地铁运营中云计算技术的应用方法

胡 晶

(中铁十六局集团铁运工程有限公司，广东 广州 510000)

0 前 言

当前，我国的科学技术获得了蓬勃的发展，同时，国内的城市轨道交通产业规模不断扩大。此外，我国城市交通网络矛盾日益加剧，城市轨道交通的出现有效缓解了这种矛盾，因此，城市轨道交通一体化的发展会对整个交通系统造成巨大的利好影响。为了合理整合硬件资源，应将现代化先进的云计算技术巧妙运用在城市轨道交通领域中，这样能够在很大程度上降低交通系统的运营成本，发挥数据的作用，以此提升交通系统的运营效率，同时增强系统的稳定性[1-2]。

1 工程概况

某城市地铁4号线使用云平台进行设计，设计出一个多业务的系统。现阶段已经进入到试运行阶段，试验表明该控制平台运行状况良好，于2019年底正式投入运营。该项目正式开始运营标志着全世界范围内首个云平台综合作业的地铁线路应运而生。

2 云计算应用系统构架

与现代化科学先进的云计算技术为支撑的系统平台相比，传统型的信息平台主要体现出以下缺陷。

1)传统信息服务平台中，系统的服务器工作效率非常低。

2)因为城市轨道交通自身具备一定的行业特殊性，促使系统轨道服务器在不同的地方发挥出作用，例如控制站点、车辆进出段、各路段站点等。传统型的信息平台无法有效整合数据，且数据的安全性也无法得到保障。

3)传统型的信息管理平台中，监控活动仅仅控制少部分的虚拟资源，无法实现对全局的掌控。

4)随着交通网络布局范围越来越广泛，轨道交通趋向于现代化发展，为社会大众的出行提供了巨大的便利，越来越多的居民会优先选择轨道出行。

2.1 中心云

结合综合监控二级、三级管理的核心设计思路来看，该项目的2号线中心云是由控制中心、服务器、存储设备以及网络通信设备共同组成。云计算应用软件是利用OpenStack(OpenStack云计算管理平台)的商业化系统开发出来的一个虚拟设备，中心云虚拟设备由诸多系统组成。通过两个中心相互连接实现信息资源共享，对车辆进行统一控制与处理。此外，应该构建出一个子业务管理系统，该系统可以直接设置在异地，但是系统的部署与以上两个数据中心保持通信，确保该系统直接与任意一个数据中心进行通信，避免业务受到影响。在紧急情况下可以省略掉决策环节，直接对数据中心进行相应的管理[3]。

2.2 车站云

交通系统主要涉及综合监控系统、安全防护系统、防灾预警系统、信号通信系统、客户信息系统、广播宣传系统等。数据中心借助先进的计算技术对各个流程进行管控，云计算会收集大量数据信息，并对这些数据信息进行处理与计算，然后，每一个业务流程节点处可自动生成云桌面，确保各项业务正常办理，不会受到影响，显著提高系统的运行效率。现阶段，我国的城市轨道交通网络中，各个子系统的构建计划与现场实际硬件装置基本上保持吻合，所以将云计算技术应用在互联网资源方面可有效强化计算机的计算能力与存储规模，促使信息资源实现共享。进一步来看，传统型的业务管理系统中的硬件装置主要是PC端的计算机设备，这种设备利用BS框架搭建出来，随着云计算技术的出现，这种传统型的硬件设备必须将云数据作为前提依据，才可以保证云平台的理论发挥出实际效能。

车站云硬件装置使用的是国内驰名的X86服务节点，该装置的存储节点与网络节点共同构成，其中一体机需要使用3个节点组成，云计算软件利用KVM系统开发出来，一体机一般装置在AFC(Automatic Fare Collection System，AFC系统)设备间与通信设备间。站台设备间只需要安装一台一体机即可，而三台一体机搭建出一个完整的车站云，当任意一台一体机出现故障时，其他两台一体机会自动进行替补作业。

2.3 中心云与车站云互联

中心云与车站云利用40 M承载网实现互联，这种承载网会借助双向通道保护环实现互联，以太网业务则使用MPLS-TP(一种面向连接的分组交换网络技术)环网进行保护。通过中心云与车站云互联，高效实现控制中心对车辆段以及各个车站站点的监管功能，车站与车辆段设置的终端会不间歇将自身的动态信息真实反馈给中心云。

3 云平台安全

3.1 云计算技术构建基本原则

一般而言，“云计算”技术必须在经过合理的处理以后才可以做出正确的决策，对数据的具体功效进行科学分析，但是由于云计算突显出鲜明的计算速度快、处理数据规模庞大的特点，由此可见，云计算技术的应用价值并未体现在数据的规模上，假若想要发挥云计算的最大价值，就必须对各种数据进行专业化的处理，确保数据的处理结果发挥出实际价值。现阶段，国内各大城市的轨道交通运营规模不断扩大，监控系统必须随时随地保存各种数据。不难发现，在未来的发展过程中，城市轨道营运的核心内容必然会逐渐过渡至云数据技术方面。因此，在对云计算技术进行分析时必须遵循以下基本原则。

1)保护乘客的信息。结合实际情况而言，城市交通领域会触及到乘客个人隐私信息，所以城市轨道营运过程中必须以乘客自愿为前提，保证乘客的信息安全。

2)衡量数据价值。在使用云计算技术对城市轨道营运进行管理的过程中必须明确指出管理目标，避免实际管理出现盲目性现象，且应该制定出一套完善的分析机制，确保云计算技术发挥出最大的效能。

3)科学规划。城市轨道营运管理的过程中，云计算技术出现的时间相对比较晚，加之城市轨道营运管理系统中的各种子系统数量非常多，促使云数据技术需要处理的数据非常多。

3.2 云平台安全设计

云平台在安全方面的设计主要从三个方面体现出来：南北方向的安全设计、东西方向的安全设计以及集中式安全设计，以此全面保障云平台的安全性。

南北方向的安全设计针对云平台的通信安全、边界安全进行设计，合理选择优化措施，可以适当借助高性能的硬件设施加强安全方面的防护，例如防火墙或杀毒软件，强有力地抵御系统外部的入侵，保证云平台系统的安全性；东西方向的安全设计着重关注虚拟机方面的防护措施，保证各方面业务的数据得到合理应用，利用虚拟防火墙实现各项业务隔离，确保云平台数据应用过程中的安全性。此外，为了有效提高云平台运行的安全性，应该配备一系列的网络安全软件，例如杀毒软件、审计平台、堡垒机等。

3.3 云计算数据中心设计方案

采用服务器虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化、安全虚拟化技术和云计算管理技术，构建易于管理、动态高效、灵活扩展、稳定可靠、按需使用的云计算模式的数据中心。

1)业务应用区设计。业务应用区提供大内存2路多核高性能物理服务器，并配置足够容量硬盘，通过计算虚拟化技术，部署承载各业务系统的云主机服务器(结合网络虚拟化VXLAN(Virtual Extensible LAN，虚似扩展局域网)技术实现任意云主机在任意物理机上的部署)。每台物理服务器均需同时接入业务网(万兆/千兆网卡上连，提供业务数据访问网络，通过不同VXLAN网络接入各系统)、管理网(千兆网卡上连，通过系统管理区相应管理软件实现虚拟化平台管理、网络管理、云管理平台等)和iL0(带外管理设备)管理网(通过带外管理iL0口上连，形成跨交换机带外管理网络集群，方便运营维护人员以服务器集群为单位对硬件进行统一管理配置)。考虑到存储虚拟化技术的运用，利用万兆接入交换机搭建存储网，以此接入虚拟存储的网络。

2)管理和服务区。管理和服务区部署云管理平台、网络管理平台、虚拟化管理平台等管理服务器，通过对云管理平台、网络管理平台、虚拟化管理平台等软件的部署，从而科学管控底层资源、确保业务运行的稳定性、可用性，并合理优化配置资源，进而实现运营及维护管理的自动化，最终实现提高管理效率的目的。

4 云计算架构与传统架构模式的资源对比

1)物理空间的对比(每个车站)。传统性的系统结构一般需要各种组件设备相互配合，例如AFC、监控设备、站台门等，使用云计算技术对数据进行计算以后，仅仅需要设置设备间、通信设备、AFC即可，每一个设备安装一个一体机就可以满足需求。此外，每一个设备间应该装置2台机柜。云计算架构与传统架构模式对设备间和机柜数的要求对比如表1所示。

表1 设备间和机柜数对比 单位：台

2)能耗的对比(每个车站)传统性的系统结构必须保证自身存在独立的服务器，云计算技术下的系统结构则将底层硬件资源进行合理整合，有效减少部分硬件设备，促使系统的功率不断下降。云计算架构与传统架构模式的功耗分别为6 kW和12 kW，可见云计算架构模式可大幅降低能耗。

3)维护人力成本的对比(29个车站)。传统系统结构是借助计算机、底层的硬件设备、云计算软件以及相关附属软件来形成一个科学化的维护系统，能够有效缩减人员的数量，降低系统维护的成本。

5 云计算应用对地铁运营意义

目前，社会大众倡导“开源节流”，这一点与云计算的价值存在紧密的关联性。“节流”主要体现在计算机运用方面的成本，借助现代化先进的计算机技术有效降低系统运营的成本，且强化了用户的体验感；“开源”则主要是指软件资源与硬件资源良好的整合利用，促使计算机能够获取到大量的信息资源。

6 结束语

目前，我国的地铁运营系统存在基础设施分散、缺乏标准性等缺陷，而互联网云计算、大数据技术的出现能够有效弥补地铁运营系统的缺陷。随着部分云平台在实践过程中取得了不俗的成效，在未来的发展过程中，互联网云计算、大数据技术在地铁云平台中的运用范围必然会得到拓宽。

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