基于云计算的铁路信息共享平台及关键技术应用分析

朱丽莉

（中国铁路太原局集团有限公司信息技术所，山西 太原 030013）

0 引言

在互联网、云计算渗透到各个领域的背景下，铁路信息共享成为人们关注的课题，为了更好地推动铁路信息化建设，要从运输组织、客货营销、经营管理等方面入手，借助于云计算建构铁路信息共享平台，为信息共享平台云端用户提供服务，解决铁路信息资源无法共享的瓶颈，较好地实现铁路信息的互联互通、互动协调[1]。

1 铁路信息化建设及共享现状分析

铁路信息化建设以《铁路信息化总体规划》为指引，开展信息共享领域的基础研究和建设，采用SOA架构建构铁路信息共享平台，通过建立集中共享数据库、企业服务总线技术注册发布服务等方式，实现铁路信息数据的共享。然而，受到观念、技术等方面的限制，信息共享程度较低，并大多聚焦于共享服务领域，而对信息共享底层技术、资源支持、服务检索等方面较少关注，为此，铁路也开始加强业务系统的整合，建构了客票和清算系统交换信息、车辆5T系统、货运安全监控系统、行车安全监督系统、工务系统、机务系统等，较好地实现信息的交互和集成性应用[2]。

铁路信息共享架构也经历了不同阶段，极具典型性的信息共享架构主要包括以下几种：(1)业务系统直接连接架构。在业务信息共享需求不高时，通常采用点对点的系统直接连接方式，使应用系统的接口相连，实现对信息的接收、发送、映射、转换、加工处理。然而其缺陷在于缺乏相关的规范和标准，接口是独立、非模块化的，无法实现重用。(2)基于中间件的共享架构。在应用集成技术快速发展的趋势下，对应用系统的专用数据加以获取，并在中间件平台的映射、转换和传输机制下，实现数据的交换和传输安全，突显其集成化管理、模块化的特点，然而其数据接口复杂且缺乏通用性，无法实现大规模数据的交换共享。(3)面向服务的SOA架构。它可以采用企业服务总线技术管理发布服务，对外提供同步或异步调用方式，灵活地获取服务，具有重用性和松耦合性。然而，单一企业服务总线的信息共享交换效率较低，而分层分布架构下的企业服务总线存在信息共享的难题[3]。

2 基于云计算的铁路信息共享平台的关键技术

由上可知，上述发展阶段尚未形成整体的架构和体系，云计算技术的出现为铁路信息共享平台及关键技术应用提供了新的思路和方向。云计算提供了共享资源的全新架构和方法，它将资源相互链接和整合到资源池之中，满足用户的随时访问和共享IT服务，体现出安全性、可扩展性、动态调配、快捷便利的优势，它由三层组成，即：应用层、平台层和基础设施层，其中：应用层是为需求者提供IT服务；平台层则提供业务集成环境、算法模型运行环境；基础设施层主要是指系统的服务器、存储设备、网络设备等物理资源池，体现出创造协同的基础支撑特性。云计算共享平台的关键技术主要包括以下内容：

2.1 虚拟化技术

虚拟化技术贯穿于云计算技术的不同层次之中，它与基础层、平台层、应用层相对应，主要表现为硬件虚拟化技术、存储虚拟化技术和网络虚拟化技术，其中：硬件虚拟技术主要是面向硬件设备进行虚拟化；存储虚拟化技术则以存储设备为虚拟化对象，形成虚拟的存储资源池，实现对整合存储资源的统一管理和调配；网络虚拟化技术则使网络节点依循一定的逻辑加以区分[4]，形成数量不同的逻辑组网络。

2.2 群组管理技术

诸多不同位置的节点在网络的连接下相联结，并形成资源池，难免会出现硬件失效等问题。为此，云计算共享平台系统要能够通过实时监控、快速发现并自动恢复故障，并在业务需求的要求之下进行优化部署和调配，增强云计算共享平台系统的运行维护能力。

2.3 海量分布式存储技术

这是基于快速增长数字信息量的存储需求而衍生的技术，它以网络互连技术、虚拟化技术为依托和支撑，将各层资源进行整合并形成存储资源池，实现对海量数据的存储，并在优化配置动态资源的条件下，可靠地实现对数据的冗余存储。如：Google采用的GFS和BigTable技术；开源软件Hadoop采用的Hbase技术。

2.4 数据管理技术

这主要是指对海量数据的采集、处理、传输、组织、存储等管理，在对海量数据进行管理的不同阶段表现出不同的特点，即在分散管理阶段，数据结构简单，表现出冗余、无效和混乱无序的状态；在有组织管理阶段，数据层级较多，管理也更加规范化；在结构化管理阶段，数据依循一定的关系模型和规范进行存储和应用，实现对数据的深度累积和挖掘，体现出较高的应用价值。

2.5 服务构建技术

该技术依循应用即服务的理念，将功能、流程包装为服务，突破通信协议、操作系统的约束，可以实现跨平台的简单查询、复杂流程计算、流程模型服务组合等，可以使云端用户快捷地获取和应用。

2.6 并行编程技术

云计算系统要对海量数据进行精准的计算和分析处理，原有的单处理器和串行计算技术显现出迟滞性，为此采用多台计算机和处理器协同工作的并行处理技术，在对任务进行分解的前提下，不同的处理器可以对分解的子任务进行处理，运用并行编程模型，实现数据和任务的分配、进程或线程的消息传输。如：Google提出的MapReduce模型，就将多个键值相整合，提高了处理速率[5]。

2.7 云计算信息安全技术

云计算系统表现出底层网络资源复杂、数量庞大、用户访问多样化等特点，不仅要采用一般信息系统的信息安全技术，还要引入动态数据传输安全、应用服务安全、海量数据存储安全、全局用户认证访问控制安全等，尤其要注重对共享数据的安全防护，要运用数据存储安全技术、数据传输安全技术和共享数据加密技术，实现对共享数据的安全保护。

3 基于云计算的铁路信息共享平台框架建构分析

云计算技术的铁路信息共享平台在基础设施、共享数据存储、共享服务检索匹配、信息共享安全等方面进行了补充和拓展，体现出三大优势：(1)可以实现对既有资源的合理规划和调配，提升资源利用效率，避免资源浪费的现象。(2)通过主存储和备存储相结合的方式，使共享平台信息更为可靠安全。(3)具有大容量数据吞吐能力和良好的可扩充性，深入挖掘数据、检索并获取共享服务。

3.1 信息共享需求分析

铁路业务系统存在诸多的信息交互的现象，诸如：列车调度、动车组机车车辆、供电维修、客运调度等业务要进行及时的信息交互，形成一个互联互通、资源共享的联动机体，总体来看，铁路业务系统的信息主要包括基础信息、业务信息和综合信息，其中：基础信息显示铁路运输关联数据、图形、发型、编码等；业务信息则是用于支撑铁路业务信息系统运行的业务数据、图形；综合信息是在业务模型的建构前提下实现对信息的综合分析、计算、控制、决策等管理，确保业务系统的稳定可靠运行。

铁路业务信息系统信息交互要依循统一的基础编码，并进行分类管理，采用实时处理和批量处理等不同形式进行信息交互，可以进行一对一的交互或一对多的交互，并对多个业务系统数据进行集成，通过信息共享和服务共享的模式，减少共享信息的重复开发和存储，使共享信息逻辑集中和管理集中[6]。

3.2 铁路信息共享平台功能分析

基于上述铁路信息共享平台系统的需求，其功能主要体现出以下方面的内容：(1)资源调度。铁路信息共享平台资源可以实现对资源的动态调配和管理，提升共享信息检索、存储、计算的能力。(2)数据格式转换。铁路信息共享平台存在诸多的异构信息，可以在进行格式转换的条件下实现存储管理。(3)共享信息存储管理。重点面向共享信息、核心数据进行存储管理和备份维护。(4)共享信息检索。云端用户可以利用共享信息检索接口，在权限设置前提下进行共享信息的访问和获取。(5)业务服务存储管理。依循系统平台服务封装规范进行服务包装，以实现服务注册、服务路由、服务发布等管理功能。(6)业务服务检索匹配。以关键词进行检索，满足用户的选择使用需求。(7)目录及元数据管理。铁路信息共享平台系统由中心节点对各节点资源进行汇总管理，实现共享目录的管理；同时，采用统一的共享信息元数据、用户元数据，进行共享信息数据的清洗、格式转换。(8)权限管理。充分利用权限分配、数字认证等技术，实现对信息共享平台的访问验证。同时，确保物理层、数据层、应用层的数据安全。

3.3 基于云计算的铁路信息共享平台逻辑架构

基于云计算的铁路信息共享平台是基于SOA架构的共享平台开展业务应用和服务，其逻辑架构主要包括六大部分，即：(1)基础设施层。涵盖铁道部数据中心设备设施、各铁路局数据设备设施、光纤或网络等。(2)虚拟资源层。这以云计算技术为支撑，对物理资源进行整合、集群、统一的管理。(3)信息共享平台层。该层中的智能路由、负载均衡、分发模型主要实现对底层资源的调度分配，存储管理模块则主要实现数据备份、数据整理、重复数据处理、数据格式转换、数据挖掘、趋势分析等，实现对铁路业务服务的重组和业务二次开发。(4)应用层。主要是面向最终用户提供通讯接口模块、资源配置接口组件、服务检索、服务发布、共享接口、应用接口等软件，实现对铁路基础信息、业务信息、综合性业务的功能性服务。(5)安全层。涵盖基础设施、网络平台、系统应用、数据、用户的信息共享安全，体现出分层防护、纵深防御的安全防护特点。(6)管理层。对铁路信息共享平台运行资源进行优化配置，通过集群管理、部署管理、内容管理、配置管理、用户管理等内容，确保信息共享平台的运行效率。

3.4 基于云计算的铁路信息共享平台物理架构

在铁道部、各路局和业务系统等不同层面都设置铁路信息共享平台信息的共享节点，将其加以整合形成物理资源池，通过对共享服务目录进行各节点的共享服务管理，并分为基础数据库和业务主题数据库进行共享信息的存储，主要是采用物理集中的方式建构铁路信息共享平台，根据铁路业务发展状况扩展其区域节点和业务集中节点，最终生成云计算技术下的铁路信息共享平台整体物理架构。

3.5 基于云计算的铁路信息共享平台支撑体系

铁路信息共享必须要以支撑体系为依托，要提供相关标准、共享交换技术、元数据、目录支撑体系，具体来说，标准支撑体系主要由名词术语标准、平台标准、监控标准、安全标准等内容构成共享交换技术支撑体系则是在对区域节点、资源节点进行管理调配的前提下，面向应用终端提供共享交换应用接入，以满足行业内各业务信息系统的共享交换需求。元数据支撑体系主要涵盖数据来源、质量、属性、组织、分发、参考等信息。目录支撑体系则主要是指业务集中节点或区域共享信息目录和服务目录。

3.6 基于云计算的铁路信息共享平台安全体系

基于云计算的铁路信息共享平台资源集中，存在信息被篡改、泄露、攻击等安全风险，为此，要从三个方面加强铁路信息共享平台的安全：(1)云桌面安全。主要指平台安全防护、杀毒、认证等措施，确保云计算系统输入的安全可靠性。(2)云应用安全。这主要指铁路信息共享平台的软件安全、文件安全、数据安全和服务安全。(3)云设施安全。这主要指铁路信息共享平台的网络安全、计算机安全等。

4 结论

综上所述，在互联网、云计算技术迅猛发展的态势下，要探索基于云计算技术的铁路信息共享平台建构，并思考铁路信息共享平台的关键技术应用举措，基于铁路信息共享服务的业务需求，建构和完善云计算的铁路信息共享平台，形成具有一定逻辑的物理架构，涵盖铁路信息共享平台先进的支撑体系、存储体系、安全体系等，充分突显铁路信息共享平台的优势特点，满足行业内信息共享和交换的需求，不断推进铁路信息共享的应用效率。