云计算在中国铁路客票预订和发售系统的应用研究

2012-08-06江琳，王芳

铁路计算机应用 2012年3期

江琳，王芳

（中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，北京 100081）

中国铁路客票发售和预订系统（以下简称客票系统）是覆盖全国铁路的大规模计算机网络应用系统，该系统由铁道部客票中心、地区客票中心和车站三级联网构成。随着客票资源即存储、网络、服务器和计算机硬件维护成本的不断提高和客票系统业务不断的发展扩大，需对客票信息进行及时准确的处理、利用和分析，云计算以其对计算资源掌握的高灵活性、高扩展性和低成本等优势，将成为客票系统创新发展的重要技术手段。

1 云计算介绍

云计算核心就是将大量网络连接的资源构成一个云资源池进行统一调度、部署和管理。通过提高云的处理能力，减少云用户终端的处理负担，用户按需付费使用云计算的处理能力。

1.1 云计算体系结构

云计算体系结构如图1。

（1）云用户终端：是云用户请求服务的交互界面，用户进入云的入口。

（2）服务目录：是云用户可选择的服务列表，在云用户终端界面生成相应的图标或列表展示相关服务。

（3）管理系统：提供管理和服务，管理云用户、计算资源和服务。

（4）部署工具：根据云用户请求，智能、动态地部署、配置、回收资源和应用。

（5）资源监控：监控云系统资源的使用情况，确保资源的合理配置。

（6）服务器集群：由管理系统管理的虚拟的或者物理的服务器。

1.2 云计算服务层次

云计算服务层次包括应用层、管理层、资源层和物理层，分别提供SaaS服务、PaaS服务、IaaS服务和HaaS服务，如图2。

图2 云计算服务层次

（1）硬件即服务（HaaS）：位于云计算物理层，给云用户提供最简单的计算存储和网络等资源，云用户可以通过这些资源搭建自己的业务平台。

（2）基础设施即服务（IaaS）：位于云计算基础设施层，将计算存储、网络等资源租给云用户，云用户通过操作系统和服务软件使用租来的云。如亚马逊的过弹性计算云（ec2）。

（3）平台即服务（PaaS）：位于云计算平台层，以应用开发环境作为业务平台，云用户通过应用开发接口和工具把自己的应用程序部署到云计算基础设施上。如Google通过appengine接口向云用户提供业务，开发者必须使用该接口来开发应用。

（4）软件即服务（SaaS）：位于云计算应用层，通过网络提供完整的可直接使用的应用程序，应用程序完全由运营商集中管理。比如Google的Gmail。

2 云计算在客票系统的应用试析

2.1 客票系统的特点

客票系统架构复杂，是大型广域网系统，分为铁道部、地区中心和车站3层结构。采用客户机/服务器模式，实现异种机互联及模拟广域网互联。该系统包含售票、退票、预约预订等众多子系统，包括现场生产、业务开发、技术支持、日常维护与监控等海量的客票信息，业务数据量大，核心业务复杂，资源耗费巨大。

客票系统最大特点是一个7×24 h不间断运行、实时交易的生产系统，要求对客票数据进行准确及时处理、分析和掌控，实时性强，尤其要求具有高安全性和高稳定性。

此外，客票系统是一个跨铁道部、地区中心和各级车站的信息平台，需要数据共享，实现信息处理、决策分析和应用服务。

2.2 云计算在客票系统应用的优越性

（1）云计算通过虚拟化技术整合服务器、存储设备和网络等硬件资源，优化系统资源配置比例，提升资源利用率。在客票系统中引入云计算有助于满足服务器规模日益庞大和数据中心空间日渐增大的需求，实现应用程序的高灵活性，降低运维成本。

（2）云计算使用数据多副本拷贝以及容错、计算节点同构可互换技术来保障服务的高可用性。客票系统发生任何单点物理故障，客票应用程序都会在用户完全不知情的情况下，转移到其他物理资源上继续运行，确保客票系统可靠稳定。

（3）云计算也有利于信息共享，提高信息利用率，避免资源浪费，同时为客票系统决策提供数据支持。

2.3 客票系统在云计算的应用模式

针对客票系统发展状况以及云计算平台成熟程度，客票系统中实现云计算需根据自身特点，从易到难、由外向内、从边缘到核心，逐层构建专业的客票云，逐步实现云计算在客票系统中的部署和迁移。

对保密性、安全性要求高的客票信息和要求响应及时、快速处理的客票核心应用程序，可通过私有云的模式实现。对可公开发布的信息源，如客服系统、互联网系统等对外应用系统可通过公共云的模式实现。

客票云作为铁路应用系统的专业云，应具有混合云的特点，通过专业技术把私有云和公共云结合形成专业的客票混合云。

2.3.1 客票私有云

私有云就是通过租用云资源建立企业内部的云计算数据中心，企业可独立管理云的基础设施。客票私有云覆盖于客票内部网，分布铁道部、地区中心以及各车站，使客票内部所有的存储、网络、服务器和计算机硬件资源实现共享，提供核心业务数据的接收、存储、处理、交换、分析和备份等，实现客票私有云分3步：整合化、虚拟化和自动化。

整合化就是把客票系统所用的底层服务功能整合到云计算的底层设施中去。通过网络作为数据中心资源虚拟化的数据交换平台，为客票应用程序需求提供动态业务部署。

虚拟化就是把已整合的客票资源即存储、网络、服务器和操作系统等，通过虚拟机迁移技术的虚拟化处理，实现与资源无关的共享和复用，提高从铁道部、地区中心及各个车站的设备利用率、降低运维复杂度，所有客票应用程序都可使用虚拟化资源提供的计算服务。

自动化即客票云中的智能系统自动调用管理客票系统的底层资源和功能，通过最优化的计算和资源配置，动态完成相关物理资源的调度，有效地完成功能提供任务。

客票私有云为铁道部、地区中心及各车站节省大量运维费用，并保障客票系统稳定。

2.3.2 客票公共云

公共云就是所有用户都能够使用云计算资源和服务平台，云用户根据用量来付费。对于可公开发布或使用的客票公共信息和服务可部署为公共云。客票公共云主要提供以下功能：（1）提供基于应用的软件服务（SaaS），如给广大旅客提供列车信息服务、票价信息发布、网上售、退、改签服务、旅程规划服务等。（2）提供平台服务（PaaS），实现系统用户管理、安全管理、负载均衡、弹性扩容和数据备份等。（3）提供基础设置服务（IaaS），如资源服务部署，申请、分配、动态调整和释放资源。（4）提供硬件服务（HaaS），如提供客票相关的存储、网络和服务器资源。客票公共云的服务平台如图3。

图3 客票公共云的服务平台

部署客票公共云还可在Internet上把互联网信息查询和网上客票业务服务作为一个平台服务提供给其他用户使用，云用户可通过标准化服务访问接口，也可随负载压力动态调整客票资源，保障客票系统的稳定和提高资源利用率。

2.3.3 客票云

客票云就是通过关键技术把公共云和私有云组合而成的客票混合云，兼有公共云和私有云的特点，但两种云仍保持独立。客票云构建如图4。

图4 客票云的主要构建

实现客票云的步骤应该如下：（1）需要在数据中心基础架构实现云计算，同时把客票系统中非核心的应用业务逐步向基础设施迁移。（2）在客票云中要实现常用服务，需要把客票公共信息服务平台向客票云上迁移。（3）通过标准化接口提供客票基础数据，为广大旅客提供实时便捷的售、退、改签等客票业务服务和信息查询服务。（4）通过客票云的发展和完善，扩展基础设施，提供丰富的接口，逐步把客票核心应用和服务向客票云迁移，使得客票业务在客票云中全面实现。

客票云除了应用层、管理层、资源层和物理层提供的SaaS服务、PaaS服务、IaaS服务和HaaS服务，还可提供高性能服务器、软件开发工具、应用服务器、数据库及系统管理软件，为客票系统提供便捷、统一标准的公共服务平台和工具平台。客票云用户以租赁的方式共享客票平台的开发、测试和运维环境，逐步取代原来由铁道部、铁路局中心及各级联网车站独自拥有并管理其软硬件资源的传统数据中心模式。