铁路局级客票系统双活架构的研究

徐东平，李 琪，刘相坤，李聚宝

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

铁路局级客票系统双活架构的研究

徐东平，李 琪，刘相坤，李聚宝

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

铁路局级客票系统目前部署于铁路局的同一物理机房，系统处于单中心运行状态，一旦机房环境出现故障，客票业务连续性难以保障。本文着重分析和研究铁路局级客票系统业务、结构和数据同步关系；结合虚拟化技术，设计了铁路局级客票系统双中心双活架构，该架构具备系统可靠性高、系统规模扩展灵活、系统处理能力快速等优点。

客票系统；双活中心架构；虚拟化

铁路局级客票发售和预订系统（简称：客票系统）目前部署于铁路局的同一物理机房，系统处于单中心运行状态，一旦空调、电力、网络、关键设备等出现故障，都可能导致整个客票系统服务中断，售检票服务的业务连续性难以保障。同时，铁路局级客票系统主中心和负载中心服务器等主要服务器采用的是小型机平台，其中部分机器陆续达到设计使用年限，个别设备陈旧，运行效率低，面临着到期过保更换选型；小型机市场目前基本被少数国外厂商垄断，小型机更换成本昂贵；小型机采用双机热备的方式提高了服务器的稳定性，但资源利用率不高；由于同一铁路局的客票系统采用的小型机普遍存在多厂家、多型号，小型机系统平台不统一，且互相不兼容，给实现全系统灾备带来很大困难。近年来，随着高速铁路的快速建设，铁路客运运能增长迅速，铁路局级客票系统需要提高系统处理能力；同时，为提高客票业务处理速度，减少客户办理客票业务时的等待时间，也需要提高系统处理能力。

为提高铁路局级客票系统可靠性，降低铁路局级客票中心服务器更换成本，提高铁路局级客票系统处理能力，提升客户体验的需求，本论文针对铁路局级客票系统的特点，结合当前虚拟化技术的发展，研究采用主机虚拟化和存储虚拟化技术，基于X86服务器平台，搭建铁路局级新一代客票系统双中心双活架构，实现双中心双活，互为应急和备份，提高系统可靠性，提高系统处理能力及运行维护效率，保证系统的业务连续性，降低长期投资成本。

1 铁路局级客票系统现状分析

铁路局级客票系统主要包括：票务管理子系统、电话订票子系统、窗口售票子系统、自动售票子系统、自动检票子系统、客运营销辅助决策子系统、客户关系管理子系统、监控子系统、交易服务集成平台、数据共享服务集成平台等。

1.1 高峰日售票情况

铁路局级客票系统售票渠道包括12306互联网售票、铁路局电话订票、车站和代售点窗口售票、站内外自动售票机售票。全路18个铁路局（公司）2015年春运售票高峰日售票情况：上海局高峰日售票量已超过230万张，广铁集团高峰日售票量已超过150万张，北京局高峰日售票量已超过100万张，沈阳、武汉、南昌、成都局高峰日售票量已超过50万张，哈尔滨、郑州、济南、南宁局高峰日售票量已接近50万张。铁路局售票量大，如果系统出现异常情况，受到影响的旅客多，影响面广，因此进一步提高系统的可靠性，保障售票业务的连续性具有重要意义。提高系统可靠性和保障业务连续性的关键在于提高数据存储可靠性和数据服务的连续性。

1.2 系统结构

铁路局级客票系统主要承担了票务管理、售票交易、互联网售票服务、窗口售换票服务、自动售换票服务、电话订票交易服务、自动检票服务、结账服务（取消车站服务器时）、客运营销服务、客户关系管理、与铁路内其他系统的接口服务以及铁路局个性化[1]的系统服务，各项服务通过客票交易服务平台和客票数据共享平台向中国铁路总公司终端、铁路局终端、车站终端、外部终端及铁路内其他系统提供。其中票务管理是铁路局级客票系统的重点，票务管理子系统为铁路客运管理人员开展旅客服务业务提供管理支撑，包括基础数据管理、席位管理、运价管理、设备管理、人员及窗口管理等[1]。铁路局级客票系统架构如图1所示。

图1 铁路局级客票系统架构

铁路局级客票系统的数据主要有用户管理数据、设备管理数据、窗口管理数据、票务基础数据、席位数据、余票数据、售退签存根数据、统计数据和监控数据等。客票系统实现了全路火车票多个渠道的通售通退，为旅客提供了极大的便利。客票系统数据的全路同步是实现火车票通售通退服务的重要条件。全路客票系统共有1套中国铁路总公司客票系统双中心和18个铁路局（公司）客票系统中心。铁路局客票系统中心配置1个主中心、多个负载中心（铁路局根据售票量和有关标准确定负载中心的数量）来承担票务管理子系统的任务，同时配置满足其他子系统要求的数据库等服务。

中国铁路总公司客票中心通过数据库复制技术将基础数据实时同步到铁路局客票系统主中心和负载中心，将外局余票数据实时同步到铁路局客票系统主中心。铁路局客票系统主中心通过数据库复制技术将本局余票数据实时同步到中国铁路总公司客票中心，通过数据传输软件将售退签等存根数据准实时批量同步到中国铁路总公司客票中心。铁路局主中心通过数据传输软件实现与外局主中心的异地票存根数据的准实时相互同步，并将相关数据同步到外局负载中心。铁路局负载中心通过数据库复制技术将本负载中心余票实时同步到铁路局主中心，通过数据传输软件将客统3等统计数据准实时批量同步到铁路局主中心，同时通过数据传输软件接受来自外局主中心的异地票存根数据的同步。与中国铁路总公司客票中心和铁路局中心的数据同步方式类似，铁路局主中心与铁路局票务管理子系统以外的其他子系统及车站系统之间通过数据库复制技术和数据传输软件实现实时、准实时的数据同步。客票监控系统对客票系统车站、铁路局、中国铁路总公司各级的设备、系统和业务进行实时监控，监控数据通过消息通信的方式实时在本级汇总，并同时向上级传送。铁路局级客票系统主要数据同步关系如图2所示。

2 虚拟化技术的应用

虚拟化技术拥有硬件独立性的特点，虚拟机与物理硬件完全隔离，这就避免了传统物理环境下需要安装各种硬件驱动的烦恼，简化了部署，提高了系统稳定性。虚拟化技术可以实现在不同厂商和不同硬件配置的情况下，在线于不同物理服务器之间迁移和复制虚拟机。

虚拟化技术中的分布式资源调度技术，可实现企业中物理机的负载平衡，无论是在企业高峰业务阶段、某些虚拟机需要更多资源或企业新增物理服务器资源的情况下，虚拟化技术易于完成资源调配任务，使企业整个数据中心达到弹性计算资源分配的最优化。

采用X86平台的主机计算系统虚拟化和存储虚拟化架构，对设备和数据进行集中管理维护，可减少故障环节，便于系统横向扩展，提高系统可靠性和运行效率；可利于安全防护措施部署实施和灾备系统的建设；可统筹配置和使用系统资源，充分发挥系统效益，节约投资[2]。

采用虚拟化技术的双中心双活系统架构能够减少正常或者非正常的停机对业务运行所造成的影响，具有对于业务持续性的高可用性保障优势，当一个数据中心出现宕机时，另一个数据中心可以及时接管业务，避免应用宕机，保证业务持续性，提高数据中心的容错能力，并且能够实现弹性的IT基础架构，实现存储、服务器等资源的按需分配。以采用虚拟化软件VMware为例，铁路客票系统双中心虚拟化结构如图3所示。

3 铁路局级客票系统双中心双活架构

为进一步提高铁路局级客票系统的可靠性和处理能力，保障客票业务连续性，设计铁路局级客票系统双中心双活架构。

3.1 系统总体架构

在铁路局既有客票机房建立第1生产中心，在另一机房建立同城的第2生产中心，两中心形成双活态势并且互为应急备份，保证当其中任一中心发生问题时，系统能够切换到第2中心。铁路局级客票系统双中心双活总体架构如图4所示。

3.1.1 第1生产中心和第2生产中心双活机制

第1、第2生产中心分别存放全局的席位信息，共同承担票务管理、售票交易、互联网售票服务等核心业务。第1、第2生产中心之间核心业务采用双向数据同步技术进行实时数据同步，当任一中心发生故障时，另一中心可接管对方的所有核心业务。核心业务切换时间5 min ～ 15 min。

图2 铁路局级客票系统数据同步关系示意图

图3 铁路客票系统双中心虚拟化结构

图4 铁路局级客票系统双中心双活总体架构

3.1.2 第1生产中心和第2生产中心备份机制

第1生产中心单独承担窗口售换票服务、自动售换票服务、电话订票交易服务、自动检票服务、结账、铁路局营销等业务，第2生产中心单独承担铁路局客户关系管理、与铁路内相关系统接口及铁路局个性化业务，上述业务采用存储实时数据备份或操作系统级准实时数据备份，业务切换时间15 min ～30 min。

3.1.3 交易服务集成平台和数据共享平台

铁路局级客票系统通过交易服务集成平台作为中间件层承载两个生产中心以及车站间的业务访问及服务调用，生产中心间的灵活切换通过交易服务集成平台的参数调整来完成。

数据共享集成平台是全路数据共享平台的重要组成部分，承载客运相关主题数据的数据共享工作，铁路局级客票系统与运营调度、车辆、公安、旅服、收入、统计等铁路内外系统的数据共享与交换均通过该平台完成[2]。

3.2 系统功能设计

铁路局级客票系统双中心双活架构实现的业务功能继续保持既有客票系统业务功能。其中票务管理子系统中的基础数据管理对数据实时性和完整性要求高，席位管理对系统处理效率、处理能力、存储容量要求高。票务管理子系统的任务处理主要由铁路局主中心数据库、负载中心数据库和车站数据库服务器承担，这些服务器是铁路局级客票系统的核心服务器，其中主中心数据库服务器属于核心中的核心。核心服务器当前在用机型为小型机，改用开放式的X86平台服务器架构后，综合考虑系统处理能力、系统稳定性及日常运行维护故障恢复速度等因素，为减轻主中心数据库服务器的任务量，采用的措施有：增加复制服务器、增加负载中心。

3.2.1 增加复制服务器

为减轻主中心数据库服务器的数据复制任务，可增加2台X86平台的复制服务器RS1（Replication Server 1）和RS2（Replication Server 2），迁移出主中心的大部分复制任务，其中RS1承担纵向（中国铁路总公司→铁路局→车站）复制任务，RS2承担横向（铁路局服务器→铁路局服务器）复制任务。

3.2.2 增加负载中心

根据客票系统测试结果和多年运维经验，为保障数据库中席位交易的高效平稳运行，需要满足2个条件：数据表单表记录数不大于1 000万条；每个X86平台的数据库承担日售票量为10 ～ 15万张。根据铁路局的售票情况，考虑运能增长和预售期调整，保障系统高效平稳运行，设置X86平台的负载中心服务器数量。为减轻主中心服务器的席位交易任务，将主中心服务器上的席位迁移到其他的负载中心服务器上。

3.3 虚拟化设计

采用分布式虚拟化存储技术，实现跨中心的存储层虚拟化。以基于X86通用标准架构服务器为硬件平台，采用主机虚拟化技术，在分布式虚拟化存储的支持下，构建跨双中心的主机虚拟化平台，实现虚拟机跨双中心动态迁移及高可用，同时满足数据库层面的双活要求。

3.4 系统网络设计

铁路局级客票系统双中心双活架构网络拓扑设计如图5 所示。

图5 铁路局级客票系统双中心网络结构示意图

4 结束语

在深入分析铁路局级客票系统及快速发展的虚拟化技术的基础上，将虚拟化技术应用到铁路局级客票系统中，设计了铁路局级客票系统双中心双活架构，具有如下意义：

（1）双中心双活架构有利于提高铁路局级客票系统的可靠性，更好的保障客票业务连续性，降低机房环境故障对系统和业务的影响；

（2）紧跟当前计算机和信息技术的发展，应用虚拟化技术和X86平台服务器，降低系统对底层硬件平台的依赖，系统易于扩展、升级和运行维护；

（3）在系统可靠性提高、业务连续性更有保障、系统处理能力提高、业务交易速度提高的同时，广大旅客的使用体验好感将大幅增加，有利于进一步提高铁路客运服务质量和形象,有利于吸引旅客选择铁路交通出行。

[1]朱建生.新一代客票系统总体技术方案的研究[J].铁路计算机应用，2012，21（6）：1-6.

[2]朱建生，周亮瑾，单杏花，王明哲.新一代客票系统总体架构研究[J].铁路技术创新，2012（4）：93-97.

责任编辑 方 圆

Double active centers architecture of Ticketing and Reservation System for level of railway administration

XU Dongping, LI Qi, LIU Xiangkun, LI Jubao
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

Generally, the Ticketing and Reservation System ( TRS ) for level of railway administration was arranged in the same server rooms, accordingly, the System worked under the pattern of single center. It meant that the continuity work of the System couldn’t be guaranteed if the environment of the server rooms were breakdown. This paper researched on the business, structure and relationship of data synchronization about the System. Combined with virtualization, a double active centers architecture of the System was designed. This architecture was with the advantages of high reliability, fl exible to expand and rapid processing capacity.

Ticketing and Reservation System (TRS); double active centers architecture; virtualization

U293.22∶TP39

A

1005-8451（2015）11-0009-05

2015-04-10

徐东平，副研究员；李 琪，副研究员。