軌道交通融合云方案研究

鄒博彬

目前，全國城市軌道交通建設(shè)正處于高速發(fā)展期，對軌道交通融合云方案的研究，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能聯(lián)動(dòng)，真正提升城市軌道行業(yè)的信息智能化，為構(gòu)建智慧軌道交通奠定基礎(chǔ)。

一、研究背景

隨著城市軌道交通技術(shù)的不斷發(fā)展以及管理水平的不斷提升，軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)劃越來越大，計(jì)算機(jī)類的設(shè)備數(shù)量也越來越多。目前軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)均獨(dú)立設(shè)置，從而造成后期的運(yùn)營、維護(hù)及管理的諸多不便。城市軌道交通的資源共享、信息共享的需求也越來越強(qiáng)烈，云計(jì)算的應(yīng)用則成為城市軌道交通建設(shè)的一個(gè)發(fā)展方向。

城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)等。通過對上述系統(tǒng)的分析及研究，城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)均有計(jì)算機(jī)類設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)對不同機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控及管理。從而為城市軌道交通融合云方案的實(shí)施提供的實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

二、總體設(shè)計(jì)原則

云平臺總體遵循面向業(yè)務(wù)需求的設(shè)計(jì)思路，基于城軌信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，采用云計(jì)算資源池的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn) IT 基礎(chǔ)架構(gòu)模塊與業(yè)務(wù)模塊松耦合、資源池的模塊化交付橫向擴(kuò)展。通過云管理平臺保證資源的快速交付和統(tǒng)一管理，支撐業(yè)務(wù)快速上線、融合運(yùn)營、統(tǒng)一運(yùn)維。

云平臺總體設(shè)計(jì)方案遵循如下原則。

支撐業(yè)務(wù)發(fā)展：云平臺應(yīng)綜合考慮軌道交通業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，考慮城軌信息系統(tǒng)類業(yè)務(wù)未來發(fā)展的特性，采用的技術(shù)平臺應(yīng)該能夠適應(yīng)未來業(yè)務(wù)發(fā)展方向并且能夠支撐業(yè)務(wù)的長期和持續(xù)發(fā)展。

可靠性：云平臺應(yīng)支持冗余、自恢復(fù)、高可擴(kuò)展性，允許應(yīng)用系統(tǒng)從不可避免的硬件、軟件錯(cuò)誤中恢復(fù)，確保應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲的高可靠。云平臺應(yīng)提供同城的容災(zāi)機(jī)制，保證業(yè)務(wù)連續(xù)性。

安全性：云平臺安全設(shè)計(jì)應(yīng)按照云服務(wù)的使用范圍以及層次，提供整合的云服務(wù)安全體系，并與安全防護(hù)體系、安全運(yùn)維體系相結(jié)合，形成完整的云平臺防護(hù)體系。

成熟性：云平臺應(yīng)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和方法，符合技術(shù)發(fā)展趨勢。云平臺既具有技術(shù)方面的領(lǐng)先性，同時(shí)又接受過高并發(fā)、高可靠的實(shí)踐驗(yàn)證，確保采用的技術(shù)體系經(jīng)過等同或超過軌道交通業(yè)務(wù)量的規(guī)模驗(yàn)證。

先進(jìn)性：云平臺應(yīng)采用成熟、具有國內(nèi)先進(jìn)水平，并符合國際發(fā)展趨勢的技術(shù)、軟件和設(shè)備。在設(shè)計(jì)過程中充分依照國際上的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國內(nèi)外目前成熟的互聯(lián)網(wǎng)分布式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，積極吸納業(yè)界最新科技成果，及時(shí)更新、升級，確保平臺能力和應(yīng)用能力與時(shí)俱進(jìn)。

可擴(kuò)展性：可擴(kuò)展性是指未來城軌信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量增加時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)能夠擴(kuò)展以適應(yīng)更多業(yè)務(wù)、更多數(shù)據(jù)處理的能力。可通過縱向擴(kuò)展硬件資源、或通過軟件或應(yīng)用支持的集群架構(gòu)橫向擴(kuò)展資源來實(shí)現(xiàn)。

可管理性：系統(tǒng)架構(gòu)中應(yīng)提供集成、統(tǒng)一的軟硬件管理功能，滿足各種日常的管理需求，適應(yīng)城軌云數(shù)據(jù)中心管理快捷、方便的特點(diǎn)。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)提供豐富、可靠、完善的接口，供其他平臺調(diào)用集成。

三、總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

（一） 邏輯架構(gòu)

本項(xiàng)目融合云平臺總體邏輯架構(gòu)如圖1所示，主要由車站及車輛段的數(shù)據(jù)采集、接入，骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，控制中心的基礎(chǔ)設(shè)施、云服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、展示等各層組成。

1. 數(shù)據(jù)采集層

由車站及車輛段的綜合監(jiān)控、ATS、安防、PIS及 PA、AFC 等現(xiàn)場設(shè)備完成各類數(shù)據(jù)采集上報(bào)。

2. 接入設(shè)備層

提供車站及車輛段的各類數(shù)據(jù)的通信處理（FEP）和網(wǎng)絡(luò)接入交換機(jī)。

3. 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

由增強(qiáng)型 MSTP 傳輸提供數(shù)據(jù)承載通道，骨干交換機(jī)提供全網(wǎng)數(shù)據(jù)交換。

4. 基礎(chǔ)設(shè)施層

服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等物理基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)成融合資源池的基礎(chǔ)架構(gòu)。

5. 資源池層

資源池層提供基礎(chǔ)的計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)虛擬化的能力。通過虛擬化軟件，對計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等物理資源進(jìn)行虛擬化，提供統(tǒng)一的計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源池。云資源池層同時(shí)提供本地的基礎(chǔ)運(yùn)維能力，包括對本地基礎(chǔ)設(shè)施的告警、性能、拓?fù)浜捅O(jiān)控等。

6. 云服務(wù)層

匹配業(yè)務(wù)場景，通過服務(wù)目錄實(shí)現(xiàn)資源的二級運(yùn)營服務(wù)，如通過 VDC 服務(wù)進(jìn)行資源的靈活分配；VDC 內(nèi)部通過云主機(jī)服務(wù)、云存儲服務(wù)、彈性 IP 服務(wù)、物理機(jī)服務(wù)等提供自助資源發(fā)放，實(shí)現(xiàn) IaaS。

7. 平臺服務(wù)層

提供操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件、Web、ESB 服務(wù)總線等平臺軟件服務(wù)。

8. 應(yīng)用服務(wù)層

提供綜合監(jiān)控、ATS、安防、PIS、辦公自動(dòng)化等應(yīng)用服務(wù)。

9. 展示層

提供 HMI、Portal 展示服務(wù)。

（二）物理架構(gòu)

本項(xiàng)目融合云平臺總體物理架構(gòu)如圖2所示，主要由 OCC 主數(shù)據(jù)中心、DCC備數(shù)據(jù)中心、骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)以及樞紐車站、典型車站等構(gòu)成。

1. OCC 主數(shù)據(jù)中心

在 OCC 主數(shù)據(jù)中心部署統(tǒng)一的云平臺，承載綜合監(jiān)控、乘客信息、綜合安防以及運(yùn)維管理等業(yè)務(wù)。根據(jù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合承載獨(dú)立運(yùn)維的原則，在主數(shù)據(jù)中心劃分不同業(yè)務(wù)分區(qū)，實(shí)現(xiàn)精心化安全管控與敏捷化運(yùn)維管理。

2. DCC 備數(shù)據(jù)中心

為保證業(yè)務(wù)高可靠，在車輛段部署容災(zāi)中心，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)級容災(zāi)以及其他乘客信息、綜合安防等數(shù)據(jù)級容災(zāi)。

同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)安全、便捷辦公，在車輛段部署桌面云平臺，為軌道交通全線辦公人員提供云桌面服務(wù)。

此外，DCC 備中心也參照主中心，通過分層分域設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合承載、獨(dú)立運(yùn)維的目標(biāo)。

3. 骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)

本項(xiàng)目骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一承載綜合監(jiān)控、乘客信息、綜合安防以及辦公等多種業(yè)務(wù)，因此骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬以及可靠性設(shè)計(jì)非常重要。考慮到全線視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)在 OCC 主中心集中存儲，方案采用100G 組網(wǎng)方案，并具備擴(kuò)容能力。

為保證業(yè)務(wù)應(yīng)用可靠性，同時(shí)兼顧系統(tǒng)帶寬利用率，骨干傳輸組網(wǎng)采用雙環(huán)相交結(jié)構(gòu)，兩環(huán)相交于 OCC 控制中心和車輛段兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。

4. 停車場

停車場業(yè)務(wù)終端數(shù)量多，尤其是攝像機(jī)數(shù)量比典型車站更多，要求方案在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮終端靈活、安全的接入。融合云方案采用具備 POE 功能的接入交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)終端靈活接入；同時(shí)采用安全準(zhǔn)入策略，實(shí)現(xiàn)終端安全接入。

5. 典型車站

車站是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的主要來源，因此數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)安全尤為重要。方案通過采用匯聚交換機(jī)、防火墻虛擬化功能，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)物理上融合承載，邏輯上安全隔離。

四、小結(jié)

采用軌道交通融合云方案，可以提供軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件資源利用率，節(jié)約建設(shè)成本。軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)各業(yè)務(wù)應(yīng)用均按照標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行部署，將會(huì)大大降低管理成本及系統(tǒng)運(yùn)行成本并進(jìn)一步提高軌道交通項(xiàng)目的建設(shè)水平。

作者單位：蘇州軌道交通集團(tuán)有限公司