基于云平台的轨道交通自动售检票系统设计与实现

王 宁

(陕西交通职业技术学院,陕西 西安 710018)

0 引言

随着我国经济的不断增长,城市轨道交通线网的规模处于不断扩大状态,自动售检票系统的整体结构越来越复杂,对数据的存储、计算等方面的需求处于持续增长状态。 近年来,云计算被广泛应用于城市轨道交通系统,可有效降低城市轨道交通系统的建设及运营成本。 本研究利用云平台,在此基础上建立轨道交通自动售检票系统,对于城市轨道交通的发展具有重要意义。

1 基于云平台的轨道交通自动售检票系统总体设计

1.1 轨道交通自动售检票系统云部署模式

结合轨道交通自动售检票系统对运营管理的需求,本研究采用私有云部署模式进行架构设计。选择私有云部署模式的主要原因为:随着时间的推移,公有云平台运营成本处于递增状态,而私有云平台运营过程中所需的成本呈现由高到低的趋势。 除此之外,私有云平台对数据的存储安全性与可靠性要求较高,仅需少量成本,即可拥有私有云平台架构及定制服务[1]。

1.2 轨道交通自动售检票系统总体架构

传统自动售检票系统在运行过程中存在多种缺陷,本研究为解决传统自动售检票系统存在的问题,提出一种基于私有云平台的自动售检票系统。 基于私有云平台的轨道交通自动售检票系统结构如图1所示[2]。

图1 基于私有云平台的轨道交通自动售检票系统结构

该系统主要由私有云平台、车站计算机系统、车站终端设备等结构共同组成。 其中,车站计算机系统与私有云平台连接时,主要通过专用通信传输系统中的以太网通道将二者互连,该方式有利于实现各车站对私有云平台资源池的共享。 与私有云平台连接后,车站计算机系统仅保留操作终端。 为保护传输系统的安全性,本研究利用光纤自愈环网技术对传输系统实现网络级保护,该方式可在光纤被切断的情况下,使轨道交通自动售检票系统自行恢复自身功能,有利于保证数据传输的可靠性[3]。

1.3 私有云平台架构

为保证自动售检票系统的稳定运行,设计人员应加强对私有云平台的结构设计。 本研究将私有云平台分为5 部分,私有云平台架构如图2 所示。

图2 私有云平台架构

1.3.1 基础设施层

该部分是轨道交通自动售检票系统的基础,对于系统的稳定运行具有重要的维持作用。 将私有云平台与传统的自动售检票系统进行对比分析可知,传统自动售检票系统内部基础设施的数量较多,且消耗的成本较大。 为解决该问题,本研究对私有云平台进行设计时,对服务器、存储器、网络通道等硬件设备进行重新组建,使其成为新的数据中心,并充分利用虚拟化技术的优势,将硬件设备抽象成虚拟化资源池,资源池可根据系统的实际需求,为系统提供相应的计算、存储、网络等服务。 通过集中建设基础设施层的方式,可为自动售检票系统的统一管理及业务整合奠定基础。

1.3.2 平台层

平台层对于底层基础资源具有调用功能,可将调用的资源开放给软件层,属于自动售检票系统私有云平台的核心结构。 为保证该层的功能,将平台层分为3 个子平台,其中开发测试子平台为实现用户对应用软件的配置、开发、调试等工作,向用户提供各类开发、测试等工具。 部署运行子平台主要负责对系统的资源、运行状态进行实时监控,在系统任务请求过多时,该平台可对资源进行快速分配,以此达到自动负载均衡、恢复故障的目的。 业务管理子平台主要在开发测试子平台和部署运行子平台的共同支持下,高效管理参数、票务、清分等业务,并集成了数据挖掘功能 。

1.3.3 软件层

软件层可为部门办公和公共信息发布提供一种标准互联通信方式,用来屏蔽各组件之间结构功能的差异,可为上层提供参数管理、票务管理等软件,在一定程度上可满足网络环境下业务集成的需求。

1.3.4 安全管理模块

安全管理模块通过相关技术的加持,并对保证机制、身份验证、访问权限、安全审计等内容进行详细规定,可保证自动售检票系统的安全运行。

1.3.5 用户访问接口层

用户访问接口层包括自动售检票系统可能用到的多种接口类型,可实现不同用户对云平台服务的泛在访问。 使用该层时,首先应授予不同用户访问权限,用户通过自身权限即可登录该系统,并根据请求服务接入用户访问接口层。

2 基于云平台的轨道交通自动售检票系统控制中心设计

2.1 自动售检票系统控制中心硬件设备设置

自动售检票系统控制中心主要由存储资源池、计算资源池、信息安全设备、网络交换通信设备等硬件部分共同组成。 由于云平台对接入系统的信息安全具有一定要求,本研究对系统硬件设备进行设置时,向其中加入相应的安全设备。 其中病毒防护体系主要由汇聚节点进行维护与升级,控制中心进行数据下发时,主要通过数据汇聚节点将数据转发至车站SC 及现场终端设备,数据传送回控制中心时,可利用线路数据汇聚节点实现。 在硬件设备中,全部资源可集中共享,并统一分配至各个节点,该方式可减少接口界面,对数据存储及计算时,可通过交换机、路由器直接进入控制中心云平台实现。

2.2 自动售检票系统控制中心软件设备设置

控制中心软件设备中主要包括LCC、ACC 等软件,为最大限度地减少软件接口,本研究把具有相同功能的软件设备进行合并,实现全部软件系统集中化运行。控制中心软件设备在运行过程中,可将自身分布于各个硬件资源上同时进行,该方式在一定程度上可提升自动售检票系统的运行效率,并降低软件设备运行过程中对硬件资源的需求量。 自动售检票系统运行过程中产生的数据皆可在软件设备中共享互用,为确保对账信息的实时准确性,将系统内数据集中,由ACC系统统一清算、调度和使用。 在ACC 进行实时清分对账时,由第三方支付系统将交易信息、客流信息等数据上传至控制中心云平台。 通过减少接口数量的方式,可简化清分流程,节省时间。

3 基于云平台的轨道交通自动售检票系统车站云平台设计

为简化自动售检票系统的整体结构,使系统的维护和使用具有一定的便捷性,本研究对自动售检票系统车站云平台进行软件设备、硬件设备以及资源的设置,该方式有利于降低车站云平台的建设和运营成本。 基于云架构的车站自动售检票系统如图3 所示。

图3 基于云架构的车站自动售检票系统

3.1 自动售检票系统车站云平台硬件设备设置

传统自动售检票系统车站云平台的软件设备和硬件设备在运行过程中,将各硬件设备分别设置在不同的地方,该方式可造成硬件设备的冗余,成本较高。为有效降低自动售检票系统的运营成本,本研究将自动售检票系统的服务器、交换机、路由器等硬件设备全部集中在车站云平台设备上,实现资源的共享及统一管理。 该方式可有效减少硬件设备的配置数量及设备占用的空间,并且对硬件设备之间的接口、数据流转的层级关系具有简化作用。

3.2 自动售检票系统车站云平台软件设备设置

传统车站云平台对软件设备的设置较为简单,仅具有指令下发以及数据上传等功能。 为解决传统车站云平台软件设备存在的缺陷,本研究对自动售检票系统车站云平台软件设备进行设置时,将该系统内部的硬件、软件全部纳入云平台,该方式可有效提高系统存储、计算的效率,数据处理完毕后可将数据进行归类,并统一上传至控制中心的中央级系统。 车站云平台软件设备可对中央下发的数据进行初步分析,根据中央的需求进行实时部署,使底层系统的运行速度得到保证,最大限度地节省资源。

4 基于云平台的轨道交通自动售检票系统关键技术分析

4.1 虚拟化技术

自动售检票系统可利用虚拟化技术向硬件设施中引入虚拟层,其根本目的是将繁杂多样的物理资源抽象为虚拟资源。 将基础设施的资源虚拟化后,有利于摆脱终端设备异构性的限制,并且可根据实际业务需求对车站虚拟服务器等虚拟机的数量进行灵活配置。 为保证自动售检票系统的稳定运行,应减少车站实体设备的数量,提升车站设备的资源利用率。

4.2 分布式存储技术

自动售检票系统主要负责城市轨道交通全网运营数据的管理,但随着线网规模的不断扩大,系统内部数据不断增长。 为保证系统的稳定运行,系统采用分布式存储技术对系统数据进行统一管理。 该技术可同时监管多个存储节点,并将数据储存至私有云平台。 管理节点可根据数据的类型采取自动化方式将其分配至存储节点,工作人员操作该系统时,可直接通过终端设备对数据进行查询。 该技术可满足系统的实际需求,并实现管理者的统一管理。

4.3 负载均衡技术

负载均衡技术具有分割功能,可充分利用系统服务器的处理能力,将中央下达的任务分割成多个便于执行的小任务,并结合系统的实际需求制定分配原则,有利于实现对任务的极速处理。 任务处理完毕后,该技术可将计算结果合并汇总,汇总结果即为最终的任务结果。 将任务分割处理有利于减少闲置资源,最大限度地缩短计算时间。

5 结语

本研究提出一种基于云平台的城市轨道交通自动售检票系统的设计方案。 该方案可简化自动售检票系统的整体结构,使维护使用具有一定便捷性,有利于降低车站云平台的建设和运营成本。 云平台架构应用于城市轨道交通自动售检票系统,已成为当前自动售检票系统的主要发展方向,对于整个城市的轨道交通自动售检票系统线网的云平台设计标准化水平具有提升作用。