鐵路數(shù)據(jù)中心布局及選址研究

趙 耀，樊 艷

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 電化電信工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300308）

根據(jù)國(guó)家鐵路局發(fā)布的《2020年鐵道統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到14.63萬(wàn)km，其中，高速鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到3.8萬(wàn)km。通過(guò)持續(xù)的高速度發(fā)展，中國(guó)高速鐵路網(wǎng)已經(jīng)形成了以八縱八橫主通道為骨架、區(qū)域連接線銜接、城際市域鐵路補(bǔ)充的高速鐵路網(wǎng)。中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱：國(guó)鐵集團(tuán)）提出了《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》，組織開展了智能高速鐵路體系架構(gòu)[1]、鐵路5G專網(wǎng)[2]的相關(guān)研究，進(jìn)一步推動(dòng)中國(guó)鐵路向智能化、智慧化的高質(zhì)量發(fā)展方向邁進(jìn)。

實(shí)現(xiàn)智能化、智慧化的重要途徑是將專業(yè)技術(shù)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和5G移動(dòng)通信（簡(jiǎn)稱：5G）等先進(jìn)技術(shù)融合，而這些技術(shù)的應(yīng)用與部署又要依靠數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施[3]。數(shù)據(jù)中心是國(guó)家新基建的重點(diǎn)內(nèi)容之一，推動(dòng)全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心建設(shè)有助于促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。鐵路數(shù)據(jù)中心承載的主要業(yè)務(wù)包括鐵路信息化[4]、智能化相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用，同時(shí)，為以鐵路5G核心網(wǎng)[5]為代表的鐵路通信云技術(shù)提供基礎(chǔ)設(shè)施支撐。不論是從國(guó)家戰(zhàn)略政策角度，還是鐵路行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的角度，均有必要對(duì)鐵路數(shù)據(jù)中心的布局與選址開展規(guī)劃研究。

1 典型數(shù)據(jù)中心布局及選址

從全球分布來(lái)看，數(shù)據(jù)中心主要集中在全球主要中心城市。互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)利用其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)及軟件技術(shù)支持，多選擇在氣候環(huán)境有助于節(jié)能的城市建設(shè)數(shù)據(jù)中心。一直以來(lái)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心主要集中在北京、上海、廣州和深圳等人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，自2013年工業(yè)和信息化部結(jié)合四部委發(fā)布《關(guān)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局的指導(dǎo)意見(jiàn)》以來(lái)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心布局漸趨合理，目前我國(guó)多個(gè)城市建有大型或超大型數(shù)據(jù)中心。

1.1 全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心體系

各國(guó)政府高度重視數(shù)據(jù)中心發(fā)展，美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相繼推出政策計(jì)劃，將數(shù)據(jù)中心的整合升級(jí)作為戰(zhàn)略實(shí)施的關(guān)鍵基礎(chǔ)。我國(guó)也高度重視數(shù)據(jù)中心的整合發(fā)展，提出了建設(shè)全一體化的國(guó)家大數(shù)據(jù)中心概念，構(gòu)建融合物理層數(shù)據(jù)中心、處理層云計(jì)算、應(yīng)用層大數(shù)據(jù)的集成創(chuàng)新平臺(tái)。全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心體系架構(gòu)由國(guó)家主數(shù)據(jù)中心、區(qū)域數(shù)據(jù)中心和社會(huì)數(shù)據(jù)中心組成，如圖1所示。

圖1 全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心體系架構(gòu)

推動(dòng)建設(shè)全國(guó)一體化國(guó)家大數(shù)據(jù)中心，加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)布局，有助于促進(jìn)我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心的協(xié)同創(chuàng)新，需進(jìn)一步構(gòu)建政府與企業(yè)間的數(shù)據(jù)資源流通共享體系、深化行業(yè)數(shù)據(jù)智能應(yīng)用[6]，這就對(duì)企業(yè)數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃提出了新的要求。

1.2 國(guó)內(nèi)典型企業(yè)數(shù)據(jù)中心布局分析

根據(jù)文獻(xiàn)及公開資料查閱，國(guó)家電網(wǎng)、工商銀行、建設(shè)銀行、阿里巴巴、騰訊等企業(yè)數(shù)據(jù)中心情況，如表1所示[7-11]。

表1 國(guó)內(nèi)典型企業(yè)數(shù)據(jù)中心概況

典型的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)傾向于采用大集中式、扁平化、多地多中心（≥3）模式的數(shù)據(jù)中心；典型的大型國(guó)有企業(yè)多采用兩級(jí)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，一級(jí)數(shù)據(jù)中心多采用兩地三中心模式或三地三中心模式。數(shù)據(jù)中心之間多采用互為備份的方式。典型國(guó)企的總公司級(jí)數(shù)據(jù)中心選址多為北京、上海、廣州和深圳等發(fā)達(dá)城市。

1.3 對(duì)鐵路數(shù)據(jù)中心的啟示

鐵路數(shù)據(jù)中心是鐵路行業(yè)的核心，作為社會(huì)數(shù)據(jù)中心納入全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心有助于促進(jìn)信息資源融合、為政府決策提供鐵路行業(yè)數(shù)據(jù)，具有重要意義。因此，有必要采用云計(jì)算、綠色環(huán)保、安全可靠技術(shù)構(gòu)建，合理布局和選址，適時(shí)承載區(qū)域公共數(shù)據(jù)中心的部分功能。

為了保障業(yè)務(wù)安全可靠運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心部署宜采用兩地三中心模式；而為了區(qū)域化服務(wù)提高用戶體驗(yàn)，數(shù)據(jù)中心宜采用扁平化多中心的模式。需進(jìn)一步結(jié)合鐵路數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行合理的布局及選址研究。

2 鐵路數(shù)據(jù)中心布局模式

2.1 鐵路數(shù)據(jù)中心分級(jí)架構(gòu)

鐵路數(shù)據(jù)中心需求主要包含鐵路信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用部署、智能鐵路業(yè)務(wù)應(yīng)用部署、以鐵路5G專網(wǎng)核心網(wǎng)為代表的鐵路通信云部署等內(nèi)容，數(shù)據(jù)中心布局主要可以分為分級(jí)部署和扁平化一級(jí)部署。

（1）分級(jí)部署

鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)、客貨營(yíng)銷、經(jīng)營(yíng)管理等信息化應(yīng)用及鐵路通信云部署，在國(guó)鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司層面均有數(shù)據(jù)處理的需求，適合采用分級(jí)部署的模式。

（2）扁平化一級(jí)部署

以12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)、95306貨運(yùn)綜合服務(wù)平臺(tái)等為代表的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用內(nèi)容數(shù)據(jù)量大、同時(shí)接入用戶數(shù)量多，為了向用戶提供高質(zhì)量、低時(shí)延的優(yōu)質(zhì)服務(wù)更加適宜一級(jí)部署，并扁平化靠近用戶提供服務(wù)[12]。隨著智能鐵路數(shù)據(jù)量提升，一些非關(guān)鍵業(yè)務(wù)有采用5G公網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)承載的可能，為了接近業(yè)務(wù)現(xiàn)場(chǎng)，也適合采用國(guó)鐵集團(tuán)一級(jí)數(shù)據(jù)中心的扁平化、區(qū)域化部署模式。

（3）鐵路數(shù)據(jù)中心分級(jí)架構(gòu)

在智能鐵路的發(fā)展方向指引下，結(jié)合智能京張（北京—張家口）、京雄（北京—雄安）、浩吉（浩勒?qǐng)?bào)吉—吉安）等實(shí)踐，數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用有向國(guó)鐵集團(tuán)級(jí)數(shù)據(jù)中心集中的趨勢(shì)，扁平化一級(jí)部署的業(yè)務(wù)應(yīng)用占比將逐步增加；但前置數(shù)據(jù)服務(wù)、個(gè)性化系統(tǒng)部署、特殊情況的應(yīng)急處理等需求，需要在鐵路局集團(tuán)公司一級(jí)維持?jǐn)?shù)據(jù)處理能力，分級(jí)部署模式將在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)存在。

綜上分析，鐵路數(shù)據(jù)中心可按照國(guó)鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司二級(jí)架構(gòu)開展布局研究。

2.2 鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心布局方案研究

隨著集中部署的趨勢(shì)，鐵路二級(jí)數(shù)據(jù)中心按各鐵路局集團(tuán)公司的布局考慮，本文主要對(duì)鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心的布局進(jìn)行研究。

（1）主備模式布局

主備模式布局工作機(jī)制，如圖2所示。正常工作模式下主數(shù)據(jù)中心作為生產(chǎn)中心承載全部業(yè)務(wù)，并定時(shí)與備用中心進(jìn)行數(shù)據(jù)及應(yīng)用系統(tǒng)備份；在主數(shù)據(jù)中心發(fā)生故障或?yàn)?zāi)難的情況下，備用數(shù)據(jù)中心啟用接替主數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)用戶全部切換到備用數(shù)據(jù)中心。

圖2 主備模式數(shù)據(jù)中心工作機(jī)制

主備模式數(shù)據(jù)中心分工明確，可靠性較高。但這種模式中備用數(shù)據(jù)中心只在災(zāi)難發(fā)生時(shí)才能起到作用，造成了資源的浪費(fèi)；備用數(shù)據(jù)中心在接替主中心時(shí)需要較長(zhǎng)的時(shí)間、關(guān)系復(fù)雜，往往會(huì)影響用戶的業(yè)務(wù)辦理。

（2）分布式多活數(shù)據(jù)中心布局

分布式多活數(shù)據(jù)中心工作機(jī)制，如圖3所示。正常工作模式下各數(shù)據(jù)中心各自承載部分業(yè)務(wù)，為就近用戶提供服務(wù)，并定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)及應(yīng)用系統(tǒng)相互備份；在其中一個(gè)中心發(fā)生故障或?yàn)?zāi)難的情況下，其業(yè)務(wù)及用戶根據(jù)制定的策略切換到其他數(shù)據(jù)中心。

圖3 分布式多活數(shù)據(jù)中心工作機(jī)制

分布式多活數(shù)據(jù)中心將業(yè)務(wù)分布到多個(gè)數(shù)據(jù)中心，彼此之間并行為客戶提供服務(wù)，分布式多活技術(shù)包括分布式和多活兩個(gè)關(guān)鍵特征，便于數(shù)據(jù)中心資源調(diào)度，業(yè)務(wù)部署靈活。多個(gè)數(shù)據(jù)中心之間可以根據(jù)需求分別承載不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用或就近接入不同區(qū)域用戶，這種復(fù)雜性也對(duì)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)能力提出了較高的要求。

（3）布局方案

目前以國(guó)家電網(wǎng)、銀行為代表，包括交通、能源等諸多行業(yè)用戶，為了保障信息系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)可靠，多采用“兩地三中心”的主備模式構(gòu)建數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對(duì)外提供云計(jì)算、內(nèi)容分發(fā)服務(wù)，為了更好的服務(wù)不同區(qū)域用戶，多采用“多地多中心”的模式構(gòu)建分布式多活數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。

鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈、重大民生工程和綜合交通運(yùn)輸體系骨干，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的地位和作用至關(guān)重要，必須最大限度的保障影響行車安全的核心業(yè)務(wù)應(yīng)用運(yùn)行可靠性；同時(shí)，鐵路客貨運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量很重要，以12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)、95306貨運(yùn)綜合服務(wù)平臺(tái)為代表的客戶服務(wù)平臺(tái)也迫切的需要提升用戶體驗(yàn)。鐵路數(shù)據(jù)中心布局需要同時(shí)滿足安全可靠與客戶體驗(yàn)優(yōu)良的需求，建議采用主備模式向分布式多活數(shù)據(jù)中心逐步演化的動(dòng)態(tài)方式形成鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心的最終布局。

在規(guī)劃早期，通過(guò)異地主備中心、同城雙活中心的方式，避免區(qū)域性災(zāi)害并保障核心業(yè)務(wù)連續(xù)性，鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心布局模式為主數(shù)據(jù)中心、異地備用數(shù)據(jù)中心、同城雙活數(shù)據(jù)中心，各中心定位規(guī)劃，如表2所示。

表2 主備模式布局鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心定位規(guī)劃

在基本形成“兩地三中心”的數(shù)據(jù)中心布局架構(gòu)情況下，按照這種容災(zāi)模式承載鐵路信息化、智能化相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用及鐵路通信云等其他類信息系統(tǒng)。由于這種主備、雙活的容災(zāi)模式非常成熟，在構(gòu)建過(guò)程中可以確保業(yè)務(wù)的可靠性，同時(shí)，可利用3個(gè)中心的架構(gòu)開展區(qū)域化服務(wù)及分布式多活技術(shù)的測(cè)試。

3 鐵路數(shù)據(jù)中心選址研究

鐵路二級(jí)數(shù)據(jù)中心與各鐵路局集團(tuán)公司的業(yè)務(wù)密切相關(guān)，建議各鐵路局集團(tuán)公司在所在地區(qū)就近構(gòu)建，本文主要針對(duì)鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心的選址開展研究。

3.1 鐵路數(shù)據(jù)中心選址要求

（1）符合《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174—2017）的選址原則，分析選址地點(diǎn)的地質(zhì)、自然地理、配套設(shè)施等條件、考慮與現(xiàn)有信息技術(shù)設(shè)施的協(xié)同[13]、政策環(huán)境和成本[14]等因素，選擇合適的地理區(qū)域。

（2）根據(jù)數(shù)據(jù)中心的功能定位進(jìn)行選址，主用、備用數(shù)據(jù)中心不宜設(shè)置于同一區(qū)域（同時(shí)發(fā)生自然災(zāi)害可能性較大的區(qū)域）。

（3）應(yīng)優(yōu)先選擇建設(shè)在鐵路通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的地區(qū)，為各數(shù)據(jù)中心之間的高可靠網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)提供技術(shù)支撐條件。

（4）選址應(yīng)充分考慮運(yùn)維需求，綜合考慮國(guó)鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司現(xiàn)有運(yùn)維力量，以及國(guó)家大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)布局、信息技術(shù)人力資源分部等因素。

（5）與全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心架構(gòu)融合，適當(dāng)參考國(guó)家區(qū)域公共數(shù)據(jù)中心布局規(guī)劃，結(jié)合全國(guó)大數(shù)據(jù)算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整體智慧交通數(shù)據(jù)互通的需求。

3.2 鐵路數(shù)據(jù)中心選址區(qū)域分析

根據(jù)鐵路數(shù)據(jù)中心選址自然地理?xiàng)l件、配套設(shè)施條件、與現(xiàn)有信息技術(shù)設(shè)施的協(xié)同、政策環(huán)境、成本、高科技人才條件這6個(gè)要素的區(qū)域特性，進(jìn)行選址，選址區(qū)域比較，如表3所示。

表3 選址區(qū)域比較表

3.3 鐵路數(shù)據(jù)中心選址區(qū)域建議

華北區(qū)域除了政策環(huán)境和成本因素以外，其他因素方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。考慮到大多數(shù)大型國(guó)企數(shù)據(jù)中心均接近總部所在地，京津冀也是全國(guó)大數(shù)據(jù)算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)，國(guó)鐵集團(tuán)既有機(jī)房和核心通信系統(tǒng)均部署于北京，因此鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心選址區(qū)域首選華北區(qū)域。

內(nèi)蒙、西南區(qū)域自然地理?xiàng)l件占優(yōu)勢(shì)、政策條件好、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維成本低，在數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維成本方面有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其中，成渝、貴州、內(nèi)蒙古也是全國(guó)大數(shù)據(jù)算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)。主要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)或數(shù)據(jù)備份功能的一級(jí)數(shù)據(jù)中心建設(shè)在該區(qū)域可以有效降低鐵路數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本。

華中、華東、華南區(qū)域配套設(shè)施條件優(yōu)越，人才條件較好，擁有長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)等全國(guó)大數(shù)據(jù)算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)。考慮到信息系統(tǒng)運(yùn)維人才儲(chǔ)備、設(shè)備廠商響應(yīng)速度、外水外電等基礎(chǔ)設(shè)施條件及用戶數(shù)量等因素，是區(qū)域化鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心的優(yōu)先選擇區(qū)域。

東北、西北區(qū)域在選址因素中暫時(shí)沒(méi)有特別明顯優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)規(guī)劃分布式多活一級(jí)數(shù)據(jù)中心時(shí)可根據(jù)業(yè)務(wù)的區(qū)域化需求及區(qū)域發(fā)展情況，結(jié)合甘肅、寧夏等全國(guó)大數(shù)據(jù)算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)，作為備選區(qū)域。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外典型企業(yè)數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀及全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心體系架構(gòu)，通過(guò)對(duì)鐵路信息化、智能化業(yè)務(wù)應(yīng)用及鐵路通信云的部署需求，以鐵路數(shù)據(jù)中心采用國(guó)鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司二級(jí)分級(jí)架構(gòu)為前提開展布局研究，針對(duì)鐵路安全可靠性要求高的業(yè)務(wù)特點(diǎn)及扁平化集中的發(fā)展趨勢(shì)，提出了鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心由主備模式向分布式多活模式逐步演進(jìn)的動(dòng)態(tài)布局方案。進(jìn)一步結(jié)合數(shù)據(jù)中心選址要素特點(diǎn)，分析不同區(qū)域的選址條件，建議鐵路一級(jí)數(shù)據(jù)中心首選在華北區(qū)域建設(shè)；備用中心在內(nèi)蒙和西南區(qū)域建設(shè)；區(qū)域化數(shù)據(jù)中心優(yōu)先選擇在華中、華東和華南區(qū)域建設(shè)；根據(jù)業(yè)務(wù)需求和區(qū)域發(fā)展情況，將東北和西北作為備選區(qū)域。鐵路數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃研究及建設(shè)，不僅有利于推動(dòng)中國(guó)鐵路向智能化、智慧化演進(jìn)，通過(guò)與全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心體系架構(gòu)結(jié)合也有助于鐵路數(shù)據(jù)與全國(guó)大數(shù)據(jù)分析體系的深度融合，推動(dòng)整個(gè)智慧交通行業(yè)的發(fā)展。