廣州軌道交通清分中心三期工程基于“云計算”的設計方案探討

梁 笛

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

1 廣州軌道交通清分中心概況

清分中心一期、二期系統設置在廣州地鐵公園前控制中心，該清分系統采用數據級異地容災保護，容災中心設在大石控制中心，對系統數據進行異地備份保護，并在清分系統發生火災等重大災害時，臨時接替清分系統的清分及數據存儲的功能。

清分系統建設按一期工程和后續工程分步實施。一期、二期系統設計規模滿足2010年廣州市軌道交通8條線、144個車站、日客流302萬人次、日交易量800多萬的要求。

隨著廣州軌道交通線網的不斷發展，客流成幾何級增加，原規劃的清分一期、二期工程的處理能力已不能滿足清分、清算等需求，因此清分系統開展了清分三期的設計、建設工作。

清分三期工程主系統（含制票中心、測試系統）設置在廣州地鐵鎮龍控制中心，災備系統設置在公園前控制中心，采用應用級異地容災保護。

清分三期工程的配置能滿足廣州市軌道交通2025年近期線網規劃線路及APM、有軌電車、廣佛線、佛山軌道交通線網接入和清分需要，并預留遠期2040年線網規劃線路及有軌電車、佛山軌道交通線網接入所需的擴展和升級條件。

2 “云計算”在清分三期應用概述

云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。

目前互聯網支付模式在軌道交通AFC系統給予了大規模的引入，可以通過互聯網支付方式購票、取票、過閘的終端設備，在一些城市被稱為“云閘機”、“云購票機”、“云取票機”等，搭建的數據匯聚平臺被稱之為“云平臺”，需要澄清的是本篇文章所講述的“云技術”與上述設備、平臺描述的云的概念是不一致的，也可以說上述設備、平臺的“云”并不是嚴格意義的云計算技術的應用而是“互聯網+”系統的應用，本篇文章是基于云架構體系整體搭建清分中心系統。

3 AFC系統架構分析

現階段國內軌道交通AFC系統的設計均按五層架構搭建，詳見圖1。區別僅在于一些城市將幾條線的線路中央計算機系統合設，一些城市習慣每條線建設一個線路中央計算機系統，但從嚴格意義上來講，都是按五層架構設計的，即車票-終端-車站-中央-清分。但是隨著軌道交通的發展，線網規模越來越大，客流成幾何級增長時，五層架構的AFC體系也呈現出了一些不盡如人意的地方，主要體現在以下幾個方面。

（1）數據多層處理、存儲等，同類數據在不同層級重復處理、存儲等，車站、中央、清分雖然層級分明，但存在功能重疊的現象。

（2）傳統架構擴展性不強，在軌道交通大力發展的今天，容易出現剛建成就擴容的現象，但傳統架構擴展受限，擴容成本與新建成本都較高。

（3）線路中央級系統經常是隨各線控制中心同期建設，分布在城市各個區域，給運營單位集中管理，巡檢都帶來諸多不便，耗費較多人力、時間成本。

隨著“云計算”技術發展及自動售檢票系統運營經驗的成熟，可以將“云計算”由上至下引入AFC系統，并可由于“云計算”的引入，簡化甚至整合部分層級，以滿足軌道交通線網、客流不斷發展的需求。

根據清分中心在AFC網絡架構的層級及特點，可以將清分中心定義為云提供者，而云用戶的定義可以隨著技術的發展給予不同的定義范圍，由于現階段大部分城市尤其是北、上、廣、深等大型城市軌道交通線網已發展的較為成熟，因此“云計算”技術的引入應分階段、分步驟的實施。初期階段，建議將“云計算”引入清分中心，按云架構搭建清分平臺，見圖2。待基于云架構的清分中心建成運營后，可積累一定時間的運營經驗，經深入調研后，可利用其高擴展性通過擴展服務器等設備的形式將新建線路LCC整合至清分中心云平臺中，并在云平臺開發LCC相關功能，將LCC功能上移，取消LCC層級，形成車票-終端-車站-清分的四層架構，并可在云平臺運營穩定后逐步整合、改造既有線路，見圖3。待基于云架構的清分中心及四層AFC架構在線網AFC系統逐步成熟完善后，遠景可以形成車票-終端-清分的三層架構，形成某種意義上的“物聯網”模式，見圖4。

基于云架構的清分中心具備高擴展性、可計量的特點，根據上述特點，作為云提供者所提供的服務可不僅僅限于本城市內的軌道交通AFC系統，同時可以輻射周邊城市，向周邊城市提供軌道交通清分服務。

圖1 既有AFC網絡架構圖

圖2 近期AFC網絡架構圖

圖3 遠期AFC網絡架構圖

圖4 遠景AFC網絡架構圖

4 “云計算”在廣州市軌道交通清分中心三期工程的應用方案

“云計算”按構架可以分為基礎設施層、平臺層和應用層，分別對應不同的層次提供服務：基礎設施即服務（IaaS），平臺即服務（PaaS），軟件即服務（SaaS）。即In?frastructure（基礎設施）-as-a-Service，Platform（平臺）-as-a-Service，Software（軟件）-as-a-Service。

目前廣州軌道交通清分中心三期工程即為按照SaaS云架構搭建的，整體工程預計2018年底建成，隨著清分三期的建成，廣州軌道交通“十三五”新建線路AFC系統已經擬采用車票-終端-車站-清分的四層架構搭建。

另外，廣州作為珠三角地區的核心城市，與兄弟城市的“同城化”進程將會逐步發展，如目前的廣佛同城。因此清分三期的私有云可考慮向其他城市軌道交通清分提供IaaS/PaaS，由于如果接入廣州軌道交通清分系統，需要與廣州軌道交通清分系統采用相同標準，甚至可以提供SaaS級別服務。從而，未來的廣州軌道交通清分系統云平臺服務，廣州地鐵不僅是服務的使用者，同時將成為服務的提供商。

“云計算”按云提供服務的方式可以把云劃分為公有云、私有云和混和云三種類型。

公有云的核心屬性是共享資源服務。但是公有云操作系統缺乏商用數據庫的支持；存儲不適合用于數據庫應用，不適合交易型系統；只能提供最基本的IaaS；數據庫層的水平擴展力差；服務器都是低端PC服務器，不適合作為數據庫服務器；而清分系統的核心在數據庫系統處理能力；因此清分中心不適宜全部租用公有云搭建。

私有云是由企業獨立構建和使用的云計算系統。軌道交通具備良好的網絡環境，并擁有大量可使用的計算、存儲設備，軌道交通可獨立建設清分中心，并采用私有云系統架構，所用設備為成熟的企業級商用產品，可靠性高，水平擴展能力強。可構建最高至SaaS級云平臺，為向廣州市軌道交通及周邊城市軌道交通提供清分服務提供充分條件。成本方面可根據需求逐步投資。

混合云融合了公有云和私有云，可以將清分功能分類，結合公有云、私有云的特點，將部分業務漂移到公有云上，部分業務在私有云上運行。這樣既保證了系統的安全性、可靠性及可擴展性，又可以達到資源共享，降低成本。

以下，將對公有云、私有云、混合云在地鐵自動售檢票系統的應用給予分析，主要從以下幾個方面給予分析。

（1）建設方式對比見表1。

表1 建設方式對比

（2）系統技術能力對比見表2。

表2 系統技術能力對比

（3）建設成本對比見表3。

由于清分中心涉及“交易核算、決算、對賬”等業務，安全性、可靠性要求很高，根據目前國內企業使用云業務的案例來看，涉及此類業務的服務均為建立在企業自身的私有云上，以保證其安全性、可靠性。因此，建議清分三期建立私有云保證核心業務的順利開展。

表3 建設成本對比

當然，同時鑒于資源共享、節約成本，對于清分中心的非核心業務可考慮采用公有云。

因此根據廣州軌道交通自動售檢票系統發展的現狀和設備規模，采用建立混合云計算系統的方式，可以優化資源組合、提高設備利用率、減少維護的工作量和難度，降低運營成本。

考慮到公有云需租賃第三方設備，涉及商務問題，其中存在較多不確定因素，考慮到清分三期的建設時序問題，建議混合云采用分期建設方案。

初期，由地鐵公司建設私有云，核心業務與非核心業務均建立在私有云基礎上。后期，可將非核心業務漂移至公有云，私有云主要服務核心業務，形成混合云模式。由于廣州軌道交通線網在不斷擴大，即使后期非核心業務遷移，私有云也將為后續線路核心業務提供服務。

5 云平臺總體功能定位

清分三期從數據總體架構來講，主要分為計算、存儲兩大部分，因此可主要將云技術應用于計算、存儲兩大方面。

云平臺搭建后，至少應滿足下述功能，見圖5應用云技術前后對比：

（1）在云系統應用后，位于鎮龍區域控制中心的清分三期主系統、測試系統和位于公園前區域控制中心的清分三期災備系統等所有清分三期設備均可設置在為清分三期搭建的云平臺，并實現云計算（含存儲）功能，達到資源共享；

（2）清分一期、二期既有設備可無縫接入到云平臺上，共同參與計算、存儲功能；

（3）能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統，并可隨時添加新的物理資源，滿足因不斷擴展的線網和客流需求；

（4）支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應用服務。

在云系統應用后，位于鎮龍區域控制中心的清分三期主系統和位于公園前區域控制中心的清分三期災備系統均設置在清分三期云上，形成一個處理能力較強的數據中心。

圖5 應用云技術前后對比

6 結語與展望

引入“云計算”將是未來AFC發展的主流方向，目前國內軌道交通AFC系統甚至整個軌道交通弱電系統應用“云計算”平臺都還處于起步階段，廣州軌道交通清分三期項目對“云計算”的應用將開創“云計算”在軌道交通自動售檢票系統應用的先河，形成以下技術亮點：

（1）“云計算”技術在軌道交通清分系統的首次應用；

（2）不僅是“云”服務的使用方，同時可稱為“云”服務的提供方；

（3）滿足了不斷擴大的軌道交通線網的接入需求；（4）混合云的應用既保證核心業務的安全性，又達到資源共享，節約成本。

隨著技術的發展，在保證系統可靠性的同時，積極探索“云計算”技術在軌道交通的應用，并可在應用“云計算”技術的同時，引入如“物聯網”、“多元支付”概念，打造全新的自動售檢票系統。