基于雙活的區域高速公路數據災備中心建設探討

■高金勇

（福建省高速公路集團有限公司，福州 350001）

高速公路日常業務越來越依賴于數據處理，而高速公路業務系統的連續性依賴于數據中心的穩定運行。 數據災備中心是交通信息化的產物，是一個專門用于備份和保護關鍵數據的設施，旨在在發生災難性事件或系統故障時快速恢復業務運行并保證數據的完整性和可用性。 建設數據災備中心有利于保障業務連續性、提高數據安全性、提升災備能力，對高速公路智慧交通的建設具有重要意義。本文基于高速公路災備中心建設現狀和研究現狀，進行了基于雙活的區域高速公路數據災備中心建設探討。

1 高速公路數據災備中心建設現狀及需求

要保證高速公路業務的連續性和數據的高可靠性，需要在建設數據中心的同時，打造高可靠災備數據中心， 但是傳統的災備中心因為技術等原因，存在諸多不足，這是本文探討的需求起點。

1.1 高速公路傳統災備中心應用接管能力弱

傳統的災備中心以異地單活應用接管為主，即只有一個活動狀態的應用，當主要數據中心發生故障或中斷時，災備中心才會接管運行。 而且傳統的單活災備中心在應用接管過程中存在較長的切換時間，這是因為在發生故障或中斷時，需要手動或半自動地將應用從主要數據中心切換到災備中心。這種切換過程需要耗費較長的時間，導致應用的停機時間增加，對業務造成較大的影響。

1.2 高速公路傳統災備中心數據備份與保護困難

數據備份是為了保障系統安全性和提升數據中心應急能力，由于單活災備中心在存儲層上的數據同步復制等高級數據保護功能，無法在不同型號產品間實現，導致業務數據備份困難。 同時，在傳統災備中心備份的過程中，由于不同存儲器上的數據分配標準不同，不利于統一管理，同時存儲容量擴展和服務器數據量擴展也受到一定的限制。 由于場地有限，所有數據保存在同一個中心機房，無異地數據中心和異地數據容災中心，業務系統的連續性及備份數據的安全性受到自然條件的考驗，無法防范場地性等不可抗力自然災害。

1.3 高速公路傳統災備中心業務整合能力差

傳統的單活災備中心通常是將主數據中心的業務完全復制到備份數據中心，但兩個數據中心之間的業務運行是相互獨立的。 這種方式導致了業務的分離，主數據中心和備份數據中心之間的業務無法實現無縫切換和負載均衡。 當主數據中心發生故障時，需要手動切換業務到備份數據中心，導致業務中斷和用戶體驗下降。 當主數據中心發生故障時，備份數據中心可能無法提供最新的數據，進而影響業務的連續性和可用性。

2 數據災備中心建設研究

當前，關于數據災備中心的研究主要集中在異地災備中心等災備模式上，應用場景分布在銀行業、政府部門和大型企業。 近年，中國電信災備中心在西安落成，運營商實現了首個集數據化資產保護、災備服務于一體的全方位容災服務體系的災備中心[1]。在交通運輸領域，劉新華[2]討論了一種交通運輸行政執法災備服務建設的技術方案，旨在實現對應用系統重要數據的備份，確保系統在面臨不可抗力災難時能夠有效保護重要數據并進行數據恢復。 在防震減災領域，牛詩川[3]針對地震數據災備中心網絡安全和可靠性的基本要求，制定了全面的規劃和設計方案，深入研究了災備中心網絡安全防護系統和后期維護策略。 在其他政府部門相關領域，吳瑞強[4]通過考察惠州市社會保險基金管理局龍門異地災備中心的建設，從基礎設施和網絡通信基礎架構的角度獲取到一些有價值的建設思路，可用于指導其他數據災備中心的建設。 在高速公路領域，付增輝[5]提出建設異地災備系統的方案， 災備系統建在異地，能夠利用網絡系統將異地存儲的數據庫數據回傳至本地系統，保證本地系統可靠運行。 沈蘭蘭[6]通過分析某高速公路收費管理平臺異地災備中心災備管理體系的建設需求，探討了基于統一的技術標準，建設容災備份系統，面向服務化提供災備運維服務及運營管理的建設思路。 曹佳寶[7]研究“兩地三中心”災備架構,在此基礎上進一步提出了基于云技術的數據災備中心優化建設思路。

綜合上述的研究現狀，可以發現目前缺乏對高速公路業務場景的應用研究，且研究多集中于建設異地災備中心，這就導致數據同步依舊是異步方式，備份數據中心只有在主數據中心發生故障或不可用時才接管應用，使用率較低，還伴隨一定的數據延遲。 因此對高速公路數據災備中心建設這一業務場景，本文提出了雙活數據災備中心方案，這種架構通常包括兩個地理位置不同的數據中心，彼此之間實時同步數據，并能夠相互備份和恢復。

3 基于雙活的高速公路數據災備中心技術方案

針對高速公路數據災備中心的建設現狀和研究現狀，本文提出一種基于雙活的區域高速公路數據災備中心建設方案，并在泉州東秀凃站點進行了實施。

3.1 高速公路數據災備中心總體方案

基于雙活的高速公路數據災備中心的建設方案結合了大數據云平臺的使用，以實現更高效的數據處理和災備能力。 通過在兩個地理位置上建立數據中心，實現數據的雙活備份，同時將數據中心與大數據云平臺集成，可以利用云計算和大數據技術來實時分析和處理數據，提供實時的交通監控和管理。 同時，當一個數據中心發生故障或不可用時，系統可以自動切換到另一個數據中心，以確保業務的連續性和可用性。 這種方案不僅可以提高高速公路數據系統的可靠性和連續性，也能夠根據實時數據提供智能化的決策支持，進一步優化交通運輸效率和安全性。

3.2 高速公路數據災備中心系統架構

基于雙活的區域高速公路數據災備中心軟件采用混合云架構，總體包括兩個數據中心、數據同步與復制、雙活架構、負載均衡和故障轉移等關鍵組件，實現實時同步、高可用性和災備能力，確保高速公路數據安全、可靠和連續地運行。 雙活災備數據中心總體架構見圖1。

圖1 雙活災備數據中心總體架構圖

首先，系統依賴于兩個數據中心，分別位于主要高速公路區域的不同地點。 每個數據中心都是一個完備的設施，擁有強大的硬件設備和網絡基礎設施，包括服務器、存儲設備、網絡設備等。 這些設備用于存儲和處理大量的高速公路數據，包括交通流量、車輛信息、路況數據等。 其次，為了實現數據的實時同步和復制，系統采用高速網絡將兩個數據中心連接起來。 數據中心之間的數據同步和復制是通過復制技術和算法實現的，確保數據在兩個數據中心之間的一致性和完整性。 這樣，無論發生何種情況， 數據都能夠在兩個數據中心之間實時同步，避免數據不一致或丟失。 此外，系統采用雙活架構，即兩個數據中心同時處于活動狀態，能夠實時處理和響應數據請求，這意味著無論哪個數據中心出現故障或需要維護，另一個數據中心都能夠接管其功能。負載均衡和故障轉移技術被應用于系統中，以實現高效的數據處理和負載均衡，保證用戶請求能夠被平均分配到兩個數據中心，并在其中一個數據中心發生故障或出現災害時，自動將數據和服務轉移到另一個數據中心，確保數據和服務的可用性和連續性。 最后，系統對數據進行加密和備份，數據備份存儲在另一個數據中心，以防止數據丟失或損壞；系統還采取了安全措施，如訪問控制、加密傳輸等，以保護數據的機密性和完整性。

3.3 雙活災備中心建設

實現數據的雙活是方案的核心，在明確了總體方案和系統架構的前提下，可以進行雙活災備中心的建設，具體步驟如下：（1）高速網絡連接：建立主中心和備中心之間的高速網絡連接，確保數據的快速傳輸和同步，選擇專線、光纖等高帶寬和低延遲的網絡連接方式；（2）數據同步技術選擇：根據具體需求選擇合適的數據同步技術，常見的技術包括實時數據同步、異步數據同步和延遲冗余數據同步等；（3）實現數據的雙活需要做到實時數據同步、異步數據同步和延遲冗余數據同步。 實時數據同步是指通過使用數據庫復制技術、日志傳輸或文件同步等實現主中心和備中心之間的實時數據同步，確保數據在兩個中心之間的一致性；異步數據同步是指將數據定期復制到災備中心，通過批量傳輸或數據備份等方式，確保數據的最新性在一定的時間延遲下仍然能夠滿足容災需求；延遲冗余數據同步是指在一定的時間延遲下，將主中心的數據復制到備中心，進一步提高容災能力和數據可用性；（4）數據雙寫策略：確保在主中心和備中心之間的數據寫入操作能夠實時同步到另外一個中心，采用同步復制、寫入隊列或分布式事務等方式來實現數據的雙寫；（5）容災切換操作：在主中心發生故障或計劃維護時，通過切換操作將業務流量切換到備中心，確保業務的連續性， 可以利用負載均衡、DNS 解析等方式進行流量切換和請求轉發；（6）容災測試和演練：完成以上步驟之后還需要定期進行容災測試和演練，驗證主中心和備中心之間的數據同步和容災切換的可用性和穩定性。

3.4 高速公路數據災備中心云平臺建設

高速公路數據災備是基于云平臺構建的，實現雙活依賴于云平臺的建設，故在此對云平臺的建設進行說明。 高速公路數據云平臺主要包含3 層架構：基礎層、平臺層和應用層。 （1）在高速公路數據災備基礎資源層，云平臺建設搭建和管理一系列基礎設施資源，如存儲設備、網絡設備和服務器等，還需要建立強大的數據中心和網絡基礎設施，這些資源需要具備高可用性、高安全性和可擴展性，以滿足不同規模和需求的應用。 基礎資源層還包括虛擬化技術和容器化技術，配置容災備份系統，以及實施監控和管理系統，用于資源的隔離和管理，提供靈活的資源分配和利用方式。 （2）在高速公路數據災備平臺層，云平臺建設提供了一系列中間件和服務，以支持應用的部署和運行。 這包括操作系統、數據庫、消息隊列、緩存等。 平臺層的目標是提供統一的開發、部署和管理環境，簡化應用的開發和維護工作。 平臺層還可以提供自動化的監控和管理工具，以實現資源的動態管理和優化。 （3）在高速公路數據災備應用層，云平臺建設了提供各種應用服務和解決方案，以滿足高速行業和用戶的需求。 這包括高速公路在線辦公、數據分析、人工智能、物聯網等應用。 應用層的目標是通過云平臺提供了各種服務和解決方案，幫助高速公路快速構建和部署高速業務的應用，提高效率和創新能力。

4 基于雙活的區域高速公路數據災備中心建設

4.1 雙活災備數據中心案例總體規劃

福建省高速公路主數據中心建設在福州市城區祥謙，新型異地災備數據中心建立在泉州東秀凃站點， 異地災備為主數據中心提供了更大的保險，能更好防范場地性等不可抗力自然災害的影響。 同時，建設雙活異地災備，可以在主數據中心發生故障或災難時，快速切換到遠距離異地備份數據中心，確保業務的持續運行。 這樣可以大大減少業務中斷時間，提高業務的連續性和可用性。 在福州另外增設數據中心節點，實現同城雙活，異地災備。 要進行災備的系統在災備數據中心進行部署，并把部分應用的生產系統調整到災備數據中心。 正常工作時，兩個中心都投入生產，根據信息系統的數量和應用特點，進行負荷分擔或負載均衡。 兩個中心互為災備，通過動態資源調整技術，提高容災設備利用率，實現數據備份與保護、應用接管、業務整合等功能，全面提升高速公路信息服務水平。

4.2 福建高速公路災備數據中心定位

選擇災備數據中心的地理位置時，主要考慮其與福建數據中心的距離。 通常情況下，災備數據中心應該位于主要數據中心的相對安全區域內，以減少單點故障的風險。 同時，地理位置應盡量選擇地震、洪水等自然災害風險較低的地區，以確保數據中心的物理安全。 保證福建高速公路災備數據中心與主要數據中心之間的通信網絡是至關重要的。 在選擇位置時考慮到了通信網絡的質量和可靠性，確保能夠在主數據中心發生故障時，快速且可靠地傳輸數據和恢復服務。 除此之外，還需要確保穩定的電力供應。 在選擇福建高速公路災備數據中心時，本研究考慮了電力供應的可靠性和備用電源的儲備情況，以應對主要數據中心或周圍地區的電力中斷，因此項目將新型異地災備數據中心建立在泉州東秀凃站點。 異地災備數據中心的建立，為福建高速公路祥謙主數據中心提供了一項可靠的保險機制。 這種建設方式能夠有效保證業務的無中斷運行，為福建省高速公路數據管理提供了強大的安全保障。

4.3 福建高速公路雙活災備數據中心網絡建設

目前福建省高速公路共有收費網、 視頻網、綜合網和互聯網，災備數據中心的網絡通信需求參照祥謙數據中心，同樣應建設收費網、視頻網、綜合網和互聯網。 另外，災備數據中心與祥謙數據中心采用了主備雙鏈路，建立起可靠的通信鏈路，同時下聯各站點以及出口互聯網。 災備數據中心網絡通信拓撲圖見圖2。

圖2 雙活災備數據中心網絡通信拓撲示意圖

同時，福建高速公路雙活災備數據中心還考慮了網絡的信息安全建設。 災備數據中心的信息安全需求參照祥謙數據中心，以高速公路災備數據中心網絡（收費網、綜合網、互聯網）環境為保障對象，并且參考《網絡安全等級保護基本要求》進行建設，收費網按照等保三級的要求進行規劃設計，綜合網按照等保三級的要求進行規劃設計，互聯網按照等保二級的要求進行規劃設計。 災備數據中心信息安全拓撲圖見圖3。

圖3 雙活災備數據中心信息安全拓撲示意圖

4.4 雙活數據災備中心功能實現及實際應用效果

福建高速公路雙活數據災備中心的應用系統是由數據備份系統、備用網絡系統和備用數據處理系統等組成的信息系統。 高速公路應用系統容災最基本的功能就是數據保護和發生災難時的應用接管。 為了提高應用系統容災利用率，結合高速公路的實際情況，應用系統容災也可用于計劃內的生產系統停機時的應用接管和業務整合。

4.4.1 福建高速雙活災備數據保護

數據保護是雙活數據災備中心實現的基本的功能之一，泉州東秀涂站數據災備中心通過實時數據復制將主數據中心的數據同時復制到備用數據中心。 這種復制方式可以確保兩個數據中心的數據保持同步，減少數據丟失的風險。 基于此，雙活數據災備中心可以提供更高級別的數據保護和災難恢復能力。 主數據中心和備份數據中心之間的數據同步可以實現實時的數據備份和保護。 當主數據中心發生數據損壞、丟失或被攻擊時，備份數據中心可以提供可靠的數據恢復和保護，保障高速公路公司的重要信息和資產安全。

4.4.2 福建高速雙活災備應用接管

雙活數據災備中心實現了應用接管功能，即當生產系統因突發性事件造成系統中斷時間超過可容忍的時間后，啟用容災系統進行應用切換來保證業務的連續性。 當主數據中心不可用時，雙活數據災備中心會自動將應用流量切換到備份數據中心。這可以通過負載均衡設備或DNS 解析等方式實現，確保流量能夠平均分配到備份數據中心的服務器上。 一旦流量切換到備份數據中心并且數據和狀態同步完成，雙活數據災備中心會啟動備份數據中心上的應用程序，并將應用接管。 這包括啟動應用程序的各個組件、服務和功能，并確保它們能夠正常運行。 在應用接管后，雙活數據災備中心會持續監控備份數據中心的運行狀態和性能。 一旦主數據中心恢復可用，系統可以自動將流量切換回主數據中心，并將備份數據中心的數據和狀態同步到主數據中心，以確保數據的一致性。 由此福建高速雙活數據災備中心實現應用的實時接管，當主數據中心發生故障或不可用時，備份數據中心可以立即接管應用，保證業務的連續性和可用性。 這對于對業務連續性要求較高的高速公路管理來說尤為重要。

4.4.3 福建高速雙活災備業務整合

福建高速雙活數據災備中心還能夠實現業務整合，即通過將主數據中心和備份數據中心之間的業務和資源進行整合，實現高可用性和持續性的業務運行，從而實現容災系統與生產系統的業務整合和優化。 （1）業務接管：在應用系統容災的建設過程中，在容災中心也建立了一套業務處理系統，和生產中心具有完全相同的業務處理邏輯，利用災備環境對新的業務處理系統進行測試及完善，并在條件成熟時將容災系統切換為生產系統，而原生產系統成為容災系統。 （2）負荷分擔：雙活數據災備中心可以通過負載均衡技術，將業務流量均勻地分配到主數據中心和備份數據中心的服務器上。 這樣可以避免單一數據中心承擔過大的負荷，提高系統的性能和可擴展性。 兩個中心之間互為容災系統，當其中的任何一套系統出現大的災難事故時，則切換到另一套系統中去。 （3）資源復用：福建高速雙活災備數據中心在正常情況下作為主數據中心的備份，但在主數據中心不可用時，備份數據中心可以充分利用其資源來承擔主數據中心的業務，這包括服務器、存儲設備、網絡帶寬等。 通過資源復用，雙活數據災備中心能夠最大程度地提高資源利用率， 降低成本，并保證業務的持續運行。

4.4.4 實際應用效果

建成后的福建高速雙活數據災備中心將主數據中心和備份數據中心之間的業務整合在了一起，主數據中心和備份數據中心可以同時運行應用程序，共享數據和資源，實現業務的無縫切換和負載均衡，并提供了更好的用戶體驗。 （1）零數據丟失：雙活數據災備中心運行至今保持實時數據同步，確保主數據中心和備份數據中心之間的數據完全一致。 （2）負載均衡和性能提升：雙活數據災備中心實現了負載均衡，將用戶請求分散到主數據中心和備份數據中心，避免單一數據中心的過載情況，經測試，在實際應用中提高了系統的整體性能和響應速度。 （3）高可用性：雙活數據災備中心架構實現了系統的高可用性和業務連續性。 測試中，當主數據中心發生故障時，備份數據中心可以在極短的時間內接管業務，這意味著在實際故障發生時該災備中心能保證業務的持續性和可靠性，避免業務中斷和損失。 （4）災難恢復能力增強：測試中，通過實時數據備份和同步，即使主數據中心發生數據丟失，備份數據中心仍然可以提供可靠的數據恢復，保護重要數據不受損失，雙活災備數據中心的存在增強了整個系統的災難恢復能力。

5 結語

根據高速公路災備中心建設的現狀及研究現狀，提出了基于雙活的區域高速公路數據災備中心建設方案，借助云平臺，通過中心選址、網絡建設、應用功能實現等步驟在福建省完成了雙活數據災備中心的方案建設，實現了數據保護、應用接管、業務整合等傳統災備中心所不具有的功能。 但在雙活數據災備中心的設計過程中，也要注意地理位置選擇、設施安全、災難恢復能力測試、成本與效益的平衡等問題。 基于雙活的高速公路數據災備中心的建立，可以全面勝任業務數據處理的新需求和信息量日益增長的挑戰，滿足各類業務對硬件平臺在信息量大、高速率環境下具有強大穩定性的需求，并實現多機并行，提升管理的效能，對智慧交通建設具有重要意義。