云計(jì)算在中國(guó)鐵路客票預(yù)訂和發(fā)售系統(tǒng)的應(yīng)用研究

江 琳，王 芳

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

中國(guó)鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱客票系統(tǒng)）是覆蓋全國(guó)鐵路的大規(guī)模計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)由鐵道部客票中心、地區(qū)客票中心和車站三級(jí)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成。隨著客票資源即存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和計(jì)算機(jī)硬件維護(hù)成本的不斷提高和客票系統(tǒng)業(yè)務(wù)不斷的發(fā)展擴(kuò)大，需對(duì)客票信息進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的處理、利用和分析，云計(jì)算以其對(duì)計(jì)算資源掌握的高靈活性、高擴(kuò)展性和低成本等優(yōu)勢(shì)，將成為客票系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展的重要技術(shù)手段。

1 云計(jì)算介紹

云計(jì)算核心就是將大量網(wǎng)絡(luò)連接的資源構(gòu)成一個(gè)云資源池進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、部署和管理。通過提高云的處理能力，減少云用戶終端的處理負(fù)擔(dān)，用戶按需付費(fèi)使用云計(jì)算的處理能力。

1.1 云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)如圖1。

（1）云用戶終端：是云用戶請(qǐng)求服務(wù)的交互界面，用戶進(jìn)入云的入口。

（2）服務(wù)目錄：是云用戶可選擇的服務(wù)列表，在云用戶終端界面生成相應(yīng)的圖標(biāo)或列表展示相關(guān)服務(wù)。

（3）管理系統(tǒng)：提供管理和服務(wù)，管理云用戶、計(jì)算資源和服務(wù)。

（4）部署工具：根據(jù)云用戶請(qǐng)求，智能、動(dòng)態(tài)地部署、配置、回收資源和應(yīng)用。

（5）資源監(jiān)控：監(jiān)控云系統(tǒng)資源的使用情況，確保資源的合理配置。

（6）服務(wù)器集群：由管理系統(tǒng)管理的虛擬的或者物理的服務(wù)器。

1.2 云計(jì)算服務(wù)層次

云計(jì)算服務(wù)層次包括應(yīng)用層、管理層、資源層和物理層，分別提供SaaS服務(wù)、PaaS服務(wù)、IaaS服務(wù)和HaaS服務(wù)，如圖2。

圖2 云計(jì)算服務(wù)層次

（1）硬件即服務(wù)（HaaS）：位于云計(jì)算物理層，給云用戶提供最簡(jiǎn)單的計(jì)算存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源，云用戶可以通過這些資源搭建自己的業(yè)務(wù)平臺(tái)。

（2）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）：位于云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施層，將計(jì)算存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源租給云用戶，云用戶通過操作系統(tǒng)和服務(wù)軟件使用租來的云。如亞馬遜的過彈性計(jì)算云（ec2）。

（3）平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）：位于云計(jì)算平臺(tái)層，以應(yīng)用開發(fā)環(huán)境作為業(yè)務(wù)平臺(tái)，云用戶通過應(yīng)用開發(fā)接口和工具把自己的應(yīng)用程序部署到云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上。如Google通過appengine接口向云用戶提供業(yè)務(wù)，開發(fā)者必須使用該接口來開發(fā)應(yīng)用。

（4）軟件即服務(wù)（SaaS）：位于云計(jì)算應(yīng)用層，通過網(wǎng)絡(luò)提供完整的可直接使用的應(yīng)用程序，應(yīng)用程序完全由運(yùn)營(yíng)商集中管理。比如Google的Gmail。

2 云計(jì)算在客票系統(tǒng)的應(yīng)用試析

2.1 客票系統(tǒng)的特點(diǎn)

客票系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜，是大型廣域網(wǎng)系統(tǒng)，分為鐵道部、地區(qū)中心和車站3層結(jié)構(gòu)。采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式，實(shí)現(xiàn)異種機(jī)互聯(lián)及模擬廣域網(wǎng)互聯(lián)。該系統(tǒng)包含售票、退票、預(yù)約預(yù)訂等眾多子系統(tǒng)，包括現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、業(yè)務(wù)開發(fā)、技術(shù)支持、日常維護(hù)與監(jiān)控等海量的客票信息，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量大，核心業(yè)務(wù)復(fù)雜，資源耗費(fèi)巨大。

客票系統(tǒng)最大特點(diǎn)是一個(gè)7×24 h不間斷運(yùn)行、實(shí)時(shí)交易的生產(chǎn)系統(tǒng)，要求對(duì)客票數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)處理、分析和掌控，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，尤其要求具有高安全性和高穩(wěn)定性。

此外，客票系統(tǒng)是一個(gè)跨鐵道部、地區(qū)中心和各級(jí)車站的信息平臺(tái)，需要數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)信息處理、決策分析和應(yīng)用服務(wù)。

2.2 云計(jì)算在客票系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)越性

（1）云計(jì)算通過虛擬化技術(shù)整合服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)等硬件資源，優(yōu)化系統(tǒng)資源配置比例，提升資源利用率。在客票系統(tǒng)中引入云計(jì)算有助于滿足服務(wù)器規(guī)模日益龐大和數(shù)據(jù)中心空間日漸增大的需求，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的高靈活性，降低運(yùn)維成本。

（2）云計(jì)算使用數(shù)據(jù)多副本拷貝以及容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換技術(shù)來保障服務(wù)的高可用性?？推毕到y(tǒng)發(fā)生任何單點(diǎn)物理故障，客票應(yīng)用程序都會(huì)在用戶完全不知情的情況下，轉(zhuǎn)移到其他物理資源上繼續(xù)運(yùn)行，確?？推毕到y(tǒng)可靠穩(wěn)定。

（3）云計(jì)算也有利于信息共享，提高信息利用率，避免資源浪費(fèi)，同時(shí)為客票系統(tǒng)決策提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 客票系統(tǒng)在云計(jì)算的應(yīng)用模式

針對(duì)客票系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r以及云計(jì)算平臺(tái)成熟程度，客票系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)云計(jì)算需根據(jù)自身特點(diǎn)，從易到難、由外向內(nèi)、從邊緣到核心，逐層構(gòu)建專業(yè)的客票云，逐步實(shí)現(xiàn)云計(jì)算在客票系統(tǒng)中的部署和遷移。

對(duì)保密性、安全性要求高的客票信息和要求響應(yīng)及時(shí)、快速處理的客票核心應(yīng)用程序，可通過私有云的模式實(shí)現(xiàn)。對(duì)可公開發(fā)布的信息源，如客服系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等對(duì)外應(yīng)用系統(tǒng)可通過公共云的模式實(shí)現(xiàn)。

客票云作為鐵路應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)云，應(yīng)具有混合云的特點(diǎn)，通過專業(yè)技術(shù)把私有云和公共云結(jié)合形成專業(yè)的客票混合云。

2.3.1 客票私有云

私有云就是通過租用云資源建立企業(yè)內(nèi)部的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，企業(yè)可獨(dú)立管理云的基礎(chǔ)設(shè)施?？推彼接性聘采w于客票內(nèi)部網(wǎng)，分布鐵道部、地區(qū)中心以及各車站，使客票內(nèi)部所有的存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和計(jì)算機(jī)硬件資源實(shí)現(xiàn)共享，提供核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、處理、交換、分析和備份等，實(shí)現(xiàn)客票私有云分3步：整合化、虛擬化和自動(dòng)化。

整合化就是把客票系統(tǒng)所用的底層服務(wù)功能整合到云計(jì)算的底層設(shè)施中去。通過網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)中心資源虛擬化的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，為客票應(yīng)用程序需求提供動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)部署。

虛擬化就是把已整合的客票資源即存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和操作系統(tǒng)等，通過虛擬機(jī)遷移技術(shù)的虛擬化處理，實(shí)現(xiàn)與資源無關(guān)的共享和復(fù)用，提高從鐵道部、地區(qū)中心及各個(gè)車站的設(shè)備利用率、降低運(yùn)維復(fù)雜度，所有客票應(yīng)用程序都可使用虛擬化資源提供的計(jì)算服務(wù)。

自動(dòng)化即客票云中的智能系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用管理客票系統(tǒng)的底層資源和功能，通過最優(yōu)化的計(jì)算和資源配置，動(dòng)態(tài)完成相關(guān)物理資源的調(diào)度，有效地完成功能提供任務(wù)。

客票私有云為鐵道部、地區(qū)中心及各車站節(jié)省大量運(yùn)維費(fèi)用，并保障客票系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.3.2 客票公共云

公共云就是所有用戶都能夠使用云計(jì)算資源和服務(wù)平臺(tái)，云用戶根據(jù)用量來付費(fèi)。對(duì)于可公開發(fā)布或使用的客票公共信息和服務(wù)可部署為公共云?？推惫苍浦饕峁┮韵鹿δ埽海?）提供基于應(yīng)用的軟件服務(wù)（SaaS），如給廣大旅客提供列車信息服務(wù)、票價(jià)信息發(fā)布、網(wǎng)上售、退、改簽服務(wù)、旅程規(guī)劃服務(wù)等。（2）提供平臺(tái)服務(wù)（PaaS），實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用戶管理、安全管理、負(fù)載均衡、彈性擴(kuò)容和數(shù)據(jù)備份等。（3）提供基礎(chǔ)設(shè)置服務(wù)（IaaS），如資源服務(wù)部署，申請(qǐng)、分配、動(dòng)態(tài)調(diào)整和釋放資源。（4）提供硬件服務(wù)（HaaS），如提供客票相關(guān)的存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器資源?？推惫苍频姆?wù)平臺(tái)如圖3。

圖3 客票公共云的服務(wù)平臺(tái)

部署客票公共云還可在Internet上把互聯(lián)網(wǎng)信息查詢和網(wǎng)上客票業(yè)務(wù)服務(wù)作為一個(gè)平臺(tái)服務(wù)提供給其他用戶使用，云用戶可通過標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)訪問接口，也可隨負(fù)載壓力動(dòng)態(tài)調(diào)整客票資源，保障客票系統(tǒng)的穩(wěn)定和提高資源利用率。

2.3.3 客票云

客票云就是通過關(guān)鍵技術(shù)把公共云和私有云組合而成的客票混合云，兼有公共云和私有云的特點(diǎn)，但兩種云仍保持獨(dú)立?？推痹茦?gòu)建如圖4。

圖4 客票云的主要構(gòu)建

實(shí)現(xiàn)客票云的步驟應(yīng)該如下：（1）需要在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算，同時(shí)把客票系統(tǒng)中非核心的應(yīng)用業(yè)務(wù)逐步向基礎(chǔ)設(shè)施遷移。（2）在客票云中要實(shí)現(xiàn)常用服務(wù)，需要把客票公共信息服務(wù)平臺(tái)向客票云上遷移。（3）通過標(biāo)準(zhǔn)化接口提供客票基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為廣大旅客提供實(shí)時(shí)便捷的售、退、改簽等客票業(yè)務(wù)服務(wù)和信息查詢服務(wù)。（4）通過客票云的發(fā)展和完善，擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)施，提供豐富的接口，逐步把客票核心應(yīng)用和服務(wù)向客票云遷移，使得客票業(yè)務(wù)在客票云中全面實(shí)現(xiàn)。

客票云除了應(yīng)用層、管理層、資源層和物理層提供的SaaS服務(wù)、PaaS服務(wù)、IaaS服務(wù)和HaaS服務(wù)，還可提供高性能服務(wù)器、軟件開發(fā)工具、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)及系統(tǒng)管理軟件，為客票系統(tǒng)提供便捷、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的公共服務(wù)平臺(tái)和工具平臺(tái)?？推痹朴脩粢宰赓U的方式共享客票平臺(tái)的開發(fā)、測(cè)試和運(yùn)維環(huán)境，逐步取代原來由鐵道部、鐵路局中心及各級(jí)聯(lián)網(wǎng)車站獨(dú)自擁有并管理其軟硬件資源的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心模式。

2.4 注意事項(xiàng)

鐵路客票系統(tǒng)是一個(gè)成熟穩(wěn)定的系統(tǒng)，在客票系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的遷移需要注意以下問題。

（1）客票系統(tǒng)數(shù)據(jù)都高度集中在計(jì)算云上，客票云有可能成為黑客或其它惡意者的攻擊目標(biāo)，要確保云計(jì)算數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集群安全，也是客票系統(tǒng)逐步向云計(jì)算遷移的重要保障。

（2）由于客票系統(tǒng)資源對(duì)保密性有一定要求，要求提供云存儲(chǔ)以及云服務(wù)的公司對(duì)客票系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保密。

（3）需要使手持終端、車補(bǔ)系統(tǒng)等外圍設(shè)備連接到客票云計(jì)算中心，快速準(zhǔn)確地向數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)支持和從客票數(shù)據(jù)中心獲取有用信息。

3 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算是一個(gè)共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法，實(shí)現(xiàn)了由服務(wù)器和客戶端模式向云服務(wù)平臺(tái)和客戶端模式演變。通過云計(jì)算在鐵路客票系統(tǒng)應(yīng)用的研究和探討，由私有云和公共云結(jié)合的客票混合云模式可以滿足服務(wù)器規(guī)模日益龐大、數(shù)據(jù)中心空間日漸增大的需求，降低運(yùn)維成本，同時(shí)保障應(yīng)用程序的穩(wěn)定性和靈活性。

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