宁夏交通数据中心技术架构研究

江海琦， 徐延军， 崔毓伟

（1.宁夏公路管理局，银川750011；2.中海网络科技股份有限公司，上海200135）

0 引 言

宁夏回族自治区目前正根据《关于推进新一代数据中心建设发展的意见》的要求，为全力建设成为国内的云计算产业高地而努力。该项举措不仅可以推动宁夏全区经济社会信息化发展，也能吸引全国范围内的高科技信息技术企业选择宁夏作为数据中心。与此同时，拥有海量数据特征的智能交通系统正在步入云时代，成为云计算产业的重要应用领域。因此，迫切需要构建合理高效的专属于智能交通系统的数据中心，完成宁夏及周边地区乃至全国范围内的交通运输行业数据资源的汇集、整合、挖掘和共享。在这一背景下，从技术角度探讨服务于智能交通系统的数据中心的总体规划（即交通数据中心技术架构）问题。

1 研究意义及目标

架构研究通常从业务架构、应用架构、数据架构和技术架构的角度描述组织结构，定义不同组件间的相互关系，给出复杂组织的信息化治理方法。技术架构是其中最为关键的部分，对组织整体规划和功能实现起着支撑作用，是在整个组织架构中位于最贴近实施层的架构。从本质上讲，技术架构定义了组织为执行特定功能而构建与使用的信息技术平台。因此，从交通数据中心建设需求分析，建立数据中心总体技术架构模型，为数据中心建设规划技术蓝图，总体上界定技术应用方向。

2 交通数据中心技术需求分析

建设交通数据中心的目的是实现不同部门、不同单位之间的数据的交换和共享，使得海量交通数据得以充分应用，增强综合业务管理、公众信息服务和政府决策数据支持的能力。交通数据中心在逻辑上包括基础设施层、交换层、信息资源层、服务层、应用层以及数据标准和质量服务规范体系、信息安全保障体系等内容，交通数据中心的逻辑框架见图1。

2.1 基础设施层需求分析

基础设施包括数据中心实体及所需的机房、通讯设备、计算机系统等硬件设备、软件和通信网络，为实现上层各种功能提供基础运行环境、软硬件与网络支撑。结合数据中心建设基础现状及资源分布状况，借助虚拟化技术整合分布在不同主管部门的数据资源，借助“绿色节能”技术、信息安全技术建设数据中心机房。

2.2 交换层需求分析

交换共享平台需要满足异构系统数据集成需求、不同类型数据交换共享需求、不同场景和不同模式的共享交换需求。因此，数据交换层面的建设需要考虑异构系统的兼容，以及不同类型数据的汇聚、存储与处理等，需要应用目前主流的软件开发技术、集成技术、中间件技术来联系横贯各异构系统、应用、数据源等，以满足数据库、数据仓库及其他重要系统之间无缝地共享和交换数据的需求。

2.3 信息资源层需求分析

该层主要提供数据存储与管理服务，支撑大数据量的逻辑存储，将各种数据按照统一的标准进行处理与整合，用于满足共享数据资源的存储映射、交换信息的临时存储与应用，以及服务层数据存储的服务与管理需求。其主要由内容管理组件、分布式文件系统等组成，支撑大数据量在数据中心平台的物理存储，利用信息资源规划技术、数据仓库技术、数据挖掘技术等实现对信息资源的整合、管理。

2.4 服务层需求分析

对内提供数据全生命周期管理服务，通过服务总线的组件库、服务请求管理、服务注册管理等为省级数据中心的各种应用（如基础信息服务、指标监控服务、挖掘分析服务等）提供支持。该层与业务流程管理、业务流程监控、服务总线等进行整合，对外提供统一的数据服务接口。

2.5 应用层需求分析

根据数据中心内部宏观应用需求与对外发布展示需求，开展对内管理与对外服务的应用，如服务决策应用、行业管理应用、公众服务应用等，并通过平台实现与用户的交互，根据用户发出的平台请求，展现交互结果。该层需借助信息交互技术、信息发布技术等技术来实现。

3 交通数据中心总体技术架构

在对交通数据中心各层需求进行分析的基础上，设计交通数据中心总体技术架构。技术架构依据功能和技术的需求，描述系统内模块间的关系以及与其他系统间的相互关系，同时，给出平台开发、部署、运行所需的技术组件等内容。

3.1 技术架构框架

技术架构作为交通数据中心建设的总体技术指南，详细描述了系统所需关键技术的有效组合与分层部署。交通数据中心基于云平台建设，其技术架构主要包括IaaS、PaaS、SaaS三部分（见图2）。

IaaS层采用虚拟化技术，实现硬件资源的虚拟化服务；PaaS层实现交通数据中心所有数据的汇集、转换、存储和分析处理；SaaS层提供干线公路运行监测、路政养护等多种交通数据应用。技术架构框架与逻辑框架的对应关系见图3。

图2 技术架构框架

图3 技术架构框架与逻辑框架对应关系

3.2 总体技术架构

根据交通数据中心逻辑框架，结合技术架构内容分析，交通数据中心总体技术架构见图4。

图4 数据中心总体技术架构

3.2.1 IaaS

IaaS是交通数据中心云平台的基础设施，为多个已经建成和将要新建的交通应用提供了统一、规范、优化的基础设施平台，在物理硬件设施的基础上采用虚拟化技术，实现了硬件资源的虚拟化服务。其可分为硬件设备、基础软件和通信网络三部分。

（1）硬件设备

硬件设备主要包括：服务器、存储设备、网络设备、安全设备。其中：服务器主要包括应用服务器、数据库服务器、Web服务器、文档服务器、目录服务器、邮件服务器等；存储设备主要指大容量服务器存储设备，包括磁盘阵列以及磁带库等；网络设备主要包括交换机、路由器等；安全设备主要包括防火墙、入侵检测系统等。

（2）基础软件

基础软件主要包括操作系统、数据库、虚拟化软件、安全软件。

操作系统从服务器稳定的角度考虑，在后台大中型服务器采用Unix系统，与用户具有交互需求的小型服务器、操作终端采用Windows系统。

数据库系统的选择要考虑跨平台支持，Unix操作系统的服务器建议数据库软件采用Oralce；Windows操作系统的服务器或终端优先选择Oralce，对于支持的业务相对独立、运行数据量较小的数据库可选择SQL Server。

虚拟化软件实现硬件资源的虚拟化服务。

安全软件主要包括防火墙、防病毒软件、入侵防护软件（IPS）等。

（3）通信网络

交通数据中心主要采用行业专网（由交通行业信息专网、海事专网、救捞专网等构成）与商用互联网相结合。其中：交通行业信息专网由公共通信网、全国高速公路信息通信网及备用链路VPN构成；商用互联网主要指行业公众信息服务网，用于各门户网站对公众提供信息服务。

无论采用何种网络，均应保证接入互联系统的安全。资源符合需求时，应优先选择使用全国高速公路信息通信网。

3.2.2 PaaS

PaaS是交通数据中心云平台的数据处理与管理平台，实现交通各项应用的数据汇集、转换、存储和分析处理，实现对交通应用产生的海量异构数据的统一管理、控制和综合利用。

（1）数据集成架构

数据集成就是将若干个分散的数据源中的数据，逻辑或物理地集成到统一的数据集合中。交通数据中心需要实现交通行业间的数据共享，并满足各业务司局、省（市）交通数据中心、大型交通运输企业间的数据交换，需首先通过数据集成实现共享数据的汇聚、信息资源目录的管理，通过信息资源层来实现信息的存储、管理，并为上层各种应用、服务提供支撑。

交通数据中心的数据集成综合可采用ESB（Enter prise Ser vice Bus，ESB）、ETL（Extract－Transf or m－Load）方式，数据集成架构见图5，按照数据仓库主题的划分将集成的数据统一转化到基础数据库或数据仓库各主题库中。其中：ETL主要作为结构化数据的集成工具，主要承担数据的抽取、转换和装载功能；ESB集成应用于对半结构化、非结构化数据的集成，支持交通行业间的数据交换，并为上级应用与服务提供统一的数据访问接口。

图5 数据集成技术架构

（2）应用集成架构

应用集成包括应用系统的集成和业务流程的集成。应用系统的集成主要在相应软件开发平台的基础上，实现对各应用系统的集成开发，促进各应用系统间的互联与交互，发挥整体效益，达到整体性能最优。业务流程的集成（BMP）主要指为各应用系统建立统一的业务流程，实现对交通数据中心业务系统流程的整体管理。

3.2.3 SaaS

SaaS是交通数据中心云平台的软件应用层，部署了多种交通应用系统，包括路网运行监测、辅助决策、路政养护、公众信息服务等。

数据中心信息门户主要分为内网门户和外网门户，内网门户用于为数据中心内部人员业务办理、信息交互提供统一的平台和登录入口。外网门户通过网站、移动终端等手段为公众提供交通运输行业相关信息，并与公众实现互动交互。

主要采用Web Ser vice技术，使得门户从本地或远程数据源获取信息并以简洁、容易的使用形式向用户发布。

3.2.4 技术标准架构

交通数据中心旨在促进交通运输行业信息化系统间的信息交换与共享。为保证相关系统间能够顺利开展信息交互，数据中心建设应从信息资源标准、业务系统标准和业务流程管理标准几方面开展技术标准保障体系建设。

4 应用研究

基于总体技术架构，宁夏交通数据中心对自治区交通数据的采集、整合、存储、分析、应用和共享进行了研究，主要研究内容包括：

（1）营运辅助决策，对收费站的流量及通行费收入、车流分布、收费员收费行为、车型变档等数据进行统计分析，为管理人员的决策提供数据支持；

（2）稽查监控，通过分析模型，自动分析疑似逃费车辆、收费员疑问操作等信息；

（3）路网运行效率监测，对不同类型车道（ETC、MTC、自助发卡）运行效率进行分析，通过高峰期预测对各路段的不同时期、不同收费站的高峰期情况分析；

（4）路网运行状态监测与服务指标数据，实时计算中断率、拥挤度、环境指数、节点通阻度、突发事件等级、设施健康状况、服务区质量等级、通道运行指数和公路网综合运行指数等路网运行状态监测与服务指标，为路网交通决策提供支持，为公众出行提供信息服务；

（5）路网状况分析和预测，通过分析比较历史数据和调整相应参数指标，进行相关预测和路网状况分析，以完成辅助路网规划和政策制定等工作。

5 结 语

随着交通运输行业信息化的深入发展以及云计算等新兴技术产业的出现，建设数据中心成为解决数据和信息资源整合的有效途径。从交通数据中心总体框架不同逻辑层的需求出发，设计了交通数据中心总体技术架构，包括基础设施架构、系统集成架构和技术标准架构。研究结果有助于提升交通数据中心信息系统的集成整合，减少不必要的软硬件投资，为数据中心建设总体思路提供指导意见。

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