云架構下的地鐵綜合監控系統設計

田燈旺

摘 要地鐵是現階段環節城市交通壓力的有效手段，很多城市都開始大力推進地鐵事業的建設，地鐵綜合監控系統作為地鐵系統中的關鍵系統，在地鐵環控電力調度、系統可靠運行、營造安全良好乘車環境、節能減排等方面發揮著重要的作用，本文將在云架構的基礎之上，對地鐵綜合監控系統的設計進行分析。

【關鍵詞】云架構 地鐵綜合監控系統 系統設計

1 云計算簡介

云計算是一種能夠將動態伸縮的虛擬化資源通過互聯網以服務的方式提供給用戶的計算模式，云計算主要建立在計算機的基礎之上，利用計算機技術為用戶提供動態服務。云計算在使用的過程中不會受到物理因素的限制，能夠根據用戶的實際需求進行動態部署，通過遠程的方式將成千上萬臺電腦和服務器與數據中心連接在一起，按需從網絡訪問共享的可配置的計算資源池，并可靈活增加資源池中的資源能，夠滿足用戶在使用過程中的個性化需求，同時最大限度地降低管理維護費用。

按照服務的內容，云計算一般為三個層面，分別是基礎設施云（IaaS），平臺云（PaaS）和軟件云（SaaS）。在這三個層面中，基礎設施云主要是整合硬件資源的。而平臺云和軟件云則分別是對業務系統以及軟件資源的整合。目前基礎設施云產品相對豐富，基于X86架構、IBM Power架構、Oracle（SUN） SPARC 架構及HP PA架構均有成熟完整的解決方案，平臺云和軟件云技術要求較高，大范圍推廣需要一個長期的過程。通過云計算形式組成的網絡架構就叫做云架構。目前，云架構在各個領域中的應用比較廣泛。

2 既有地鐵綜合監控系統構成方案

地鐵綜合監控系統是一個監控設備繁多，監測數據龐大的自動化系統，通過集成地鐵多個主要弱電系統，形成統一的監控層硬件平臺和軟件平臺，從而實現對各被集成系統的集中監控和管理功能。

綜合監控系統的監控方式一般采用三級控制和兩級管理的分層分布式結構，分別是中央級、站級和現場級三級控制，以及中央級和車站級管理。系統通過骨干網絡匯集所有站級監控系統的信息，并向站級下達相關的控制命令。

3 基于云架構的地鐵綜合監控系統設計目標與優勢

3.1 基于云架構的地鐵綜合監控系統設計目標

基于云架構的地鐵綜合監控系統設計突破了綜合監控系統既有構成模式，將服務器、網絡以及存儲等硬件計算資源通過云計算技術整合，形成模塊化的硬件基礎服務資源，以此按需為業務系統提供計算、存儲、網絡等硬件基礎服務。然后以應用集中化建設需求為基礎，通過將數據庫、中間件等基礎軟件通過云計算技術整合，形成模塊化的基礎軟件平臺服務資源，為上層各類業務系統提供支撐集中化整合的平臺服務。最后，在硬件基礎服務和基礎軟件平臺服務建設趨于完善的時候，進一步優化各種業務系統的共性功能，形成模塊化的業務共享功能服務資源。

3.2 基于云架構的地鐵綜合監控系統的優勢

3.2.1 軟硬件資源的集中共享

通過云計算的建設模式，可以把綜合監控系統當前已有的、分散的服務器、存儲、網絡等計算資源加入到云計算平臺一起形成共享的、統一的計算資源池，通過云管理平臺進行最優化的計算資源整合、分配、回收等管理，提高資源使用率和業務系統運行性能。

在綜合監控傳統的系統架構下，系統的運算能力被固定地分配給了相應的應用程序，存在著平時運算資源的使用率很低，但考慮到一些峰值情況時，又不得不配置足夠的運算資源，從而產生了大量的閑置資源，很難實現系統運算能力的靈活調度，造成資源浪費。因此通過虛擬化的整合，有效的提高物理主機等基礎設施的利用率，從而降低了對其的需求。

3.2.2 統一的調配管控

通過集中在控制中心提供統一的云管理平臺和云計算的自動化管控能力，綜合監控系統的各項業務只需從云計算平臺自動申請計算資源，以及配置好的功能應用，轉變了原來系統管理需要在各個車站、車輛段、停車場現場設置物理主機設置，分層管理的模式，實現了把物理資源池化的模式，通過云平臺的統一調配，實現了高效、靈活和統一的管理模式。

3.2.3 強大的可擴展能力

由于云計算平臺是分層獨立的設計構架，可以方便地在線擴展各個層面的計算資源，基礎設施如服務器、存儲設備可以在線添加，網絡可以在線添加，軟件平臺也可在線添加，滿足未來業務不斷擴展的需要，從而大大提綜合監控系統的系統效率、可靠性和服務質量。

4 基于云架構下的地鐵綜合監控系統設計

4.1 云計算總體構架

云計算構架從總體上分為資源池、運維管理、應用場景三層：

資源池：資源池分為兩部分，最底層為物理的硬件資源包括服務器、存儲、網絡、負載均衡、安全與備份設備等組成；上面是對物理設備進行虛擬化服務的存儲虛擬化、網絡虛擬化、服務器虛擬化等。通過虛擬化，物理設備成為可以提供基礎設置云（IaaS）服務的資源池。

運維管理：運維管理是對虛擬服務資源池的管理監控，它是地鐵業務系統與云計算中心之間的橋梁，它的建設讓各業務系統方便、快捷、安全地使用其提供的基礎設置云服務。

應用場景：通過云計算中心統一管理平臺對地鐵業務系統提供管理和服務。

4.2 云計算技術在綜合監控系統構架方案

綜合監控系統云平臺建議是采用基于IaaS（基礎設施云）的云架構。利用云計算綜合監控系統架構如圖1所示。

按照地綜合監控系統車站級和中央級兩集管理的模式，云構架的綜合監控系統在控制中心（OCC）部署一套云平臺，負責全線設備的狀態實時監控，數據統一處理，替換原來分布在中心、車輛段、車站的幾十臺服務器與存儲。在各業務節點及車站的值班站長、值班員及為段場維修管理人員，設置云計算控制器（云桌面），現場設備層則與既有模式的綜合監控系統配置方案相同。

車站/車輛段部署本地云計算控制器（云桌面）可作為應急手段，當車站和中心網絡異常時可以接管車站的實時監控，保證了系統的可靠性。

4.3 綜合監控云平臺設置方案

設置在控制中心的云平臺承載本條線路綜合監控的業務應用系統，是本條線路綜合監控系統各類數據的存儲和管理中心，云平臺采用存儲虛擬化、網絡虛擬化、桌面虛擬化、服務器虛擬化和云計算管理等技術構建按需使用、易于管理、穩定可靠、靈活高效的云構架模式的數據中心為綜合監控系統提供計算、網絡、存儲、安全資源服務。

硬件資源是數據中心的基礎設施，云平臺的設置可通過提供2路多核高性能物理服務器，并根據綜合監控系統的數據需求配備足夠容量的存儲設備（硬盤、內存），通過網絡及計算虛擬化技術，合理劃分各個功能板塊。部署運行綜合監控系統各項業務的云平臺服務器主機，實現任意云平臺服務器主機在任意物理主機上的部署。每臺物理服務器通過接入網絡，形成跨交換機的服務器集群，實現服務器資源的共享和合理精細化的分配，同時方便用戶對硬件進行統一管理。

云平臺在車站、段場等面向運維和調度人員時，采用了桌面虛擬化，即通過設置操作界面終端，接收或上傳控制中心云平臺的數據信息，共享云平臺的存儲、計算以及網絡等底層物理硬件資源，整條線每個站點用戶桌面都以獨立的虛擬機的形式存在，從而代替傳統綜合監控模式的站級服務器以及計算存在等設備。

在此構架和硬件網絡基礎之上，系統通過各類云平臺內部安裝的軟件，比如云管理軟件、虛擬化管理、網絡管理軟件等，實現對整個云平臺物理資源的合理管理和配置，從而保證整個綜合監控系統功能的正常實現，并且充分發揮云平臺構架的優勢，做到了按需合理的分配硬件資源，提升整個系統運行效率。

5 結論

綜上分析可知，基于云架構的地鐵綜合監控系統在對提升地鐵綜合監控系統設備資源使用率，系統性能以及管理模式等方面都有明顯的優勢，隨著云技術的飛速發展，一些城市的地鐵新建項目已在積極地探索和推進云技術在地鐵領域地應用，相信在不久的將來基于先進云技術的綜合監控系統將會廣泛的運用于地鐵領域，進一步推動地鐵綜合監控系統朝著更為先進、高效和智能化的方向發展，為我國地鐵事業的蓬勃發展提供強有力的技術支撐。

參考文獻

[1]陳慧.基于云架構的地鐵綜合監控系統設計[D].昆明理工大學，2015.

[2]劉太彪.地鐵綜合監控仿真培訓系統的設計與開發[D].西南交通大學，2014.

作者單位

廣州地鐵設計研究院有限公司 廣東省廣州市 510030