鐵路調(diào)度臺(tái)主機(jī)與KVM 分離技術(shù)探析

張鵬飛 上海鐵路局信息技術(shù)所

根據(jù)客專調(diào)度所的規(guī)劃，我局調(diào)度所調(diào)度大廳內(nèi)將設(shè)172 個(gè)調(diào)度指揮臺(tái)。如果按照傳統(tǒng)的設(shè)備擺放模式，整個(gè)調(diào)度大廳將來(lái)需要設(shè)置成百上千臺(tái)的電腦主機(jī)。電腦主機(jī)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)散發(fā)大量熱量的同時(shí)，又產(chǎn)生高噪音和高電磁輻射。長(zhǎng)此以往必將影響整個(gè)調(diào)度大廳的環(huán)境，更是影響了廣大調(diào)度員的身心健康，對(duì)整個(gè)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)帶來(lái)極大的安全隱患。而采用主機(jī)與鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)（以下簡(jiǎn)稱KVM）分離技術(shù)，將調(diào)度臺(tái)上的電腦主機(jī)直接后置至各相關(guān)系統(tǒng)專業(yè)機(jī)房?jī)?nèi)，那么整個(gè)調(diào)度大廳的環(huán)境將得到根本改善，有利于調(diào)度員的身心健康和整個(gè)鐵路的行車調(diào)度指揮，同時(shí)也有利于系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)管理。

1 主機(jī)與KVM 分離技術(shù)

調(diào)度臺(tái)主機(jī)與KVM 分離技術(shù)，即將調(diào)度臺(tái)主機(jī)集中設(shè)置于各專業(yè)系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)，而將相應(yīng)的KVM 設(shè)置于調(diào)度大廳內(nèi)調(diào)度工作臺(tái)桌面，兩者之間通過(guò)專用的KVM 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息溝通和交換，從而實(shí)現(xiàn)將遠(yuǎn)程工作站的顯卡顯示信息加密傳輸至瘦客戶端上，同時(shí)返回瘦客戶端的鍵盤鼠標(biāo)操作等信息。

2 主機(jī)與KVM 分離技術(shù)的主要技術(shù)方案

方案1：遠(yuǎn)程圖形工作站+瘦客戶端+圖形壓縮卡解決方案（見(jiàn)圖1）

根據(jù)調(diào)度臺(tái)各專業(yè)工作站主機(jī)的配置需求，主機(jī)采用高性能的機(jī)架式圖形工作站（定制），將圖形工作站部署在各相關(guān)專業(yè)主機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)；根據(jù)調(diào)度臺(tái)工作站顯示屏的配置需求，為調(diào)度大廳內(nèi)各調(diào)度臺(tái)工位部署瘦客戶端（每臺(tái)瘦客戶端支持2 屏顯示）及相應(yīng)數(shù)量的KVM 設(shè)備，瘦客戶端提供DVI、USB 接口實(shí)現(xiàn)與KVM 設(shè)備的連接；遠(yuǎn)程圖形工作站、瘦客戶端分別配置圖形壓縮卡，實(shí)現(xiàn)對(duì)KVM 數(shù)據(jù)的硬件壓縮、解壓；構(gòu)建專用的KVM 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖形工作站與瘦客戶端的網(wǎng)絡(luò)連接，將遠(yuǎn)程工作站的顯卡顯示信息加密傳輸至瘦客戶端上，同時(shí)返回瘦客戶端的鍵盤鼠標(biāo)操作信息。

圖1 遠(yuǎn)程圖形工作站+瘦客戶端+圖形壓縮卡方案構(gòu)成示意圖

方案2：遠(yuǎn)程圖形工作站+瘦客戶端+壓縮軟件解決方案（見(jiàn)圖2）

圖2 遠(yuǎn)程圖形工作站+瘦客戶端+壓縮軟件方案構(gòu)成示意圖

根據(jù)調(diào)度臺(tái)各系統(tǒng)專業(yè)工作站主機(jī)的配置需求，主機(jī)采用高性能的刀片圖形工作站，將圖形工作站部署在各系統(tǒng)專業(yè)主機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)；根據(jù)調(diào)度臺(tái)工作站顯示屏的配置需求，為調(diào)度大廳內(nèi)各調(diào)度臺(tái)工位部署瘦客戶端（每臺(tái)瘦客戶端支持4屏顯示）及相應(yīng)數(shù)量的KVM 設(shè)備，瘦客戶端提供DVI、USB接口實(shí)現(xiàn)與KVM 的連接；刀片圖形工作站、瘦客戶端分別配置壓縮軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)KVM 數(shù)據(jù)的軟件壓縮、解壓；構(gòu)建專用的KVM 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖形工作站與瘦客戶端的網(wǎng)絡(luò)連接，將遠(yuǎn)程工作站的顯卡顯示信息加密傳輸至瘦客戶端上，同時(shí)返回瘦客戶端的鍵盤鼠標(biāo)操作信息。

方案3：基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腒VM 延長(zhǎng)器解決方案

將調(diào)度臺(tái)圖形工作站主機(jī)（通用）設(shè)置于各系統(tǒng)專業(yè)主機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)；根據(jù)調(diào)度臺(tái)工作站鍵盤、鼠標(biāo)及顯示屏的配置需求，通過(guò)配置KVM 信號(hào)延長(zhǎng)器延長(zhǎng)鍵盤、鼠標(biāo)及多個(gè)顯示器至調(diào)度臺(tái)桌面（KVM 信號(hào)延長(zhǎng)器分為支持單屏或兩屏顯示的產(chǎn)品，分別見(jiàn)圖3、圖4）；KVM 信號(hào)發(fā)送器設(shè)置于各系統(tǒng)專業(yè)主機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)，一方面通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的100 Mbps 網(wǎng)口接入KVM 網(wǎng)絡(luò)，一方面通過(guò)DVI、USB 接口實(shí)現(xiàn)與調(diào)度臺(tái)圖形工作站主機(jī)內(nèi)顯卡及鼠標(biāo)、鍵盤I/O 接口的連接；KVM 信號(hào)接收器在接入KVM 網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，提供DVI、USB 接口實(shí)現(xiàn)與KVM 設(shè)備的連接。

圖3 支持1 屏的KVM 延長(zhǎng)器方案構(gòu)成示意圖

圖4 支持2 屏的KVM 延長(zhǎng)器方案構(gòu)成示意圖

3 技術(shù)方案比選

方案1、方案2 為整體解決方案，主機(jī)與KVM 網(wǎng)絡(luò)之間僅需標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)配線，無(wú)任何其他外部配線，系統(tǒng)集成度高，機(jī)房占地面積小。方案1 配置內(nèi)置圖形壓縮卡的機(jī)架式圖形工作站，42U 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜滿配可安裝42 臺(tái)圖形工作站（不含接入層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)）。方案2 采用刀片式工作站，42U 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜滿配可安裝4 個(gè)刀片機(jī)箱共64 片刀片圖形工作站，各刀片機(jī)箱均內(nèi)置接入層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。另外，在四屏圖形工作站應(yīng)用情況下，方案1 僅能支持單網(wǎng)架構(gòu)；方案2 支持單網(wǎng)或雙網(wǎng)架構(gòu)，其圖形工作站主機(jī)、瘦客戶端可根據(jù)用戶需求采用單網(wǎng)口或雙網(wǎng)口配置。

方案1、方案2 均能很好地滿足調(diào)度信息系統(tǒng)圖形工作站的應(yīng)用需求。方案1 采用硬件圖形壓縮方式，圖形壓縮處理由專用圖形壓縮卡實(shí)現(xiàn)，不占用主機(jī)資源，網(wǎng)絡(luò)帶寬占用率相對(duì)較高，任何應(yīng)用情況下圖形壓縮處理效率高、質(zhì)量?jī)?yōu)，不能支持統(tǒng)一的維護(hù)管理；方案2 采用軟件圖形壓縮方式，圖形壓縮處理由專用壓縮軟件實(shí)現(xiàn)，占用主機(jī)資源，網(wǎng)絡(luò)帶寬占用率相對(duì)適中，高清分辨率視頻流壓縮處理、顯示效果一般，能夠支持統(tǒng)一的維護(hù)管理。

方案3 采用硬件圖形壓縮方式，由傳統(tǒng)圖形工作站、KVM 發(fā)送器/接收器、KVM 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成, 帶寬占用率相對(duì)較高，任何應(yīng)用情況下圖形壓縮處理效率高、質(zhì)量?jī)?yōu)，KVM 傳輸解決方案需與傳統(tǒng)桌面圖形工作站配套使用，機(jī)房占地面積大，主機(jī)配線復(fù)雜。

通過(guò)上述分析，統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)解決方案的產(chǎn)品集成度、機(jī)房面積占用、主機(jī)配線復(fù)雜度、KVM 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、可維護(hù)性等因素，并根據(jù)北京局科研所“調(diào)度臺(tái)主機(jī)與KVM 分離方案測(cè)試”評(píng)審報(bào)告，方案2（即“刀片圖站+瘦客戶端+軟件壓縮解壓方案”）符合鐵路調(diào)度系統(tǒng)實(shí)際需要。

4 案網(wǎng)絡(luò)部署

根據(jù)各調(diào)度系統(tǒng)之間物理的隔離性，按照方案2 基于各專業(yè)建立相應(yīng)的KVM 專用網(wǎng)絡(luò)。下面以信息專業(yè)為例進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的部署（見(jiàn)圖5）。

該方案KVM 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)由客戶端接入網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)、圖形工作站接入網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用雙網(wǎng)冗余架構(gòu)，接入層網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)均雙機(jī)熱備。

圖5 調(diào)度臺(tái)主機(jī)及其對(duì)應(yīng)的KVM 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成示意圖

4.1 客戶端接入網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)瘦客戶端的具體需求及高可靠性配置要求，在調(diào)度大廳配線間內(nèi)為信息系統(tǒng)配置瘦客戶端側(cè)接入層48 口三層千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。接入層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置雙萬(wàn)兆上聯(lián)光口，實(shí)現(xiàn)與信息系統(tǒng)雙核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的連接。

4.2 圖形工作站接入網(wǎng)絡(luò)

為實(shí)現(xiàn)信息機(jī)房?jī)?nèi)圖形工作站與調(diào)度大廳內(nèi)瘦客戶端的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，在信息主機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)配置刀片工作站和KVM 接入層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，每臺(tái)接入層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過(guò)雙萬(wàn)兆上聯(lián)單模光口實(shí)現(xiàn)與雙核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的連接。

4.3 核心網(wǎng)絡(luò)

在信息機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置2 臺(tái)雙機(jī)熱備的萬(wàn)兆核心層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。信息系統(tǒng)各客戶端接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別通過(guò)雙萬(wàn)兆上聯(lián)光口實(shí)現(xiàn)與雙核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的連接。各圖形工作站接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別通過(guò)雙萬(wàn)兆上聯(lián)電口實(shí)現(xiàn)與雙核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的連接。

5 主機(jī)與KVM 分離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）節(jié)省空間，改善環(huán)境。通過(guò)采用主機(jī)與KVM 分離技術(shù)，杜絕了大量調(diào)度工作站主機(jī)在調(diào)度大廳內(nèi)的放置，為廣大調(diào)度員騰出大量的空間的同時(shí)又大大降低了調(diào)度大廳內(nèi)的噪音，減少了調(diào)度工作站主機(jī)的輻射，大廳內(nèi)的環(huán)境也得到了根本的改善。

（2）提高效率，方便維管。通過(guò)采用主機(jī)與KVM 分離技術(shù)，一方面提高了系統(tǒng)主機(jī)的運(yùn)算效率，另一方面也提高了系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的工作效率，利于系統(tǒng)升級(jí)及維護(hù)管理。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)中心得到了有效的管理，從而提高了這些系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

（3）節(jié)能環(huán)保，節(jié)約了成本。通過(guò)采用主機(jī)與KVM 分離技術(shù)，減少了調(diào)度工作站主機(jī)的發(fā)熱量，節(jié)省空調(diào)、能源等的消耗，營(yíng)造健康環(huán)保節(jié)能的工作環(huán)境。而通過(guò)將調(diào)度工作站主機(jī)集中集成，又節(jié)省了開(kāi)支。

6 主機(jī)與KVM 分離技術(shù)的主要不足

（1）安全性。主機(jī)與KVM 分離技術(shù)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仍然存在與各專業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)部分硬件共用問(wèn)題，此問(wèn)題不僅對(duì)KVM 系統(tǒng)自身增加安全風(fēng)險(xiǎn)，而且對(duì)相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)的安全也帶來(lái)威脅。

同時(shí)，主機(jī)與KVM 之間增加了不少節(jié)點(diǎn)設(shè)備，這一切無(wú)疑增加了故障發(fā)生的概率。

（2）維護(hù)綜合成本上升。由于使用主機(jī)與KVM 分離技術(shù)需要額外建設(shè)一套KVM 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無(wú)形中需要額外增加了投資支出和相關(guān)技術(shù)的維護(hù)力量。

7 結(jié)論

通過(guò)實(shí)施調(diào)度臺(tái)主機(jī)和KVM 的分離，客專調(diào)度所整個(gè)調(diào)度大廳的環(huán)境必將得到改觀，并極大地提高了廣大調(diào)度員工作的積極性和主動(dòng)性，為上海局安全調(diào)度打下基礎(chǔ)。

[1]關(guān)于印發(fā)“客專調(diào)度所運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)KVM 技術(shù)方案”審查意見(jiàn)的通知（京鐵科委[2011]26 號(hào)）.

[2]關(guān)于印發(fā)《調(diào)度臺(tái)工作站主機(jī)與KVM 分離方案研究會(huì)議紀(jì)要》的通知-信應(yīng)用函[2012]5 號(hào).