、靈活擴(kuò)展、穩(wěn)定可靠、按需使用的云計(jì)算模式的數(shù)據(jù)中心。

1)業(yè)務(wù)應(yīng)用區(qū)設(shè)計(jì)。業(yè)務(wù)應(yīng)用區(qū)提供大內(nèi)存2路多核高性能物理服務(wù)器，并配置足夠容量硬盤(pán)，通過(guò)計(jì)算虛擬化技術(shù)，部署承載各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的云主機(jī)服務(wù)器(結(jié)合網(wǎng)絡(luò)虛擬化VXLAN(Virtual Extensible LAN，虛似擴(kuò)展局域網(wǎng))技術(shù)實(shí)現(xiàn)任意云主機(jī)在任意物理機(jī)上的部署)。每臺(tái)物理服務(wù)器均需同時(shí)接入業(yè)務(wù)網(wǎng)(萬(wàn)兆/千兆網(wǎng)卡上連，提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)不同VXLAN網(wǎng)絡(luò)接入各系統(tǒng))、管理網(wǎng)(千兆網(wǎng)卡上連，通過(guò)系統(tǒng)管理區(qū)相應(yīng)管理軟件實(shí)現(xiàn)虛擬化平臺(tái)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、云管理平臺(tái)等)和iL0(帶外管理設(shè)備)管理網(wǎng)(通過(guò)帶外管理iL0口上連，形成跨交換機(jī)帶外管理網(wǎng)絡(luò)集群，方便運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員以服務(wù)器集群為單位對(duì)硬件進(jìn)行統(tǒng)一管理配置)?？紤]到存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的運(yùn)用，利用萬(wàn)兆接入交換機(jī)搭建存儲(chǔ)網(wǎng)，以此接入虛擬存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)。

2)管理和服務(wù)區(qū)。管理和服務(wù)區(qū)部署云管理平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)、虛擬化管理平臺(tái)等管理服務(wù)器，通過(guò)對(duì)云管理平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)、虛擬化管理平臺(tái)等軟件的部署，從而科學(xué)管控底層資源、確保業(yè)務(wù)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可用性，并合理優(yōu)化配置資源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)及維護(hù)管理的自動(dòng)化，最終實(shí)現(xiàn)提高管理效率的目的。

4 云計(jì)算架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)模式的資源對(duì)比

1)物理空間的對(duì)比(每個(gè)車(chē)站)。傳統(tǒng)性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般需要各種組件設(shè)備相互配合，例如AFC、監(jiān)控設(shè)備、站臺(tái)門(mén)等，使用云計(jì)算技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算以后，僅僅需要設(shè)置設(shè)備間、通信設(shè)備、AFC即可，每一個(gè)設(shè)備安裝一個(gè)一體機(jī)就可以滿(mǎn)足需求。此外，每一個(gè)設(shè)備間應(yīng)該裝置2臺(tái)機(jī)柜。云計(jì)算架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)模式對(duì)設(shè)備間和機(jī)柜數(shù)的要求對(duì)比如表1所示。

表1 設(shè)備間和機(jī)柜數(shù)對(duì)比 單位：臺(tái)

2)能耗的對(duì)比(每個(gè)車(chē)站)傳統(tǒng)性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須保證自身存在獨(dú)立的服務(wù)器，云計(jì)算技術(shù)下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)則將底層硬件資源進(jìn)行合理整合，有效減少部分硬件設(shè)備，促使系統(tǒng)的功率不斷下降。云計(jì)算架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)模式的功耗分別為6 kW和12 kW，可見(jiàn)云計(jì)算架構(gòu)模式可大幅降低能耗。

3)維護(hù)人力成本的對(duì)比(29個(gè)車(chē)站)。傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是借助計(jì)算機(jī)、底層的硬件設(shè)備、云計(jì)算軟件以及相關(guān)附屬軟件來(lái)形成一個(gè)科學(xué)化的維護(hù)系統(tǒng)，能夠有效縮減人員的數(shù)量，降低系統(tǒng)維護(hù)的成本。

5 云計(jì)算應(yīng)用對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)意義

目前，社會(huì)大眾倡導(dǎo)“開(kāi)源節(jié)流”，這一點(diǎn)與云計(jì)算的價(jià)值存在緊密的關(guān)聯(lián)性?！肮?jié)流”主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)運(yùn)用方面的成本，借助現(xiàn)代化先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)有效降低系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的成本，且強(qiáng)化了用戶(hù)的體驗(yàn)感；“開(kāi)源”則主要是指軟件資源與硬件資源良好的整合利用，促使計(jì)算機(jī)能夠獲取到大量的信息資源。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)的地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)存在基礎(chǔ)設(shè)施分散、缺乏標(biāo)準(zhǔn)性等缺陷，而互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)能夠有效彌補(bǔ)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的缺陷。隨著部分云平臺(tái)在實(shí)踐過(guò)程中取得了不俗的成效，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)在地鐵云平臺(tái)中的運(yùn)用范圍必然會(huì)得到拓寬。

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