莘閔線AFC工程中央計算機系統配置方案

李 潯

（上海申通地鐵集團有限公司，上海 201103）

1 工程概況

1.1 莘閔線AFC系統概況

上海軌道交通5號線亦稱莘閔線，全長約17.04 km，共設11座車站，其中莘莊站為與軌道交通1號線的站內換乘站。莘閔線中央計算機系統與各車站計算機系統的通信鏈接直接通過莘閔線通信傳輸網提供的10 M以太網端口實現。

1.2 客流預測及AFC中央設備選型條件

根據AFC系統建成后要求滿足日均客流處理需求，預計莘閔線到2029年的客流量為445139人次/日。

根據上海市《城市軌道交通自動售檢票系統通用技術規范》相關要求，莘閔線AFC系統的中央處理計算機系統處理能力應該滿足的主要條件如下。

1）系統應滿足2029年客流量為44.5萬人次/日的處理要求。

2）日處理高峰時段，中央處理主機系統每2 h能處理25％日均客流量對應的交易。

3）中央主機系統內存容量至少預留可擴展最大容量的30％，在系統運行高峰期，內存最大使用率不超過70％，平均使用率不超過50％。

4）對所需存儲設備，在滿足存儲要求前提下還需至少預留該設備30％存儲能力的擴展。在運作的任何時刻，用于存放數據和程序的空間應不超過設備存儲空間70％。

5）當系統滿負荷工作時，系統的處理速度應比平均需求快30％，或在同等時間里增長30％的處理負荷，但CPU占用率應不超過70％。

6）系統最大性能和處理容量應滿足本線內最多256個車站計算機系統的接入及每日不少于200萬人次客流的處理需求。

主機系統處理性能除滿足上述各項要求外，還應按日處理不小于200萬人次客流的要求進行設計、配置和實現。

2 中央計算機系統選取原則

中央計算機系統（LCCS）必須滿足莘閔線實際客流及上海市《城市軌道交通自動售檢票系統通用技術規范》相關技術要求。上海公共交通卡在軌道交通中的交易數據將通過RTCHS上傳給PTCHS，并由RTCHS統一從PTCHS接收日結帳數據和相關資料（包括黑名單），經清算后發給本線LCCS。本線LCCS處理性能需滿足200萬客流/日處理需要。因此，本線LCCS設備選型、配置、集成和性能將根據這一要求進行設計。

2.1 中央計算機系統選取的基本要求

2.1.1 標準性

LCCS的設計與實現等需遵循國際、國內、地方、行業或企業內部的相關標準執行。

2.1.2 可靠性

LCCS必須按7×24全天候運行的要求予以設計，其設備關鍵部件將按照100％冗余進行配置，主機系統和網絡關鍵設備均具備無單點故障和容錯能力，在應用軟件運行過程中，絕不允許缺陷斷點發生。

2.1.3 可用性

莘閔線AFC系統是一個實時運營系統和技術要求系統，需滿足日客流200萬人次的處理和最多允許接入256個車站的擴展能力。為規避風險，莘閔線要求系統可用性達到99.99％，因此必須提供冗余設備或系統才能保證。故中央計算機的選擇將遵循該指標。

2.1.4 開放性

LCCS和SCS網絡布線和建網標準必須符合EIA/TIA-568B/A和快速以太網建網的相關標準，且選用工業以太網絡交換機設計和實現。在LCCS與SCS、LCCS與SLE、LCCS與RTCHS的接口必須滿足規范化、標準化的設計和建設要求，符合《上海市城市軌道交通自動售檢票系統通用技術規范》。各應用層之間的數據接口協議具有規范、標準和開放性。

2.1.5 可擴展性

LCCS、操作系統、數據庫系統、相關第三方軟件產品和相關網絡鏈接設備等需具有方便的可擴展性，以保證系統處理容量或連網設備增加能快速擴展，確保前期設備和產品投資保值及可利用。

2.1.6 易使用、易維護

LCCS日常維護和應用軟件必須提供友好人機操作界面，符合莘閔線軌道交通AFC業務需要，方便操作人員使用。

2.1.7 安全性

由于整個AFC系統的網絡通信架構將基于軌道交通內部SDH通信專網，利用快速以太網的標準和技術予以實現。因此，網絡和系統的安全性顯得尤為重要。整個AFC系統不允許任何結點與外部網非法連接，包括LCCS與RTCHS的通信鏈接。在本線LCCS中將通過路由鏈接各SCS和RTCHS，自動進行IP過濾、認證和轉發，安全實現與非LCCS的外部子網的鏈接。

交易和消息認證將通過交易認證碼TAC和消息認證碼的檢驗實現，信息和數據的安全將通過數據摘要算法如MD5和相關加密算法實現。

2.1.8 可管理性

莘閔軌道交通線LCCS應提供本線整個AFC系統網絡通信端口的監控和管理功能，能遠程實時診斷網絡連接端口的運行狀況，監測通信數據流量并給予適當的控制和調整，并能以圖形顯示網絡連接拓撲結構和各端口運行狀況。

2.2 中央計算機系統總體架構

根據莘閔線AFC系統實際要求和上述設備選擇原則要求，給出中央計算機系統總體架構示意如圖1所示。

3 中央計算機硬件設備選型

3.1 中央計算機系統主機設備選型

由圖1可知，中央主機系統由2臺Unix小型機、2臺SAN交換機、一臺磁盤陣列柜和一臺磁帶庫組成。根據莘閔線LCCS主機設備具有日處理200萬客流人次的性能要求，考慮使用小型機HP rp3440（美國HP公司）的2臺作為莘閔線LCCS的主機系統。

HP rp3440與軌道交通3號線及1號線北延伸所采用的HP rp5470比較TPMC值，如表1所示。

表1 TPMC值的比較

TPMC值是衡量小型機聯機事務處理性能的一個重要測試指標。由表1所知，在滿配置情況下，HP rp3440的處理性能比HP rp5470高出一倍多。由于HP rp3440的配置為2個CPU和2GB內存，因此可以推算在這種配置下的TPMC值約為45 000。完全可以滿足日處理200萬人次客流的性能需要。

3.2 LCCS存儲設備的選型

3.2.1 存儲空間需求分析

1）莘閔線AFC系統存儲系統要求如下。

①交易數據聯機周期儲存90天。

②統計數據聯機周期儲存3年。

③預計2029年客流量44.5萬人次/日，系統最高處理性能滿足200萬人次/日處理。

④莘閔線目前招標應用規模約260臺聯網終端設備、其中AFC終端設備約250臺，含11臺SCS和11臺OPWSS。

2）對莘閔線AFC系統需存儲數據分析和估計所需數據聯機存儲量如下。

①票務交易存儲分析。按2029年44.5萬人次/日客流量計算，每天交易約為120.15萬筆，假定30％乘客使用OTC。在44.5萬乘客中，假定換乘人數為60％，至少還需從RTCHS接受約26.7萬清分后屬于本線交易。合計為146.85萬筆票務交易，需存儲空間約為：

*數據庫數據聯機存儲量

（146.85萬筆×1.3MB/萬筆）/天×90天

≈16.78GB

*消息文本數據聯機存儲量

（146.85萬筆×1.3MB/萬筆）/天×30天

≈5.60GB

②設備狀態存儲分析。260臺AFC終端設備，每1 min采集一次設備狀態，假定每筆狀態記錄長為30Byte，以天計算，每臺設備所有狀態記錄需存儲空間約為42.2 k,若以儲存周期為90天算，需存儲空間約為：

*數據庫數據聯機存儲量

（260臺×42.2kB/臺）/天×90天≈0.942GB

消息文本數據聯機存儲量

（260臺×42.2kB/臺）/天×10天≈0.2GB

③寄存器值聯機儲存。假定每臺AFC終端設備寄存器值的長度為512 Byte，通常通過參數設置寄存器更新和上傳的時間周期、一般間隔時間為每隔15 min，則每臺設備每天所有寄存器值的存儲需40 kByte，假定聯機存儲周期為90天、需存儲空間約為：

*數據庫數據聯機存儲量

（260臺×40kB/臺）/天×90天≈0.9GB

*消息文本數據聯機存儲量

（260臺×40kB/臺）/天×10天≈0.10GB

④統計數據。因為所有統計數據至少需滿足對寄存器值的審計，還包括日結算、月結算、年結算、財務管理和相關統計報表的存儲需要。對寄存器值的審計只需對每天最后一筆值進行審計，因此考慮上述存儲空間除以96（每天24 h對應96個15 min），再乘2予以估算，即每天估計存儲空間約為98.30 kByte，3年聯機存儲需磁盤存儲空間約為：

*數據庫數據聯機存儲量

98.30kB/天×1095天≈0.11 GB

綜上所述，合計需要的數據聯機存儲量為：

①數據庫數據聯機存儲量：18.73 GB，加40％索引空間7.5 GB,共需26.23 GB。

②消息文本數據聯機存儲量：5.8 GB。

3）數據聯機存儲量空間分析。

數據庫實際聯機存儲空間量需乘以系數3，消息文本實際聯機存儲空間量需乘以系數2,即實際需要的聯機存儲空間量約為：

①數據庫聯機存儲空間量

26.23GB×3＝78.69GB

②消息文本聯機存儲空間量

5.8GB×2＝11.6GB

4）實際需要的磁盤裸空間量分析。

由于聯機磁盤空間至少需保留30％空閑，因此上述聯機存儲空間量還需除以70％，得到實際需要磁盤裸空間量的合理估算，即：

①數據庫聯機存儲裸空間量

78.69GB/0.7≈112.4GB

②消息文本聯機存儲裸空間量

11.6GB/0.7≈16.57GB

5）其他磁盤空間分析。

①數據庫管理系統RDBMS安裝，需2 GB磁盤空間。

②操作系統安裝和部署需10 GB。

③數據庫歸檔日志、回滾空間等需20 GB。

④Cluster應用包需30 GB。

6）磁盤空間總需求。

①本地磁盤36 GB可以滿足操作系統安裝、數據庫RDBMS安裝等需要。

②磁盤陣列的裸容量應≥180 GB，即至少為6塊73 GB硬盤（互做鏡像）。

3.2.2 LCCS磁盤陣列選型

根據上述要求，考慮使用HP全光纖磁盤陣列VA7110作為LCCS主機系統聯機存儲磁盤陣列柜。HP全光纖磁盤陣列VA7110可自動執行AutoRaid 0、1和5。根據系統要求，采用磁盤鏡像容錯保護機制（AutoRaid 1），8塊73 GB硬盤鏡像后可用磁盤裸空間為292 GB，滿足莘閔線對于磁盤陣列的裸容量應≥180 GB的要求。而且任何一個磁盤壞，不影響主機系統聯機存儲，插入新或修復磁盤后，VA7110自動恢復該磁盤數據。

3.2.3 LCCS磁帶庫選型

在AFC中央計算機系統中，數據存儲規模越來越大，數據對管理的重要性越來越高，企業很難承受系統停機或數據丟失給運營帶來的巨大損失，因此，數據備份和恢復策略以及減少因備份造成停機時間對AFC系統越來越重要。

莘閔線AFC系統對于數據備份和恢復要求如下。

1）當天報文及交易數據的備份應在1 h內完成。

2）全數據庫備份應在2 h內完成。

3）數據恢復在4 h內完成。

4）系統級故障恢復時間小于24 h。

為達到上述技術要求，需使用一臺高效率復制的磁帶庫，根據上海軌道交通線AFC系統的實際情況及設備通用性，考慮使用HP公司HP Ultrium 1/8 autoloade磁帶庫。

3.2.4 LCCS通信加密機

參照上海市公共交通“一卡通”應用系統遠程通信消息報文認證、密鑰管理和加、解密實施方法等，采用經國家安全部門批準的商密級專用加密機SJL06T，該設備已在銀行系統和上海公共交通卡系統等項目成功應用。

4 綜述

經過對莘閔線中央計算機系統技術要求和性能的分析，根據上海市《城市軌道交通自動售檢票系統通用技術規范》要求，對莘閔線AFC中央計算機系統主機、存儲設備、備份設備等進行了初步選型，從設備選型結果可以看出，上述成熟設備滿足莘閔線AFC設備的技術要求。

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