城市軌道交通綜合監控系統云平臺架構設計方案比較

李 明 何治達

(鄭州市軌道交通有限公司，450016，鄭州//第一作者，工程師)

綜合監控系統是線路運營管理系統的核心組成部分，能與其它專業系統互聯，進行信息交互，從而構建線路的信息交換與共享平臺，促進高效運營管理的實現[1]。傳統綜合監控系統的架構無法滿足高度集中化、智能化發展的需求。隨著大數據、智慧化、云技術及物聯網等新一代信息技術在城市軌道交通領域的廣泛應用[2]，采用云技術的綜合監控系統應運而生。這也為城市軌道交通建設提供了新的方向和思路。從運營管理角度講，采用云平臺技術的綜合監控系統能提供切實可靠且高效的技術服務，面對各種突發事件可增強運營方的應變能力，提高運營方的反應速度[3]。但云平臺有不同的構建方案，本文討論其方案比選問題。

1 綜合監控系統云平臺架構方案

1.1 集中式云平臺架構方案

綜合監控系統集中式云平臺架構方案取消了傳統的設置在車站及控制中心的物理服務器和工作站，并在云管理中心建立了云資源池。集中式云平臺架構如圖1所示。

云資源池由多臺物理服務器組建，可為控制中心虛擬出互為冗余的實時服務器、歷史服務器及工作站，也可為每個車站虛擬出互為冗余的實時服務器和工作站。系統軟件和人機界面程序分別部署在虛擬服務器和虛擬工作站上，車站及控制中心配置顯示終端以云桌面的形式顯示對應工作站中的人機界面。虛擬服務器和虛擬工作站可通過虛擬機靈活調度服務器集群的資源，可將狀態數據、內存數據通過共享存儲進行遷移，從而在服務器和工作站進行維護及業務升級時，能實現無縫切換，且工作不中斷，以保證綜合監控系統的可用性和可靠性。

1.2 分布式云平臺架構設計方案

在綜合監控系統分布式云平臺架構方案中，每個車站保留1臺車站物理服務器，云管理中心不再為車站提供虛擬備用服務器和虛擬備用工作站，而改由車站物理服務器提供，其他設置同集中式云架構。當云管理中心出現嚴重故障、通信完全中斷時，車站服務器能應急虛擬出備用服務器，以繼續維持系統正常運行；當故障消除后，車站綜合監控系統將自動遷移至由云管理中心的虛擬實時主服務器上。

1.3 云平臺可靠性分析

1.3.1 集中式云平臺可靠性

集中式云平臺架構的綜合監控系統通信故障可能有以下幾種：

(1) 車站核心交換機故障。如車站綜合監控系統有1臺核心交換機出現故障(屬于非致命故障)，則車站虛擬主服務器可通過車站另1臺非故障交換機工作，來保障車站綜合監控系統的正常運行，實現控制中心綜合監控系統對本站的監控。如車站綜合監控系統有2臺核心交換機出現故障(屬于致命故障)，則車站綜合監控系統會處于癱瘓狀態，控制中心綜合監控系統無法對故障車站進行監控(如圖2所示)。

注：FEP——前端處理器；SIG——信號；PSSADA——電力監控與數據采集；AFC——自動售檢票；PIS——乘客信息系統；ACS——門禁系統；CCTV——閉路電視；BAS——環境與設備監控系統；FAS——火災報警系統

圖1 綜合監控系統集中式云平臺架構圖

圖2 集中式云平臺架構下車站核心交換機故障示意圖

(2) 云中心核心交換機故障。如云管理中心有1臺核心交換機出現故障(屬于非致命故障)，則車站虛擬主服務器通過云管理中心的另1臺非故障交換機來保障車站和控制中心綜合監控系統的正常運行。如云管理中心有2核心交換機同時出現故障(屬于致命故障)，則所有車站綜合監控系統和控制中心綜合監控系統均無法正常工作。

(3) 骨干網斷點故障。骨干網出現3個以內斷點(屬于非致命故障)，則車站虛擬服務器(主、備)可通過車站交換機(前后只有1個斷點的交換機)來保障車站和控制中心綜合監控系統的正常運行。如骨干網出現4個斷點(屬于致命故障)，則斷點范圍內的車站綜合監控系統不能正常運行，控制中心綜合監控系統也不能對斷點范圍內的車站進行監控，而斷點范圍外的車站不受影響。

1.3.2 分布式云平臺可靠性分析

分布式云平臺架構的綜合監控系統通信故障有以下幾種：

(1) 車站核心交換機故障。如車站綜合監控系統有1臺或2臺核心交換機發生故障，則情況與集中式云平臺相同，不再贅述。

(2) 云管理中心交換機故障。當云管理中心有1臺交換機發生故障時，云管理中心服務器集群虛擬出的車站虛擬主服務器，通過云管理中心另1臺非故障交換機來保障車站和控制中心綜合監控系統的正常運行。當云管理中心的2臺交換機同時發生故障時，則車站服務器虛擬出的虛擬備用服務器可保障車站綜合監控系統的正常運行，而控制中心綜合監控系統無法正常工作。如圖3所示。

圖3 分布式云架構中心1臺或2臺核心交換機故障示圖

(3) 骨干網斷點故障。骨干網出現4個或4個以內的斷點均為非致命故障。如骨干網出現3個及3個以內斷點，車站虛擬主服務器通過車站交換機(前后只有1個斷點的交換機)來保障車站和控制中心綜合監控系統的正常運行；如骨干網同時出現4個斷點，則車站的服務器虛擬出的車站虛擬備用服務器可保障車站綜合監控系統的正常運行，而控制中心綜合監控系統不能對故障車站進行監控。

由上述分析可見，除車站2臺核心交換機同時發生故障外，其他故障情況下車站綜合監控系統都能保證正常運行；并且，在云管理中心2臺核心交換機同時出現故障和骨干網出現4個斷點的極端情況下，綜合監控系統會啟用備用虛擬服務器，仍能夠正常運行。

2 云平臺架構設計方案比較分析

集中式云平臺和分布式云平臺架構各有優缺點。集中式云平臺架構能實現成本最低化、設備管理和維護最簡化，但在云管理中心通信中斷時，控制中心和車站綜合監控系統將面臨無法運行的挑戰。云管理中心通信完全中斷的概率很小，即使綜合監控系統不能正常運行，其集成和互聯的系統(如BAS、PSCADA、ACS等)也能脫離綜合監控系統獨立運行，不會造成生產停滯。

分布式云平臺架構能保證車站的綜合監控系統在云管理中心通信中斷的情況下獨立運行。因為車站僅配置1臺低性能服務器，故其成本比傳統綜合監控系統架構有所下降。但分布式云平臺架構仍然面臨設備分散、不能集中管理和維護的問題。

綜上所述，集中式云平臺架構在成本、設備管理和設備維護方面優勢明顯，是一種較為適用的方案。采用該方案時在極端情況下，其車站集成和互聯的系統仍可獨立運行。

3 結語

傳統綜合監控系統架構現已無法滿足發展需求。隨著城市軌道交通信息化發展及云技術的成熟，綜合監控系統云技術應用已在積極探索。單系統云平臺的建設成本較高，隨技術發展和成熟，云平臺未來將會發展為多系統綜合部署，實現對線網的全面融合，最終節約投資。綜合監控系統具有接口多、數據雜及數據量大的特點，運用云平臺技術可對數據進行統一管理，為智慧軌道交通的數據管理及數據挖掘打下堅實基礎。