云計(jì)算虛擬化技術(shù)在高速公路多義性路徑識別系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

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隨著全國高速公路路網(wǎng)的日趨完善，交通出行愈發(fā)便利，就必然會形成所謂的X橫X豎的路網(wǎng)架構(gòu)。由于交通發(fā)展節(jié)奏及經(jīng)濟(jì)原因的影響，各省的情況存在或多或少的差異，但即便新疆、青海等交通欠發(fā)達(dá)的省份，依舊存在路網(wǎng)成環(huán)的現(xiàn)狀。特別是在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的大環(huán)境下，“大環(huán)套小環(huán)、環(huán)環(huán)相扣”的交通網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)路段可能隸屬于不同的業(yè)主，多義性路徑問題將會導(dǎo)致無法根據(jù)車輛實(shí)際行駛路徑進(jìn)行通行費(fèi)的收取和拆分，影響各業(yè)主的合法利益，不利于聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)政策的順利實(shí)施，同時(shí)還面臨著傳統(tǒng)的高速收費(fèi)采用最短路徑的收費(fèi)原則下高速逃費(fèi)難稽查的問題。

一、多義性路徑識別系統(tǒng)的構(gòu)成

多義性路徑識別系統(tǒng)是高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，主要由省聯(lián)網(wǎng)中心、路段收費(fèi)分中心、收費(fèi)站、標(biāo)識點(diǎn)（5.8G DSRC+車牌照識別）、收費(fèi)車道、ETC 車載設(shè)備（包括OBU 和ETC 卡）、CPC 卡等構(gòu)成。

在多義性路徑識別系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)流的整體流向?yàn)槭÷?lián)網(wǎng)中心向路徑識別系統(tǒng)逐級下發(fā)路徑標(biāo)識編碼等系統(tǒng)參數(shù)，并向收費(fèi)車道逐級下發(fā)路徑基礎(chǔ)費(fèi)率等運(yùn)營參數(shù)；路徑識別系統(tǒng)向省中心系統(tǒng)實(shí)時(shí)逐級上傳標(biāo)識流水記錄和設(shè)備狀態(tài)信息。

高速公路多義性路徑識別系統(tǒng)全面建成后，除以往的運(yùn)行參數(shù)、黑白名單、收費(fèi)流水等收費(fèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之外，將有大量、密集的路徑及車牌標(biāo)識信息從出入口車道、標(biāo)識點(diǎn)經(jīng)收費(fèi)站、收費(fèi)分中心、聯(lián)網(wǎng)中心逐級上傳下發(fā)以及查詢。為適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的調(diào)整，作為整個(gè)基礎(chǔ)支撐平臺的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)收費(fèi)流水、路徑信息、黑白名單、費(fèi)率參數(shù)等各類收費(fèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地處理，各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互及時(shí)、準(zhǔn)確，這就對整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件基礎(chǔ)提出了更高的要求。而傳統(tǒng)建設(shè)模式下，一個(gè)業(yè)務(wù)對應(yīng)一套IT基礎(chǔ)設(shè)施的做法無論是從投資成本角度考慮還是管理角度考慮，顯然已經(jīng)無法滿足當(dāng)前和未來收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展需要，因此引入新的技術(shù)來提升收費(fèi)系統(tǒng)的技術(shù)和管理水平并盡可能的降低投資成為當(dāng)務(wù)之急。

二、云計(jì)算虛擬化技術(shù)的原理及應(yīng)用優(yōu)勢

（一）技術(shù)原理

云計(jì)算的核心技術(shù)之一就是虛擬化技術(shù)。所謂虛擬化，是指通過虛擬化技術(shù)將一臺計(jì)算機(jī)虛擬為多臺邏輯計(jì)算機(jī)。在一臺計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)，每個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)可運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，同時(shí)，還能根據(jù)各應(yīng)用程序的實(shí)際需求靈活分配硬件資源，實(shí)現(xiàn)對硬件資源的最大利用，從而顯著提高應(yīng)用程序的工作效率和計(jì)算機(jī)的使用效率?，F(xiàn)階段的高速公路多義性路徑識別系統(tǒng)主要由MTC、ETC、路徑信息、信息安全、車牌識別、運(yùn)營分析、電子發(fā)票、網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘、無感支付等多個(gè)軟件系統(tǒng)構(gòu)成，未來隨著新的業(yè)務(wù)和新的應(yīng)用不斷增加，系統(tǒng)復(fù)雜度也會越來越高。通過虛擬化技術(shù)，將收費(fèi)系統(tǒng)管理、車道通行、拆分結(jié)算、無感支付等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，能夠極大提升車道通行效率和用戶過車體驗(yàn)，提高相關(guān)管理部門對系統(tǒng)的管理能力。

（二）應(yīng)用優(yōu)勢

1. 系統(tǒng)優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)允許具有不同操作系統(tǒng)的多個(gè)虛擬機(jī)在同一物理機(jī)上獨(dú)立并行運(yùn)行。每個(gè)虛擬機(jī)都有自己的一套虛擬硬件（例如 RAM、CPU、網(wǎng)卡等），可以在這些硬件中加載操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。無論實(shí)際采用了什么物理硬件組件，操作系統(tǒng)都將它們視為一組一致、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件。同時(shí)，虛擬機(jī)被封裝在文件中，因此可以快速對其進(jìn)行保存、復(fù)制和部署?？稍趲酌腌妰?nèi)將整個(gè)系統(tǒng)（完全配置的應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)、BIOS 和虛擬硬件）從一臺物理服務(wù)器移至另一臺物理服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)零停機(jī)維護(hù)和連續(xù)的工作負(fù)載整合，這為多義性路徑識別系統(tǒng)涉及的多個(gè)軟件系統(tǒng)提供了理想的底層軟件環(huán)境。

2.安全優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)提升了X86服務(wù)器的可靠性、可用性，從基礎(chǔ)架構(gòu)層面獲得了原先單機(jī)系統(tǒng)無法想象的功能，大大提高了業(yè)務(wù)連續(xù)性的級別，降低了故障率、減少了系統(tǒng)宕機(jī)的時(shí)間，進(jìn)一步保證了多義性路徑識別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.管理優(yōu)勢

通過虛擬化技術(shù)，可以完全實(shí)現(xiàn)多義性路徑識別系統(tǒng)中IT基礎(chǔ)設(shè)施的集中化管理，這樣不僅可以精簡IT操作，提高管理效率，而且還可以簡化監(jiān)控、管理、報(bào)告和遠(yuǎn)程訪問等操作。利用虛擬化技術(shù)中的集中化管理功能，管理員能夠通過一個(gè)統(tǒng)一的視圖中對整個(gè)IT環(huán)境進(jìn)行組織、監(jiān)控和配置，從而進(jìn)一步提升管理水平降低運(yùn)營成本。

4.成本優(yōu)勢

隨著高速公路涉及收費(fèi)系統(tǒng)相關(guān)的新業(yè)務(wù)新系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，傳統(tǒng)建設(shè)模式下收費(fèi)系統(tǒng)的IT規(guī)模在不斷膨脹，收費(fèi)站、收費(fèi)分中心內(nèi)的服務(wù)器數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度以及存儲容量急劇增長，隨之帶來的是高昂的硬件成本支出以及運(yùn)營成本支出（電力、制冷、占地空間、管理人員等），具體表現(xiàn)為：

1、IT管理員遵循“根據(jù)最壞情況下的工作負(fù)載來確定所有服務(wù)器的配置”這一策略導(dǎo)致服務(wù)器的配置普遍過高，利用率較低。

2、容易出現(xiàn)大量“只安裝一個(gè)應(yīng)用程序”而未得到充分利用的x86服務(wù)器。

3、維護(hù)人力投入、占地空間和電力、空調(diào)制冷等能源成本不斷增加。

利用虛擬化的技術(shù)特點(diǎn)，既可以對未被充分利用的服務(wù)器進(jìn)行整合，不再為新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)另外購置硬件，從而降低采購成本，也可以充分挖掘新采購設(shè)備的使用空間，保證良好的費(fèi)效比，同時(shí)，精簡收費(fèi)站、收費(fèi)分中心服務(wù)器的數(shù)量，又可以成比例地減少供電、制冷和場地方面的運(yùn)營成本。

5.技術(shù)前瞻優(yōu)勢

在未來的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)建設(shè)中，可依托現(xiàn)有的覆蓋收費(fèi)站和收費(fèi)分中心的虛擬化平臺構(gòu)建完整的高速公路收費(fèi)云管理平臺，并充分利用大數(shù)據(jù)分析工具和深度學(xué)習(xí)算法，開展對收費(fèi)系統(tǒng)IT資源的使用分析和全生命周期管理，生成IT資源的使用數(shù)據(jù)提升未來IT基礎(chǔ)建設(shè)的維護(hù)水平并提高IT基礎(chǔ)設(shè)備維護(hù)的準(zhǔn)確性，并可同時(shí)開展對相關(guān)IT管理部門、IT基礎(chǔ)設(shè)備維護(hù)單位的工作績效考核分析，還能對各條高速公路的運(yùn)營情況進(jìn)行分析，生成各條高速公路的運(yùn)營數(shù)據(jù)，助力高速公路運(yùn)營體系建設(shè)，力爭與交通管控、應(yīng)急處置等形成聯(lián)動機(jī)制。

三、云計(jì)算虛擬化技術(shù)在高速公路多義性路徑識別系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

（一）對已建收費(fèi)系統(tǒng)的升級改造

由于各條高速公路建設(shè)的時(shí)間點(diǎn)不同，不同時(shí)期內(nèi)建設(shè)的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的IT資源對多義性路徑識別系統(tǒng)等新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的支撐能力也不一致。通過虛擬化技術(shù)，建設(shè)部門可在對已建收費(fèi)系統(tǒng)充分評估的基礎(chǔ)上，對已建收費(fèi)系統(tǒng)的IT資源進(jìn)行整合和資源補(bǔ)充，充分利用現(xiàn)有的IT資源以最小的投入實(shí)現(xiàn)對已建收費(fèi)系統(tǒng)的升級改造，滿足多義性路徑識別系統(tǒng)對IT基礎(chǔ)設(shè)施的要求。

（二）IT資源的分配和利用更加靈活

在虛擬化技術(shù)的支撐下，高速公路管理部門可為收費(fèi)系統(tǒng)的使用部門組織分配虛擬資源池，根據(jù)當(dāng)前和未來的業(yè)務(wù)發(fā)展需要對組織內(nèi)的資源進(jìn)行管理和分配，使用部門也可以結(jié)合當(dāng)前各業(yè)務(wù)的實(shí)際使用情況，對現(xiàn)有的IT資源進(jìn)行動態(tài)分配，靈活的最大化的利用IT資源將能更好地確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)在高峰期時(shí)的工作效率和工作連續(xù)性，從而保證整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)的可靠性。

（三）構(gòu)建統(tǒng)一的管理平臺

基于虛擬化的應(yīng)用，原來自成系統(tǒng)的各業(yè)務(wù)模塊得以整合在統(tǒng)一的資源管理界面下，使用部門告別了以往繁瑣的使用流程和日常維護(hù)工作，通過虛擬化平臺的管理界面即可對各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和使用，新業(yè)務(wù)的部署方式也更加便捷，通過統(tǒng)一的管理平臺即可實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的部署，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部署，極大地提高了使用部門的工作效率。

（四）采用多重機(jī)制保障業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性

利用虛擬化技術(shù)，可以將支撐業(yè)務(wù)運(yùn)行的多臺物理服務(wù)器合并為一個(gè)具有共享資源池的集群，一旦某臺服務(wù)器主機(jī)或虛擬機(jī)發(fā)生故障，各物理服務(wù)器之間可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)遷移，動態(tài)遷移支持在物理服務(wù)器之間實(shí)時(shí)遷移正在運(yùn)行中的虛擬機(jī)（即各業(yè)務(wù)系統(tǒng)），保障各業(yè)務(wù)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。同時(shí)，利用虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移技術(shù)，不僅在執(zhí)行硬件維護(hù)時(shí)無需安排宕機(jī)和中斷業(yè)務(wù)操作，而且可以使資源池內(nèi)的虛擬機(jī)不斷自動優(yōu)化，最大限度地提高硬件利用率、靈活性和可用性。

四、總結(jié)

隨著高速公路“營改增”等工作的部署提速和省際收費(fèi)站的取消，通行費(fèi)清分結(jié)算將進(jìn)一步擴(kuò)展結(jié)算對象，跨省市、跨多個(gè)公路運(yùn)營管理單位需要更為精確的多義性路徑識別系統(tǒng)，這對支撐收費(fèi)系統(tǒng)的IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更加嚴(yán)苛的要求，云計(jì)算虛擬化技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決高速公路收費(fèi)系統(tǒng)資源利用、成本控制和業(yè)務(wù)穩(wěn)定性等多個(gè)問題，并為后續(xù)的新業(yè)務(wù)的部署和應(yīng)用的擴(kuò)展提供了更多可能性。