王建康　李罡　安俊峰　趙雙聰

摘 要：對(duì)現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)城市軌道交通云平臺(tái)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，闡述城軌云平臺(tái)常見(jiàn)的設(shè)計(jì)架構(gòu)及相關(guān)技術(shù)在軌道交通行業(yè)中的應(yīng)用水平，同時(shí)分析城軌云部署架構(gòu)現(xiàn)狀面臨的隱患和不足，并提出針對(duì)上述問(wèn)題的架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)施建議，最后提出超融合技術(shù)在城軌云中的應(yīng)用場(chǎng)景，從技術(shù)發(fā)展與傳統(tǒng)行業(yè)適應(yīng)性展望城軌云的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：城軌云;超融合;軌道交通;智慧運(yùn)維

Thoughts and Suggestions on the Optimization of Urban Rail Transit Cloud Platform Deployment Architecture

WANG Jiankang1 LI Gang1 AN Junfeng1 ZHAO Shuangcong1

（Jinan Rail Transit Group Co.， Ltd.， Jinan， Shandong Province， 250000 China）

Abstract： This paper introduces the design and implementation status of urban rail transit cloud platform project in the industry at the present stage， expounds the common design architecture of urban rail transit cloud platform and the application level of related technologies in the rail transit industry， analyzes the hidden dangers and shortcomings of the current situation of urban rail transit cloud deployment architecture， and puts forward some suggestions on the optimization design and implementation of the architecture for the above problems， and finally puts forward the super fusion Combined with the application scenarios of technology in urban rail cloud， the development direction of urban rail cloud is prospected from the adaptability of technology development and traditional industries.

Key Words： Urban rail cloud;Super integration; Rail transit; Intelligent operation and maintenance

1 城軌云設(shè)計(jì)與實(shí)施現(xiàn)狀

1.1云計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀

云計(jì)算已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，將加速軌道交通及經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域“數(shù)字蝶變”。面對(duì)著數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型的浪潮，新興數(shù)字技術(shù)的支撐作用愈發(fā)明顯，而云計(jì)算作為其中的重要組成部分，將匯聚更多樣化的算力和應(yīng)用，促進(jìn)新模式、新業(yè)態(tài)的形成和發(fā)展，加速產(chǎn)業(yè)的智能升級(jí)。面臨智慧城軌、智慧運(yùn)維等技術(shù)研究，城軌云平臺(tái)作為傳統(tǒng)行業(yè)與新技術(shù)的融合，無(wú)疑是一大進(jìn)步，資源的整合，不僅可以動(dòng)態(tài)滿足計(jì)算資源的彈性變化，而且可以提高資源的利用率¹節(jié)約建筑面積促進(jìn)節(jié)能減排。

1.2城軌云設(shè)計(jì)與實(shí)施歷程

國(guó)內(nèi)城軌云平臺(tái)項(xiàng)目的發(fā)展主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）初試牛刀。本階段主要以城軌單業(yè)務(wù)以管理系統(tǒng)上云為主，主要代表有溫州S1線綜合監(jiān)控、廣州地鐵信息化系統(tǒng)、無(wú)錫地鐵OA等。

（2）單線路多業(yè)務(wù)嘗試。以一條線路中的多個(gè)系統(tǒng)上云，但出于對(duì)云平臺(tái)技術(shù)的安全性擔(dān)心，云平臺(tái)不承載信號(hào)系統(tǒng)的 ATS 子系統(tǒng)，典型項(xiàng)目為金義東城際、深圳地鐵 6、10 號(hào)線中的線路云平臺(tái)。本階段主要嘗試多業(yè)務(wù)資源整合，探索提高資源利用率的可能性。

（3）線網(wǎng)云平臺(tái)。隨著中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的推出，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)了線網(wǎng)云平臺(tái)示范，以呼和浩特軌道交通及武漢地鐵、太原地鐵為代表，這個(gè)階段的特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化²與規(guī)模擴(kuò)大化，各弱電系統(tǒng)基于X86架構(gòu)的服務(wù)，在統(tǒng)一的云上運(yùn)行真正做到資源共享。

1.3城軌云架部署構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)施現(xiàn)狀

城軌云的部署架構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是依據(jù)軌道交通協(xié)會(huì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)完成的，多采用私有云方式，主流的架構(gòu)是主備雙中心或主備雙中心加車站降級(jí)云節(jié)點(diǎn)兩種。

（1）主備雙中心架構(gòu)。主中心也就是生產(chǎn)云中心，主要包括安全生產(chǎn)網(wǎng)、內(nèi)部管理網(wǎng)、外部服務(wù)網(wǎng)三個(gè)網(wǎng)域內(nèi)的所有基于X86架構(gòu)的業(yè)務(wù)，涵蓋了軌道交通90%左右的信息化系統(tǒng)。配合采用備用中心來(lái)增加業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)冗余，災(zāi)備中心主要承載部分重要性較高的業(yè)務(wù)系統(tǒng)如ATS，其余系統(tǒng)做數(shù)據(jù)級(jí)災(zāi)備。這種架構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是車站不提供任何服務(wù)，終端直接與云交互，數(shù)據(jù)流向?yàn)榻K端->中心。

（2）主備雙中心加車站云節(jié)點(diǎn)降級(jí)服務(wù)器。這種部署方式為上面一種的升級(jí)版，為了進(jìn)一步提高冗余度，在車站設(shè)置車站云節(jié)點(diǎn)（采用虛擬化技術(shù)）作為降級(jí)服務(wù)器備用，平時(shí)是閑置狀態(tài)，需要降級(jí)時(shí)再啟用。這種架構(gòu)的特點(diǎn)是終端直接與云中心交互，主中心車站服務(wù)與車站降級(jí)服務(wù)數(shù)據(jù)要同步并需要重新處理降級(jí)邏輯，數(shù)據(jù)流向?yàn)榻K端->中心->車站（圖1）。

2城軌云部署架構(gòu)現(xiàn)狀面臨的隱患

2.1云平臺(tái)自身的優(yōu)劣勢(shì)分析

私有云主備中心的部署架構(gòu)，資源利用率將達(dá)到空前高度，首先對(duì)于社會(huì)來(lái)說(shuō)能源利用可以充分規(guī)劃，符合國(guó)家節(jié)能減排的趨勢(shì)。其次對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)租戶來(lái)說(shuō)直接租用云資源可以大大降低技術(shù)成本，不必在考慮IT基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)，可以讓用戶把更多的精力放到業(yè)務(wù)研究上。再次，對(duì)于業(yè)務(wù)安全性來(lái)說(shuō)，可借助嚴(yán)格的云安全體系加強(qiáng)自身業(yè)務(wù)的安全等級(jí)³，從而提高本業(yè)務(wù)乃至整體的安全能力。

然而，由于過(guò)度依賴網(wǎng)絡(luò)，資源集中后風(fēng)險(xiǎn)也隨著集中起來(lái)，對(duì)于運(yùn)維團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，隨著越來(lái)越多復(fù)雜新技術(shù)的應(yīng)用，云平臺(tái)的可靠性和運(yùn)維的技術(shù)難度將面臨巨大的挑戰(zhàn)。雖然在車站增加閑置云節(jié)點(diǎn)，理論上可以增加冗余度，但是對(duì)于傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主-備-云節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)需重新編寫(xiě)降級(jí)邏輯，且可能需要數(shù)據(jù)同步，邏輯更復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很難，尤其是軌道傳統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)主要參考了國(guó)外經(jīng)驗(yàn)⁴。

2.2城軌傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)壁壘

業(yè)務(wù)上云后，應(yīng)重點(diǎn)考慮系統(tǒng)可靠性：

對(duì)于單業(yè)務(wù)，萬(wàn)一主用中心的單個(gè)設(shè)備或服務(wù)出現(xiàn)故障后，是否可以自動(dòng)切換到備用中心，不僅需要云平臺(tái)環(huán)境支持，關(guān)鍵點(diǎn)還在業(yè)務(wù)是否支持自動(dòng)檢測(cè)故障并自動(dòng)切換。另外需要考慮過(guò)程是否需要人為干涉，人為操作的復(fù)雜度和恢復(fù)時(shí)間如何控制，才能將影響時(shí)間降到最低。

對(duì)于多個(gè)業(yè)務(wù)或整個(gè)主用云中心出現(xiàn)電力或重大網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)（雖然可能性極低），會(huì)影響整個(gè)城市的交通出行，后果是災(zāi)難性的，如何在最短的時(shí)間恢復(fù)或啟用備用中心，關(guān)鍵點(diǎn)在各業(yè)務(wù)本身是否支持雙活，據(jù)了解目前軌道交通傳統(tǒng)信息化系統(tǒng)能做到雙活無(wú)感切換并保持?jǐn)?shù)據(jù)同步的業(yè)務(wù)產(chǎn)品非常少。

最后考慮到車站可以備置降級(jí)服務(wù)器。由于目前多數(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)的是車站業(yè)務(wù)也在云上，改變了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)三級(jí)部署的地理位置，所以云中心出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)論中心還是車站都受影響。放置在車站的云節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)與云中心數(shù)據(jù)同步、聯(lián)動(dòng)技術(shù)，如何降級(jí)，降級(jí)能否成功、業(yè)務(wù)本身是否支持等都是技術(shù)難題。

3城軌云架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

基于以上問(wèn)題分析，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的城軌云體量大，影響面廣，在云平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該慎重考慮;在部署架構(gòu)上必須結(jié)合業(yè)務(wù)實(shí)際能力優(yōu)化論證，反復(fù)試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)研究與思考，筆者推薦的優(yōu)化建議如下（圖2），主備中心加超融合架構(gòu)，數(shù)據(jù)流向?yàn)橹行?>車站超融合->終端。

舉例來(lái)說(shuō)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)⁵中研究風(fēng)機(jī)智慧運(yùn)維這個(gè)應(yīng)用時(shí)，需要找到與軌道交通云架構(gòu)、智慧運(yùn)維等方面的最佳搭配方案，找到實(shí)施的切合點(diǎn)，因其重點(diǎn)關(guān)注的是風(fēng)機(jī)設(shè)備在軌道交通的“邊緣鏈”和“核心鏈”理念，傳統(tǒng)做法是將風(fēng)機(jī)加裝電流傳感器、電壓傳感器、攝像頭、激光雷達(dá)等感知層設(shè)備，并且搭配預(yù)處理、頻譜計(jì)算、預(yù)處理等功能，配置端側(cè)的邊緣計(jì)算能力，且讓數(shù)據(jù)采取上鏈技術(shù)，打造“邊緣鏈”;結(jié)合本課題的研究成果，將云節(jié)點(diǎn)服務(wù)器作為“核心鏈”，控制本車站智慧業(yè)務(wù)，無(wú)需與云管理中心交互，減小數(shù)據(jù)傳輸壓力。

3.1云計(jì)算與超融合聯(lián)合架構(gòu)

推薦的架構(gòu)為主中心加車站超融合節(jié)點(diǎn)兩級(jí)架構(gòu)：主中心僅部署傳統(tǒng)部署在OCC機(jī)房的業(yè)務(wù)，例如ACC中心級(jí)服務(wù)、綜合監(jiān)控中心服務(wù)等。車站超融合節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一被主中心云管理平臺(tái)納管，并放置在車站設(shè)備機(jī)房，部署全部車站級(jí)業(yè)務(wù)，比如SC服務(wù)或其他專業(yè)系統(tǒng)的車站級(jí)服務(wù)，直接提供車站級(jí)業(yè)務(wù)服務(wù)，車站終端數(shù)據(jù)不直接與云中心相連，主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）數(shù)據(jù)流向保持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)沒(méi)有改變，降低上云后系統(tǒng)的復(fù)雜性;

（2）車站采用超融合節(jié)點(diǎn)而不采用傳統(tǒng)虛擬化，增加了車站基礎(chǔ)設(shè)施可靠性和資源、空間利用率;

（3）車站云節(jié)點(diǎn)直接作為日常車站級(jí)業(yè)務(wù)提供者，云中心不提供車站級(jí)業(yè)務(wù)，當(dāng)云中心大面積故障時(shí)，車站服務(wù)正常提供，并無(wú)需更改降級(jí)邏輯。

3.2超融合作為云節(jié)點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

相比傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)，車站節(jié)點(diǎn)的可靠性是實(shí)現(xiàn)上述部署架構(gòu)的關(guān)鍵，超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（Hyper Converged Infrastructure，或簡(jiǎn)稱“HCI”）是指在同一套獨(dú)立的設(shè)備中不僅具備計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和服務(wù)器虛擬化等資源和技術(shù)，而且還包括備份軟件、快照技術(shù)、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、在線數(shù)據(jù)壓縮等元素，而多套單元設(shè)備可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聚合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)模塊化的無(wú)縫橫向擴(kuò)展（scale-out），形成統(tǒng)一的資源池。可以為數(shù)據(jù)中心帶來(lái)最優(yōu)的效率、靈活性、規(guī)模、成本和數(shù)據(jù)保護(hù)⁶。

4結(jié)語(yǔ)

2020年3月，中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)召開(kāi)會(huì)議提出，加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度。

隨著科技水平日新月異的發(fā)展，城市軌道交通的信息化、智能化水平也因引用新技術(shù)變得更高。建設(shè)城軌云平臺(tái)新型基礎(chǔ)設(shè)施的目的是為了在降低成本的同時(shí)，提高基礎(chǔ)設(shè)施性能、可靠性、安全性等要術(shù)，加速城市軌道交通行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在新技術(shù)應(yīng)用時(shí)要避免大躍進(jìn)，應(yīng)沉下心來(lái)把技術(shù)研究透徹，然后結(jié)合實(shí)際多思考，小面積試點(diǎn)測(cè)試，通過(guò)不斷的創(chuàng)新和探索相信未來(lái)城市軌道交通作為新基建的重要組成部分給市民帶來(lái)更多便利。

參考文獻(xiàn)

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