城市軌道交通云平臺系統網絡架構方案研究

曹麗娜

摘要：基于云計算技術的城市軌道交通信息化平臺（以下簡稱“城市軌道交通云平臺”）是云計算技術在城市軌道交通信息化發展過程中創新融合的成果。通過對云計算基礎架構、計算資源架構、網絡劃分、安全策略確定、服務模式選擇等內容的研究，介紹呼和浩特市城市軌道交通云平臺系統架構的整體解決方案，并對城市軌道交通云平臺的發展趨勢進行展望，如與AI技術、BIM技術結合，向PaaS、SaaS服務模式發展以及未來對于數據更綜合的應用。

關鍵詞：城市軌道交通;云平臺系統網絡;架構方案

引言

近年來隨著城市圈的發展，全國各地都在加快推進城市軌道交通建設。縮短城市軌道交通建設周期、提升運營效率、簡化運維管理的需求越來越突出，因此對城市軌道交通信息化也提出了更高效、更節能的要求。而當前城市軌道交通信息化應用的各系統之間相互獨立，即采用物理隔離方式建設，造成各系統之間數據不能充分共享。打破各系統之間的“數據孤島”，構建信息交互更加頻繁、實時性更高、可共享的城市軌道交通信息化平臺成為必然趨勢。而新興的云計算技術可實現信息化資源的動態分配，提高資源利用率，而且其安全性與穩定性已得到實踐證明及廣泛認可。因此，城市軌道交通云平臺應運而生。

一、城市軌道交通各應用系統網絡現狀概述

目前，城市軌道交通應用系統主要包括通信系統、信號系統、自動售檢票系統（AFC）、綜合監控系統（ISCS）及門禁系統（ACS）等⑶。

通信各子系統主要由通信傳輸網絡承載，主要包括TDM（時分復用）業務和IP數據業務，因此傳輸網絡架構尤為重要。目前傳輸網絡大部分采用MSTP（內嵌RPR）方案，也有部分釆用增強型多業務傳送平臺（MSTP+）及PTN等方案組成環網架構。隨著數據和視頻圖像等信息帶寬需求逐漸增加，并且實時通信和數據、視頻圖像等業務要求的提高以及未來對全自動駕駛網絡帶寬需求的增加，未來傳輸網絡帶寬需求量還可能更大。

信號系統中，列車自動監控子系統（ATS）作為重要子系統，是一套集現代化數據通信、計算機、網絡和信號技術為一體的、分布式的實時監督、控制系統。ATS子系統主要分為線路中心級和車站級兩級架構進行建設、運營和維護。

自動售檢票系統（AFC）主要分為清分中心系統、線路中心級系統和車站級系統三層架構。整個系統由通信傳輸網絡和自動售檢票系統設備組成。

綜合監控系統（ISCS）主要由線路中心級系統和車站級系統共兩層架構組成。線路中心級綜合監控系統主要包括主控中心系統和備用中心系統，車站級綜合監控系統設備主要包括實時服務器、通信前置機（FEP）、操作員工作站等。

門禁系統由通信提供的傳輸網絡通道組建門禁系統網絡架構，一般分為線網級、線路級和站段級三個層次，釆用控制中心及車站兩級管理，中心、車站和就地三級控制

二、城市軌道交通云平臺發展情況

目前國內各城市已針對城市軌道交通云平臺的技術應用展開深入研究，主要從以下2 個方面展開探索。

首先考慮到安全因素及既有線路改造的困難，在新建線路中針對部分業務系統，在不改變系統原有架構的基礎上或者在進行微小改動后使用云化部署方案。此方案可解決單系統的資源彈性擴展與動態部署問題，但是不能實現跨系統資源動態調配。

其次充分利用新建城市的后發優勢，在建設之初就搭建基于車站和線網中心2 級架構的線網級融合云平臺，并且對傳統模式下的城市軌道交通生產業務系統3 級架構（車站、線路中心、線網中心）進行優化升級，統一云化部署，使后續新線可直接接入線網中心云平臺，而且云平臺可根據城市軌道交通業務系統安全等級、生產調度響應及時性等要求配置不同的資源池。

三、城市軌道交通云平臺系統網絡架構方案

（一）網絡劃分及應用

根據各類業務應用系統的功能定位和應用、管理需求，云平臺網絡劃分為安全生產網、內部管理網、外部服務網。安全生產網主要用于部署運營生產類業務應用，包括線網運營指揮、安全生產大數據平臺、列車自動控制（ATS）、自動售檢票、綜合監控、門禁、乘客信息、車輛智能運維等系統。內部管理網主要用于部署面向企業內部用戶的業務應用，包括運營管理系統、企業管理系統、建設管理系統、企業管理信息系統大數據平臺等。外部服務網主要用于部署面向外部或公眾用戶的乘客服務類業務應用，包括乘客服務管理系統、互聯網購票平臺、線網智慧客流組織系統、視頻監視系統、企業門戶網站、公務電話系統等。此外，為了便于網絡管理，提高網絡維護效率，還需構建運維管理網，以實現云平臺運維管理、IT設備管理、安全管理及運維審計等功能。

（二）線網級平臺建設

包括線網級主用控制中心和線網級災備控制中心的規劃與建設。線網級主用控制中心在正常運營情況下承擔城軌各業務應用系統的服務提供，為多條線路提供保障運營所需的各應用服務;災備控制中心則為主用控制中心各業務應用的容災備份設置，當主用控制中心故障情況下，災備控制中心提供關鍵及重要業務應用接管服務，保障正常運營;當主用控制中心故障恢復后，相應業務應用宜回切主用控制中心提供服務;主用控制中心與災備控制中心之間通過通信骨干傳輸網絡實現數據中心級互聯。某些線路級應用（僅針對具體線路提供服務，與其他線路邏輯上保持相對獨立）也納入線網級信息化平臺進行統一的物理設施規劃與建設。

（三）安全管理體系

在管理方面，應根據城市軌道交通云平臺的新業務架構優化傳統運營管理組織架構，并在此組織架構中充分考慮運營管理的授權、復合流程及分配，從而在管理上確保系統安全。技術安全策略主要有虛擬化、網絡、主機及應用、數據安全策略。對于安全生產網、內部管理網和外部服務網，按功能區和業務系統2 個維度進行邏輯隔離防護，可根據區域權限劃分網絡，也可根據業務系統劃分網絡。在安全生產網、內部管理網和外部服務網中分別部署安全設備，對功能區之間、業務系統之間的流量進行訪問控制，及時發現并阻斷網絡入侵、病毒傳播、拒絕服務（DoS）等各類網絡攻擊。

（四）骨干傳輸網

包括線網級骨干網與線路級骨干網兩層設置。線網級骨干網實現對多條線路業務流量匯聚承載，為線路業務終端與線網級應用平臺之間提供高速、可靠、低時延互聯通道。線路級骨干網主要是為線路各車站與線網/線路中心提供線路級數據承載互聯通道。車站級信息化平臺主要為車站本地業務應用提供部署承載，涵蓋正常情況下的車站級業務應用以及降級業務應用，確保車站正常及降級情況下的業務運營服務。

結語

當前城市軌道交通云平臺技術尚處于起步階段，基于云平臺的城市軌道交通信息化系統建設還沒有形成固定模式，而云平臺架構下的傳統生產業務系統技術架構尚處于驗證階段。中國城市軌道交通協會也在積極推進城市軌道交通云平臺相關頂層規范的編制。因此本文對城市城市軌道交通云平臺系統網絡架構方案進行研究，最終可以讓城市軌道交通軌道發展更加迅速。

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