城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較

李 明 何治達(dá)

(鄭州市軌道交通有限公司，450016，鄭州//第一作者，工程師)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)是線路運(yùn)營管理系統(tǒng)的核心組成部分，能與其它專業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)，進(jìn)行信息交互，從而構(gòu)建線路的信息交換與共享平臺(tái)，促進(jìn)高效運(yùn)營管理的實(shí)現(xiàn)[1]。傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)無法滿足高度集中化、智能化發(fā)展的需求。隨著大數(shù)據(jù)、智慧化、云技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用[2]，采用云技術(shù)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這也為城市軌道交通建設(shè)提供了新的方向和思路。從運(yùn)營管理角度講，采用云平臺(tái)技術(shù)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)能提供切實(shí)可靠且高效的技術(shù)服務(wù)，面對(duì)各種突發(fā)事件可增強(qiáng)運(yùn)營方的應(yīng)變能力，提高運(yùn)營方的反應(yīng)速度[3]。但云平臺(tái)有不同的構(gòu)建方案，本文討論其方案比選問題。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)云平臺(tái)架構(gòu)方案

1.1 集中式云平臺(tái)架構(gòu)方案

綜合監(jiān)控系統(tǒng)集中式云平臺(tái)架構(gòu)方案取消了傳統(tǒng)的設(shè)置在車站及控制中心的物理服務(wù)器和工作站，并在云管理中心建立了云資源池。集中式云平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

云資源池由多臺(tái)物理服務(wù)器組建，可為控制中心虛擬出互為冗余的實(shí)時(shí)服務(wù)器、歷史服務(wù)器及工作站，也可為每個(gè)車站虛擬出互為冗余的實(shí)時(shí)服務(wù)器和工作站。系統(tǒng)軟件和人機(jī)界面程序分別部署在虛擬服務(wù)器和虛擬工作站上，車站及控制中心配置顯示終端以云桌面的形式顯示對(duì)應(yīng)工作站中的人機(jī)界面。虛擬服務(wù)器和虛擬工作站可通過虛擬機(jī)靈活調(diào)度服務(wù)器集群的資源，可將狀態(tài)數(shù)據(jù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)通過共享存儲(chǔ)進(jìn)行遷移，從而在服務(wù)器和工作站進(jìn)行維護(hù)及業(yè)務(wù)升級(jí)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)無縫切換，且工作不中斷，以保證綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可用性和可靠性。

1.2 分布式云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案

在綜合監(jiān)控系統(tǒng)分布式云平臺(tái)架構(gòu)方案中，每個(gè)車站保留1臺(tái)車站物理服務(wù)器，云管理中心不再為車站提供虛擬備用服務(wù)器和虛擬備用工作站，而改由車站物理服務(wù)器提供，其他設(shè)置同集中式云架構(gòu)。當(dāng)云管理中心出現(xiàn)嚴(yán)重故障、通信完全中斷時(shí)，車站服務(wù)器能應(yīng)急虛擬出備用服務(wù)器，以繼續(xù)維持系統(tǒng)正常運(yùn)行；當(dāng)故障消除后，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)將自動(dòng)遷移至由云管理中心的虛擬實(shí)時(shí)主服務(wù)器上。

1.3 云平臺(tái)可靠性分析

1.3.1 集中式云平臺(tái)可靠性

集中式云平臺(tái)架構(gòu)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)通信故障可能有以下幾種：

(1) 車站核心交換機(jī)故障。如車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)有1臺(tái)核心交換機(jī)出現(xiàn)故障(屬于非致命故障)，則車站虛擬主服務(wù)器可通過車站另1臺(tái)非故障交換機(jī)工作，來保障車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)本站的監(jiān)控。如車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)有2臺(tái)核心交換機(jī)出現(xiàn)故障(屬于致命故障)，則車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)處于癱瘓狀態(tài)，控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)無法對(duì)故障車站進(jìn)行監(jiān)控(如圖2所示)。

注：FEP——前端處理器；SIG——信號(hào)；PSSADA——電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集；AFC——自動(dòng)售檢票；PIS——乘客信息系統(tǒng)；ACS——門禁系統(tǒng)；CCTV——閉路電視；BAS——環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；FAS——火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)集中式云平臺(tái)架構(gòu)圖

圖2 集中式云平臺(tái)架構(gòu)下車站核心交換機(jī)故障示意圖

(2) 云中心核心交換機(jī)故障。如云管理中心有1臺(tái)核心交換機(jī)出現(xiàn)故障(屬于非致命故障)，則車站虛擬主服務(wù)器通過云管理中心的另1臺(tái)非故障交換機(jī)來保障車站和控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如云管理中心有2核心交換機(jī)同時(shí)出現(xiàn)故障(屬于致命故障)，則所有車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)和控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)均無法正常工作。

(3) 骨干網(wǎng)斷點(diǎn)故障。骨干網(wǎng)出現(xiàn)3個(gè)以內(nèi)斷點(diǎn)(屬于非致命故障)，則車站虛擬服務(wù)器(主、備)可通過車站交換機(jī)(前后只有1個(gè)斷點(diǎn)的交換機(jī))來保障車站和控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如骨干網(wǎng)出現(xiàn)4個(gè)斷點(diǎn)(屬于致命故障)，則斷點(diǎn)范圍內(nèi)的車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)也不能對(duì)斷點(diǎn)范圍內(nèi)的車站進(jìn)行監(jiān)控，而斷點(diǎn)范圍外的車站不受影響。

1.3.2 分布式云平臺(tái)可靠性分析

分布式云平臺(tái)架構(gòu)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)通信故障有以下幾種：

(1) 車站核心交換機(jī)故障。如車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)有1臺(tái)或2臺(tái)核心交換機(jī)發(fā)生故障，則情況與集中式云平臺(tái)相同，不再贅述。

(2) 云管理中心交換機(jī)故障。當(dāng)云管理中心有1臺(tái)交換機(jī)發(fā)生故障時(shí)，云管理中心服務(wù)器集群虛擬出的車站虛擬主服務(wù)器，通過云管理中心另1臺(tái)非故障交換機(jī)來保障車站和控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)云管理中心的2臺(tái)交換機(jī)同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，則車站服務(wù)器虛擬出的虛擬備用服務(wù)器可保障車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)無法正常工作。如圖3所示。

圖3 分布式云架構(gòu)中心1臺(tái)或2臺(tái)核心交換機(jī)故障示圖

(3) 骨干網(wǎng)斷點(diǎn)故障。骨干網(wǎng)出現(xiàn)4個(gè)或4個(gè)以內(nèi)的斷點(diǎn)均為非致命故障。如骨干網(wǎng)出現(xiàn)3個(gè)及3個(gè)以內(nèi)斷點(diǎn)，車站虛擬主服務(wù)器通過車站交換機(jī)(前后只有1個(gè)斷點(diǎn)的交換機(jī))來保障車站和控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行；如骨干網(wǎng)同時(shí)出現(xiàn)4個(gè)斷點(diǎn)，則車站的服務(wù)器虛擬出的車站虛擬備用服務(wù)器可保障車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)不能對(duì)故障車站進(jìn)行監(jiān)控。

由上述分析可見，除車站2臺(tái)核心交換機(jī)同時(shí)發(fā)生故障外，其他故障情況下車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)都能保證正常運(yùn)行；并且，在云管理中心2臺(tái)核心交換機(jī)同時(shí)出現(xiàn)故障和骨干網(wǎng)出現(xiàn)4個(gè)斷點(diǎn)的極端情況下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)啟用備用虛擬服務(wù)器，仍能夠正常運(yùn)行。

2 云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較分析

集中式云平臺(tái)和分布式云平臺(tái)架構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)。集中式云平臺(tái)架構(gòu)能實(shí)現(xiàn)成本最低化、設(shè)備管理和維護(hù)最簡(jiǎn)化，但在云管理中心通信中斷時(shí)，控制中心和車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)將面臨無法運(yùn)行的挑戰(zhàn)。云管理中心通信完全中斷的概率很小，即使綜合監(jiān)控系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，其集成和互聯(lián)的系統(tǒng)(如BAS、PSCADA、ACS等)也能脫離綜合監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，不會(huì)造成生產(chǎn)停滯。

分布式云平臺(tái)架構(gòu)能保證車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在云管理中心通信中斷的情況下獨(dú)立運(yùn)行。因?yàn)檐囌緝H配置1臺(tái)低性能服務(wù)器，故其成本比傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)有所下降。但分布式云平臺(tái)架構(gòu)仍然面臨設(shè)備分散、不能集中管理和維護(hù)的問題。

綜上所述，集中式云平臺(tái)架構(gòu)在成本、設(shè)備管理和設(shè)備維護(hù)方面優(yōu)勢(shì)明顯，是一種較為適用的方案。采用該方案時(shí)在極端情況下，其車站集成和互聯(lián)的系統(tǒng)仍可獨(dú)立運(yùn)行。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)現(xiàn)已無法滿足發(fā)展需求。隨著城市軌道交通信息化發(fā)展及云技術(shù)的成熟，綜合監(jiān)控系統(tǒng)云技術(shù)應(yīng)用已在積極探索。單系統(tǒng)云平臺(tái)的建設(shè)成本較高，隨技術(shù)發(fā)展和成熟，云平臺(tái)未來將會(huì)發(fā)展為多系統(tǒng)綜合部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)線網(wǎng)的全面融合，最終節(jié)約投資。綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有接口多、數(shù)據(jù)雜及數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，運(yùn)用云平臺(tái)技術(shù)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，為智慧軌道交通的數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)挖掘打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。