云計算虛擬化技術在高速公路多義性路徑識別系統建設中的應用

張云

隨著全國高速公路路網的日趨完善，交通出行愈發便利，就必然會形成所謂的X橫X豎的路網架構。由于交通發展節奏及經濟原因的影響，各省的情況存在或多或少的差異，但即便新疆、青海等交通欠發達的省份，依舊存在路網成環的現狀。特別是在聯網收費的大環境下，“大環套小環、環環相扣”的交通網絡，各個路段可能隸屬于不同的業主，多義性路徑問題將會導致無法根據車輛實際行駛路徑進行通行費的收取和拆分，影響各業主的合法利益，不利于聯網收費政策的順利實施，同時還面臨著傳統的高速收費采用最短路徑的收費原則下高速逃費難稽查的問題。

一、多義性路徑識別系統的構成

多義性路徑識別系統是高速公路聯網收費系統的一個子系統，主要由省聯網中心、路段收費分中心、收費站、標識點（5.8G DSRC+車牌照識別）、收費車道、ETC車載設備（包括OBU 和ETC 卡）、CPC卡等構成。

在多義性路徑識別系統中，數據流的整體流向為省聯網中心向路徑識別系統逐級下發路徑標識編碼等系統參數，并向收費車道逐級下發路徑基礎費率等運營參數；路徑識別系統向省中心系統實時逐級上傳標識流水記錄和設備狀態信息。

高速公路多義性路徑識別系統全面建成后，除以往的運行參數、黑白名單、收費流水等收費基礎數據之外，將有大量、密集的路徑及車牌標識信息從出入口車道、標識點經收費站、收費分中心、聯網中心逐級上傳下發以及查詢。為適應業務需求的調整，作為整個基礎支撐平臺的聯網收費計算機系統需要實現收費流水、路徑信息、黑白名單、費率參數等各類收費基礎數據快速、準確地處理，各系統間數據交互及時、準確，這就對整個系統的軟硬件基礎提出了更高的要求。而傳統建設模式下，一個業務對應一套IT基礎設施的做法無論是從投資成本角度考慮還是管理角度考慮，顯然已經無法滿足當前和未來收費系統的發展需要，因此引入新的技術來提升收費系統的技術和管理水平并盡可能的降低投資成為當務之急。

二、云計算虛擬化技術的原理及應用優勢

（一）技術原理

云計算的核心技術之一就是虛擬化技術。所謂虛擬化，是指通過虛擬化技術將一臺計算機虛擬為多臺邏輯計算機。在一臺計算機上同時運行多個邏輯計算機，每個邏輯計算機可運行不同的操作系統，并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，同時，還能根據各應用程序的實際需求靈活分配硬件資源，實現對硬件資源的最大利用，從而顯著提高應用程序的工作效率和計算機的使用效率。現階段的高速公路多義性路徑識別系統主要由MTC、ETC、路徑信息、信息安全、車牌識別、運營分析、電子發票、網絡時鐘、無感支付等多個軟件系統構成，未來隨著新的業務和新的應用不斷增加，系統復雜度也會越來越高。通過虛擬化技術，將收費系統管理、車道通行、拆分結算、無感支付等系統有機結合，能夠極大提升車道通行效率和用戶過車體驗，提高相關管理部門對系統的管理能力。

（二）應用優勢

1. 系統優勢

虛擬化技術允許具有不同操作系統的多個虛擬機在同一物理機上獨立并行運行。每個虛擬機都有自己的一套虛擬硬件（例如 RAM、CPU、網卡等），可以在這些硬件中加載操作系統和應用程序。無論實際采用了什么物理硬件組件，操作系統都將它們視為一組一致、標準化的硬件。同時，虛擬機被封裝在文件中，因此可以快速對其進行保存、復制和部署。可在幾秒鐘內將整個系統（完全配置的應用程序、操作系統、BIOS 和虛擬硬件）從一臺物理服務器移至另一臺物理服務器，以實現零停機維護和連續的工作負載整合，這為多義性路徑識別系統涉及的多個軟件系統提供了理想的底層軟件環境。

2. 安全優勢

虛擬化技術提升了X86服務器的可靠性、可用性，從基礎架構層面獲得了原先單機系統無法想象的功能，大大提高了業務連續性的級別，降低了故障率、減少了系統宕機的時間，進一步保證了多義性路徑識別系統的穩定性。

3. 管理優勢

通過虛擬化技術，可以完全實現多義性路徑識別系統中IT基礎設施的集中化管理，這樣不僅可以精簡IT操作，提高管理效率，而且還可以簡化監控、管理、報告和遠程訪問等操作。利用虛擬化技術中的集中化管理功能，管理員能夠通過一個統一的視圖中對整個IT環境進行組織、監控和配置，從而進一步提升管理水平降低運營成本。

4. 成本優勢

隨著高速公路涉及收費系統相關的新業務新系統的不斷應用，傳統建設模式下收費系統的IT規模在不斷膨脹，收費站、收費分中心內的服務器數量、網絡復雜程度以及存儲容量急劇增長，隨之帶來的是高昂的硬件成本支出以及運營成本支出（電力、制冷、占地空間、管理人員等），具體表現為：

IT管理員遵循“根據最壞情況下的工作負載來確定所有服務器的配置”這一策略導致服務器的配置普遍過高，利用率較低。

容易出現大量“只安裝一個應用程序”而未得到充分利用的x86服務器。

維護人力投入、占地空間和電力、空調制冷等能源成本不斷增加。

利用虛擬化的技術特點，既可以對未被充分利用的服務器進行整合，不再為新的業務系統另外購置硬件，從而降低采購成本，也可以充分挖掘新采購設備的使用空間，保證良好的費效比，同時，精簡收費站、收費分中心服務器的數量，又可以成比例地減少供電、制冷和場地方面的運營成本。

5. 技術前瞻優勢

在未來的高速公路收費系統建設中，可依托現有的覆蓋收費站和收費分中心的虛擬化平臺構建完整的高速公路收費云管理平臺，并充分利用大數據分析工具和深度學習算法，開展對收費系統IT資源的使用分析和全生命周期管理，生成IT資源的使用數據提升未來IT基礎建設的維護水平并提高IT基礎設備維護的準確性，并可同時開展對相關IT管理部門、IT基礎設備維護單位的工作績效考核分析，還能對各條高速公路的運營情況進行分析，生成各條高速公路的運營數據，助力高速公路運營體系建設，力爭與交通管控、應急處置等形成聯動機制。