城市軌道交通清分中心ACC架構(gòu)方案研究

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 通號處 湖北武漢 430063

摘要：本文在對軌道交通清分中心ACC介紹基礎(chǔ)上對主系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行分析，探討基于小機(jī)、一體機(jī)及通用PC等架構(gòu)體系在軌道交通票務(wù)清算管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并進(jìn)行市場及應(yīng)用需求分析。從運(yùn)算處理能力、可靠性可用性和可維護(hù)性、擴(kuò)展能力、安全性及性價(jià)比等方面對各架構(gòu)體系深入比較研究，并給出了自動售檢票系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心ACC架構(gòu)設(shè)計(jì)的建議解決方案。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；自動售檢票；清分中心；架構(gòu)

1 引言

在城市軌道交通清分中心ACC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，隨著線網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，清分業(yè)務(wù)量變大，這對整個(gè)清分中心的架構(gòu)建設(shè)提出了更高的要求[1-2]。如何規(guī)劃清分架構(gòu)體系，合理選擇軟硬件，是城市軌道交通清分中心需要考慮的首要問題。在ACC系統(tǒng)架構(gòu)選型及整個(gè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)劃的過程中，存在幾種不同的方案模型，每種方案有各自的特點(diǎn)及相應(yīng)的適用場景。

2 清分中心ACC架構(gòu)體系

ACC作為軌道交通線網(wǎng)AFC系統(tǒng)最上層管理中心，承擔(dān)著軌道交通網(wǎng)絡(luò)票務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)全局性的管理職能，是整個(gè)城市軌道交通AFC系統(tǒng)票務(wù)體系模式管理中心、數(shù)據(jù)匯集中心和票務(wù)結(jié)算處理中心[3-4]。

圖1 清分中心架構(gòu)體系圖

根據(jù)ACC系統(tǒng)的應(yīng)用特征和數(shù)據(jù)使用特征，以及與外部系統(tǒng)之間的關(guān)系，將ACC系統(tǒng)從邏輯上劃分為4個(gè)區(qū)域9個(gè)子系統(tǒng)。圖示為清分中心架構(gòu)體系圖。

3 清分中心ACC架構(gòu)方案設(shè)計(jì)

關(guān)于ACC系統(tǒng)處理平臺，目前主要存在三種不同的體系架構(gòu)。

■傳統(tǒng)的IOE unix平臺

■專用的一體化處理平臺

■標(biāo)準(zhǔn)x86平臺（含SAN存儲和新型云平臺）

3.1 IOE unix平臺

傳統(tǒng)的IOE unix平臺是指由傳統(tǒng)的unix小型機(jī)、SAN網(wǎng)絡(luò)、集中SAN存儲一起構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)，處理平臺主要涵蓋計(jì)算資源和存儲資源，基礎(chǔ)應(yīng)用資源（如數(shù)據(jù)庫、中間件）在該基礎(chǔ)平臺之上另行部署。在地鐵行業(yè)中，主要以ibm aix小型機(jī)+ibm san存儲（或emc等其他存儲）為典型代表。屬于封閉專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不同品牌的小型機(jī)架構(gòu)和I/O總線也不相同，但操作系統(tǒng)一般是基于Unix的。

小型機(jī)在單機(jī)處理能力上具有明顯優(yōu)勢。這一優(yōu)勢使其在處理單一應(yīng)用時(shí)，表現(xiàn)的比較優(yōu)異。但隨著清分中心系統(tǒng)規(guī)模增加，以小型機(jī)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)會面臨各種瓶頸，如：服務(wù)器層接收過多數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，內(nèi)存優(yōu)勢無法發(fā)揮；網(wǎng)絡(luò)層傳輸帶寬不足，無法快速傳輸大量數(shù)據(jù)到服務(wù)器；存儲層數(shù)據(jù)量不斷增加，帶來IO瓶頸，且隨著數(shù)據(jù)長時(shí)間運(yùn)行帶來的數(shù)據(jù)分布不均勻，也存在IO熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)的最有效的解決瓶頸方法是進(jìn)行擴(kuò)容，以達(dá)到增加系統(tǒng)通道數(shù)和提升系統(tǒng)處理能力的目的，比如增加處理器、內(nèi)存或增加網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬等，但因產(chǎn)品更新快擴(kuò)展設(shè)備配件的可行性較低。

3.2 專用一體化處理平臺

專用的一體化處理平臺是指由一家商業(yè)公司推出的涵蓋計(jì)算、存儲乃至基礎(chǔ)應(yīng)用資源的整體系統(tǒng)處理平臺，這種平臺主要以O(shè)racle Exadata一體機(jī)為代表。IBM Netezza、EMC Greenpl及國產(chǎn)的華為、浪潮、曙光一體機(jī)占有部分市場。

一體機(jī)是數(shù)據(jù)倉庫類設(shè)備。在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中，其最大優(yōu)勢就是具有非常出色的大數(shù)據(jù)處理能力。它可以將數(shù)據(jù)庫與存儲分離。這種分離不是單純的物理分隔，而是將原來數(shù)據(jù)庫處理的事情，部分轉(zhuǎn)移給存儲服務(wù)器來處理，以此來減輕數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的壓力，這無疑等于增加硬件來提供處理能力。一體機(jī)通過高效網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)和存儲節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，交換機(jī)可以提供較高吞吐量，這大大提高了數(shù)據(jù)的傳送能力，可有效解決數(shù)據(jù)倉庫中網(wǎng)絡(luò)瓶頸的問題。

一體機(jī)主要特點(diǎn)是性能指標(biāo)好，整個(gè)系統(tǒng)具有很好的冗余能力保證可用性，且管理方便；但是由于專屬軟硬件服務(wù)，也存在技術(shù)封閉、與外部數(shù)據(jù)交互相對困難、整體架構(gòu)擴(kuò)展不太容易等問題。但只要技術(shù)把控的好，可以很好的為用戶所用，提供優(yōu)異的整體處理能力。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)x86平臺

標(biāo)準(zhǔn)x86通用服務(wù)器平臺主要指基于Intel處理器架構(gòu)的通用、開放系統(tǒng)。x86服務(wù)器在易用性、通用性、易開發(fā)性、大量的應(yīng)用軟件支持上有絕對的優(yōu)勢。除支持Windows外，還可兼容Linux、SCO Unix、Solaris for x86等類Unix操作系統(tǒng)。

國內(nèi)不少用戶已開始“去IOE”化的進(jìn)程，包括一些大型互聯(lián)網(wǎng)廠商以及金融、電信等行業(yè)的用戶。其將傳統(tǒng)的unix小型機(jī)替換成x86 PC服務(wù)器，并配置相應(yīng)的存儲，構(gòu)成x86及存儲平臺，本質(zhì)上與傳統(tǒng)的IOE平臺類似。清分架構(gòu)體系中有如cisco ucs 刀片服務(wù)器+ibm存儲（或emc等其他存儲）。

隨著云技術(shù)的發(fā)展，基x86技術(shù)新型融合云平臺[5-6]應(yīng)運(yùn)而生，該平臺基于標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器技術(shù)（含flash卡）、通用存儲管理技術(shù)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高帶寬低延遲互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將多臺普通x86服務(wù)器集成整合構(gòu)建的融合云平臺。該平臺涵蓋計(jì)算資源和存儲資源，通常主要運(yùn)行核心的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其整體架構(gòu)與專用一體化平臺架構(gòu)類似。

4 架構(gòu)方案比選

4.1 市場分析

小型機(jī)服務(wù)器主要應(yīng)用于金融、證券交易等應(yīng)用程度高的重要計(jì)算領(lǐng)域。由于支持關(guān)鍵業(yè)務(wù)的處理且具備更高的性能指標(biāo)、更好的安全性、可用性、可靠性和可擴(kuò)展性，在地鐵數(shù)據(jù)中心廣泛應(yīng)用。

一體機(jī)針對所有數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)倉庫、事務(wù)處理和集成混合應(yīng)用工作負(fù)載，在完整軟件、服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組合方面，體現(xiàn)較強(qiáng)性能，近年來發(fā)展迅猛，頗受青睞。

通用服務(wù)器界面友好，系統(tǒng)安裝、網(wǎng)絡(luò)裝置、客戶機(jī)設(shè)置簡易，設(shè)置、管理系統(tǒng)直觀、方便，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活。但系統(tǒng)穩(wěn)定性相對小型機(jī)服務(wù)器還有差距，安全性方面也差強(qiáng)人意，在一些重要的通用性能指標(biāo)上無法與小型機(jī)服務(wù)器媲美，主要應(yīng)用在低端市場，在地鐵小數(shù)據(jù)中心中有少量應(yīng)用。

4.2 清分應(yīng)用需求分析

1）運(yùn)算處理能力

常見的通用服務(wù)器CPU一般都是CISC處理器；而小型機(jī)處理器叫做RISC或EPIC處理器，其所采用的RISC與EPIC 技術(shù)提供更為低主頻、低功耗的CPU技術(shù)，較小的散熱成本使小型機(jī)具有較PC Server 30-40倍的CPU可擴(kuò)展性。從運(yùn)算處理能力來看，小型機(jī)是優(yōu)于PC-Server的。一體機(jī)在數(shù)據(jù)處理能力上具有較高性能。

2）可靠性、可用性和可維護(hù)性RAS

小型機(jī)服務(wù)器比通用服務(wù)器的RAS性能要高。但是隨著通用服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展，目前通用服務(wù)器在安全性，可靠性和運(yùn)算速度上都有了較大的提升，三者的可靠性差別并不十分大。

但就其管理性來說，一體機(jī)由于其開放架構(gòu)，更易維護(hù)及管理，且提供針對所有故障類型全方位防護(hù)，包括針對磁盤、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的簡單故障以及復(fù)雜的站點(diǎn)故障和人為錯(cuò)誤。一體機(jī)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算能力、內(nèi)存容量和 I/O 能力的最優(yōu)平衡，可以提供高級別的可用性。

3）擴(kuò)展能力

通用服務(wù)器具有良好的橫向和縱向擴(kuò)展能力，其可通過擴(kuò)充硬件搭建負(fù)載均衡集群來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能，該技術(shù)的最大優(yōu)勢在于以低廉的成本獲得靈活的無限橫向擴(kuò)展性，同時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)變得更加簡單易行。

小型機(jī)服務(wù)器既能向上擴(kuò)展也能向外擴(kuò)展；此外小型機(jī)的機(jī)柜里有非常多的PCI擴(kuò)展線，可以支持非常多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備等。同時(shí)，由于CPU處理能力的提升，用戶可用較少的CPU 數(shù)目，達(dá)到更好的性能。

一體機(jī)采用可橫向擴(kuò)展的架構(gòu)來承載數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和存儲服務(wù)器，會全面平衡CPU、I/O和網(wǎng)絡(luò)吞吐量，避免瓶頸問題。隨著業(yè)務(wù)量的不斷增長，用戶可以采用平衡的方式添加數(shù)據(jù)庫CPU、存儲和網(wǎng)絡(luò)，橫向擴(kuò)展架構(gòu)可適應(yīng)任意規(guī)模的負(fù)載，允許從小規(guī)模配置無縫擴(kuò)展至大規(guī)模的配置，同時(shí)避免出現(xiàn)性能瓶頸和單點(diǎn)故障。

從擴(kuò)展能力來分析，三者都能符合ACC要求，但通用服務(wù)器可以以PC節(jié)點(diǎn)為單位，按需擴(kuò)容，擴(kuò)展成本更低。

4）安全性

小型機(jī)服務(wù)器所采用的封閉架構(gòu)，操作系統(tǒng)等核心軟件只能是有硬件制造商自行開發(fā)，中間件、數(shù)據(jù)庫等主要應(yīng)用軟件也來自于少數(shù)全球頂級軟件廠商，其安全性遠(yuǎn)非PC服務(wù)器上各種基于開源軟件可比。小型機(jī)在商業(yè)高端穩(wěn)定運(yùn)行方面擁有更高的安全性與穩(wěn)定性。一體機(jī)雖應(yīng)用較晚，但是安全性已得到全球數(shù)以千計(jì)的行業(yè)領(lǐng)先銀行、電信公司和政府部門的測定和評估。因此，一體機(jī)和小型機(jī)在安全性方面優(yōu)于通用服務(wù)器。

5）性價(jià)比

通用服務(wù)器由于可兼容不同廠商的硬件設(shè)備，做到價(jià)格最優(yōu)且維護(hù)成本也最低，但因擴(kuò)展部署會占用較多用房資源。而小型機(jī)，由其專門的廠商負(fù)責(zé)硬軟件的生產(chǎn)與維護(hù)，各廠商之間的產(chǎn)品無法通用，其價(jià)格較高。一體機(jī)雖然前期投入成本較高，但是其維護(hù)和管理以及拓展成本較低。

表1 ACC架構(gòu)體系對比表

序號對比項(xiàng)PC服務(wù)器小型機(jī)服務(wù)器一體機(jī)

1可靠性較高高高

2安全性較高高高

3運(yùn)算能力較高高高

4擴(kuò)展性高較高高

5系統(tǒng)兼容支持支持支持

6價(jià)格低高較高

7功耗低高低

8擁有成本低高高

5 結(jié)語

清分中心ACC架構(gòu)方案設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，充分考慮運(yùn)營需求，核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)層通過選擇高性能高可靠高可用的硬件設(shè)備，業(yè)務(wù)支持層面通過軟件開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)既定功能目標(biāo)。系統(tǒng)性能既要滿足規(guī)劃的大客流下的實(shí)時(shí)清分要求，又要結(jié)合業(yè)務(wù)的發(fā)展需要進(jìn)行安全性和功能性方面的擴(kuò)展，同時(shí)盡量選擇低成本的投入。本文在對清分中心ACC架構(gòu)介紹基礎(chǔ)上對軌道交通軟硬件架構(gòu)進(jìn)行分析，探討基于小機(jī)、一體機(jī)及通用PC等架構(gòu)體系在軌道交通票務(wù)清算管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并深入比較研究，分析優(yōu)劣，對軌道交通清分中心ACC系統(tǒng)架構(gòu)方案設(shè)計(jì)有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[5]雷定猷，賈莉，王娟，游偉；基于云計(jì)算技術(shù)的地鐵自動售檢票系統(tǒng)研究 [J]；計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究；2014年2月第31卷第2期

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作者簡介：

李 波（1983-），男，漢族，湖北廣水人，電子科技大學(xué)碩士研究生畢業(yè)，現(xiàn)聘為中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司工程師，主要從事城市軌道交通通信、自動售檢票系統(tǒng)及市政/高速公路監(jiān)控、收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

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安全防護(hù)布控委托高速公路養(yǎng)護(hù)部門實(shí)施。

1、順序

臨時(shí)封閉高速公路→汽車吊就位、同時(shí)拆除底籃兩側(cè)外包防護(hù)（前端在邊跨合攏前已拆除）→拆除掛籃底橫、縱梁、底模及桁架→拆除側(cè)模及桁架→清理高速公路路面，恢復(fù)運(yùn)營（掛籃主桁架在橋面上拆除）。

2、拆除方案

（1）掛籃外包防護(hù)拆除

拆除底籃兩側(cè)外包防護(hù)（前端在邊跨合攏前已拆除），依次拆除外包防護(hù)鋪底竹膠板及四周擋板→四周欄桿→底部支撐型鋼。

（2）底橫梁、底縱梁、底模及桁架拆除

底橫、縱梁、底模及桁架采取整體拆除，拆除前檢查其連接部位是否牢固，必要時(shí)采用焊接或螺栓進(jìn)行加固。兩臺25t吊車位于連續(xù)梁兩側(cè)，采用22的鋼絲繩分別固定于兩根橫梁的端部，吊車分別吊于鋼絲中間，同步下放至O#臺前高速公路橋下邊坡，再由位于橋下的挖機(jī)拖拽至平緩處解體拆除。

（3）側(cè)模及桁架拆除

調(diào)整兩臺吊車至連續(xù)梁同一側(cè)，分別系與側(cè)模兩端，然后解除其與梁體及掛籃主桁架之間連接，同步下放至O#臺前高速公路橋下邊坡，同樣由位于橋下的挖機(jī)拖拽至平緩處，依次拆除左右側(cè)模及桁架。

（4）掛籃主桁架拆除

掛籃主桁架采用4個(gè)5t倒鏈沿連續(xù)梁頂面移至中跨，利用1#、2#墩塔吊解體，并吊運(yùn)至地面。

5 施工注意事項(xiàng)

5.1 高速公路安全標(biāo)示的設(shè)置

（1）施工前，應(yīng)根據(jù)《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30-2004）的要求，設(shè)置長度為1600米的警告區(qū)，警告區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)置施工標(biāo)志、限制速度標(biāo)志和可變標(biāo)示牌或線性誘導(dǎo)標(biāo)等；

（2）在掛藍(lán)外包防護(hù)底輪廓設(shè)置反光標(biāo)志，并懸掛限制高度5.5m標(biāo)志。

5.2 懸灌施工中防護(hù)結(jié)構(gòu)安全

（1）掛籃防護(hù)結(jié)構(gòu)自重約5t，施工時(shí)注意砼的澆注偏載和施工機(jī)具放置偏載；

（2）因外包式掛籃僅設(shè)于T構(gòu)一端，經(jīng)計(jì)算防護(hù)結(jié)構(gòu)重量72.5KN，按設(shè)計(jì)圖T構(gòu)兩端最大允許不平衡荷載為80 KN>72.5 KN，實(shí)際不平衡荷載接近設(shè)計(jì)允許值，施工過程中2#墩側(cè)應(yīng)設(shè)置70KN配重，確保砼澆注過程中的不平衡荷載小于設(shè)計(jì)值；

（3）防護(hù)結(jié)構(gòu)增加阻風(fēng)面積近40%，施工時(shí)應(yīng)避開臺風(fēng)季節(jié)，現(xiàn)場調(diào)度密切關(guān)注氣象預(yù)報(bào)，在有5級及以上大風(fēng)時(shí)，模架不得移出已澆節(jié)段，并與已澆節(jié)段可靠附著，下承接鋼棚繩索與模架栓牢。

5.3 拆除起吊作業(yè)

（1）下放底模、橫梁及縱梁時(shí)，兩吊車速度要同步勻速，防止出現(xiàn)不平衡造成側(cè)翻；

（2）掛籃外包防護(hù)及底模拆除前，需對外模和底模進(jìn)行全面檢查，并清理上面的所有雜物，防止一些較重的部件滾落；

（3）高空作業(yè)應(yīng)將所需工具裝在工具帶內(nèi)，傳遞工具不得拋擲或?qū)⒐ぞ叻旁谄脚_和木料上，更不得插在腰帶上，且必須佩帶安全帶；

（4）用吊車起吊物件前，應(yīng)先檢查機(jī)械設(shè)備和繩索的安全性和可靠性，起吊后下面不得站人和通行；

（5）拆除吊運(yùn)必須由專人指揮，嚴(yán)禁違章指揮。

6 結(jié)束語

贛龍鐵路朋口跨永武高速大橋連續(xù)梁于2013年底順利完成施工，施工實(shí)踐證明，采用掛藍(lán)外包式防護(hù)，方案可行，既節(jié)約了成本，又保證了工期，同時(shí)降低了對高速公路運(yùn)營的影響，可為類似工程施工提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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