云架构下的地铁综合监控系统设计

田灯旺

摘 要地铁是现阶段环节城市交通压力的有效手段，很多城市都开始大力推进地铁事业的建设，地铁综合监控系统作为地铁系统中的关键系统，在地铁环控电力调度、系统可靠运行、营造安全良好乘车环境、节能减排等方面发挥着重要的作用，本文将在云架构的基础之上，对地铁综合监控系统的设计进行分析。

【关键词】云架构 地铁综合监控系统 系统设计

1 云计算简介

云计算是一种能够将动态伸缩的虚拟化资源通过互联网以服务的方式提供给用户的计算模式，云计算主要建立在计算机的基础之上，利用计算机技术为用户提供动态服务。云计算在使用的过程中不会受到物理因素的限制，能够根据用户的实际需求进行动态部署，通过远程的方式将成千上万台电脑和服务器与数据中心连接在一起，按需从网络访问共享的可配置的计算资源池，并可灵活增加资源池中的资源能，够满足用户在使用过程中的个性化需求，同时最大限度地降低管理维护费用。

按照服务的内容，云计算一般为三个层面，分别是基础设施云（IaaS），平台云（PaaS）和软件云（SaaS）。在这三个层面中，基础设施云主要是整合硬件资源的。而平台云和软件云则分别是对业务系统以及软件资源的整合。目前基础设施云产品相对丰富，基于X86架构、IBM Power架构、Oracle（SUN） SPARC 架构及HP PA架构均有成熟完整的解决方案，平台云和软件云技术要求较高，大范围推广需要一个长期的过程。通过云计算形式组成的网络架构就叫做云架构。目前，云架构在各个领域中的应用比较广泛。

2 既有地铁综合监控系统构成方案

地铁综合监控系统是一个监控设备繁多，监测数据庞大的自动化系统，通过集成地铁多个主要弱电系统，形成统一的监控层硬件平台和软件平台，从而实现对各被集成系统的集中监控和管理功能。

综合监控系统的监控方式一般采用三级控制和两级管理的分层分布式结构，分别是中央级、站级和现场级三级控制，以及中央级和车站级管理。系统通过骨干网络汇集所有站级监控系统的信息，并向站级下达相关的控制命令。

3 基于云架构的地铁综合监控系统设计目标与优势

3.1 基于云架构的地铁综合监控系统设计目标

基于云架构的地铁综合监控系统设计突破了综合监控系统既有构成模式，将服务器、网络以及存储等硬件计算资源通过云计算技術整合，形成模块化的硬件基础服务资源，以此按需为业务系统提供计算、存储、网络等硬件基础服务。然后以应用集中化建设需求为基础，通过将数据库、中间件等基础软件通过云计算技术整合，形成模块化的基础软件平台服务资源，为上层各类业务系统提供支撑集中化整合的平台服务。最后，在硬件基础服务和基础软件平台服务建设趋于完善的时候，进一步优化各种业务系统的共性功能，形成模块化的业务共享功能服务资源。

3.2 基于云架构的地铁综合监控系统的优势

3.2.1 软硬件资源的集中共享

通过云计算的建设模式，可以把综合监控系统当前已有的、分散的服务器、存储、网络等计算资源加入到云计算平台一起形成共享的、统一的计算资源池，通过云管理平台进行最优化的计算资源整合、分配、回收等管理，提高资源使用率和业务系统运行性能。

在综合监控传统的系统架构下，系统的运算能力被固定地分配给了相应的应用程序，存在着平时运算资源的使用率很低，但考虑到一些峰值情况时，又不得不配置足够的运算资源，从而产生了大量的闲置资源，很难实现系统运算能力的灵活调度，造成资源浪费。因此通过虚拟化的整合，有效的提高物理主机等基础设施的利用率，从而降低了对其的需求。

3.2.2 统一的调配管控

通过集中在控制中心提供统一的云管理平台和云计算的自动化管控能力，综合监控系统的各项业务只需从云计算平台自动申请计算资源，以及配置好的功能应用，转变了原来系统管理需要在各个车站、车辆段、停车场现场设置物理主机设置，分层管理的模式，实现了把物理资源池化的模式，通过云平台的统一调配，实现了高效、灵活和统一的管理模式。

3.2.3 强大的可扩展能力

由于云计算平台是分层独立的设计构架，可以方便地在线扩展各个层面的计算资源，基础设施如服务器、存储设备可以在线添加，网络可以在线添加，软件平台也可在线添加，满足未来业务不断扩展的需要，从而大大提综合监控系统的系统效率、可靠性和服务质量。

4 基于云架构下的地铁综合监控系统设计

4.1 云计算总体构架

云计算构架从总体上分为资源池、运维管理、应用场景三层：

资源池：资源池分为两部分，最底层为物理的硬件资源包括服务器、存储、网络、负载均衡、安全与备份设备等组成；上面是对物理设备进行虚拟化服务的存储虚拟化、网络虚拟化、服务器虚拟化等。通过虚拟化，物理设备成为可以提供基础设置云（IaaS）服务的资源池。

运维管理：运维管理是对虚拟服务资源池的管理监控，它是地铁业务系统与云计算中心之间的桥梁，它的建设让各业务系统方便、快捷、安全地使用其提供的基础设置云服务。

应用场景：通过云计算中心统一管理平台对地铁业务系统提供管理和服务。

4.2 云计算技术在综合监控系统构架方案

综合监控系统云平台建议是采用基于IaaS（基础设施云）的云架构。利用云计算综合监控系统架构如图1所示。

按照地综合监控系统车站级和中央级两集管理的模式，云构架的综合监控系统在控制中心（OCC）部署一套云平台，负责全线设备的状态实时监控，数据统一处理，替换原来分布在中心、车辆段、车站的几十台服务器与存储。在各业务节点及车站的值班站长、值班员及为段场维修管理人员，设置云计算控制器（云桌面），现场设备层则与既有模式的综合监控系统配置方案相同。

车站/车辆段部署本地云计算控制器（云桌面）可作为应急手段，当车站和中心网络异常时可以接管车站的实时监控，保证了系统的可靠性。

4.3 综合监控云平台设置方案

设置在控制中心的云平台承载本条线路综合监控的业务应用系统，是本条线路综合监控系统各类数据的存储和管理中心，云平台采用存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化、服务器虚擬化和云计算管理等技术构建按需使用、易于管理、稳定可靠、灵活高效的云构架模式的数据中心为综合监控系统提供计算、网络、存储、安全资源服务。

硬件资源是数据中心的基础设施，云平台的设置可通过提供2路多核高性能物理服务器，并根据综合监控系统的数据需求配备足够容量的存储设备（硬盘、内存），通过网络及计算虚拟化技术，合理划分各个功能板块。部署运行综合监控系统各项业务的云平台服务器主机，实现任意云平台服务器主机在任意物理主机上的部署。每台物理服务器通过接入网络，形成跨交换机的服务器集群，实现服务器资源的共享和合理精细化的分配，同时方便用户对硬件进行统一管理。

云平台在车站、段场等面向运维和调度人员时，采用了桌面虚拟化，即通过设置操作界面终端，接收或上传控制中心云平台的数据信息，共享云平台的存储、计算以及网络等底层物理硬件资源，整条线每个站点用户桌面都以独立的虚拟机的形式存在，从而代替传统综合监控模式的站级服务器以及计算存在等设备。

在此构架和硬件网络基础之上，系统通过各类云平台内部安装的软件，比如云管理软件、虚拟化管理、网络管理软件等，实现对整个云平台物理资源的合理管理和配置，从而保证整个综合监控系统功能的正常实现，并且充分发挥云平台构架的优势，做到了按需合理的分配硬件资源，提升整个系统运行效率。

5 结论

综上分析可知，基于云架构的地铁综合监控系统在对提升地铁综合监控系统设备资源使用率，系统性能以及管理模式等方面都有明显的优势，随着云技术的飞速发展，一些城市的地铁新建项目已在积极地探索和推进云技术在地铁领域地应用，相信在不久的将来基于先进云技术的综合监控系统将会广泛的运用于地铁领域，进一步推动地铁综合监控系统朝着更为先进、高效和智能化的方向发展，为我国地铁事业的蓬勃发展提供强有力的技术支撑。

参考文献

[1]陈慧.基于云架构的地铁综合监控系统设计[D].昆明理工大学，2015.

[2]刘太彪.地铁综合监控仿真培训系统的设计与开发[D].西南交通大学，2014.

作者单位

广州地铁设计研究院有限公司 广东省广州市 510030