城市軌道交通清分中心ACC架構方案研究

中鐵第四勘察設計院集團有限公司 通號處 湖北武漢 430063

摘要：本文在對軌道交通清分中心ACC介紹基礎上對主系統架構進行分析，探討基于小機、一體機及通用PC等架構體系在軌道交通票務清算管理系統中的應用，并進行市場及應用需求分析。從運算處理能力、可靠性可用性和可維護性、擴展能力、安全性及性價比等方面對各架構體系深入比較研究，并給出了自動售檢票系統數據中心ACC架構設計的建議解決方案。

關鍵詞：城市軌道交通；自動售檢票；清分中心；架構

1 引言

在城市軌道交通清分中心ACC系統設計中，隨著線網規模的擴大，清分業務量變大，這對整個清分中心的架構建設提出了更高的要求[1-2]。如何規劃清分架構體系，合理選擇軟硬件，是城市軌道交通清分中心需要考慮的首要問題。在ACC系統架構選型及整個數據中心建設規劃的過程中，存在幾種不同的方案模型，每種方案有各自的特點及相應的適用場景。

2 清分中心ACC架構體系

ACC作為軌道交通線網AFC系統最上層管理中心，承擔著軌道交通網絡票務系統運行的網絡全局性的管理職能，是整個城市軌道交通AFC系統票務體系模式管理中心、數據匯集中心和票務結算處理中心[3-4]。

圖1 清分中心架構體系圖

根據ACC系統的應用特征和數據使用特征，以及與外部系統之間的關系，將ACC系統從邏輯上劃分為4個區域9個子系統。圖示為清分中心架構體系圖。

3 清分中心ACC架構方案設計

關于ACC系統處理平臺，目前主要存在三種不同的體系架構。

■傳統的IOE unix平臺

■專用的一體化處理平臺

■標準x86平臺（含SAN存儲和新型云平臺）

3.1 IOE unix平臺

傳統的IOE unix平臺是指由傳統的unix小型機、SAN網絡、集中SAN存儲一起構建系統架構，處理平臺主要涵蓋計算資源和存儲資源，基礎應用資源（如數據庫、中間件）在該基礎平臺之上另行部署。在地鐵行業中，主要以ibm aix小型機+ibm san存儲（或emc等其他存儲）為典型代表。屬于封閉專用的計算機系統，不同品牌的小型機架構和I/O總線也不相同，但操作系統一般是基于Unix的。

小型機在單機處理能力上具有明顯優勢。這一優勢使其在處理單一應用時，表現的比較優異。但隨著清分中心系統規模增加，以小型機為基礎的傳統數據庫架構會面臨各種瓶頸，如：服務器層接收過多數據進行處理，內存優勢無法發揮；網絡層傳輸帶寬不足，無法快速傳輸大量數據到服務器；存儲層數據量不斷增加，帶來IO瓶頸，且隨著數據長時間運行帶來的數據分布不均勻，也存在IO熱點。

傳統的最有效的解決瓶頸方法是進行擴容，以達到增加系統通道數和提升系統處理能力的目的，比如增加處理器、內存或增加網絡傳輸帶寬等，但因產品更新快擴展設備配件的可行性較低。

3.2 專用一體化處理平臺

專用的一體化處理平臺是指由一家商業公司推出的涵蓋計算、存儲乃至基礎應用資源的整體系統處理平臺，這種平臺主要以Oracle Exadata一體機為代表。IBM Netezza、EMC Greenpl及國產的華為、浪潮、曙光一體機占有部分市場。

一體機是數據倉庫類設備。在數據庫應用中，其最大優勢就是具有非常出色的大數據處理能力。它可以將數據庫與存儲分離。這種分離不是單純的物理分隔，而是將原來數據庫處理的事情，部分轉移給存儲服務器來處理，以此來減輕數據庫服務器的壓力，這無疑等于增加硬件來提供處理能力。一體機通過高效網絡，在數據庫節點和存儲節點傳送數據，交換機可以提供較高吞吐量，這大大提高了數據的傳送能力，可有效解決數據倉庫中網絡瓶頸的問題。

一體機主要特點是性能指標好，整個系統具有很好的冗余能力保證可用性，且管理方便；但是由于專屬軟硬件服務，也存在技術封閉、與外部數據交互相對困難、整體架構擴展不太容易等問題。但只要技術把控的好，可以很好的為用戶所用，提供優異的整體處理能力。

3.3 標準x86平臺

標準x86通用服務器平臺主要指基于Intel處理器架構的通用、開放系統。x86服務器在易用性、通用性、易開發性、大量的應用軟件支持上有絕對的優勢。除支持Windows外，還可兼容Linux、SCO Unix、Solaris for x86等類Unix操作系統。

國內不少用戶已開始“去IOE”化的進程，包括一些大型互聯網廠商以及金融、電信等行業的用戶。其將傳統的unix小型機替換成x86 PC服務器，并配置相應的存儲，構成x86及存儲平臺，本質上與傳統的IOE平臺類似。清分架構體系中有如cisco ucs 刀片服務器+ibm存儲（或emc等其他存儲）。

隨著云技術的發展，基x86技術新型融合云平臺[5-6]應運而生，該平臺基于標準x86服務器技術（含flash卡）、通用存儲管理技術和工業標準的高帶寬低延遲互聯網絡，將多臺普通x86服務器集成整合構建的融合云平臺。該平臺涵蓋計算資源和存儲資源，通常主要運行核心的數據庫系統，其整體架構與專用一體化平臺架構類似。

4 架構方案比選

4.1 市場分析

小型機服務器主要應用于金融、證券交易等應用程度高的重要計算領域。由于支持關鍵業務的處理且具備更高的性能指標、更好的安全性、可用性、可靠性和可擴展性，在地鐵數據中心廣泛應用。

一體機針對所有數據管理包括數據倉庫、事務處理和集成混合應用工作負載，在完整軟件、服務器、存儲和網絡服務組合方面，體現較強性能，近年來發展迅猛，頗受青睞。

通用服務器界面友好，系統安裝、網絡裝置、客戶機設置簡易，設置、管理系統直觀、方便，系統擴展靈活。但系統穩定性相對小型機服務器還有差距，安全性方面也差強人意，在一些重要的通用性能指標上無法與小型機服務器媲美，主要應用在低端市場，在地鐵小數據中心中有少量應用。

4.2 清分應用需求分析

1）運算處理能力

常見的通用服務器CPU一般都是CISC處理器；而小型機處理器叫做RISC或EPIC處理器，其所采用的RISC與EPIC 技術提供更為低主頻、低功耗的CPU技術，較小的散熱成本使小型機具有較PC Server 30-40倍的CPU可擴展性。從運算處理能力來看，小型機是優于PC-Server的。一體機在數據處理能力上具有較高性能。

2）可靠性、可用性和可維護性RAS

小型機服務器比通用服務器的RAS性能要高。但是隨著通用服務器技術的發展，目前通用服務器在安全性，可靠性和運算速度上都有了較大的提升，三者的可靠性差別并不十分大。

但就其管理性來說，一體機由于其開放架構，更易維護及管理，且提供針對所有故障類型全方位防護，包括針對磁盤、服務器和網絡的簡單故障以及復雜的站點故障和人為錯誤。一體機實現了計算能力、內存容量和 I/O 能力的最優平衡，可以提供高級別的可用性。

3）擴展能力

通用服務器具有良好的橫向和縱向擴展能力，其可通過擴充硬件搭建負載均衡集群來實現系統的高性能，該技術的最大優勢在于以低廉的成本獲得靈活的無限橫向擴展性，同時應用系統的開發和維護變得更加簡單易行。

小型機服務器既能向上擴展也能向外擴展；此外小型機的機柜里有非常多的PCI擴展線，可以支持非常多的網絡設備、存儲設備等。同時，由于CPU處理能力的提升，用戶可用較少的CPU 數目，達到更好的性能。

一體機采用可橫向擴展的架構來承載數據庫服務器和存儲服務器，會全面平衡CPU、I/O和網絡吞吐量，避免瓶頸問題。隨著業務量的不斷增長，用戶可以采用平衡的方式添加數據庫CPU、存儲和網絡，橫向擴展架構可適應任意規模的負載，允許從小規模配置無縫擴展至大規模的配置，同時避免出現性能瓶頸和單點故障。

從擴展能力來分析，三者都能符合ACC要求，但通用服務器可以以PC節點為單位，按需擴容，擴展成本更低。

4）安全性

小型機服務器所采用的封閉架構，操作系統等核心軟件只能是有硬件制造商自行開發，中間件、數據庫等主要應用軟件也來自于少數全球頂級軟件廠商，其安全性遠非PC服務器上各種基于開源軟件可比。小型機在商業高端穩定運行方面擁有更高的安全性與穩定性。一體機雖應用較晚，但是安全性已得到全球數以千計的行業領先銀行、電信公司和政府部門的測定和評估。因此，一體機和小型機在安全性方面優于通用服務器。

5）性價比

通用服務器由于可兼容不同廠商的硬件設備，做到價格最優且維護成本也最低，但因擴展部署會占用較多用房資源。而小型機，由其專門的廠商負責硬軟件的生產與維護，各廠商之間的產品無法通用，其價格較高。一體機雖然前期投入成本較高，但是其維護和管理以及拓展成本較低。

表1 ACC架構體系對比表

序號對比項PC服務器小型機服務器一體機

1可靠性較高高高

2安全性較高高高

3運算能力較高高高

4擴展性高較高高

5系統兼容支持支持支持

6價格低高較高

7功耗低高低

8擁有成本低高高

5 結語

清分中心ACC架構方案設計應結合城市軌道交通線網規劃，充分考慮運營需求，核心業務系統層通過選擇高性能高可靠高可用的硬件設備，業務支持層面通過軟件開發，以實現既定功能目標。系統性能既要滿足規劃的大客流下的實時清分要求，又要結合業務的發展需要進行安全性和功能性方面的擴展，同時盡量選擇低成本的投入。本文在對清分中心ACC架構介紹基礎上對軌道交通軟硬件架構進行分析，探討基于小機、一體機及通用PC等架構體系在軌道交通票務清算管理系統中的應用，并深入比較研究，分析優劣，對軌道交通清分中心ACC系統架構方案設計有一定指導意義。

參考文獻：

[1]朱嘉斌；關于提高城市軌道交通清分中心處理能力的設計研究《研究報告》；2015年03期

[2]方暉，景亮；城市軌道交通票務清分性能優化方案研究《研究報告》，2014年04期

[3]趙時旻.軌道交通自動售檢票系統[M]，上海；同濟大學出版社，2007.5.

[4]范巍，楊承東；城市軌道交通自動售檢票中央清分系統概論[J]；鐵路通信信號工程技術；2004年02期：

[5]雷定猷，賈莉，王娟，游偉；基于云計算技術的地鐵自動售檢票系統研究 [J]；計算機應用研究；2014年2月第31卷第2期

[6]周曉；上海軌道交通清分系統架構中應用云計算技術的探討[J]；地下工程與隧道；2012年02期

作者簡介：

李 波（1983-），男，漢族，湖北廣水人，電子科技大學碩士研究生畢業，現聘為中鐵第四勘察設計院集團有限公司工程師，主要從事城市軌道交通通信、自動售檢票系統及市政/高速公路監控、收費系統設計工作。

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安全防護布控委托高速公路養護部門實施。

1、順序

臨時封閉高速公路→汽車吊就位、同時拆除底籃兩側外包防護（前端在邊跨合攏前已拆除）→拆除掛籃底橫、縱梁、底模及桁架→拆除側模及桁架→清理高速公路路面，恢復運營（掛籃主桁架在橋面上拆除）。

2、拆除方案

（1）掛籃外包防護拆除

拆除底籃兩側外包防護（前端在邊跨合攏前已拆除），依次拆除外包防護鋪底竹膠板及四周擋板→四周欄桿→底部支撐型鋼。

（2）底橫梁、底縱梁、底模及桁架拆除

底橫、縱梁、底模及桁架采取整體拆除，拆除前檢查其連接部位是否牢固，必要時采用焊接或螺栓進行加固。兩臺25t吊車位于連續梁兩側，采用22的鋼絲繩分別固定于兩根橫梁的端部，吊車分別吊于鋼絲中間，同步下放至O#臺前高速公路橋下邊坡，再由位于橋下的挖機拖拽至平緩處解體拆除。

（3）側模及桁架拆除

調整兩臺吊車至連續梁同一側，分別系與側模兩端，然后解除其與梁體及掛籃主桁架之間連接，同步下放至O#臺前高速公路橋下邊坡，同樣由位于橋下的挖機拖拽至平緩處，依次拆除左右側模及桁架。

（4）掛籃主桁架拆除

掛籃主桁架采用4個5t倒鏈沿連續梁頂面移至中跨，利用1#、2#墩塔吊解體，并吊運至地面。

5 施工注意事項

5.1 高速公路安全標示的設置

（1）施工前，應根據《公路養護安全作業規程》（JTG H30-2004）的要求，設置長度為1600米的警告區，警告區內應設置施工標志、限制速度標志和可變標示牌或線性誘導標等；

（2）在掛藍外包防護底輪廓設置反光標志，并懸掛限制高度5.5m標志。

5.2 懸灌施工中防護結構安全

（1）掛籃防護結構自重約5t，施工時注意砼的澆注偏載和施工機具放置偏載；

（2）因外包式掛籃僅設于T構一端，經計算防護結構重量72.5KN，按設計圖T構兩端最大允許不平衡荷載為80 KN>72.5 KN，實際不平衡荷載接近設計允許值，施工過程中2#墩側應設置70KN配重，確保砼澆注過程中的不平衡荷載小于設計值；

（3）防護結構增加阻風面積近40%，施工時應避開臺風季節，現場調度密切關注氣象預報，在有5級及以上大風時，模架不得移出已澆節段，并與已澆節段可靠附著，下承接鋼棚繩索與模架栓牢。

5.3 拆除起吊作業

（1）下放底模、橫梁及縱梁時，兩吊車速度要同步勻速，防止出現不平衡造成側翻；

（2）掛籃外包防護及底模拆除前，需對外模和底模進行全面檢查，并清理上面的所有雜物，防止一些較重的部件滾落；

（3）高空作業應將所需工具裝在工具帶內，傳遞工具不得拋擲或將工具放在平臺和木料上，更不得插在腰帶上，且必須佩帶安全帶；

（4）用吊車起吊物件前，應先檢查機械設備和繩索的安全性和可靠性，起吊后下面不得站人和通行；

（5）拆除吊運必須由專人指揮，嚴禁違章指揮。

6 結束語

贛龍鐵路朋口跨永武高速大橋連續梁于2013年底順利完成施工，施工實踐證明，采用掛藍外包式防護，方案可行，既節約了成本，又保證了工期，同時降低了對高速公路運營的影響，可為類似工程施工提供參考。

參考文獻：

[1] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.贛州至龍巖鐵路擴能改造工程 朋口跨永武高速大橋施工圖[Z]

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.贛州至龍巖鐵路擴能改造工程 有砟軌道雙線預應力混凝土連續梁（懸灌施工）施工圖 跨度：60+100+60m（直、曲線，線間距4.4～4.6（含）米）[Z]

[3] GB50017-2003 鋼結構設計規范[S]

[4] GB50205-2001 鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[5] 張俊義.橋梁施工常用數據手冊[M].北京：中國交通出版社，2005年

[6] 江正榮，朱國梁.簡明施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2005年