城市軌道交通清分中心ACC架構(gòu)方案研究

摘要：本文在對(duì)軌道交通清分中心ACC介紹基礎(chǔ)上對(duì)主系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行分析，探討基于小機(jī)、一體機(jī)及通用PC等架構(gòu)體系在軌道交通票務(wù)清算管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并進(jìn)行市場(chǎng)及應(yīng)用需求分析。從運(yùn)算處理能力、可靠性可用性和可維護(hù)性、擴(kuò)展能力、安全性及性價(jià)比等方面對(duì)各架構(gòu)體系深入比較研究，并給出了自動(dòng)售檢票系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心ACC架構(gòu)設(shè)計(jì)的建議解決方案。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；自動(dòng)售檢票；清分中心；架構(gòu)

1 引言

在城市軌道交通清分中心ACC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，隨著線網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，清分業(yè)務(wù)量變大，這對(duì)整個(gè)清分中心的架構(gòu)建設(shè)提出了更高的要求[1-2]。如何規(guī)劃清分架構(gòu)體系，合理選擇軟硬件，是城市軌道交通清分中心需要考慮的首要問題。在ACC系統(tǒng)架構(gòu)選型及整個(gè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)劃的過程中，存在幾種不同的方案模型，每種方案有各自的特點(diǎn)及相應(yīng)的適用場(chǎng)景。

2 清分中心ACC架構(gòu)體系

ACC作為軌道交通線網(wǎng)AFC系統(tǒng)最上層管理中心，承擔(dān)著軌道交通網(wǎng)絡(luò)票務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)全局性的管理職能，是整個(gè)城市軌道交通AFC系統(tǒng)票務(wù)體系模式管理中心、數(shù)據(jù)匯集中心和票務(wù)結(jié)算處理中心[3-4]。

圖1 清分中心架構(gòu)體系圖

根據(jù)ACC系統(tǒng)的應(yīng)用特征和數(shù)據(jù)使用特征，以及與外部系統(tǒng)之間的關(guān)系，將ACC系統(tǒng)從邏輯上劃分為4個(gè)區(qū)域9個(gè)子系統(tǒng)。圖示為清分中心架構(gòu)體系圖。

3 清分中心ACC架構(gòu)方案設(shè)計(jì)

關(guān)于ACC系統(tǒng)處理平臺(tái)，目前主要存在三種不同的體系架構(gòu)。

■ 傳統(tǒng)的IOE unix平臺(tái)

■ 專用的一體化處理平臺(tái)

■ 標(biāo)準(zhǔn)x86平臺(tái)（含SAN存儲(chǔ)和新型云平臺(tái)）

3.1 IOE unix平臺(tái)

傳統(tǒng)的IOE unix平臺(tái)是指由傳統(tǒng)的unix小型機(jī)、SAN網(wǎng)絡(luò)、集中SAN存儲(chǔ)一起構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)，處理平臺(tái)主要涵蓋計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，基礎(chǔ)應(yīng)用資源（如數(shù)據(jù)庫、中間件）在該基礎(chǔ)平臺(tái)之上另行部署。在地鐵行業(yè)中，主要以ibm aix小型機(jī)+ibm san存儲(chǔ)（或emc等其他存儲(chǔ)）為典型代表。屬于封閉專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不同品牌的小型機(jī)架構(gòu)和I/O總線也不相同，但操作系統(tǒng)一般是基于Unix的。

小型機(jī)在單機(jī)處理能力上具有明顯優(yōu)勢(shì)。這一優(yōu)勢(shì)使其在處理單一應(yīng)用時(shí)，表現(xiàn)的比較優(yōu)異。但隨著清分中心系統(tǒng)規(guī)模增加，以小型機(jī)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)會(huì)面臨各種瓶頸，如：服務(wù)器層接收過多數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，內(nèi)存優(yōu)勢(shì)無法發(fā)揮；網(wǎng)絡(luò)層傳輸帶寬不足，無法快速傳輸大量數(shù)據(jù)到服務(wù)器；存儲(chǔ)層數(shù)據(jù)量不斷增加，帶來IO瓶頸，且隨著數(shù)據(jù)長時(shí)間運(yùn)行帶來的數(shù)據(jù)分布不均勻，也存在IO熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)的最有效的解決瓶頸方法是進(jìn)行擴(kuò)容，以達(dá)到增加系統(tǒng)通道數(shù)和提升系統(tǒng)處理能力的目的，比如增加處理器、內(nèi)存或增加網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬等，但因產(chǎn)品更新快擴(kuò)展設(shè)備配件的可行性較低。

3.2 專用一體化處理平臺(tái)

專用的一體化處理平臺(tái)是指由一家商業(yè)公司推出的涵蓋計(jì)算、存儲(chǔ)乃至基礎(chǔ)應(yīng)用資源的整體系統(tǒng)處理平臺(tái)，這種平臺(tái)主要以O(shè)racle Exadata一體機(jī)為代表。IBM Netezza、EMC Greenpl及國產(chǎn)的華為、浪潮、曙光一體機(jī)占有部分市場(chǎng)。

一體機(jī)是數(shù)據(jù)倉庫類設(shè)備。在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中，其最大優(yōu)勢(shì)就是具有非常出色的大數(shù)據(jù)處理能力。它可以將數(shù)據(jù)庫與存儲(chǔ)分離。這種分離不是單純的物理分隔，而是將原來數(shù)據(jù)庫處理的事情，部分轉(zhuǎn)移給存儲(chǔ)服務(wù)器來處理，以此來減輕數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的壓力，這無疑等于增加硬件來提供處理能力。一體機(jī)通過高效網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，交換機(jī)可以提供較高吞吐量，這大大提高了數(shù)據(jù)的傳送能力，可有效解決數(shù)據(jù)倉庫中網(wǎng)絡(luò)瓶頸的問題。

一體機(jī)主要特點(diǎn)是性能指標(biāo)好，整個(gè)系統(tǒng)具有很好的冗余能力保證可用性，且管理方便；但是由于專屬軟硬件服務(wù)，也存在技術(shù)封閉、與外部數(shù)據(jù)交互相對(duì)困難、整體架構(gòu)擴(kuò)展不太容易等問題。但只要技術(shù)把控的好，可以很好的為用戶所用，提供優(yōu)異的整體處理能力。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)x86平臺(tái)

標(biāo)準(zhǔn)x86通用服務(wù)器平臺(tái)主要指基于Intel處理器架構(gòu)的通用、開放系統(tǒng)。x86服務(wù)器在易用性、通用性、易開發(fā)性、大量的應(yīng)用軟件支持上有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。除支持Windows外，還可兼容Linux、SCO Unix、Solaris for x86等類Unix操作系統(tǒng)。

國內(nèi)不少用戶已開始“去IOE”化的進(jìn)程，包括一些大型互聯(lián)網(wǎng)廠商以及金融、電信等行業(yè)的用戶。其將傳統(tǒng)的unix小型機(jī)替換成x86 PC服務(wù)器，并配置相應(yīng)的存儲(chǔ)，構(gòu)成x86及存儲(chǔ)平臺(tái)，本質(zhì)上與傳統(tǒng)的IOE平臺(tái)類似。清分架構(gòu)體系中有如cisco ucs 刀片服務(wù)器+ibm存儲(chǔ)（或emc等其他存儲(chǔ)）。

隨著云技術(shù)的發(fā)展，基x86技術(shù)新型融合云平臺(tái)[5-6]應(yīng)運(yùn)而生，該平臺(tái)基于標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器技術(shù)（含flash卡）、通用存儲(chǔ)管理技術(shù)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高帶寬低延遲互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將多臺(tái)普通x86服務(wù)器集成整合構(gòu)建的融合云平臺(tái)。該平臺(tái)涵蓋計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，通常主要運(yùn)行核心的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其整體架構(gòu)與專用一體化平臺(tái)架構(gòu)類似。

4 架構(gòu)方案比選

4.1 市場(chǎng)分析

小型機(jī)服務(wù)器主要應(yīng)用于金融、證券交易等應(yīng)用程度高的重要計(jì)算領(lǐng)域。由于支持關(guān)鍵業(yè)務(wù)的處理且具備更高的性能指標(biāo)、更好的安全性、可用性、可靠性和可擴(kuò)展性，在地鐵數(shù)據(jù)中心廣泛應(yīng)用。

一體機(jī)針對(duì)所有數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)倉庫、事務(wù)處理和集成混合應(yīng)用工作負(fù)載，在完整軟件、服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組合方面，體現(xiàn)較強(qiáng)性能，近年來發(fā)展迅猛，頗受青睞。

通用服務(wù)器界面友好，系統(tǒng)安裝、網(wǎng)絡(luò)裝置、客戶機(jī)設(shè)置簡(jiǎn)易，設(shè)置、管理系統(tǒng)直觀、方便，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活。但系統(tǒng)穩(wěn)定性相對(duì)小型機(jī)服務(wù)器還有差距，安全性方面也差強(qiáng)人意，在一些重要的通用性能指標(biāo)上無法與小型機(jī)服務(wù)器媲美，主要應(yīng)用在低端市場(chǎng)，在地鐵小數(shù)據(jù)中心中有少量應(yīng)用。

4.2 清分應(yīng)用需求分析

1）運(yùn)算處理能力

常見的通用服務(wù)器CPU一般都是CISC處理器；而小型機(jī)處理器叫做RISC或EPIC處理器，其所采用的RISC與EPIC 技術(shù)提供更為低主頻、低功耗的CPU技術(shù)，較小的散熱成本使小型機(jī)具有較PC Server 30-40倍的CPU可擴(kuò)展性。從運(yùn)算處理能力來看，小型機(jī)是優(yōu)于PC-Server的。一體機(jī)在數(shù)據(jù)處理能力上具有較高性能。

2）可靠性、可用性和可維護(hù)性RAS

小型機(jī)服務(wù)器比通用服務(wù)器的RAS性能要高。但是隨著通用服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展，目前通用服務(wù)器在安全性，可靠性和運(yùn)算速度上都有了較大的提升，三者的可靠性差別并不十分大。

但就其管理性來說，一體機(jī)由于其開放架構(gòu)，更易維護(hù)及管理，且提供針對(duì)所有故障類型全方位防護(hù)，包括針對(duì)磁盤、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單故障以及復(fù)雜的站點(diǎn)故障和人為錯(cuò)誤。一體機(jī)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算能力、內(nèi)存容量和 I/O 能力的最優(yōu)平衡，可以提供高級(jí)別的可用性。

3）擴(kuò)展能力

通用服務(wù)器具有良好的橫向和縱向擴(kuò)展能力，其可通過擴(kuò)充硬件搭建負(fù)載均衡集群來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能，該技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于以低廉的成本

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