云架構(gòu)下的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

田燈旺

摘 要地鐵是現(xiàn)階段環(huán)節(jié)城市交通壓力的有效手段，很多城市都開始大力推進地鐵事業(yè)的建設(shè)，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為地鐵系統(tǒng)中的關(guān)鍵系統(tǒng)，在地鐵環(huán)控電力調(diào)度、系統(tǒng)可靠運行、營造安全良好乘車環(huán)境、節(jié)能減排等方面發(fā)揮著重要的作用，本文將在云架構(gòu)的基礎(chǔ)之上，對地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計進行分析。

【關(guān)鍵詞】云架構(gòu) 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計

1 云計算簡介

云計算是一種能夠?qū)討B(tài)伸縮的虛擬化資源通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的方式提供給用戶的計算模式，云計算主要建立在計算機的基礎(chǔ)之上，利用計算機技術(shù)為用戶提供動態(tài)服務(wù)。云計算在使用的過程中不會受到物理因素的限制，能夠根據(jù)用戶的實際需求進行動態(tài)部署，通過遠程的方式將成千上萬臺電腦和服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心連接在一起，按需從網(wǎng)絡(luò)訪問共享的可配置的計算資源池，并可靈活增加資源池中的資源能，夠滿足用戶在使用過程中的個性化需求，同時最大限度地降低管理維護費用。

按照服務(wù)的內(nèi)容，云計算一般為三個層面，分別是基礎(chǔ)設(shè)施云（IaaS），平臺云（PaaS）和軟件云（SaaS）。在這三個層面中，基礎(chǔ)設(shè)施云主要是整合硬件資源的。而平臺云和軟件云則分別是對業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及軟件資源的整合。目前基礎(chǔ)設(shè)施云產(chǎn)品相對豐富，基于X86架構(gòu)、IBM Power架構(gòu)、Oracle（SUN） SPARC 架構(gòu)及HP PA架構(gòu)均有成熟完整的解決方案，平臺云和軟件云技術(shù)要求較高，大范圍推廣需要一個長期的過程。通過云計算形式組成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就叫做云架構(gòu)。目前，云架構(gòu)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用比較廣泛。

2 既有地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成方案

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個監(jiān)控設(shè)備繁多，監(jiān)測數(shù)據(jù)龐大的自動化系統(tǒng)，通過集成地鐵多個主要弱電系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的監(jiān)控層硬件平臺和軟件平臺，從而實現(xiàn)對各被集成系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理功能。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方式一般采用三級控制和兩級管理的分層分布式結(jié)構(gòu)，分別是中央級、站級和現(xiàn)場級三級控制，以及中央級和車站級管理。系統(tǒng)通過骨干網(wǎng)絡(luò)匯集所有站級監(jiān)控系統(tǒng)的信息，并向站級下達相關(guān)的控制命令。

3 基于云架構(gòu)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目標與優(yōu)勢

3.1 基于云架構(gòu)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目標

基于云架構(gòu)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計突破了綜合監(jiān)控系統(tǒng)既有構(gòu)成模式，將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)以及存儲等硬件計算資源通過云計算技術(shù)整合，形成模塊化的硬件基礎(chǔ)服務(wù)資源，以此按需為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件基礎(chǔ)服務(wù)。然后以應(yīng)用集中化建設(shè)需求為基礎(chǔ)，通過將數(shù)據(jù)庫、中間件等基礎(chǔ)軟件通過云計算技術(shù)整合，形成模塊化的基礎(chǔ)軟件平臺服務(wù)資源，為上層各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供支撐集中化整合的平臺服務(wù)。最后，在硬件基礎(chǔ)服務(wù)和基礎(chǔ)軟件平臺服務(wù)建設(shè)趨于完善的時候，進一步優(yōu)化各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的共性功能，形成模塊化的業(yè)務(wù)共享功能服務(wù)資源。

3.2 基于云架構(gòu)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

3.2.1 軟硬件資源的集中共享

通過云計算的建設(shè)模式，可以把綜合監(jiān)控系統(tǒng)當前已有的、分散的服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等計算資源加入到云計算平臺一起形成共享的、統(tǒng)一的計算資源池，通過云管理平臺進行最優(yōu)化的計算資源整合、分配、回收等管理，提高資源使用率和業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行性能。

在綜合監(jiān)控傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)下，系統(tǒng)的運算能力被固定地分配給了相應(yīng)的應(yīng)用程序，存在著平時運算資源的使用率很低，但考慮到一些峰值情況時，又不得不配置足夠的運算資源，從而產(chǎn)生了大量的閑置資源，很難實現(xiàn)系統(tǒng)運算能力的靈活調(diào)度，造成資源浪費。因此通過虛擬化的整合，有效的提高物理主機等基礎(chǔ)設(shè)施的利用率，從而降低了對其的需求。

3.2.2 統(tǒng)一的調(diào)配管控

通過集中在控制中心提供統(tǒng)一的云管理平臺和云計算的自動化管控能力，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的各項業(yè)務(wù)只需從云計算平臺自動申請計算資源，以及配置好的功能應(yīng)用，轉(zhuǎn)變了原來系統(tǒng)管理需要在各個車站、車輛段、停車場現(xiàn)場設(shè)置物理主機設(shè)置，分層管理的模式，實現(xiàn)了把物理資源池化的模式，通過云平臺的統(tǒng)一調(diào)配，實現(xiàn)了高效、靈活和統(tǒng)一的管理模式。

3.2.3 強大的可擴展能力

由于云計算平臺是分層獨立的設(shè)計構(gòu)架，可以方便地在線擴展各個層面的計算資源，基礎(chǔ)設(shè)施如服務(wù)器、存儲設(shè)備可以在線添加，網(wǎng)絡(luò)可以在線添加，軟件平臺也可在線添加，滿足未來業(yè)務(wù)不斷擴展的需要，從而大大提綜合監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)效率、可靠性和服務(wù)質(zhì)量。

4 基于云架構(gòu)下的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

4.1 云計算總體構(gòu)架

云計算構(gòu)架從總體上分為資源池、運維管理、應(yīng)用場景三層：

資源池：資源池分為兩部分，最底層為物理的硬件資源包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、負載均衡、安全與備份設(shè)備等組成；上面是對物理設(shè)備進行虛擬化服務(wù)的存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、服務(wù)器虛擬化等。通過虛擬化，物理設(shè)備成為可以提供基礎(chǔ)設(shè)置云（IaaS）服務(wù)的資源池。

運維管理：運維管理是對虛擬服務(wù)資源池的管理監(jiān)控，它是地鐵業(yè)務(wù)系統(tǒng)與云計算中心之間的橋梁，它的建設(shè)讓各業(yè)務(wù)系統(tǒng)方便、快捷、安全地使用其提供的基礎(chǔ)設(shè)置云服務(wù)。

應(yīng)用場景：通過云計算中心統(tǒng)一管理平臺對地鐵業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供管理和服務(wù)。

4.2 云計算技術(shù)在綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架方案

綜合監(jiān)控系統(tǒng)云平臺建議是采用基于IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施云）的云架構(gòu)。利用云計算綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

按照地綜合監(jiān)控系統(tǒng)車站級和中央級兩集管理的模式，云構(gòu)架的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心（OCC）部署一套云平臺，負責全線設(shè)備的狀態(tài)實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，替換原來分布在中心、車輛段、車站的幾十臺服務(wù)器與存儲。在各業(yè)務(wù)節(jié)點及車站的值班站長、值班員及為段場維修管理人員，設(shè)置云計算控制器（云桌面），現(xiàn)場設(shè)備層則與既有模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)配置方案相同。

車站/車輛段部署本地云計算控制器（云桌面）可作為應(yīng)急手段，當車站和中心網(wǎng)絡(luò)異常時可以接管車站的實時監(jiān)控，保證了系統(tǒng)的可靠性。

4.3 綜合監(jiān)控云平臺設(shè)置方案

設(shè)置在控制中心的云平臺承載本條線路綜合監(jiān)控的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，是本條線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)的存儲和管理中心，云平臺采用存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、桌面虛擬化、服務(wù)器虛擬化和云計算管理等技術(shù)構(gòu)建按需使用、易于管理、穩(wěn)定可靠、靈活高效的云構(gòu)架模式的數(shù)據(jù)中心為綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全資源服務(wù)。

硬件資源是數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施，云平臺的設(shè)置可通過提供2路多核高性能物理服務(wù)器，并根據(jù)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求配備足夠容量的存儲設(shè)備（硬盤、內(nèi)存），通過網(wǎng)絡(luò)及計算虛擬化技術(shù)，合理劃分各個功能板塊。部署運行綜合監(jiān)控系統(tǒng)各項業(yè)務(wù)的云平臺服務(wù)器主機，實現(xiàn)任意云平臺服務(wù)器主機在任意物理主機上的部署。每臺物理服務(wù)器通過接入網(wǎng)絡(luò)，形成跨交換機的服務(wù)器集群，實現(xiàn)服務(wù)器資源的共享和合理精細化的分配，同時方便用戶對硬件進行統(tǒng)一管理。

云平臺在車站、段場等面向運維和調(diào)度人員時，采用了桌面虛擬化，即通過設(shè)置操作界面終端，接收或上傳控制中心云平臺的數(shù)據(jù)信息，共享云平臺的存儲、計算以及網(wǎng)絡(luò)等底層物理硬件資源，整條線每個站點用戶桌面都以獨立的虛擬機的形式存在，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)綜合監(jiān)控模式的站級服務(wù)器以及計算存在等設(shè)備。

在此構(gòu)架和硬件網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)通過各類云平臺內(nèi)部安裝的軟件，比如云管理軟件、虛擬化管理、網(wǎng)絡(luò)管理軟件等，實現(xiàn)對整個云平臺物理資源的合理管理和配置，從而保證整個綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能的正常實現(xiàn)，并且充分發(fā)揮云平臺構(gòu)架的優(yōu)勢，做到了按需合理的分配硬件資源，提升整個系統(tǒng)運行效率。

5 結(jié)論

綜上分析可知，基于云架構(gòu)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)在對提升地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備資源使用率，系統(tǒng)性能以及管理模式等方面都有明顯的優(yōu)勢，隨著云技術(shù)的飛速發(fā)展，一些城市的地鐵新建項目已在積極地探索和推進云技術(shù)在地鐵領(lǐng)域地應(yīng)用，相信在不久的將來基于先進云技術(shù)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)將會廣泛的運用于地鐵領(lǐng)域，進一步推動地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)朝著更為先進、高效和智能化的方向發(fā)展，為我國地鐵事業(yè)的蓬勃發(fā)展提供強有力的技術(shù)支撐。

參考文獻

[1]陳慧.基于云架構(gòu)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D].昆明理工大學(xué)，2015.

[2]劉太彪.地鐵綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].西南交通大學(xué)，2014.

作者單位

廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司 廣東省廣州市 510030