云计算虚拟化技术在高速公路多义性路径识别系统建设中的应用

张云

随着全国高速公路路网的日趋完善，交通出行愈发便利，就必然会形成所谓的X横X竖的路网架构。由于交通发展节奏及经济原因的影响，各省的情况存在或多或少的差异，但即便新疆、青海等交通欠发达的省份，依旧存在路网成环的现状。特别是在联网收费的大环境下，“大环套小环、环环相扣”的交通网络，各个路段可能隶属于不同的业主，多义性路径问题将会导致无法根据车辆实际行驶路径进行通行费的收取和拆分，影响各业主的合法利益，不利于联网收费政策的顺利实施，同时还面临着传统的高速收费采用最短路径的收费原则下高速逃费难稽查的问题。

一、多义性路径识别系统的构成

多义性路径识别系统是高速公路联网收费系统的一个子系统，主要由省联网中心、路段收费分中心、收费站、标识点（5.8G DSRC+车牌照识别）、收费车道、ETC 车载设备（包括OBU 和ETC 卡）、CPC 卡等构成。

在多義性路径识别系统中，数据流的整体流向为省联网中心向路径识别系统逐级下发路径标识编码等系统参数，并向收费车道逐级下发路径基础费率等运营参数；路径识别系统向省中心系统实时逐级上传标识流水记录和设备状态信息。

高速公路多义性路径识别系统全面建成后，除以往的运行参数、黑白名单、收费流水等收费基础数据之外，将有大量、密集的路径及车牌标识信息从出入口车道、标识点经收费站、收费分中心、联网中心逐级上传下发以及查询。为适应业务需求的调整，作为整个基础支撑平台的联网收费计算机系统需要实现收费流水、路径信息、黑白名单、费率参数等各类收费基础数据快速、准确地处理，各系统间数据交互及时、准确，这就对整个系统的软硬件基础提出了更高的要求。而传统建设模式下，一个业务对应一套IT基础设施的做法无论是从投资成本角度考虑还是管理角度考虑，显然已经无法满足当前和未来收费系统的发展需要，因此引入新的技术来提升收费系统的技术和管理水平并尽可能的降低投资成为当务之急。

二、云计算虚拟化技术的原理及应用优势

（一）技术原理

云计算的核心技术之一就是虚拟化技术。所谓虚拟化，是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，同时，还能根据各应用程序的实际需求灵活分配硬件资源，实现对硬件资源的最大利用，从而显著提高应用程序的工作效率和计算机的使用效率。现阶段的高速公路多义性路径识别系统主要由MTC、ETC、路径信息、信息安全、车牌识别、运营分析、电子发票、网络时钟、无感支付等多个软件系统构成，未来随着新的业务和新的应用不断增加，系统复杂度也会越来越高。通过虚拟化技术，将收费系统管理、车道通行、拆分结算、无感支付等系统有机结合，能够极大提升车道通行效率和用户过车体验，提高相关管理部门对系统的管理能力。

（二）应用优势

1. 系统优势

虚拟化技术允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一物理机上独立并行运行。每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件（例如 RAM、CPU、网卡等），可以在这些硬件中加载操作系统和应用程序。无论实际采用了什么物理硬件组件，操作系统都将它们视为一组一致、标准化的硬件。同时，虚拟机被封装在文件中，因此可以快速对其进行保存、复制和部署。可在几秒钟内将整个系统（完全配置的应用程序、操作系统、BIOS 和虚拟硬件）从一台物理服务器移至另一台物理服务器，以实现零停机维护和连续的工作负载整合，这为多义性路径识别系统涉及的多个软件系统提供了理想的底层软件环境。

2.安全优势

虚拟化技术提升了X86服务器的可靠性、可用性，从基础架构层面获得了原先单机系统无法想象的功能，大大提高了业务连续性的级别，降低了故障率、减少了系统宕机的时间，进一步保证了多义性路径识别系统的稳定性。

3.管理优势

通过虚拟化技术，可以完全实现多义性路径识别系统中IT基础设施的集中化管理，这样不仅可以精简IT操作，提高管理效率，而且还可以简化监控、管理、报告和远程访问等操作。利用虚拟化技术中的集中化管理功能，管理员能够通过一个统一的视图中对整个IT环境进行组织、监控和配置，从而进一步提升管理水平降低运营成本。

4.成本优势

随着高速公路涉及收费系统相关的新业务新系统的不断应用，传统建设模式下收费系统的IT规模在不断膨胀，收费站、收费分中心内的服务器数量、网络复杂程度以及存储容量急剧增长，随之带来的是高昂的硬件成本支出以及运营成本支出（电力、制冷、占地空间、管理人员等），具体表现为：

1、IT管理员遵循“根据最坏情况下的工作负载来确定所有服务器的配置”这一策略导致服务器的配置普遍过高，利用率较低。

2、容易出现大量“只安装一个应用程序”而未得到充分利用的x86服务器。

3、维护人力投入、占地空间和电力、空调制冷等能源成本不断增加。

利用虚拟化的技术特点，既可以对未被充分利用的服务器进行整合，不再为新的业务系统另外购置硬件，从而降低采购成本，也可以充分挖掘新采购设备的使用空间，保证良好的费效比，同时，精简收费站、收费分中心服务器的数量，又可以成比例地减少供电、制冷和场地方面的运营成本。

5.技术前瞻优势

在未来的高速公路收费系统建设中，可依托现有的覆盖收费站和收费分中心的虚拟化平台构建完整的高速公路收费云管理平台，并充分利用大数据分析工具和深度学习算法，开展对收费系统IT资源的使用分析和全生命周期管理，生成IT资源的使用数据提升未来IT基础建设的维护水平并提高IT基础设备维护的准确性，并可同时开展对相关IT管理部门、IT基础设备维护单位的工作绩效考核分析，还能对各条高速公路的运营情况进行分析，生成各条高速公路的运营数据，助力高速公路运营体系建设，力争与交通管控、应急处置等形成联动机制。

三、云计算虚拟化技术在高速公路多义性路径识别系统建设中的应用

（一）对已建收费系统的升级改造

由于各条高速公路建设的时间点不同，不同时期内建设的高速公路收费系统的IT资源对多义性路径识别系统等新业务系统的支撑能力也不一致。通过虚拟化技术，建设部门可在对已建收费系统充分评估的基础上，对已建收费系统的IT资源进行整合和资源补充，充分利用现有的IT资源以最小的投入实现對已建收费系统的升级改造，满足多义性路径识别系统对IT基础设施的要求。

（二）IT资源的分配和利用更加灵活

在虚拟化技术的支撑下，高速公路管理部门可为收费系统的使用部门组织分配虚拟资源池，根据当前和未来的业务发展需要对组织内的资源进行管理和分配，使用部门也可以结合当前各业务的实际使用情况，对现有的IT资源进行动态分配，灵活的最大化的利用IT资源将能更好地确保关键业务系统在高峰期时的工作效率和工作连续性，从而保证整个收费系统的可靠性。

（三）构建统一的管理平台

基于虚拟化的应用，原来自成系统的各业务模块得以整合在统一的资源管理界面下，使用部门告别了以往繁琐的使用流程和日常维护工作，通过虚拟化平台的管理界面即可对各业务系统的资源进行统一管理和使用，新业务的部署方式也更加便捷，通过统一的管理平台即可实现新业务的部署，同时还可以实现新业务系统的远程部署，极大地提高了使用部门的工作效率。

（四）采用多重机制保障业务的稳定性

利用虚拟化技术，可以将支撑业务运行的多台物理服务器合并为一个具有共享资源池的集群，一旦某台服务器主机或虚拟机发生故障，各物理服务器之间可以实现动态迁移，动态迁移支持在物理服务器之间实时迁移正在运行中的虚拟机（即各业务系统），保障各业务系统工作的稳定性。同时，利用虚拟机实时迁移技术，不仅在执行硬件维护时无需安排宕机和中断业务操作，而且可以使资源池内的虚拟机不断自动优化，最大限度地提高硬件利用率、灵活性和可用性。

四、总结

随着高速公路“营改增”等工作的部署提速和省际收费站的取消，通行费清分结算将进一步扩展结算对象，跨省市、跨多个公路运营管理单位需要更为精确的多义性路径识别系统，这对支撑收费系统的IT基础设施建设提出了更加严苛的要求，云计算虚拟化技术的应用能够有效解决高速公路收费系统资源利用、成本控制和业务稳定性等多个问题，并为后续的新业务的部署和应用的扩展提供了更多可能性。