廣州軌道交通清分中心三期工程基于“云計算”的設(shè)計方案探討

梁 笛

（廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

1 廣州軌道交通清分中心概況

清分中心一期、二期系統(tǒng)設(shè)置在廣州地鐵公園前控制中心，該清分系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)級異地容災(zāi)保護，容災(zāi)中心設(shè)在大石控制中心，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行異地備份保護，并在清分系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)等重大災(zāi)害時，臨時接替清分系統(tǒng)的清分及數(shù)據(jù)存儲的功能。

清分系統(tǒng)建設(shè)按一期工程和后續(xù)工程分步實施。一期、二期系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模滿足2010年廣州市軌道交通8條線、144個車站、日客流302萬人次、日交易量800多萬的要求。

隨著廣州軌道交通線網(wǎng)的不斷發(fā)展，客流成幾何級增加，原規(guī)劃的清分一期、二期工程的處理能力已不能滿足清分、清算等需求，因此清分系統(tǒng)開展了清分三期的設(shè)計、建設(shè)工作。

清分三期工程主系統(tǒng)（含制票中心、測試系統(tǒng)）設(shè)置在廣州地鐵鎮(zhèn)龍控制中心，災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)置在公園前控制中心，采用應(yīng)用級異地容災(zāi)保護。

清分三期工程的配置能滿足廣州市軌道交通2025年近期線網(wǎng)規(guī)劃線路及APM、有軌電車、廣佛線、佛山軌道交通線網(wǎng)接入和清分需要，并預(yù)留遠期2040年線網(wǎng)規(guī)劃線路及有軌電車、佛山軌道交通線網(wǎng)接入所需的擴展和升級條件。

2 “云計算”在清分三期應(yīng)用概述

云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進入可配置的計算資源共享池，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互。

目前互聯(lián)網(wǎng)支付模式在軌道交通AFC系統(tǒng)給予了大規(guī)模的引入，可以通過互聯(lián)網(wǎng)支付方式購票、取票、過閘的終端設(shè)備，在一些城市被稱為“云閘機”、“云購票機”、“云取票機”等，搭建的數(shù)據(jù)匯聚平臺被稱之為“云平臺”，需要澄清的是本篇文章所講述的“云技術(shù)”與上述設(shè)備、平臺描述的云的概念是不一致的，也可以說上述設(shè)備、平臺的“云”并不是嚴格意義的云計算技術(shù)的應(yīng)用而是“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)的應(yīng)用，本篇文章是基于云架構(gòu)體系整體搭建清分中心系統(tǒng)。

3 AFC系統(tǒng)架構(gòu)分析

現(xiàn)階段國內(nèi)軌道交通AFC系統(tǒng)的設(shè)計均按五層架構(gòu)搭建，詳見圖1。區(qū)別僅在于一些城市將幾條線的線路中央計算機系統(tǒng)合設(shè)，一些城市習慣每條線建設(shè)一個線路中央計算機系統(tǒng)，但從嚴格意義上來講，都是按五層架構(gòu)設(shè)計的，即車票-終端-車站-中央-清分。但是隨著軌道交通的發(fā)展，線網(wǎng)規(guī)模越來越大，客流成幾何級增長時，五層架構(gòu)的AFC體系也呈現(xiàn)出了一些不盡如人意的地方，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）數(shù)據(jù)多層處理、存儲等，同類數(shù)據(jù)在不同層級重復(fù)處理、存儲等，車站、中央、清分雖然層級分明，但存在功能重疊的現(xiàn)象。

（2）傳統(tǒng)架構(gòu)擴展性不強，在軌道交通大力發(fā)展的今天，容易出現(xiàn)剛建成就擴容的現(xiàn)象，但傳統(tǒng)架構(gòu)擴展受限，擴容成本與新建成本都較高。

（3）線路中央級系統(tǒng)經(jīng)常是隨各線控制中心同期建設(shè)，分布在城市各個區(qū)域，給運營單位集中管理，巡檢都帶來諸多不便，耗費較多人力、時間成本。

隨著“云計算”技術(shù)發(fā)展及自動售檢票系統(tǒng)運營經(jīng)驗的成熟，可以將“云計算”由上至下引入AFC系統(tǒng)，并可由于“云計算”的引入，簡化甚至整合部分層級，以滿足軌道交通線網(wǎng)、客流不斷發(fā)展的需求。

根據(jù)清分中心在AFC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的層級及特點，可以將清分中心定義為云提供者，而云用戶的定義可以隨著技術(shù)的發(fā)展給予不同的定義范圍，由于現(xiàn)階段大部分城市尤其是北、上、廣、深等大型城市軌道交通線網(wǎng)已發(fā)展的較為成熟，因此“云計算”技術(shù)的引入應(yīng)分階段、分步驟的實施。初期階段，建議將“云計算”引入清分中心，按云架構(gòu)搭建清分平臺，見圖2。待基于云架構(gòu)的清分中心建成運營后，可積累一定時間的運營經(jīng)驗，經(jīng)深入調(diào)研后，可利用其高擴展性通過擴展服務(wù)器等設(shè)備的形式將新建線路LCC整合至清分中心云平臺中，并在云平臺開發(fā)LCC相關(guān)功能，將LCC功能上移，取消LCC層級，形成車票-終端-車站-清分的四層架構(gòu)，并可在云平臺運營穩(wěn)定后逐步整合、改造既有線路，見圖3。待基于云架構(gòu)的清分中心及四層AFC架構(gòu)在線網(wǎng)AFC系統(tǒng)逐步成熟完善后，遠景可以形成車票-終端-清分的三層架構(gòu)，形成某種意義上的“物聯(lián)網(wǎng)”模式，見圖4。

基于云架構(gòu)的清分中心具備高擴展性、可計量的特點，根據(jù)上述特點，作為云提供者所提供的服務(wù)可不僅僅限于本城市內(nèi)的軌道交通AFC系統(tǒng)，同時可以輻射周邊城市，向周邊城市提供軌道交通清分服務(wù)。

圖1 既有AFC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

圖2 近期AFC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

圖3 遠期AFC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

圖4 遠景AFC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4 “云計算”在廣州市軌道交通清分中心三期工程的應(yīng)用方案

“云計算”按構(gòu)架可以分為基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層和應(yīng)用層，分別對應(yīng)不同的層次提供服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS），平臺即服務(wù)（PaaS），軟件即服務(wù)（SaaS）。即In?frastructure（基礎(chǔ)設(shè)施）-as-a-Service，Platform（平臺）-as-a-Service，Software（軟件）-as-a-Service。

目前廣州軌道交通清分中心三期工程即為按照SaaS云架構(gòu)搭建的，整體工程預(yù)計2018年底建成，隨著清分三期的建成，廣州軌道交通“十三五”新建線路AFC系統(tǒng)已經(jīng)擬采用車票-終端-車站-清分的四層架構(gòu)搭建。

另外，廣州作為珠三角地區(qū)的核心城市，與兄弟城市的“同城化”進程將會逐步發(fā)展，如目前的廣佛同城。因此清分三期的私有云可考慮向其他城市軌道交通清分提供IaaS/PaaS，由于如果接入廣州軌道交通清分系統(tǒng)，需要與廣州軌道交通清分系統(tǒng)采用相同標準，甚至可以提供SaaS級別服務(wù)。從而，未來的廣州軌道交通清分系統(tǒng)云平臺服務(wù)，廣州地鐵不僅是服務(wù)的使用者，同時將成為服務(wù)的提供商。

“云計算”按云提供服務(wù)的方式可以把云劃分為公有云、私有云和混和云三種類型。

公有云的核心屬性是共享資源服務(wù)。但是公有云操作系統(tǒng)缺乏商用數(shù)據(jù)庫的支持；存儲不適合用于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，不適合交易型系統(tǒng)；只能提供最基本的IaaS；數(shù)據(jù)庫層的水平擴展力差；服務(wù)器都是低端PC服務(wù)器，不適合作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；而清分系統(tǒng)的核心在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)處理能力；因此清分中心不適宜全部租用公有云搭建。

私有云是由企業(yè)獨立構(gòu)建和使用的云計算系統(tǒng)。軌道交通具備良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并擁有大量可使用的計算、存儲設(shè)備，軌道交通可獨立建設(shè)清分中心，并采用私有云系統(tǒng)架構(gòu)，所用設(shè)備為成熟的企業(yè)級商用產(chǎn)品，可靠性高，水平擴展能力強。可構(gòu)建最高至SaaS級云平臺，為向廣州市軌道交通及周邊城市軌道交通提供清分服務(wù)提供充分條件。成本方面可根據(jù)需求逐步投資。

混合云融合了公有云和私有云，可以將清分功能分類，結(jié)合公有云、私有云的特點，將部分業(yè)務(wù)漂移到公有云上，部分業(yè)務(wù)在私有云上運行。這樣既保證了系統(tǒng)的安全性、可靠性及可擴展性，又可以達到資源共享，降低成本。

以下，將對公有云、私有云、混合云在地鐵自動售檢票系統(tǒng)的應(yīng)用給予分析，主要從以下幾個方面給予分析。

（1）建設(shè)方式對比見表1。

表1 建設(shè)方式對比

（2）系統(tǒng)技術(shù)能力對比見表2。

表2 系統(tǒng)技術(shù)能力對比

（3）建設(shè)成本對比見表3。

由于清分中心涉及“交易核算、決算、對賬”等業(yè)務(wù)，安全性、可靠性要求很高，根據(jù)目前國內(nèi)企業(yè)使用云業(yè)務(wù)的案例來看，涉及此類業(yè)務(wù)的服務(wù)均為建立在企業(yè)自身的私有云上，以保證其安全性、可靠性。因此，建議清分三期建立私有云保證核心業(yè)務(wù)的順利開展。

表3 建設(shè)成本對比

當然，同時鑒于資源共享、節(jié)約成本，對于清分中心的非核心業(yè)務(wù)可考慮采用公有云。

因此根據(jù)廣州軌道交通自動售檢票系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀和設(shè)備規(guī)模，采用建立混合云計算系統(tǒng)的方式，可以優(yōu)化資源組合、提高設(shè)備利用率、減少維護的工作量和難度，降低運營成本。

考慮到公有云需租賃第三方設(shè)備，涉及商務(wù)問題，其中存在較多不確定因素，考慮到清分三期的建設(shè)時序問題，建議混合云采用分期建設(shè)方案。

初期，由地鐵公司建設(shè)私有云，核心業(yè)務(wù)與非核心業(yè)務(wù)均建立在私有云基礎(chǔ)上。后期，可將非核心業(yè)務(wù)漂移至公有云，私有云主要服務(wù)核心業(yè)務(wù)，形成混合云模式。由于廣州軌道交通線網(wǎng)在不斷擴大，即使后期非核心業(yè)務(wù)遷移，私有云也將為后續(xù)線路核心業(yè)務(wù)提供服務(wù)。

5 云平臺總體功能定位

清分三期從數(shù)據(jù)總體架構(gòu)來講，主要分為計算、存儲兩大部分，因此可主要將云技術(shù)應(yīng)用于計算、存儲兩大方面。

云平臺搭建后，至少應(yīng)滿足下述功能，見圖5應(yīng)用云技術(shù)前后對比：

（1）在云系統(tǒng)應(yīng)用后，位于鎮(zhèn)龍區(qū)域控制中心的清分三期主系統(tǒng)、測試系統(tǒng)和位于公園前區(qū)域控制中心的清分三期災(zāi)備系統(tǒng)等所有清分三期設(shè)備均可設(shè)置在為清分三期搭建的云平臺，并實現(xiàn)云計算（含存儲）功能，達到資源共享；

（2）清分一期、二期既有設(shè)備可無縫接入到云平臺上，共同參與計算、存儲功能；

（3）能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)，并可隨時添加新的物理資源，滿足因不斷擴展的線網(wǎng)和客流需求；

（4）支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。

在云系統(tǒng)應(yīng)用后，位于鎮(zhèn)龍區(qū)域控制中心的清分三期主系統(tǒng)和位于公園前區(qū)域控制中心的清分三期災(zāi)備系統(tǒng)均設(shè)置在清分三期云上，形成一個處理能力較強的數(shù)據(jù)中心。

圖5 應(yīng)用云技術(shù)前后對比

6 結(jié)語與展望

引入“云計算”將是未來AFC發(fā)展的主流方向，目前國內(nèi)軌道交通AFC系統(tǒng)甚至整個軌道交通弱電系統(tǒng)應(yīng)用“云計算”平臺都還處于起步階段，廣州軌道交通清分三期項目對“云計算”的應(yīng)用將開創(chuàng)“云計算”在軌道交通自動售檢票系統(tǒng)應(yīng)用的先河，形成以下技術(shù)亮點：

（1）“云計算”技術(shù)在軌道交通清分系統(tǒng)的首次應(yīng)用；

（2）不僅是“云”服務(wù)的使用方，同時可稱為“云”服務(wù)的提供方；

（3）滿足了不斷擴大的軌道交通線網(wǎng)的接入需求；（4）混合云的應(yīng)用既保證核心業(yè)務(wù)的安全性，又達到資源共享，節(jié)約成本。

隨著技術(shù)的發(fā)展，在保證系統(tǒng)可靠性的同時，積極探索“云計算”技術(shù)在軌道交通的應(yīng)用，并可在應(yīng)用“云計算”技術(shù)的同時，引入如“物聯(lián)網(wǎng)”、“多元支付”概念，打造全新的自動售檢票系統(tǒng)。