广州轨道交通清分中心三期工程基于“云计算”的设计方案探讨

2018-08-03梁笛

机电工程技术 2018年6期

关键词：线网分中心云计算

梁笛

（广州地铁设计研究院有限公司，广东广州 510010）

1 广州轨道交通清分中心概况

清分中心一期、二期系统设置在广州地铁公园前控制中心，该清分系统采用数据级异地容灾保护，容灾中心设在大石控制中心，对系统数据进行异地备份保护，并在清分系统发生火灾等重大灾害时，临时接替清分系统的清分及数据存储的功能。

清分系统建设按一期工程和后续工程分步实施。一期、二期系统设计规模满足2010年广州市轨道交通8条线、144个车站、日客流302万人次、日交易量800多万的要求。

随着广州轨道交通线网的不断发展，客流成几何级增加，原规划的清分一期、二期工程的处理能力已不能满足清分、清算等需求，因此清分系统开展了清分三期的设计、建设工作。

清分三期工程主系统（含制票中心、测试系统）设置在广州地铁镇龙控制中心，灾备系统设置在公园前控制中心，采用应用级异地容灾保护。

清分三期工程的配置能满足广州市轨道交通2025年近期线网规划线路及APM、有轨电车、广佛线、佛山轨道交通线网接入和清分需要，并预留远期2040年线网规划线路及有轨电车、佛山轨道交通线网接入所需的扩展和升级条件。

2 “云计算”在清分三期应用概述

云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

目前互联网支付模式在轨道交通AFC系统给予了大规模的引入，可以通过互联网支付方式购票、取票、过闸的终端设备，在一些城市被称为“云闸机”、“云购票机”、“云取票机”等，搭建的数据汇聚平台被称之为“云平台”，需要澄清的是本篇文章所讲述的“云技术”与上述设备、平台描述的云的概念是不一致的，也可以说上述设备、平台的“云”并不是严格意义的云计算技术的应用而是“互联网+”系统的应用，本篇文章是基于云架构体系整体搭建清分中心系统。

3 AFC系统架构分析

现阶段国内轨道交通AFC系统的设计均按五层架构搭建，详见图1。区别仅在于一些城市将几条线的线路中央计算机系统合设，一些城市习惯每条线建设一个线路中央计算机系统，但从严格意义上来讲，都是按五层架构设计的，即车票-终端-车站-中央-清分。但是随着轨道交通的发展，线网规模越来越大，客流成几何级增长时，五层架构的AFC体系也呈现出了一些不尽如人意的地方，主要体现在以下几个方面。

（1）数据多层处理、存储等，同类数据在不同层级重复处理、存储等，车站、中央、清分虽然层级分明，但存在功能重叠的现象。

（2）传统架构扩展性不强，在轨道交通大力发展的今天，容易出现刚建成就扩容的现象，但传统架构扩展受限，扩容成本与新建成本都较高。

（3）线路中央级系统经常是随各线控制中心同期建设，分布在城市各个区域，给运营单位集中管理，巡检都带来诸多不便，耗费较多人力、时间成本。

随着“云计算”技术发展及自动售检票系统运营经验的成熟，可以将“云计算”由上至下引入AFC系统，并可由于“云计算”的引入，简化甚至整合部分层级，以满足轨道交通线网、客流不断发展的需求。

根据清分中心在AFC网络架构的层级及特点，可以将清分中心定义为云提供者，而云用户的定义可以随着技术的发展给予不同的定义范围，由于现阶段大部分城市尤其是北、上、广、深等大型城市轨道交通线网已发展的较为成熟，因此“云计算”技术的引入应分阶段、分步骤的实施。初期阶段，建议将“云计算”引入清分中心，按云架构搭建清分平台，见图2。待基于云架构的清分中心建成运营后，可积累一定时间的运营经验，经深入调研后，可利用其高扩展性通过扩展服务器等设备的形式将新建线路LCC整合至清分中心云平台中，并在云平台开发LCC相关功能，将LCC功能上移，取消LCC层级，形成车票-终端-车站-清分的四层架构，并可在云平台运营稳定后逐步整合、改造既有线路，见图3。待基于云架构的清分中心及四层AFC架构在线网AFC系统逐步成熟完善后，远景可以形成车票-终端-清分的三层架构，形成某种意义上的“物联网”模式，见图4。

基于云架构的清分中心具备高扩展性、可计量的特点，根据上述特点，作为云提供者所提供的服务可不仅仅限于本城市内的轨道交通AFC系统，同时可以辐射周边城市，向周边城市提供轨道交通清分服务。

图1 既有AFC网络架构图

图2 近期AFC网络架构图

图3 远期AFC网络架构图

图4 远景AFC网络架构图

4 “云计算”在广州市轨道交通清分中心三期工程的应用方案

“云计算”按构架可以分为基础设施层、平台层和应用层，分别对应不同的层次提供服务：基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS），软件即服务（SaaS）。即In⁃frastructure（基础设施）-as-a-Service，Platform（平台）-as-a-Service，Software（软件）-as-a-Service。

目前广州轨道交通清分中心三期工程即为按照SaaS云架构搭建的，整体工程预计2018年底建成，随着清分三期的建成，广州轨道交通“十三五”新建线路AFC系统已经拟采用车票-终端-车站-清分的四层架构搭建。

另外，广州作为珠三角地区的核心城市，与兄弟城市的“同城化”进程将会逐步发展，如目前的广佛同城。因此清分三期的私有云可考虑向其他城市轨道交通清分提供IaaS/PaaS，由于如果接入广州轨道交通清分系统，需要与广州轨道交通清分系统采用相同标准，甚至可以提供SaaS级别服务。从而，未来的广州轨道交通清分系统云平台服务，广州地铁不仅是服务的使用者，同时将成为服务的提供商。

“云计算”按云提供服务的方式可以把云划分为公有云、私有云和混和云三种类型。

公有云的核心属性是共享资源服务。但是公有云操作系统缺乏商用数据库的支持；存储不适合用于数据库应用，不适合交易型系统；只能提供最基本的IaaS；数据库层的水平扩展力差；服务器都是低端PC服务器，不适合作为数据库服务器；而清分系统的核心在数据库系统处理能力；因此清分中心不适宜全部租用公有云搭建。

私有云是由企业独立构建和使用的云计算系统。轨道交通具备良好的网络环境，并拥有大量可使用的计算、存储设备，轨道交通可独立建设清分中心，并采用私有云系统架构，所用设备为成熟的企业级商用产品，可靠性高，水平扩展能力强。可构建最高至SaaS级云平台，为向广州市轨道交通及周边城市轨道交通提供清分服务提供充分条件。成本方面可根据需求逐步投资。

混合云融合了公有云和私有云，可以将清分功能分类，结合公有云、私有云的特点，将部分业务漂移到公有云上，部分业务在私有云上运行。这样既保证了系统的安全性、可靠性及可扩展性，又可以达到资源共享，降低成本。

以下，将对公有云、私有云、混合云在地铁自动售检票系统的应用给予分析，主要从以下几个方面给予分析。

（1）建设方式对比见表1。