鐵路數據中心布局及選址研究

趙 耀，樊 艷

（中國鐵路設計集團有限公司 電化電信工程設計研究院，天津 300308）

根據國家鐵路局發布的《2020年鐵道統計公報》，全國鐵路營業里程達到14.63萬km，其中，高速鐵路營業里程達到3.8萬km。通過持續的高速度發展，中國高速鐵路網已經形成了以八縱八橫主通道為骨架、區域連接線銜接、城際市域鐵路補充的高速鐵路網。中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）提出了《新時代交通強國鐵路先行規劃綱要》，組織開展了智能高速鐵路體系架構[1]、鐵路5G專網[2]的相關研究，進一步推動中國鐵路向智能化、智慧化的高質量發展方向邁進。

實現智能化、智慧化的重要途徑是將專業技術與云計算、物聯網、大數據、人工智能和5G移動通信（簡稱：5G）等先進技術融合，而這些技術的應用與部署又要依靠數據中心基礎設施[3]。數據中心是國家新基建的重點內容之一，推動全國一體化大數據中心建設有助于促進數字經濟的發展。鐵路數據中心承載的主要業務包括鐵路信息化[4]、智能化相關業務應用，同時，為以鐵路5G核心網[5]為代表的鐵路通信云技術提供基礎設施支撐。不論是從國家戰略政策角度，還是鐵路行業創新發展的角度，均有必要對鐵路數據中心的布局與選址開展規劃研究。

1 典型數據中心布局及選址

從全球分布來看，數據中心主要集中在全球主要中心城市。互聯網企業利用其強大的網絡及軟件技術支持，多選擇在氣候環境有助于節能的城市建設數據中心。一直以來，我國數據中心主要集中在北京、上海、廣州和深圳等人口密集、經濟發達的城市，自2013年工業和信息化部結合四部委發布《關于數據中心建設布局的指導意見》以來，我國數據中心布局漸趨合理，目前我國多個城市建有大型或超大型數據中心。

1.1 全國一體化大數據中心體系

各國政府高度重視數據中心發展，美國、歐洲、日本等發達國家和地區相繼推出政策計劃，將數據中心的整合升級作為戰略實施的關鍵基礎。我國也高度重視數據中心的整合發展，提出了建設全一體化的國家大數據中心概念，構建融合物理層數據中心、處理層云計算、應用層大數據的集成創新平臺。全國一體化大數據中心體系架構由國家主數據中心、區域數據中心和社會數據中心組成，如圖1所示。

圖1 全國一體化大數據中心體系架構

推動建設全國一體化國家大數據中心，加快新型基礎設施建設布局，有助于促進我國數字經濟發展。為實現全國一體化大數據中心的協同創新，需進一步構建政府與企業間的數據資源流通共享體系、深化行業數據智能應用[6]，這就對企業數據中心的規劃提出了新的要求。

1.2 國內典型企業數據中心布局分析

根據文獻及公開資料查閱，國家電網、工商銀行、建設銀行、阿里巴巴、騰訊等企業數據中心情況，如表1所示[7-11]。

表1 國內典型企業數據中心概況

典型的互聯網企業傾向于采用大集中式、扁平化、多地多中心（≥3）模式的數據中心；典型的大型國有企業多采用兩級數據中心架構，一級數據中心多采用兩地三中心模式或三地三中心模式。數據中心之間多采用互為備份的方式。典型國企的總公司級數據中心選址多為北京、上海、廣州和深圳等發達城市。

1.3 對鐵路數據中心的啟示

鐵路數據中心是鐵路行業的核心，作為社會數據中心納入全國一體化大數據中心有助于促進信息資源融合、為政府決策提供鐵路行業數據，具有重要意義。因此，有必要采用云計算、綠色環保、安全可靠技術構建，合理布局和選址，適時承載區域公共數據中心的部分功能。

為了保障業務安全可靠運行，數據中心部署宜采用兩地三中心模式；而為了區域化服務提高用戶體驗，數據中心宜采用扁平化多中心的模式。需進一步結合鐵路數據中心業務需求，進行合理的布局及選址研究。

2 鐵路數據中心布局模式

2.1 鐵路數據中心分級架構

鐵路數據中心需求主要包含鐵路信息化業務應用部署、智能鐵路業務應用部署、以鐵路5G專網核心網為代表的鐵路通信云部署等內容，數據中心布局主要可以分為分級部署和扁平化一級部署。

（1）分級部署

鐵路運輸生產、客貨營銷、經營管理等信息化應用及鐵路通信云部署，在國鐵集團、鐵路局集團公司層面均有數據處理的需求，適合采用分級部署的模式。

（2）扁平化一級部署

以12306互聯網售票系統、95306貨運綜合服務平臺等為代表的互聯網應用內容數據量大、同時接入用戶數量多，為了向用戶提供高質量、低時延的優質服務更加適宜一級部署，并扁平化靠近用戶提供服務[12]。隨著智能鐵路數據量提升，一些非關鍵業務有采用5G公網或互聯網承載的可能，為了接近業務現場，也適合采用國鐵集團一級數據中心的扁平化、區域化部署模式。

（3）鐵路數據中心分級架構

在智能鐵路的發展方向指引下，結合智能京張（北京—張家口）、京雄（北京—雄安）、浩吉（浩勒報吉—吉安）等實踐，數據和業務應用有向國鐵集團級數據中心集中的趨勢，扁平化一級部署的業務應用占比將逐步增加；但前置數據服務、個性化系統部署、特殊情況的應急處理等需求，需要在鐵路局集團公司一級維持數據處理能力，分級部署模式將在一段時間內持續存在。

綜上分析，鐵路數據中心可按照國鐵集團、鐵路局集團公司二級架構開展布局研究。

2.2 鐵路一級數據中心布局方案研究

隨著集中部署的趨勢，鐵路二級數據中心按各鐵路局集團公司的布局考慮，本文主要對鐵路一級數據中心的布局進行研究。

（1）主備模式布局

主備模式布局工作機制，如圖2所示。正常工作模式下主數據中心作為生產中心承載全部業務，并定時與備用中心進行數據及應用系統備份；在主數據中心發生故障或災難的情況下，備用數據中心啟用接替主數據中心，系統用戶全部切換到備用數據中心。

圖2 主備模式數據中心工作機制

主備模式數據中心分工明確，可靠性較高。但這種模式中備用數據中心只在災難發生時才能起到作用，造成了資源的浪費；備用數據中心在接替主中心時需要較長的時間、關系復雜，往往會影響用戶的業務辦理。

（2）分布式多活數據中心布局

分布式多活數據中心工作機制，如圖3所示。正常工作模式下各數據中心各自承載部分業務，為就近用戶提供服務，并定時進行數據及應用系統相互備份；在其中一個中心發生故障或災難的情況下，其業務及用戶根據制定的策略切換到其他數據中心。

圖3 分布式多活數據中心工作機制

分布式多活數據中心將業務分布到多個數據中心，彼此之間并行為客戶提供服務，分布式多活技術包括分布式和多活兩個關鍵特征，便于數據中心資源調度，業務部署靈活。多個數據中心之間可以根據需求分別承載不同的業務應用或就近接入不同區域用戶，這種復雜性也對業務運營能力提出了較高的要求。

（3）布局方案

目前以國家電網、銀行為代表，包括交通、能源等諸多行業用戶，為了保障信息系統服務的連續可靠，多采用“兩地三中心”的主備模式構建數據中心基礎設施。同時，互聯網企業對外提供云計算、內容分發服務，為了更好的服務不同區域用戶，多采用“多地多中心”的模式構建分布式多活數據中心架構。

鐵路是國民經濟大動脈、重大民生工程和綜合交通運輸體系骨干，在經濟社會發展中的地位和作用至關重要，必須最大限度的保障影響行車安全的核心業務應用運行可靠性；同時，鐵路客貨運輸服務質量很重要，以12306互聯網售票系統、95306貨運綜合服務平臺為代表的客戶服務平臺也迫切的需要提升用戶體驗。鐵路數據中心布局需要同時滿足安全可靠與客戶體驗優良的需求，建議采用主備模式向分布式多活數據中心逐步演化的動態方式形成鐵路一級數據中心的最終布局。

在規劃早期，通過異地主備中心、同城雙活中心的方式，避免區域性災害并保障核心業務連續性，鐵路一級數據中心布局模式為主數據中心、異地備用數據中心、同城雙活數據中心，各中心定位規劃，如表2所示。

表2 主備模式布局鐵路一級數據中心定位規劃

在基本形成“兩地三中心”的數據中心布局架構情況下，按照這種容災模式承載鐵路信息化、智能化相關業務應用及鐵路通信云等其他類信息系統。由于這種主備、雙活的容災模式非常成熟，在構建過程中可以確保業務的可靠性，同時，可利用3個中心的架構開展區域化服務及分布式多活技術的測試。

3 鐵路數據中心選址研究

鐵路二級數據中心與各鐵路局集團公司的業務密切相關，建議各鐵路局集團公司在所在地區就近構建，本文主要針對鐵路一級數據中心的選址開展研究。

3.1 鐵路數據中心選址要求

（1）符合《數據中心設計規范》（GB 50174—2017）的選址原則，分析選址地點的地質、自然地理、配套設施等條件、考慮與現有信息技術設施的協同[13]、政策環境和成本[14]等因素，選擇合適的地理區域。

（2）根據數據中心的功能定位進行選址，主用、備用數據中心不宜設置于同一區域（同時發生自然災害可能性較大的區域）。

（3）應優先選擇建設在鐵路通信網絡發達的地區，為各數據中心之間的高可靠網絡互聯提供技術支撐條件。

（4）選址應充分考慮運維需求，綜合考慮國鐵集團、鐵路局集團公司現有運維力量，以及國家大數據產業布局、信息技術人力資源分部等因素。

（5）與全國一體化大數據中心架構融合，適當參考國家區域公共數據中心布局規劃，結合全國大數據算力網絡國家樞紐節點，實現整體智慧交通數據互通的需求。

3.2 鐵路數據中心選址區域分析

根據鐵路數據中心選址自然地理條件、配套設施條件、與現有信息技術設施的協同、政策環境、成本、高科技人才條件這6個要素的區域特性，進行選址，選址區域比較，如表3所示。

表3 選址區域比較表

3.3 鐵路數據中心選址區域建議

華北區域除了政策環境和成本因素以外，其他因素方面具有較強的優勢。考慮到大多數大型國企數據中心均接近總部所在地，京津冀也是全國大數據算力網絡國家樞紐節點，國鐵集團既有機房和核心通信系統均部署于北京，因此鐵路一級數據中心選址區域首選華北區域。

內蒙、西南區域自然地理條件占優勢、政策條件好、基礎設施運維成本低，在數據中心的運維成本方面有較強的優勢，其中，成渝、貴州、內蒙古也是全國大數據算力網絡國家樞紐節點。主要實現業務系統或數據備份功能的一級數據中心建設在該區域可以有效降低鐵路數據中心的運營成本。

華中、華東、華南區域配套設施條件優越，人才條件較好，擁有長三角、粵港澳大灣區等全國大數據算力網絡國家樞紐節點。考慮到信息系統運維人才儲備、設備廠商響應速度、外水外電等基礎設施條件及用戶數量等因素，是區域化鐵路一級數據中心的優先選擇區域。

東北、西北區域在選址因素中暫時沒有特別明顯優勢，在未來規劃分布式多活一級數據中心時可根據業務的區域化需求及區域發展情況，結合甘肅、寧夏等全國大數據算力網絡國家樞紐節點，作為備選區域。

4 結束語

本文結合國內外典型企業數據中心現狀及全國一體化大數據中心體系架構，通過對鐵路信息化、智能化業務應用及鐵路通信云的部署需求，以鐵路數據中心采用國鐵集團、鐵路局集團公司二級分級架構為前提開展布局研究，針對鐵路安全可靠性要求高的業務特點及扁平化集中的發展趨勢，提出了鐵路一級數據中心由主備模式向分布式多活模式逐步演進的動態布局方案。進一步結合數據中心選址要素特點，分析不同區域的選址條件，建議鐵路一級數據中心首選在華北區域建設；備用中心在內蒙和西南區域建設；區域化數據中心優先選擇在華中、華東和華南區域建設；根據業務需求和區域發展情況，將東北和西北作為備選區域。鐵路數據中心的規劃研究及建設，不僅有利于推動中國鐵路向智能化、智慧化演進，通過與全國一體化大數據中心體系架構結合也有助于鐵路數據與全國大數據分析體系的深度融合，推動整個智慧交通行業的發展。