基于云計算微服務架構的地鐵廣播和乘客信息統一信息發布系統的研究

胡世宏

(古鈦(上海)科技有限公司，上海 浦東 201208)

1 傳統廣播和乘客信息發布系統的技術架構

車站廣播設置廣播控制器、功放、呼叫站、無源喇叭設備，車站乘客信息設置控制器、LCD(LED)屏，車場只設置廣播設備，控制中心設置服務器，處理ATS、時鐘等外部接口，并處理業務邏輯，在車站、控制中心的控制終端上可以發布控制指令，實時監控車站、車場廣播、乘客信息系統的設備動作及狀態。

傳統的系統主要是由廣播系統、乘客信息系統的廠商提供自有的一套軟件系統來實現監控，這面臨如下問題：

如果要拓展功能或拓展信息連接，就需要依賴原廠商提供軟件升級來實現。

系統升級改造需要設備及應用軟件同步升級改造。

隨著城市軌道交通向網絡化運營、運維一體化的方式轉變，要求原系統要能更靈活的進行功能拓展及信息互聯，同時還需要降低升級改造的成本。

2 基于云計算微服務技術架構的可行性

2.1 云計算技術

云計算(cloudcomputing)是一種特殊的工作形式，它的主要特點是對與互聯網有一定聯系的服務進行互相交換、應用和增加，一般經過互聯網絡來提供資源，資源多為動態的、容易拓展的且不是現實中存在的。在應用云計算后，開發軟件的技術、基礎框架結構將產生大幅度的改變。一是即將開創的軟件需要與云不排斥，且能夠很好地在以非現實存在為關鍵特點的云平臺上工作，能夠滿足計算性能、保存數據的性能隨著時間變化；二是保存數據的基礎框架機構、中心處理能力必須要能夠滿足大部分使用者的需求；三是軟件的使用環境要在基于互聯網的前提下；四是擁有更強大的安全性能，能夠抵擋各種攻擊，維護個人的敏感文件不被泄露；五是能夠適應計算機、手機以及用戶終端等，在這些設備上正常工作。

在應用云計算后，開創軟件的基礎環境、工作方式會產生顯著改變。雖然，沒有給傳統的軟件理論帶來徹底的變化，但在云平臺的基礎上，開發軟件所用的工具、平臺以及環境能夠實現快速開發、同一個工程組內部共同合作、在兩個地方進行開發。而且在開發工程組內部可以滿足基于云平臺進行線上開發的要求，并利用云完成儲備知識、軟件再次利用。

云計算的服務通常被分為以下3個層次，詳細介紹見表1所示。

表1 云計算的服務

2.2 微服務技術

微服務基礎結構以單個應用軟件為單位對應用服務進行處理，每個應用單獨運行，進程獨立，并與小重量級別的機制進行溝通。服務以處理業務的能力為核心建設，能夠利用非手動部署結構部分分開進行放置。這些服務所應用的非獨立式管理范圍最小，它們的程序代碼能夠用不同的編輯應用程序的語言編輯，可以采用不同的保存數據的技術。

微服務中每個服務均有各自的處理和小重量級別通信結構部分，一般放置在一個或者幾個服務器上，與其他服務的主要區別是零件化、獨立治理、去核心化，主要總結為以下幾點。

(1)一對一服務

服務種類和范圍小，每個服務只負責對一種業務需要的能力進行處理，只專心致志一件事上。

(2)獨立布署

每個服務單獨進行安排并在一個進程內調試運行。在這種模式下，系統的代碼能夠更加靈活的進行組織以及發布，方便快捷的交接并能夠應對突然的變化。

(3)獨立開發和運行

技術可以根據類型靈活選擇，傳統的系統技術對其沒有限制。業務上產生的問題選取選取符合自己條件的技術單獨運行。各個服務間采用和語言毫無關聯的API統一集中式開創。與單獨一體式的結構相比，微服務基礎結構是一種適應新型業務的結構應用形式。

(4)獨立團隊和執行

服務的存活周期由團隊負責任，在單獨的上文下文環境中工作，自己發布命令自己執行，而不需要與全部服務都相通的中心決策，各個團隊之間以零散的小區為單位相互連接。

2.3 容器技術

Linux Container(簡稱LXC)它是一種內核輕量級的操作系統層虛擬化技術。Linux Container主要由Namespace和Cgroup兩大機制來保證實現。容器技術主要有幾個特點：

(1)極其輕量；(2)秒級部署；(3)易于移植；(4)彈性伸縮。

由Google，Docker、CoreOS、IBM、微軟、紅帽等廠商聯合發起的OCI(Open Container Initiative)于2016年4月推出了第一個開放容器標準。標準主要包括runtime運行時標準和image鏡像標準。容器技術主要解決了PAAS的層的技術實現。目前主流的有以下幾種：

(1)容器化傳統應用不僅能提高現有應用的安全性和可移植性，還能節約成本。每個企業的環境中都有一套較舊的應用來服務于客戶或自動執行業務流程。即使是大規模的單體應用，通過容器隔離的增強安全性、以及可移植性特點，也能從Docker中獲益，從而降低成本。一旦容器化之后，這些應用可以擴展額外的服務或者轉變到微服務架構之上。

(2)微服務加速應用架構現代化進程。應用架構正在從采用瀑布模型開發法的單體代碼庫轉變為獨立開發和部署的松耦合服務。成千上萬個這樣的服務相互連接就形成了應用。Docker允許開發人員選擇最適合于每種服務的工具或技術棧，隔離服務以消除任何潛在的沖突，從而避免“地獄式的矩陣依賴”。這些容器可以獨立于應用的其他服務組件，輕松地共享、部署、更新和瞬間擴展。Docker的端到端安全功能讓團隊能夠構建和運行最低權限的微服務模型，服務所需的資源(其他應用、涉密信息、計算資源等)會適時被創建并被訪問。

(4)IT基礎設施優化充分利用基礎設施，節省資金。Docker和容器有助于優化IT基礎設施的利用率和成本。優化不僅僅是指削減成本，還能確保在適當的時間有效地使用適當的資源。容器是一種輕量級的打包和隔離應用工作負載的方法，所以Docker允許在同一物理或虛擬服務器上毫不沖突地運行多項工作負載。企業可以整合數據中心，將并購而來的IT資源進行整合，從而獲得向云端的可遷移性，同時減少操作系統和服務器的維護工作。

2.4 新的廣播和乘客信息發布系統技術架構

新的架構符合云計算的IaaS、PaaS、SaaS的標準架構模式，整體系統可部署在IaaS上，采用kubernetes等PaaS層的容器云平臺，以SaaS的方式實現廣播、乘客信息系統的應用功能，運用docker容器技術，實現應用功能、通信服務的微服務化，技術架構。

3 驗證測試實驗及結論

3.1 主要測試代碼

本次研究開發工具，前端頁面采用html5、css3、javascript，服務端采用nodejs，容器采用docker，服務器操作系統為linux(centos7.5)。

微服務部署，201、202為控制中心服務器，101、102為車站服務器；控制中心服務器部署調度控制微服務(papis-o-dd)，實現調度控制中心功能；車站服務器部署車控室控制微服務(papis-s-cz)，車站設備網管微服務(papis-s-wg)，車站移動控制微服務(papis-m-cz)，車站PIS設備通信微服務(pisapp)，車站PA設備通信微服務(sagabc1)。

本次研究實現的主要實現了控制中心控制、車控室控制、車站網管、車站移動控制功能：

例如：車控室控制界面：

以控制中心微服務為例，其中index.html為功能頁面，papis-o-dd.js為客戶端，papis-o-dd-server.js為服務端。

功能頁面實現PIS信息發布，代碼如下：

客戶端程序通過ajax接口與服務端通信，代碼如下：服務端調用PIS通信微服務接口，實現對PIS設備的控制，代碼如下：

3.2 測試效果及結論

通過瀏覽器訪問應用微服務(192.168.1.111:3010)，迅速進入功能界面，通過交互界面，輸入廣播、乘客信息的控制指令后，在1秒內實現廣播、乘客信息設備的控制動作，測試了LCD屏顯示告警信息，開關LCD屏，開關PIS控制器，廣播直播開關等，所有控制動作均在1 s內完成。

經過本次測試研究，可以確定采用云計算、微服務、容器技術，可以實現新架構下的地鐵車站廣播、乘客信息系統功能。

同時也可以推斷地鐵CCTV、電話、門禁、屏蔽門等機電系統，也可以采用本次實驗研究的技術架構來實現。