城市轨道交通云平台部署架构优化的思考和建议

王建康　李罡　安俊峰　赵双聪

摘 要：对现阶段行业内城市轨道交通云平台项目的设计与实施现状进行介绍，阐述城轨云平台常见的设计架构及相关技术在轨道交通行业中的应用水平，同时分析城轨云部署架构现状面临的隐患和不足，并提出针对上述问题的架构优化设计和实施建议，最后提出超融合技术在城轨云中的应用场景，从技术发展与传统行业适应性展望城轨云的发展方向。

关键词：城轨云;超融合;轨道交通;智慧运维

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 城軌云设计与实施现状

1.1云计算的发展现状

云计算已经成为数字经济时代的新型信息基础设施，将加速轨道交通及经济社会各领域“数字蝶变”。面对着数字化智能化转型的浪潮，新兴数字技术的支撑作用愈发明显，而云计算作为其中的重要组成部分，将汇聚更多样化的算力和应用，促进新模式、新业态的形成和发展，加速产业的智能升级。面临智慧城轨、智慧运维等技术研究，城轨云平台作为传统行业与新技术的融合，无疑是一大进步，资源的整合，不仅可以动态满足计算资源的弹性变化，而且可以提高资源的利用率¹节约建筑面积促进节能减排。

1.2城轨云设计与实施历程

国内城轨云平台项目的发展主要包括以下几个方面：

（1）初试牛刀。本阶段主要以城轨单业务以管理系统上云为主，主要代表有温州S1线综合监控、广州地铁信息化系统、无锡地铁OA等。

（2）单线路多业务尝试。以一条线路中的多个系统上云，但出于对云平台技术的安全性担心，云平台不承载信号系统的 ATS 子系统，典型项目为金义东城际、深圳地铁 6、10 号线中的线路云平台。本阶段主要尝试多业务资源整合，探索提高资源利用率的可能性。

（3）线网云平台。随着中国城市轨道交通协会团体标准的推出，依据标准建设了线网云平台示范，以呼和浩特轨道交通及武汉地铁、太原地铁为代表，这个阶段的特点是标准化²与规模扩大化，各弱电系统基于X86架构的服务，在统一的云上运行真正做到资源共享。

1.3城轨云架部署构设计与实施现状

城轨云的部署架构设计，主要是依据轨道交通协会的相关标准完成的，多采用私有云方式，主流的架构是主备双中心或主备双中心加车站降级云节点两种。

（1）主备双中心架构。主中心也就是生产云中心，主要包括安全生产网、内部管理网、外部服务网三个网域内的所有基于X86架构的业务，涵盖了轨道交通90%左右的信息化系统。配合采用备用中心来增加业务和网络冗余，灾备中心主要承载部分重要性较高的业务系统如ATS，其余系统做数据级灾备。这种架构的一个显著特点是车站不提供任何服务，终端直接与云交互，数据流向为终端->中心。

（2）主备双中心加车站云节点降级服务器。这种部署方式为上面一种的升级版，为了进一步提高冗余度，在车站设置车站云节点（采用虚拟化技术）作为降级服务器备用，平时是闲置状态，需要降级时再启用。这种架构的特点是终端直接与云中心交互，主中心车站服务与车站降级服务数据要同步并需要重新处理降级逻辑，数据流向为终端->中心->车站（图1）。

2城轨云部署架构现状面临的隐患

2.1云平台自身的优劣势分析

私有云主备中心的部署架构，资源利用率将达到空前高度，首先对于社会来说能源利用可以充分规划，符合国家节能减排的趋势。其次对各业务系统租户来说直接租用云资源可以大大降低技术成本，不必在考虑IT基础设施的维护，可以让用户把更多的精力放到业务研究上。再次，对于业务安全性来说，可借助严格的云安全体系加强自身业务的安全等级³，从而提高本业务乃至整体的安全能力。

然而，由于过度依赖网络，资源集中后风险也随着集中起来，对于运维团队来说，随着越来越多复杂新技术的应用，云平台的可靠性和运维的技术难度将面临巨大的挑战。虽然在车站增加闲置云节点，理论上可以增加冗余度，但是对于传统的业务系统来说，主-备-云节点的结构需重新编写降级逻辑，且可能需要数据同步，逻辑更复杂，实现起来很难，尤其是轨道传统应用的基础主要参考了国外经验⁴。

2.2城轨传统业务系统的技术壁垒

业务上云后，应重点考虑系统可靠性：

对于单业务，万一主用中心的单个设备或服务出现故障后，是否可以自动切换到备用中心，不仅需要云平台环境支持，关键点还在业务是否支持自动检测故障并自动切换。另外需要考虑过程是否需要人为干涉，人为操作的复杂度和恢复时间如何控制，才能将影响时间降到最低。

对于多个业务或整个主用云中心出现电力或重大网络故障时（虽然可能性极低），会影响整个城市的交通出行，后果是灾难性的，如何在最短的时间恢复或启用备用中心，关键点在各业务本身是否支持双活，据了解目前轨道交通传统信息化系统能做到双活无感切换并保持数据同步的业务产品非常少。

最后考虑到车站可以备置降级服务器。由于目前多数架构设计的是车站业务也在云上，改变了传统业务三级部署的地理位置，所以云中心出现故障时，无论中心还是车站都受影响。放置在车站的云节点业务与云中心数据同步、联动技术，如何降级，降级能否成功、业务本身是否支持等都是技术难题。

3城轨云架构设计优化建议

基于以上问题分析，以工业互联网为基础的城轨云体量大，影响面广，在云平台设计时，应该慎重考虑;在部署架构上必须结合业务实际能力优化论证，反复试验。经过研究与思考，笔者推荐的优化建议如下（图2），主备中心加超融合架构，数据流向为中心->车站超融合->终端。

举例来说，在工业互联网⁵中研究风机智慧运维这个应用时，需要找到与轨道交通云架构、智慧运维等方面的最佳搭配方案，找到实施的切合点，因其重点关注的是风机设备在轨道交通的“边缘链”和“核心链”理念，传统做法是将风机加装电流传感器、电压传感器、摄像头、激光雷达等感知层设备，并且搭配预处理、频谱计算、预处理等功能，配置端侧的边缘计算能力，且让数据采取上链技术，打造“边缘链”;结合本课题的研究成果，将云节点服务器作为“核心链”，控制本车站智慧业务，无需与云管理中心交互，减小数据传输压力。

3.1云计算与超融合联合架构

推荐的架构为主中心加车站超融合节点两级架构：主中心仅部署传统部署在OCC机房的业务，例如ACC中心级服务、综合监控中心服务等。车站超融合节点统一被主中心云管理平台纳管，并放置在车站设备机房，部署全部车站级业务，比如SC服务或其他专业系统的车站级服务，直接提供车站级业务服务，车站终端数据不直接与云中心相连，主要优点有：

（1）数据流向保持传统业务架构没有改变，降低上云后系统的复杂性;

（2）车站采用超融合节点而不采用传统虚拟化，增加了车站基础设施可靠性和资源、空间利用率;

（3）车站云节点直接作为日常车站级业务提供者，云中心不提供车站级业务，当云中心大面积故障时，车站服务正常提供，并无需更改降级逻辑。

3.2超融合作为云节点技术优势

相比传统的虚拟化技术，车站节点的可靠性是实现上述部署架构的关键，超融合基础架构（Hyper Converged Infrastructure，或简称“HCI”）是指在同一套独立的设备中不仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且还包括备份软件、快照技术、重复数据删除、在线数据压缩等元素，而多套单元设备可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展（scale-out），形成统一的资源池。可以为数据中心带来最优的效率、灵活性、规模、成本和数据保护⁶。

4结语

2020年3月，中共中央政治局常务委员会召开会议提出，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。

随着科技水平日新月异的发展，城市轨道交通的信息化、智能化水平也因引用新技术变得更高。建设城轨云平台新型基础设施的目的是为了在降低成本的同时，提高基础设施性能、可靠性、安全性等要术，加速城市轨道交通行业的数字化转型。在新技术应用时要避免大跃进，应沉下心来把技术研究透彻，然后结合实际多思考，小面积试点测试，通过不断的创新和探索相信未来城市轨道交通作为新基建的重要组成部分给市民带来更多便利。

参考文献

1. 中国网络空间研究院 世界互联网发展报告2019[M]，电子工业出版社，2019.

2. 智慧城市轨道交通信息技术架构及网络安全规范：T/CAMET 11001.1-2019 [S].中国铁道出版社，2019

3. 王雨哲. 城市轨道交通PPP项目财政支出绩效评价研究[D].北京建筑大学，2020.

4. 杜圆荣.城市轨道交通信号系统发展研究[J].智能城市，2020，6（06）：154-155.

5. 赵圣娜. 基于私有云平台的轨道交通自动售检票系统研究[D].东南大学，2017.

6. 孟欣.基于超融合架構的新一代数据中心建设探究[J].电子技术及信息科学，2018（04）：98-100.