城市軌道交通云平臺部署架構優化的思考和建議

王建康　李罡　安俊峰　趙雙聰

摘 要：對現階段行業內城市軌道交通云平臺項目的設計與實施現狀進行介紹，闡述城軌云平臺常見的設計架構及相關技術在軌道交通行業中的應用水平，同時分析城軌云部署架構現狀面臨的隱患和不足，并提出針對上述問題的架構優化設計和實施建議，最后提出超融合技術在城軌云中的應用場景，從技術發展與傳統行業適應性展望城軌云的發展方向。

關鍵詞：城軌云;超融合;軌道交通;智慧運維

Thoughts and Suggestions on the Optimization of Urban Rail Transit Cloud Platform Deployment Architecture

WANG Jiankang1 LI Gang1 AN Junfeng1 ZHAO Shuangcong1

（Jinan Rail Transit Group Co.， Ltd.， Jinan， Shandong Province， 250000 China）

Abstract： This paper introduces the design and implementation status of urban rail transit cloud platform project in the industry at the present stage， expounds the common design architecture of urban rail transit cloud platform and the application level of related technologies in the rail transit industry， analyzes the hidden dangers and shortcomings of the current situation of urban rail transit cloud deployment architecture， and puts forward some suggestions on the optimization design and implementation of the architecture for the above problems， and finally puts forward the super fusion Combined with the application scenarios of technology in urban rail cloud， the development direction of urban rail cloud is prospected from the adaptability of technology development and traditional industries.

Key Words： Urban rail cloud;Super integration; Rail transit; Intelligent operation and maintenance

1 城軌云設計與實施現狀

1.1云計算的發展現狀

云計算已經成為數字經濟時代的新型信息基礎設施，將加速軌道交通及經濟社會各領域“數字蝶變”。面對著數字化智能化轉型的浪潮，新興數字技術的支撐作用愈發明顯，而云計算作為其中的重要組成部分，將匯聚更多樣化的算力和應用，促進新模式、新業態的形成和發展，加速產業的智能升級。面臨智慧城軌、智慧運維等技術研究，城軌云平臺作為傳統行業與新技術的融合，無疑是一大進步，資源的整合，不僅可以動態滿足計算資源的彈性變化，而且可以提高資源的利用率¹節約建筑面積促進節能減排。

1.2城軌云設計與實施歷程

國內城軌云平臺項目的發展主要包括以下幾個方面：

（1）初試牛刀。本階段主要以城軌單業務以管理系統上云為主，主要代表有溫州S1線綜合監控、廣州地鐵信息化系統、無錫地鐵OA等。

（2）單線路多業務嘗試。以一條線路中的多個系統上云，但出于對云平臺技術的安全性擔心，云平臺不承載信號系統的 ATS 子系統，典型項目為金義東城際、深圳地鐵 6、10 號線中的線路云平臺。本階段主要嘗試多業務資源整合，探索提高資源利用率的可能性。

（3）線網云平臺。隨著中國城市軌道交通協會團體標準的推出，依據標準建設了線網云平臺示范，以呼和浩特軌道交通及武漢地鐵、太原地鐵為代表，這個階段的特點是標準化²與規模擴大化，各弱電系統基于X86架構的服務，在統一的云上運行真正做到資源共享。

1.3城軌云架部署構設計與實施現狀

城軌云的部署架構設計，主要是依據軌道交通協會的相關標準完成的，多采用私有云方式，主流的架構是主備雙中心或主備雙中心加車站降級云節點兩種。

（1）主備雙中心架構。主中心也就是生產云中心，主要包括安全生產網、內部管理網、外部服務網三個網域內的所有基于X86架構的業務，涵蓋了軌道交通90%左右的信息化系統。配合采用備用中心來增加業務和網絡冗余，災備中心主要承載部分重要性較高的業務系統如ATS，其余系統做數據級災備。這種架構的一個顯著特點是車站不提供任何服務，終端直接與云交互，數據流向為終端->中心。

（2）主備雙中心加車站云節點降級服務器。這種部署方式為上面一種的升級版，為了進一步提高冗余度，在車站設置車站云節點（采用虛擬化技術）作為降級服務器備用，平時是閑置狀態，需要降級時再啟用。這種架構的特點是終端直接與云中心交互，主中心車站服務與車站降級服務數據要同步并需要重新處理降級邏輯，數據流向為終端->中心->車站（圖1）。

2城軌云部署架構現狀面臨的隱患

2.1云平臺自身的優劣勢分析

私有云主備中心的部署架構，資源利用率將達到空前高度，首先對于社會來說能源利用可以充分規劃，符合國家節能減排的趨勢。其次對各業務系統租戶來說直接租用云資源可以大大降低技術成本，不必在考慮IT基礎設施的維護，可以讓用戶把更多的精力放到業務研究上。再次，對于業務安全性來說，可借助嚴格的云安全體系加強自身業務的安全等級³，從而提高本業務乃至整體的安全能力。

然而，由于過度依賴網絡，資源集中后風險也隨著集中起來，對于運維團隊來說，隨著越來越多復雜新技術的應用，云平臺的可靠性和運維的技術難度將面臨巨大的挑戰。雖然在車站增加閑置云節點，理論上可以增加冗余度，但是對于傳統的業務系統來說，主-備-云節點的結構需重新編寫降級邏輯，且可能需要數據同步，邏輯更復雜，實現起來很難，尤其是軌道傳統應用的基礎主要參考了國外經驗⁴。

2.2城軌傳統業務系統的技術壁壘

業務上云后，應重點考慮系統可靠性：

對于單業務，萬一主用中心的單個設備或服務出現故障后，是否可以自動切換到備用中心，不僅需要云平臺環境支持，關鍵點還在業務是否支持自動檢測故障并自動切換。另外需要考慮過程是否需要人為干涉，人為操作的復雜度和恢復時間如何控制，才能將影響時間降到最低。

對于多個業務或整個主用云中心出現電力或重大網絡故障時（雖然可能性極低），會影響整個城市的交通出行，后果是災難性的，如何在最短的時間恢復或啟用備用中心，關鍵點在各業務本身是否支持雙活，據了解目前軌道交通傳統信息化系統能做到雙活無感切換并保持數據同步的業務產品非常少。

最后考慮到車站可以備置降級服務器。由于目前多數架構設計的是車站業務也在云上，改變了傳統業務三級部署的地理位置，所以云中心出現故障時，無論中心還是車站都受影響。放置在車站的云節點業務與云中心數據同步、聯動技術，如何降級，降級能否成功、業務本身是否支持等都是技術難題。

3城軌云架構設計優化建議

基于以上問題分析，以工業互聯網為基礎的城軌云體量大，影響面廣，在云平臺設計時，應該慎重考慮;在部署架構上必須結合業務實際能力優化論證，反復試驗。經過研究與思考，筆者推薦的優化建議如下（圖2），主備中心加超融合架構，數據流向為中心->車站超融合->終端。

舉例來說，在工業互聯網⁵中研究風機智慧運維這個應用時，需要找到與軌道交通云架構、智慧運維等方面的最佳搭配方案，找到實施的切合點，因其重點關注的是風機設備在軌道交通的“邊緣鏈”和“核心鏈”理念，傳統做法是將風機加裝電流傳感器、電壓傳感器、攝像頭、激光雷達等感知層設備，并且搭配預處理、頻譜計算、預處理等功能，配置端側的邊緣計算能力，且讓數據采取上鏈技術，打造“邊緣鏈”;結合本課題的研究成果，將云節點服務器作為“核心鏈”，控制本車站智慧業務，無需與云管理中心交互，減小數據傳輸壓力。

3.1云計算與超融合聯合架構

推薦的架構為主中心加車站超融合節點兩級架構：主中心僅部署傳統部署在OCC機房的業務，例如ACC中心級服務、綜合監控中心服務等。車站超融合節點統一被主中心云管理平臺納管，并放置在車站設備機房，部署全部車站級業務，比如SC服務或其他專業系統的車站級服務，直接提供車站級業務服務，車站終端數據不直接與云中心相連，主要優點有：

（1）數據流向保持傳統業務架構沒有改變，降低上云后系統的復雜性;

（2）車站采用超融合節點而不采用傳統虛擬化，增加了車站基礎設施可靠性和資源、空間利用率;

（3）車站云節點直接作為日常車站級業務提供者，云中心不提供車站級業務，當云中心大面積故障時，車站服務正常提供，并無需更改降級邏輯。

3.2超融合作為云節點技術優勢

相比傳統的虛擬化技術，車站節點的可靠性是實現上述部署架構的關鍵，超融合基礎架構（Hyper Converged Infrastructure，或簡稱“HCI”）是指在同一套獨立的設備中不僅具備計算、網絡、存儲和服務器虛擬化等資源和技術，而且還包括備份軟件、快照技術、重復數據刪除、在線數據壓縮等元素，而多套單元設備可以通過網絡聚合起來，實現模塊化的無縫橫向擴展（scale-out），形成統一的資源池。可以為數據中心帶來最優的效率、靈活性、規模、成本和數據保護⁶。

4結語

2020年3月，中共中央政治局常務委員會召開會議提出，加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度。

隨著科技水平日新月異的發展，城市軌道交通的信息化、智能化水平也因引用新技術變得更高。建設城軌云平臺新型基礎設施的目的是為了在降低成本的同時，提高基礎設施性能、可靠性、安全性等要術，加速城市軌道交通行業的數字化轉型。在新技術應用時要避免大躍進，應沉下心來把技術研究透徹，然后結合實際多思考，小面積試點測試，通過不斷的創新和探索相信未來城市軌道交通作為新基建的重要組成部分給市民帶來更多便利。

參考文獻

1. 中國網絡空間研究院 世界互聯網發展報告2019[M]，電子工業出版社，2019.

2. 智慧城市軌道交通信息技術架構及網絡安全規范：T/CAMET 11001.1-2019 [S].中國鐵道出版社，2019

3. 王雨哲. 城市軌道交通PPP項目財政支出績效評價研究[D].北京建筑大學，2020.

4. 杜圓榮.城市軌道交通信號系統發展研究[J].智能城市，2020，6（06）：154-155.

5. 趙圣娜. 基于私有云平臺的軌道交通自動售檢票系統研究[D].東南大學，2017.

6. 孟欣.基于超融合架構的新一代數據中心建設探究[J].電子技術及信息科學，2018（04）：98-100.