劉海斌

(陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 陜西，西安，710018)

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求不斷增強(qiáng)，越來(lái)越多的人選擇用汽車作為代步工具，而車輛逐漸增多最終造成城市擁堵現(xiàn)象日益加重，為改善城市擁堵問(wèn)題，國(guó)家對(duì)于城市軌道交通建設(shè)問(wèn)題十分重視，城市軌道建設(shè)可有效改善城市擁堵問(wèn)題。但城市軌道出現(xiàn)故障直接威脅乘客的生命安全,為此結(jié)合綜合監(jiān)控系統(tǒng)可保證城市軌道的安全性，利用云平臺(tái)的虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的高效運(yùn)營(yíng)。與傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)相比，云平臺(tái)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)可滿足集中化、智能化的發(fā)展需求，為城市軌道交通建設(shè)提供新的方向與思路。

1 傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部服務(wù)器在功能上存在一定局限，其分布結(jié)構(gòu)主要采用三級(jí)監(jiān)控兩級(jí)管理的形式針對(duì)城市軌道交通進(jìn)行管理。其中三級(jí)監(jiān)控指的是該系統(tǒng)將監(jiān)控分布在中心級(jí)、車站級(jí)和車輛級(jí)，而管理權(quán)限主要分布于中心級(jí)和車站級(jí)。傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要存儲(chǔ)到服務(wù)器中，通過(guò)服務(wù)器可將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸至控制中心，控制中心和車站可針對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行甄別處理，有利于及時(shí)對(duì)城市軌道交通現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的不良狀況進(jìn)行處理，以此保證生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的安全。但傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)存在多種缺點(diǎn)，可造成城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀況，無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1.1 冗余設(shè)備成本高

傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)城市軌道交通配置的服務(wù)器，通常情況下采用冗余管理方式，為保證數(shù)據(jù)的保存和穩(wěn)定傳輸，對(duì)車站和控制中心布設(shè)大量服務(wù)器，該方式將在購(gòu)置和擴(kuò)展方面消耗大量成本。對(duì)車站和控制中心布設(shè)大量服務(wù)器將無(wú)法和其他軌道線路進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，造成城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)不能滿足城市軌道線網(wǎng)級(jí)智能化綜合監(jiān)控的潛在需求，而無(wú)法廣泛應(yīng)用于實(shí)際生活中[2]。

1.2 冗余數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)不一致

傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)為保證大量數(shù)據(jù)在主備服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)同步傳輸，在每個(gè)車站以及控制中心設(shè)置有冗余主備的數(shù)據(jù)庫(kù)，該方式有利于快速實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)備的無(wú)縫連接，但傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用層軟件自身和網(wǎng)絡(luò)存在問(wèn)題，導(dǎo)致該方式的最終效果與預(yù)期值不符，并且控制中心的主用數(shù)據(jù)庫(kù)以及備用數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)上存在差異性，該差異由于主用數(shù)據(jù)庫(kù)和備用數(shù)據(jù)庫(kù)的切換頻率小，因此可被覆蓋，當(dāng)將存在缺陷的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用于城市軌道的正常運(yùn)行中，隨著時(shí)間的推移，可造成地鐵無(wú)法正常運(yùn)行，存在一定安全隱患。數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比表如表1所示[3]。

表1 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比表

1.3 系統(tǒng)CPU資源利用率低

傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用層軟件易出現(xiàn)異常情況，為保證傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行,通常情況下，大多數(shù)城市軌道運(yùn)營(yíng)商在其內(nèi)部放置高標(biāo)準(zhǔn)的硬件配置，該方法具有一定可行性。其實(shí)現(xiàn)方法為：針對(duì)CPU選擇16～32 G的內(nèi)存，通過(guò)研究表明，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下使用效率僅保持在15%～20%，大內(nèi)存的使用勢(shì)必造成資源浪費(fèi)情況發(fā)生。

2 基于云平臺(tái)的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)邏輯構(gòu)成

為保證基于云平臺(tái)的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行，將該系統(tǒng)的邏輯構(gòu)成分為3層，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層[4],如圖1所示。

圖1 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)邏輯

2.1.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施層的構(gòu)成主要按照邏輯思維進(jìn)行劃分，將基礎(chǔ)設(shè)施層分為硬件資源層和虛擬資源層。通過(guò)云平臺(tái)的統(tǒng)一管理功能，有利于管理人員更加便捷地管理基礎(chǔ)設(shè)施層內(nèi)部包含的各類虛擬資源。

2.1.2 ISCS平臺(tái)層

對(duì)ISCS平臺(tái)層按照邏輯思維進(jìn)行劃分時(shí)，可將其分為支撐軟件層和平臺(tái)服務(wù)層，該層的邏輯結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的平臺(tái)層一致，但I(xiàn)SCS平臺(tái)層的建立在一定意義上可為ISCS應(yīng)用層提供支持作用。

2.1.3 ISCS應(yīng)用層

ISCS應(yīng)用層為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于云平臺(tái)部署的ISCS可借助大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合云平臺(tái)的虛擬技術(shù)搭建綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算環(huán)境,在保證ISCS應(yīng)用層穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，為ISCS應(yīng)用層完成資源的在線擴(kuò)容。通常情況下，基于云平臺(tái)建立的城市軌道交通大數(shù)據(jù)平臺(tái)可在同等造價(jià)下將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)3～5年，并具有規(guī)模越大成本越低的優(yōu)勢(shì)，為大數(shù)據(jù)分析提供有效的數(shù)據(jù)支撐[5]。

2.2 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2.2.1 OCC純虛擬化、車站部分虛擬化架構(gòu)

為保證綜合監(jiān)控系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)該系統(tǒng)的硬件組成部分進(jìn)行分析，將該系統(tǒng)的硬件組成部分進(jìn)行虛擬化處理，其中OCC的服務(wù)器全部虛擬化，而車站采用部分虛擬化部署結(jié)構(gòu)。OCC在虛擬化過(guò)程中可利用自身優(yōu)勢(shì)將服務(wù)器虛擬化形成大數(shù)據(jù)分析與可視化的服務(wù)器，而車站在虛擬化過(guò)程中虛擬出1臺(tái)主服務(wù)器，但留有1臺(tái)實(shí)際的物理服務(wù)器作為備用服務(wù)器，主服務(wù)器與備用服務(wù)器之間可通過(guò)ISCS進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

2.2.2 云平臺(tái)中心虛擬化架構(gòu)

對(duì)云平臺(tái)中心架構(gòu)進(jìn)行虛擬化時(shí)，主要將云平臺(tái)中心設(shè)立為主云和備云2個(gè)云平臺(tái)集群，主云與備云之間主要利用主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，為實(shí)現(xiàn)對(duì)主云平臺(tái)和備云平臺(tái)內(nèi)部資源的統(tǒng)一調(diào)控和監(jiān)控，可通過(guò)云平臺(tái)主控中心進(jìn)行資源管理，在云平臺(tái)的作用下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的虛擬機(jī)和數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程遷移的速度與同機(jī)房?jī)?nèi)遷移的速度基本一致。由此可證明，主云與備云可放置于不同的控制中心，為保證ISCS的可靠性，可通過(guò)備用服務(wù)器暫時(shí)替代云平臺(tái)，在故障恢復(fù)后，車站虛擬服務(wù)器的監(jiān)控系統(tǒng)可將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步[6]。

2.2.3 純虛擬化架構(gòu)

純虛擬化架構(gòu)可將該系統(tǒng)內(nèi)部存在的全部物理服務(wù)器虛擬化后統(tǒng)一整合到OCC，利用OCC中能力足夠的云平臺(tái)資源集群，將綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，通過(guò)整合完畢的數(shù)據(jù)信息可劃分出滿足性能要求的虛擬機(jī)，并將其運(yùn)用在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行云桌面服務(wù)器的安裝。對(duì)虛擬的服務(wù)器仍采用主云和備云的冗余配置，而數(shù)據(jù)的同步主要依靠ISCS自身完成，有利于在物理服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，以最快的速度進(jìn)行填補(bǔ)，相比于傳統(tǒng)方式，該方式更具優(yōu)勢(shì)。

3 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)云平臺(tái)方案與傳統(tǒng)方案對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)比分析可知，當(dāng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要擴(kuò)容時(shí)，云平臺(tái)可通過(guò)自身計(jì)算能力和存儲(chǔ)資源能力針對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)容情況，進(jìn)行相應(yīng)的資源調(diào)度，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)容，為保證城市軌道交通在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中可容納線路系統(tǒng)的不斷加入，應(yīng)采用“以小拼大”的方案，該方案僅是城市軌道交通信息化建設(shè)的第一步，為確保云計(jì)算技術(shù)可為城市軌道交通提供更全面的信息資源，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試與對(duì)接。云平臺(tái)綜合監(jiān)控方案與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控方案對(duì)比如表2所示。

表2 云平臺(tái)綜合監(jiān)控方案與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控方案對(duì)比

4 基于云平臺(tái)的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析

4.1 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

4.1.1 提高服務(wù)器資源利用率

城市軌道綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢(shì)，為保證該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)對(duì)建設(shè)成本進(jìn)行控制。在云平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)建立可最大限度地降低系統(tǒng)建設(shè)成本，并在一定程度上提高服務(wù)器資源利用率，其根本方法是利用云平臺(tái)技術(shù)對(duì)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部服務(wù)器進(jìn)行資源整合。

4.1.2 提高綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用云平臺(tái)的動(dòng)態(tài)熱遷移等功能，與自身的冗余機(jī)制充分結(jié)合，在保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，可完成數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程遷移，通過(guò)云平臺(tái)的利用，可在極大程度上提升城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，避免安全隱患的發(fā)生[7]。

4.1.3 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展資源

基于云平臺(tái)的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控業(yè)務(wù)以最快的速度進(jìn)行部署，該過(guò)程主要由城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)云平臺(tái)對(duì)資源增強(qiáng)情況進(jìn)行提前規(guī)劃，該方法可最大限度地加快服務(wù)器的應(yīng)用部署，并縮短服務(wù)器的重建周期，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展綜合監(jiān)控系統(tǒng)的資源。

4.1.4 提高運(yùn)營(yíng)效率與服務(wù)水平

在云平臺(tái)的基礎(chǔ)上針對(duì)城市軌道交通進(jìn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定優(yōu)勢(shì)，可體現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)效率與服務(wù)水平中，相關(guān)管理人員可利用云平臺(tái)對(duì)該系統(tǒng)的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一集中處理，處理內(nèi)容主要包括各服務(wù)器內(nèi)部資源數(shù)據(jù)，將資源進(jìn)行整合，并利用云平臺(tái)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行資源管理、數(shù)據(jù)分析以及可視化功能，有利于更加科學(xué)地針對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行輔助運(yùn)營(yíng)決策，最終實(shí)現(xiàn)提高運(yùn)營(yíng)效率的目的[8]。

4.2 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

云平臺(tái)技術(shù)為該系統(tǒng)的核心技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)方式為：云平臺(tái)作用于城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，首先對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行資源劃分以及全局調(diào)度處理，通過(guò)該方式在一定程度上可為用戶提供最優(yōu)的服務(wù)，并根據(jù)系統(tǒng)工作負(fù)載的大小以動(dòng)態(tài)的方式對(duì)資源進(jìn)行調(diào)整。該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)包括作業(yè)連續(xù)性、資源集中性,其中云平臺(tái)技術(shù)的作業(yè)連續(xù)性優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在系統(tǒng)主要采用冗余架構(gòu)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，將站點(diǎn)服務(wù)器以虛擬云的形式安置于系統(tǒng)內(nèi)部，支持系統(tǒng)在線升級(jí)硬件擴(kuò)容，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合監(jiān)控作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證系統(tǒng)可持續(xù)性的提升自身能力。云平臺(tái)技術(shù)的資源集中優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在通過(guò)云平臺(tái)技術(shù)可將系統(tǒng)內(nèi)部硬件資源進(jìn)行整合，對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)池進(jìn)行實(shí)時(shí)共享和讀取，并判斷已讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)載大小，根據(jù)各部分?jǐn)?shù)據(jù)的耗能程度進(jìn)行資源空間的分配[9]。

5 云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施方案布局設(shè)計(jì)

5.1 基于云平臺(tái)部署的ISCS系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

對(duì)ISCS系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行部署時(shí)，可將系統(tǒng)內(nèi)典型的客戶與服務(wù)器相連接，并將采集成功的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)。虛擬服務(wù)器處理完畢后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶端，對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中，云平臺(tái)內(nèi)的虛擬化資源可參數(shù)數(shù)據(jù)將由運(yùn)維管理工具進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)實(shí)施管理與監(jiān)控功能?；谠破脚_(tái)部署的ISCS系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)[10]如圖2所示。

圖2 基于云平臺(tái)部署的ISCS系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

5.2 ISCS與云平臺(tái)有效融合測(cè)試

為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)云化部署的通用性、版權(quán)管理等問(wèn)題進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)云平臺(tái)提出3條要求，分別是服務(wù)器硬件不接受云平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的綁定、云平臺(tái)需支持綜合監(jiān)控系統(tǒng)的USB跨物理主機(jī)掛載功能、云平臺(tái)應(yīng)存在對(duì)外開(kāi)放接口。滿足上述3條要求，即可對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的硬件環(huán)境以及軟件環(huán)境進(jìn)行融合測(cè)試[11]。

測(cè)試環(huán)境部署：硬件配置過(guò)程中，CPU采用Intel(R)Xeon(R)型號(hào)，主頻為2.40 GHz，緩存為8 MB，其配置個(gè)數(shù)分別為8個(gè)中心虛擬服務(wù)器、6個(gè)車站虛擬服務(wù)器、2個(gè)管理服務(wù)器及2個(gè)客戶端；內(nèi)存均采用DDR3 SDRAM類型，各部分內(nèi)存實(shí)配容量按照CPU配置順序依次為20 GB、12 GB、4 GB、4 GB，硬盤容量依次為4 TB、4 TB、1 TB、200 GB。軟件配置過(guò)程中均采用型號(hào)為L(zhǎng)inux Redhat 7.2的操作系統(tǒng)，監(jiān)控軟件為5.8.1.0X64，服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)為Sybase 15.7和MySQL，工作站的瀏覽器為Google Chrome 45.0.2454.85(64 bit)。

測(cè)試的主要內(nèi)容及方法為：①云平臺(tái)的虛擬機(jī)生命周期管理功能包括虛擬機(jī)的創(chuàng)建、刪除等測(cè)試；②快照備份恢復(fù)功能是利用虛擬機(jī)的功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)部署；③虛擬網(wǎng)絡(luò)功能是對(duì)云平臺(tái)的存儲(chǔ)及管理功能進(jìn)行測(cè)試；④資源遠(yuǎn)程在線熱遷移是判斷數(shù)據(jù)采集是否會(huì)隨著熱遷移而出現(xiàn)中斷現(xiàn)象；⑤實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理核心業(yè)務(wù)功能測(cè)試的主要目的是驗(yàn)證系統(tǒng)是否能正常工作，通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)虛擬機(jī)服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步功能即可完成驗(yàn)證；⑥系統(tǒng)與云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)接口兼容性測(cè)試是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件接口兼容性進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)與云平臺(tái)的兼容性是否完善。

6 總結(jié)

基于云平臺(tái)建立的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高效性、高擴(kuò)展性、高安全性的監(jiān)控功能，而傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)在性能方面具有一定缺陷，將二者進(jìn)行對(duì)比可知，基于云平臺(tái)建立的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)可最大限度地降低運(yùn)營(yíng)與維護(hù)成本，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行分析可知，該系統(tǒng)利用冗余機(jī)制與云平臺(tái)的虛擬化技術(shù)進(jìn)行融合，提升了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的安全性以及可靠性。在未來(lái)發(fā)展中，云平臺(tái)技術(shù)前景十分良好，可將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于城市軌道建設(shè)之中，為城市軌道交通信息化建設(shè)帶來(lái)新的方向。