鐵路調度臺主機與KVM 分離技術探析

張鵬飛 上海鐵路局信息技術所

根據客專調度所的規劃，我局調度所調度大廳內將設172 個調度指揮臺。如果按照傳統的設備擺放模式，整個調度大廳將來需要設置成百上千臺的電腦主機。電腦主機不間斷運轉散發大量熱量的同時，又產生高噪音和高電磁輻射。長此以往必將影響整個調度大廳的環境，更是影響了廣大調度員的身心健康，對整個鐵路運輸生產帶來極大的安全隱患。而采用主機與鍵盤、顯示器、鼠標（以下簡稱KVM）分離技術，將調度臺上的電腦主機直接后置至各相關系統專業機房內，那么整個調度大廳的環境將得到根本改善，有利于調度員的身心健康和整個鐵路的行車調度指揮，同時也有利于系統設備的維護管理。

1 主機與KVM 分離技術

調度臺主機與KVM 分離技術，即將調度臺主機集中設置于各專業系統機房內，而將相應的KVM 設置于調度大廳內調度工作臺桌面，兩者之間通過專用的KVM 系統網絡進行信息溝通和交換，從而實現將遠程工作站的顯卡顯示信息加密傳輸至瘦客戶端上，同時返回瘦客戶端的鍵盤鼠標操作等信息。

2 主機與KVM 分離技術的主要技術方案

方案1：遠程圖形工作站+瘦客戶端+圖形壓縮卡解決方案（見圖1）

根據調度臺各專業工作站主機的配置需求，主機采用高性能的機架式圖形工作站（定制），將圖形工作站部署在各相關專業主機機房內；根據調度臺工作站顯示屏的配置需求，為調度大廳內各調度臺工位部署瘦客戶端（每臺瘦客戶端支持2 屏顯示）及相應數量的KVM 設備，瘦客戶端提供DVI、USB 接口實現與KVM 設備的連接；遠程圖形工作站、瘦客戶端分別配置圖形壓縮卡，實現對KVM 數據的硬件壓縮、解壓；構建專用的KVM 網絡，實現遠程圖形工作站與瘦客戶端的網絡連接，將遠程工作站的顯卡顯示信息加密傳輸至瘦客戶端上，同時返回瘦客戶端的鍵盤鼠標操作信息。

圖1 遠程圖形工作站+瘦客戶端+圖形壓縮卡方案構成示意圖

方案2：遠程圖形工作站+瘦客戶端+壓縮軟件解決方案（見圖2）

圖2 遠程圖形工作站+瘦客戶端+壓縮軟件方案構成示意圖

根據調度臺各系統專業工作站主機的配置需求，主機采用高性能的刀片圖形工作站，將圖形工作站部署在各系統專業主機機房內；根據調度臺工作站顯示屏的配置需求，為調度大廳內各調度臺工位部署瘦客戶端（每臺瘦客戶端支持4屏顯示）及相應數量的KVM 設備，瘦客戶端提供DVI、USB接口實現與KVM 的連接；刀片圖形工作站、瘦客戶端分別配置壓縮軟件，實現對KVM 數據的軟件壓縮、解壓；構建專用的KVM 網絡，實現遠程圖形工作站與瘦客戶端的網絡連接，將遠程工作站的顯卡顯示信息加密傳輸至瘦客戶端上，同時返回瘦客戶端的鍵盤鼠標操作信息。

方案3：基于網絡傳輸的KVM 延長器解決方案

將調度臺圖形工作站主機（通用）設置于各系統專業主機機房內；根據調度臺工作站鍵盤、鼠標及顯示屏的配置需求，通過配置KVM 信號延長器延長鍵盤、鼠標及多個顯示器至調度臺桌面（KVM 信號延長器分為支持單屏或兩屏顯示的產品，分別見圖3、圖4）；KVM 信號發送器設置于各系統專業主機機房內，一方面通過標準的100 Mbps 網口接入KVM 網絡，一方面通過DVI、USB 接口實現與調度臺圖形工作站主機內顯卡及鼠標、鍵盤I/O 接口的連接；KVM 信號接收器在接入KVM 網絡的同時，提供DVI、USB 接口實現與KVM 設備的連接。

圖3 支持1 屏的KVM 延長器方案構成示意圖

圖4 支持2 屏的KVM 延長器方案構成示意圖

3 技術方案比選

方案1、方案2 為整體解決方案，主機與KVM 網絡之間僅需標準網絡配線，無任何其他外部配線，系統集成度高，機房占地面積小。方案1 配置內置圖形壓縮卡的機架式圖形工作站，42U 標準機柜滿配可安裝42 臺圖形工作站（不含接入層網絡交換機）。方案2 采用刀片式工作站，42U 標準機柜滿配可安裝4 個刀片機箱共64 片刀片圖形工作站，各刀片機箱均內置接入層網絡交換機。另外，在四屏圖形工作站應用情況下，方案1 僅能支持單網架構；方案2 支持單網或雙網架構，其圖形工作站主機、瘦客戶端可根據用戶需求采用單網口或雙網口配置。

方案1、方案2 均能很好地滿足調度信息系統圖形工作站的應用需求。方案1 采用硬件圖形壓縮方式，圖形壓縮處理由專用圖形壓縮卡實現，不占用主機資源，網絡帶寬占用率相對較高，任何應用情況下圖形壓縮處理效率高、質量優，不能支持統一的維護管理；方案2 采用軟件圖形壓縮方式，圖形壓縮處理由專用壓縮軟件實現，占用主機資源，網絡帶寬占用率相對適中，高清分辨率視頻流壓縮處理、顯示效果一般，能夠支持統一的維護管理。

方案3 采用硬件圖形壓縮方式，由傳統圖形工作站、KVM 發送器/接收器、KVM 網絡構成, 帶寬占用率相對較高，任何應用情況下圖形壓縮處理效率高、質量優，KVM 傳輸解決方案需與傳統桌面圖形工作站配套使用，機房占地面積大，主機配線復雜。

通過上述分析，統籌考慮系統解決方案的產品集成度、機房面積占用、主機配線復雜度、KVM 網絡架構、可維護性等因素，并根據北京局科研所“調度臺主機與KVM 分離方案測試”評審報告，方案2（即“刀片圖站+瘦客戶端+軟件壓縮解壓方案”）符合鐵路調度系統實際需要。

4 案網絡部署

根據各調度系統之間物理的隔離性，按照方案2 基于各專業建立相應的KVM 專用網絡。下面以信息專業為例進行網絡架構的部署（見圖5）。

該方案KVM 系統網絡應由客戶端接入網絡、核心網絡、圖形工作站接入網絡構成。網絡架構采用雙網冗余架構，接入層網絡、核心網絡均雙機熱備。

圖5 調度臺主機及其對應的KVM 網絡構成示意圖

4.1 客戶端接入網絡

根據瘦客戶端的具體需求及高可靠性配置要求，在調度大廳配線間內為信息系統配置瘦客戶端側接入層48 口三層千兆網絡交換機。接入層網絡交換機配置雙萬兆上聯光口，實現與信息系統雙核心網絡交換機的連接。

4.2 圖形工作站接入網絡

為實現信息機房內圖形工作站與調度大廳內瘦客戶端的網絡互聯，在信息主機機房內配置刀片工作站和KVM 接入層網絡交換機，每臺接入層網絡交換機通過雙萬兆上聯單模光口實現與雙核心網絡交換機的連接。

4.3 核心網絡

在信息機房內設置2 臺雙機熱備的萬兆核心層網絡交換機。信息系統各客戶端接入網絡交換機分別通過雙萬兆上聯光口實現與雙核心網絡交換機的連接。各圖形工作站接入網絡交換機分別通過雙萬兆上聯電口實現與雙核心網絡交換機的連接。

5 主機與KVM 分離技術的優勢

（1）節省空間，改善環境。通過采用主機與KVM 分離技術，杜絕了大量調度工作站主機在調度大廳內的放置，為廣大調度員騰出大量的空間的同時又大大降低了調度大廳內的噪音，減少了調度工作站主機的輻射，大廳內的環境也得到了根本的改善。

（2）提高效率，方便維管。通過采用主機與KVM 分離技術，一方面提高了系統主機的運算效率，另一方面也提高了系統或網絡維護人員的工作效率，利于系統升級及維護管理。同時，網絡或數據中心得到了有效的管理，從而提高了這些系統的安全性和穩定性。

（3）節能環保，節約了成本。通過采用主機與KVM 分離技術，減少了調度工作站主機的發熱量，節省空調、能源等的消耗，營造健康環保節能的工作環境。而通過將調度工作站主機集中集成，又節省了開支。

6 主機與KVM 分離技術的主要不足

（1）安全性。主機與KVM 分離技術的整個網絡系統仍然存在與各專業應用網絡系統部分硬件共用問題，此問題不僅對KVM 系統自身增加安全風險，而且對相關專業系統的安全也帶來威脅。

同時，主機與KVM 之間增加了不少節點設備，這一切無疑增加了故障發生的概率。

（2）維護綜合成本上升。由于使用主機與KVM 分離技術需要額外建設一套KVM 網絡系統，無形中需要額外增加了投資支出和相關技術的維護力量。

7 結論

通過實施調度臺主機和KVM 的分離，客專調度所整個調度大廳的環境必將得到改觀，并極大地提高了廣大調度員工作的積極性和主動性，為上海局安全調度打下基礎。

[1]關于印發“客專調度所運營調度系統KVM 技術方案”審查意見的通知（京鐵科委[2011]26 號）.

[2]關于印發《調度臺工作站主機與KVM 分離方案研究會議紀要》的通知-信應用函[2012]5 號.