基于云平臺(tái)的軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 寧

(陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710018)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng),城市軌道交通線網(wǎng)的規(guī)模處于不斷擴(kuò)大狀態(tài),自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算等方面的需求處于持續(xù)增長(zhǎng)狀態(tài)。 近年來,云計(jì)算被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通系統(tǒng),可有效降低城市軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本。 本研究利用云平臺(tái),在此基礎(chǔ)上建立軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng),對(duì)于城市軌道交通的發(fā)展具有重要意義。

1 基于云平臺(tái)的軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)云部署模式

結(jié)合軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)對(duì)運(yùn)營(yíng)管理的需求,本研究采用私有云部署模式進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。選擇私有云部署模式的主要原因?yàn)?隨著時(shí)間的推移,公有云平臺(tái)運(yùn)營(yíng)成本處于遞增狀態(tài),而私有云平臺(tái)運(yùn)營(yíng)過程中所需的成本呈現(xiàn)由高到低的趨勢(shì)。 除此之外,私有云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全性與可靠性要求較高,僅需少量成本,即可擁有私有云平臺(tái)架構(gòu)及定制服務(wù)[1]。

1.2 軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)總體架構(gòu)

傳統(tǒng)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在多種缺陷,本研究為解決傳統(tǒng)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)存在的問題,提出一種基于私有云平臺(tái)的自動(dòng)售檢票系統(tǒng)。 基于私有云平臺(tái)的軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

圖1 基于私有云平臺(tái)的軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由私有云平臺(tái)、車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車站終端設(shè)備等結(jié)構(gòu)共同組成。 其中,車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與私有云平臺(tái)連接時(shí),主要通過專用通信傳輸系統(tǒng)中的以太網(wǎng)通道將二者互連,該方式有利于實(shí)現(xiàn)各車站對(duì)私有云平臺(tái)資源池的共享。 與私有云平臺(tái)連接后,車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)僅保留操作終端。 為保護(hù)傳輸系統(tǒng)的安全性,本研究利用光纖自愈環(huán)網(wǎng)技術(shù)對(duì)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù),該方式可在光纖被切斷的情況下,使軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)自行恢復(fù)自身功能,有利于保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訹3]。

1.3 私有云平臺(tái)架構(gòu)

為保證自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)私有云平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 本研究將私有云平臺(tái)分為5 部分,私有云平臺(tái)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 私有云平臺(tái)架構(gòu)

1.3.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

該部分是軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的基礎(chǔ),對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的維持作用。 將私有云平臺(tái)與傳統(tǒng)的自動(dòng)售檢票系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析可知,傳統(tǒng)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量較多,且消耗的成本較大。 為解決該問題,本研究對(duì)私有云平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)通道等硬件設(shè)備進(jìn)行重新組建,使其成為新的數(shù)據(jù)中心,并充分利用虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì),將硬件設(shè)備抽象成虛擬化資源池,資源池可根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需求,為系統(tǒng)提供相應(yīng)的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)。 通過集中建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施層的方式,可為自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的統(tǒng)一管理及業(yè)務(wù)整合奠定基礎(chǔ)。

1.3.2 平臺(tái)層

平臺(tái)層對(duì)于底層基礎(chǔ)資源具有調(diào)用功能,可將調(diào)用的資源開放給軟件層,屬于自動(dòng)售檢票系統(tǒng)私有云平臺(tái)的核心結(jié)構(gòu)。 為保證該層的功能,將平臺(tái)層分為3 個(gè)子平臺(tái),其中開發(fā)測(cè)試子平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)應(yīng)用軟件的配置、開發(fā)、調(diào)試等工作,向用戶提供各類開發(fā)、測(cè)試等工具。 部署運(yùn)行子平臺(tái)主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的資源、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,在系統(tǒng)任務(wù)請(qǐng)求過多時(shí),該平臺(tái)可對(duì)資源進(jìn)行快速分配,以此達(dá)到自動(dòng)負(fù)載均衡、恢復(fù)故障的目的。 業(yè)務(wù)管理子平臺(tái)主要在開發(fā)測(cè)試子平臺(tái)和部署運(yùn)行子平臺(tái)的共同支持下,高效管理參數(shù)、票務(wù)、清分等業(yè)務(wù),并集成了數(shù)據(jù)挖掘功能 。

1.3.3 軟件層

軟件層可為部門辦公和公共信息發(fā)布提供一種標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)通信方式,用來屏蔽各組件之間結(jié)構(gòu)功能的差異,可為上層提供參數(shù)管理、票務(wù)管理等軟件,在一定程度上可滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下業(yè)務(wù)集成的需求。

1.3.4 安全管理模塊

安全管理模塊通過相關(guān)技術(shù)的加持,并對(duì)保證機(jī)制、身份驗(yàn)證、訪問權(quán)限、安全審計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定,可保證自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1.3.5 用戶訪問接口層

用戶訪問接口層包括自動(dòng)售檢票系統(tǒng)可能用到的多種接口類型,可實(shí)現(xiàn)不同用戶對(duì)云平臺(tái)服務(wù)的泛在訪問。 使用該層時(shí),首先應(yīng)授予不同用戶訪問權(quán)限,用戶通過自身權(quán)限即可登錄該系統(tǒng),并根據(jù)請(qǐng)求服務(wù)接入用戶訪問接口層。

2 基于云平臺(tái)的軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)控制中心設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)售檢票系統(tǒng)控制中心硬件設(shè)備設(shè)置

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)控制中心主要由存儲(chǔ)資源池、計(jì)算資源池、信息安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換通信設(shè)備等硬件部分共同組成。 由于云平臺(tái)對(duì)接入系統(tǒng)的信息安全具有一定要求,本研究對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)備進(jìn)行設(shè)置時(shí),向其中加入相應(yīng)的安全設(shè)備。 其中病毒防護(hù)體系主要由匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)與升級(jí),控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)下發(fā)時(shí),主要通過數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至車站SC 及現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備,數(shù)據(jù)傳送回控制中心時(shí),可利用線路數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。 在硬件設(shè)備中,全部資源可集中共享,并統(tǒng)一分配至各個(gè)節(jié)點(diǎn),該方式可減少接口界面,對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及計(jì)算時(shí),可通過交換機(jī)、路由器直接進(jìn)入控制中心云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 自動(dòng)售檢票系統(tǒng)控制中心軟件設(shè)備設(shè)置

控制中心軟件設(shè)備中主要包括LCC、ACC 等軟件,為最大限度地減少軟件接口,本研究把具有相同功能的軟件設(shè)備進(jìn)行合并,實(shí)現(xiàn)全部軟件系統(tǒng)集中化運(yùn)行。控制中心軟件設(shè)備在運(yùn)行過程中,可將自身分布于各個(gè)硬件資源上同時(shí)進(jìn)行,該方式在一定程度上可提升自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的運(yùn)行效率,并降低軟件設(shè)備運(yùn)行過程中對(duì)硬件資源的需求量。 自動(dòng)售檢票系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)皆可在軟件設(shè)備中共享互用,為確保對(duì)賬信息的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性,將系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)集中,由ACC系統(tǒng)統(tǒng)一清算、調(diào)度和使用。 在ACC 進(jìn)行實(shí)時(shí)清分對(duì)賬時(shí),由第三方支付系統(tǒng)將交易信息、客流信息等數(shù)據(jù)上傳至控制中心云平臺(tái)。 通過減少接口數(shù)量的方式,可簡(jiǎn)化清分流程,節(jié)省時(shí)間。

3 基于云平臺(tái)的軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)車站云平臺(tái)設(shè)計(jì)

為簡(jiǎn)化自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)的維護(hù)和使用具有一定的便捷性,本研究對(duì)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)車站云平臺(tái)進(jìn)行軟件設(shè)備、硬件設(shè)備以及資源的設(shè)置,該方式有利于降低車站云平臺(tái)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。 基于云架構(gòu)的車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)如圖3 所示。

圖3 基于云架構(gòu)的車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)

3.1 自動(dòng)售檢票系統(tǒng)車站云平臺(tái)硬件設(shè)備設(shè)置

傳統(tǒng)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)車站云平臺(tái)的軟件設(shè)備和硬件設(shè)備在運(yùn)行過程中,將各硬件設(shè)備分別設(shè)置在不同的地方,該方式可造成硬件設(shè)備的冗余,成本較高。為有效降低自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本,本研究將自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的服務(wù)器、交換機(jī)、路由器等硬件設(shè)備全部集中在車站云平臺(tái)設(shè)備上,實(shí)現(xiàn)資源的共享及統(tǒng)一管理。 該方式可有效減少硬件設(shè)備的配置數(shù)量及設(shè)備占用的空間,并且對(duì)硬件設(shè)備之間的接口、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的層級(jí)關(guān)系具有簡(jiǎn)化作用。

3.2 自動(dòng)售檢票系統(tǒng)車站云平臺(tái)軟件設(shè)備設(shè)置

傳統(tǒng)車站云平臺(tái)對(duì)軟件設(shè)備的設(shè)置較為簡(jiǎn)單,僅具有指令下發(fā)以及數(shù)據(jù)上傳等功能。 為解決傳統(tǒng)車站云平臺(tái)軟件設(shè)備存在的缺陷,本研究對(duì)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)車站云平臺(tái)軟件設(shè)備進(jìn)行設(shè)置時(shí),將該系統(tǒng)內(nèi)部的硬件、軟件全部納入云平臺(tái),該方式可有效提高系統(tǒng)存儲(chǔ)、計(jì)算的效率,數(shù)據(jù)處理完畢后可將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類,并統(tǒng)一上傳至控制中心的中央級(jí)系統(tǒng)。 車站云平臺(tái)軟件設(shè)備可對(duì)中央下發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析,根據(jù)中央的需求進(jìn)行實(shí)時(shí)部署,使底層系統(tǒng)的運(yùn)行速度得到保證,最大限度地節(jié)省資源。

4 基于云平臺(tái)的軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 虛擬化技術(shù)

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)可利用虛擬化技術(shù)向硬件設(shè)施中引入虛擬層,其根本目的是將繁雜多樣的物理資源抽象為虛擬資源。 將基礎(chǔ)設(shè)施的資源虛擬化后,有利于擺脫終端設(shè)備異構(gòu)性的限制,并且可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求對(duì)車站虛擬服務(wù)器等虛擬機(jī)的數(shù)量進(jìn)行靈活配置。 為保證自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,應(yīng)減少車站實(shí)體設(shè)備的數(shù)量,提升車站設(shè)備的資源利用率。

4.2 分布式存儲(chǔ)技術(shù)

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)城市軌道交通全網(wǎng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的管理,但隨著線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)不斷增長(zhǎng)。 為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。 該技術(shù)可同時(shí)監(jiān)管多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn),并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至私有云平臺(tái)。 管理節(jié)點(diǎn)可根據(jù)數(shù)據(jù)的類型采取自動(dòng)化方式將其分配至存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn),工作人員操作該系統(tǒng)時(shí),可直接通過終端設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。 該技術(shù)可滿足系統(tǒng)的實(shí)際需求,并實(shí)現(xiàn)管理者的統(tǒng)一管理。

4.3 負(fù)載均衡技術(shù)

負(fù)載均衡技術(shù)具有分割功能,可充分利用系統(tǒng)服務(wù)器的處理能力,將中央下達(dá)的任務(wù)分割成多個(gè)便于執(zhí)行的小任務(wù),并結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際需求制定分配原則,有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的極速處理。 任務(wù)處理完畢后,該技術(shù)可將計(jì)算結(jié)果合并匯總,匯總結(jié)果即為最終的任務(wù)結(jié)果。 將任務(wù)分割處理有利于減少閑置資源,最大限度地縮短計(jì)算時(shí)間。

5 結(jié)語

本研究提出一種基于云平臺(tái)的城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 該方案可簡(jiǎn)化自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),使維護(hù)使用具有一定便捷性,有利于降低車站云平臺(tái)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。 云平臺(tái)架構(gòu)應(yīng)用于城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng),已成為當(dāng)前自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的主要發(fā)展方向,對(duì)于整個(gè)城市的軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)線網(wǎng)的云平臺(tái)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平具有提升作用。