基于云平臺的軌道交通自動售檢票系統設計與實現

王 寧

(陜西交通職業技術學院,陜西 西安 710018)

0 引言

隨著我國經濟的不斷增長,城市軌道交通線網的規模處于不斷擴大狀態,自動售檢票系統的整體結構越來越復雜,對數據的存儲、計算等方面的需求處于持續增長狀態。 近年來,云計算被廣泛應用于城市軌道交通系統,可有效降低城市軌道交通系統的建設及運營成本。 本研究利用云平臺,在此基礎上建立軌道交通自動售檢票系統,對于城市軌道交通的發展具有重要意義。

1 基于云平臺的軌道交通自動售檢票系統總體設計

1.1 軌道交通自動售檢票系統云部署模式

結合軌道交通自動售檢票系統對運營管理的需求,本研究采用私有云部署模式進行架構設計。選擇私有云部署模式的主要原因為:隨著時間的推移,公有云平臺運營成本處于遞增狀態,而私有云平臺運營過程中所需的成本呈現由高到低的趨勢。 除此之外,私有云平臺對數據的存儲安全性與可靠性要求較高,僅需少量成本,即可擁有私有云平臺架構及定制服務[1]。

1.2 軌道交通自動售檢票系統總體架構

傳統自動售檢票系統在運行過程中存在多種缺陷,本研究為解決傳統自動售檢票系統存在的問題,提出一種基于私有云平臺的自動售檢票系統。 基于私有云平臺的軌道交通自動售檢票系統結構如圖1所示[2]。

圖1 基于私有云平臺的軌道交通自動售檢票系統結構

該系統主要由私有云平臺、車站計算機系統、車站終端設備等結構共同組成。 其中,車站計算機系統與私有云平臺連接時,主要通過專用通信傳輸系統中的以太網通道將二者互連,該方式有利于實現各車站對私有云平臺資源池的共享。 與私有云平臺連接后,車站計算機系統僅保留操作終端。 為保護傳輸系統的安全性,本研究利用光纖自愈環網技術對傳輸系統實現網絡級保護,該方式可在光纖被切斷的情況下,使軌道交通自動售檢票系統自行恢復自身功能,有利于保證數據傳輸的可靠性[3]。

1.3 私有云平臺架構

為保證自動售檢票系統的穩定運行,設計人員應加強對私有云平臺的結構設計。 本研究將私有云平臺分為5 部分,私有云平臺架構如圖2 所示。

圖2 私有云平臺架構

1.3.1 基礎設施層

該部分是軌道交通自動售檢票系統的基礎,對于系統的穩定運行具有重要的維持作用。 將私有云平臺與傳統的自動售檢票系統進行對比分析可知,傳統自動售檢票系統內部基礎設施的數量較多,且消耗的成本較大。 為解決該問題,本研究對私有云平臺進行設計時,對服務器、存儲器、網絡通道等硬件設備進行重新組建,使其成為新的數據中心,并充分利用虛擬化技術的優勢,將硬件設備抽象成虛擬化資源池,資源池可根據系統的實際需求,為系統提供相應的計算、存儲、網絡等服務。 通過集中建設基礎設施層的方式,可為自動售檢票系統的統一管理及業務整合奠定基礎。

1.3.2 平臺層

平臺層對于底層基礎資源具有調用功能,可將調用的資源開放給軟件層,屬于自動售檢票系統私有云平臺的核心結構。 為保證該層的功能,將平臺層分為3 個子平臺,其中開發測試子平臺為實現用戶對應用軟件的配置、開發、調試等工作,向用戶提供各類開發、測試等工具。 部署運行子平臺主要負責對系統的資源、運行狀態進行實時監控,在系統任務請求過多時,該平臺可對資源進行快速分配,以此達到自動負載均衡、恢復故障的目的。 業務管理子平臺主要在開發測試子平臺和部署運行子平臺的共同支持下,高效管理參數、票務、清分等業務,并集成了數據挖掘功能 。

1.3.3 軟件層

軟件層可為部門辦公和公共信息發布提供一種標準互聯通信方式,用來屏蔽各組件之間結構功能的差異,可為上層提供參數管理、票務管理等軟件,在一定程度上可滿足網絡環境下業務集成的需求。

1.3.4 安全管理模塊

安全管理模塊通過相關技術的加持,并對保證機制、身份驗證、訪問權限、安全審計等內容進行詳細規定,可保證自動售檢票系統的安全運行。

1.3.5 用戶訪問接口層

用戶訪問接口層包括自動售檢票系統可能用到的多種接口類型,可實現不同用戶對云平臺服務的泛在訪問。 使用該層時,首先應授予不同用戶訪問權限,用戶通過自身權限即可登錄該系統,并根據請求服務接入用戶訪問接口層。

2 基于云平臺的軌道交通自動售檢票系統控制中心設計

2.1 自動售檢票系統控制中心硬件設備設置

自動售檢票系統控制中心主要由存儲資源池、計算資源池、信息安全設備、網絡交換通信設備等硬件部分共同組成。 由于云平臺對接入系統的信息安全具有一定要求,本研究對系統硬件設備進行設置時,向其中加入相應的安全設備。 其中病毒防護體系主要由匯聚節點進行維護與升級,控制中心進行數據下發時,主要通過數據匯聚節點將數據轉發至車站SC 及現場終端設備,數據傳送回控制中心時,可利用線路數據匯聚節點實現。 在硬件設備中,全部資源可集中共享,并統一分配至各個節點,該方式可減少接口界面,對數據存儲及計算時,可通過交換機、路由器直接進入控制中心云平臺實現。

2.2 自動售檢票系統控制中心軟件設備設置

控制中心軟件設備中主要包括LCC、ACC 等軟件,為最大限度地減少軟件接口,本研究把具有相同功能的軟件設備進行合并,實現全部軟件系統集中化運行?？刂浦行能浖O備在運行過程中,可將自身分布于各個硬件資源上同時進行,該方式在一定程度上可提升自動售檢票系統的運行效率,并降低軟件設備運行過程中對硬件資源的需求量。 自動售檢票系統運行過程中產生的數據皆可在軟件設備中共享互用,為確保對賬信息的實時準確性,將系統內數據集中,由ACC系統統一清算、調度和使用。 在ACC 進行實時清分對賬時,由第三方支付系統將交易信息、客流信息等數據上傳至控制中心云平臺。 通過減少接口數量的方式,可簡化清分流程,節省時間。

3 基于云平臺的軌道交通自動售檢票系統車站云平臺設計

為簡化自動售檢票系統的整體結構,使系統的維護和使用具有一定的便捷性,本研究對自動售檢票系統車站云平臺進行軟件設備、硬件設備以及資源的設置,該方式有利于降低車站云平臺的建設和運營成本。 基于云架構的車站自動售檢票系統如圖3 所示。

圖3 基于云架構的車站自動售檢票系統

3.1 自動售檢票系統車站云平臺硬件設備設置

傳統自動售檢票系統車站云平臺的軟件設備和硬件設備在運行過程中,將各硬件設備分別設置在不同的地方,該方式可造成硬件設備的冗余,成本較高。為有效降低自動售檢票系統的運營成本,本研究將自動售檢票系統的服務器、交換機、路由器等硬件設備全部集中在車站云平臺設備上,實現資源的共享及統一管理。 該方式可有效減少硬件設備的配置數量及設備占用的空間,并且對硬件設備之間的接口、數據流轉的層級關系具有簡化作用。

3.2 自動售檢票系統車站云平臺軟件設備設置

傳統車站云平臺對軟件設備的設置較為簡單,僅具有指令下發以及數據上傳等功能。 為解決傳統車站云平臺軟件設備存在的缺陷,本研究對自動售檢票系統車站云平臺軟件設備進行設置時,將該系統內部的硬件、軟件全部納入云平臺,該方式可有效提高系統存儲、計算的效率,數據處理完畢后可將數據進行歸類,并統一上傳至控制中心的中央級系統。 車站云平臺軟件設備可對中央下發的數據進行初步分析,根據中央的需求進行實時部署,使底層系統的運行速度得到保證,最大限度地節省資源。

4 基于云平臺的軌道交通自動售檢票系統關鍵技術分析

4.1 虛擬化技術

自動售檢票系統可利用虛擬化技術向硬件設施中引入虛擬層,其根本目的是將繁雜多樣的物理資源抽象為虛擬資源。 將基礎設施的資源虛擬化后,有利于擺脫終端設備異構性的限制,并且可根據實際業務需求對車站虛擬服務器等虛擬機的數量進行靈活配置。 為保證自動售檢票系統的穩定運行,應減少車站實體設備的數量,提升車站設備的資源利用率。

4.2 分布式存儲技術

自動售檢票系統主要負責城市軌道交通全網運營數據的管理,但隨著線網規模的不斷擴大,系統內部數據不斷增長。 為保證系統的穩定運行,系統采用分布式存儲技術對系統數據進行統一管理。 該技術可同時監管多個存儲節點,并將數據儲存至私有云平臺。 管理節點可根據數據的類型采取自動化方式將其分配至存儲節點,工作人員操作該系統時,可直接通過終端設備對數據進行查詢。 該技術可滿足系統的實際需求,并實現管理者的統一管理。

4.3 負載均衡技術

負載均衡技術具有分割功能,可充分利用系統服務器的處理能力,將中央下達的任務分割成多個便于執行的小任務,并結合系統的實際需求制定分配原則,有利于實現對任務的極速處理。 任務處理完畢后,該技術可將計算結果合并匯總,匯總結果即為最終的任務結果。 將任務分割處理有利于減少閑置資源,最大限度地縮短計算時間。

5 結語

本研究提出一種基于云平臺的城市軌道交通自動售檢票系統的設計方案。 該方案可簡化自動售檢票系統的整體結構,使維護使用具有一定便捷性,有利于降低車站云平臺的建設和運營成本。 云平臺架構應用于城市軌道交通自動售檢票系統,已成為當前自動售檢票系統的主要發展方向,對于整個城市的軌道交通自動售檢票系統線網的云平臺設計標準化水平具有提升作用。