云计算在高速铁路列控调度中的应用

1云计算在高速铁路列控调度中的应用课程名称：现代铁路信息技术姓名：向勇潮11120487张丹丹11120501杨丽11120496指导教师：李红辉完成日期：2011年10月22日2摘要云计算具有大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、按需服务和价格低廉等优势，目前已在许多领域应用。基于云计算以上的优势，本文讨论了云计算在铁路运维中的应用，实现多个系统共享一个云平台，集中建设，集中维护，节约开支，避免大量的重复性建设，并且在系统容灾方面具有一定优势。关键词：云计算；虚拟化；铁路运营支撑系统AbstractCloudcomputinghavegainedtheeffectiveapplicationsinvariousfieldscurrently.Ithasadvantagessuchaslargescale,virtualization,highreliability,versatility,highscalability,on-demandservice,lowcostandsoon.Basedontheaboveadvantagesofcloudcomputing,thispaperdiscussestheapplicationofcloudcomputinginrailwayoperationandmaintenance,implementingthesharingofonecloudplatformformultiplesystems.Usingthiskindofdesign,theSystemcouldnotonlyconcentrateonconstructionandprotection,avoidalargenumberofrepetitiveconstructions,butalsohadgreatadvantagesonsystemdisasterrecovery.Keywords:CloudComputing;virtualization;RailwayOperationSupportSystem3前言铁路是我国的重要交通工具，伴随着高铁的迅猛发展，铁路越来越受到广大民众的青睐。铁路信息化经过多年的发展已经成为铁路日常工作的重要支撑，各类信息系统在运输组织、客货营销、经营管理和安全监控等工作中发挥的重要作用日益彰显。为满足业务需求，在运输站段、铁路局、铁道部都建立了各种等级的信息系统机房，并根据业务最大数据量及计算量的需求购置了主机、存储设备及相应的平台软件等，为确保信息系统安全可靠运行，主要系统大多数采用了主备机、单（或多）存储阵列结构。这些设备分布在铁路局或站段机房。350公里/小时的高铁给铁路信息系统带来的不仅是更快的即时数据处理压力，而且对路网安全等级与精细维护的要求也大大提升，铁路信息管理的范围也从传统的票务系统、客货运管理、呼叫中心与铁路专业办公，延伸到为确保安全而在路网密集处实施信息监测、采集与处理。与此同时，呈指数级增长的数据对铁路信息化管理带来了巨大的挑战和压力，传统的基于大型机的数据中心，离散的信息管理模式已无法应对高铁时代的铁路信息化需求。提供商向铁路装备行业展示了云计算技术的美好前景，把传统的铁路信息应用系统、管理系统迁移到云计算的大平台上，给未来铁路信息系统带来巨大变革。目前，铁路信息化系统正处于发展阶段，而云计算则可以为之提供一个新的IT基础设施平台。通过云计算概念，可以节省大量的硬件设施，减少运行和维护上的费用。云技术在铁路上的应用给铁路带来了飞跃式的发展，提供了更安全，更准时，更可靠的服务，使铁路管理更加系统化、完善化。41云计算1.1云计算概述云计算(cloudcomputing)是一种动态的，可扩展的而且可以通过互联网提供虚拟化资源的计算方式。其核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。在这一共享模式中，“云”是指各种虚拟化的计算资源池，它包括各种用于构造应用程序的基础设施，以及在这些基础设施上的具体的云计算应用。云计算由分布式计算、网格计算等技术发展而来，并融合了虚拟化和SOA等技术。根据云计算的运行模式可以将其分为私有云和公有云。公有云计算部署在服务提供商的环境中，为不同的客户同时提供计算服务。私有云计算部署在用户环境当中、并只为用户提供计算存储服务，企业拥有资源分配的自主权，并且可以基于自己的需求改进服务，进行自主创新。大企业可以开发自己的私有云计算，既享受云计算的高伸缩、易维护和易访问等好处，也可以保证数据安全。云计算通常可以认为包括以下几个层次的服务：基础设施层，平台层和服务或软件层。云计算服务通常提供通用的通过浏览器访问的在线商业应用，软件和数据可存储在数据中心。在后文中作者会结合云计算基本的系统层次介绍基于云计算的铁路信息系统的各个系统层次。1.2云计算的主要特征云计算通过互联网将资源以按需服务的形式提供给用户，而用户并不需要了解、知道或者控制支持这些服务的技术构架。资源作为一项服务提供给客户，并按照效用计算模式向最终用户收取费用，这类似于传统公用事业中的电力消耗。多个用户共享云计算能力，这样服务器不闲置，可以在保证应用程序开发速度的同时，提高利用率并大大降低成本。更具体的说，云计算具有以下基本特征：1）经济性。整合了硬件和软件资源，提高了整体效能，大幅简化了IT系统维护的复杂度。组建一个采用大量的商业机组成的资源池的资金远远少于各个终端用户配置计算机的总和，也少于同样性能的超级计算机花费。2)灵活性。隔离了软件与硬件，减少了软件对于某台具体设备的依赖。不针对特定的应用，既可以满足个人用户的需求，也可以满足全球级大型用户的需求。服务的实现机制对用户透明，用户无需了解云计算的具体机制就可以获得所需服务。3)可靠性。云计算系统由大量商用计算机向用户提供数据处理服务，采用软件的数据冗余和分布式存储来保证数据的可靠性。52RITS（铁路智能交通系统）云技术2.1铁路智能交通系统(RITS)的云概念铁路智能运输系统(RITS)就是集成了计算机技术、电子技术、现代通信技术、信息处理技术、控制与系统技术、管理与决策支持技术和智能自动化技术等以实现信息采集、传输处理和共享为基础，通过高效利用与铁路运输相关的所有移动、固定、空间、时间和人力资源，以较低的成本达到保障安全、提高运输效率、改善经营管理和提高服务质量的目的。RITS致力于强化铁路运输的安全可靠性，提升对旅客服务的水平，提高铁路企业的运营效益。RITS的基础是信息集成，核心是智能。在RITS中，人、系统与服务对象以全新方式相联并相互作用，智能贯穿于整个运输过程，信息在系统的各成员间共享，包括旅客、货主、司机、调度员、代理商及各级政府机构。2.2RITS云层次机构2.2.1基础设施层整合资源基础设施层主要包括计算资源和存储资源，整个基础设施也可以作为一种服务向用户提供，不仅包括虚拟化的计算资源和存储，同时还要保证用户访问时的网络带宽等。这也是硬件产品提供商推荐的云计算模式。在基础设施层整合资源，既有的应用系统软件可以简单地移植到新的环境中。虚拟化是云架构的一种基础性设计技术，它允许将服务器、存储设备和其他硬件视为一个资源池，而不是离散系统，可以根据需要分配这些资源，通过快速提供虚拟机器或物理机器，迅速部署和增加工作负载。除服务器和存储整合之外，还提供整合系统架构，包括应用程序基础设施、数据和数据库、接口、网络、桌面系统甚至业务流程。铁路运输安全平稳的运行依靠运营核心管理系统和与之协调工作的运营支撑系统。这些系统常常由各铁路局自主招标设计采购，管理和维护，这就造成了重复性建设和管理维护过程中人力物力资源的浪费。在云计算平台上建立一个能供多个系统同时运行的平台，可解决上述问题。首先，系统建设、运行及维护的成本低廉。采用集中建立与维护的方式，系统建立的过程中不需要为单个系统分配单个的硬件设备，每个系统都在一片虚拟的云中，他们只需要对于各自所需要的计算与存储能力向云平台申请部分虚拟的资源即可，大大节约了系统建设的成本投资。加之在系统冗余方面，将原系统硬件需求量扩充为原来的2倍，改成集中在云内开辟一片虚拟空间，作为系统容灾备份。在系统建成之后，后期只需要在中心机房对于硬件设备进行维护即可，减少了各6铁路局分散的维护管理所需的人力物力，降低了设备的维护和使用的成本。其次，服务的高效性。当每个用户向平台中的应用提交请求时，他面对的是整个云团中的众多设备为其请求进行服务，执行效率远远大于传统的单机版应用系统。再次，系统的高可靠性。云平台可以将发生故障的设备上的负载平衡到其他设备上，另外通过信息存储时的冗余设计，在一般情况下信息不会丢失。在用户层面上，根本不会察觉到故障的发生。而当故障排除后，原故障设备又可以继续回到云中，扮演原有的角色。基于虚拟化的资源整合后，特别是微机服务器虚拟化后，可以大幅度提高资源可靠性，通过减少服务器数量可以减少动力电力、耗能以及数据中心机房空间。可以将更多的应用（包括以前使用小型机的项目）移植到虚拟化的资源池中，降低投资和维护成本，提高运行可靠性。2.2.2平台层整合资源在基础设施之上的平台层主要包括并行程序设计和开发环境、结构化海量数据的分布式存储管理系统、海量数据分布式文件系统以及实现云计算的其他系统管理工具，如云计算的系统中资源的部署、分配、监控管理、安全管理和分布式并发控制等。平台层主要为应用程序开发者设计，开发者不用担心应用运行时所需要的资源，平台层提供应用程序运行及维护所需要的一切平台资源。平台层服务技术门槛相对较高，仍处于不断发展中。在平台层整合资源，需要建立新的软件平台，既有的应用系统移植难度较大，在开发新的应用系统或升级既有的系统时可以采用这种方式。2.2.3应用层整合资源它是面向用户提供简单的软件应用服务以及用户交互接口等，用户无需购买和管理服务器端软件，称为软件即服务。对于传统的软件，应用层服务解决方案有明显的优势，包括较低的前期成本，便于维护，快速展开使用等。应用层服务的底层可以基于基础设施层或平台层。应用服务（SaaS，软件即服务）业务，基于互联网的商业运营历史悠久，也是技术发展非常成熟的云计算业务。可以在铁路信息系统应用层面实现资源整合，许多站段的管理应用软件功能基本相同，如各专业日常管理软件、办公管理软件、电子邮件等。每个站段都安装管理服务器端软件，既要配置更多的软硬件资源，又对技术能力有更多的要求。可以把这些软件安装在铁路局的基础设施“云”，实行专业化管理，站段只要“享用”这些服务就可以了。可以采用SOA技术，具体来说就是WebService技术。SOA是一种IT架构，通过把任务和软件功能封装为能够通过网络访问的一组相互连接的服务模块，实现软件功能的柔7性组合，为云平台应用软件功能服务化提供了可行的方案。应用层整合资源对于降低投资成本、便于维护和快速部署使用也是非常重要的。图1RITS云的结构层次模型2.3RITS云技术在铁路运维中发挥的作用（1）强大的计算和存储能力。RITS云将系统各节点和终端的计算和数据分布在大量的分布式计算机上，云中成千上万的计算机提供强大的计算能力，针对中国巨大的铁路交通规模和庞大的系统数据，RITS云提供强大的计算和储存能力。（2）系统良好的扩展性与经济性。智能铁路交通系统中所有节点或者计算机终端，需要硬盘、配置显示器、CPU、内存等一整套设备，并且确保其性能满足该节点或终端的计算和储存需求。但利用RITS云，可能只需要一个现实设备，接入铁路智能交通网中，就可以根据权限实现计算和储存功能，而且不必担心自己购置的设备遭淘汰，因为RITS云所采用的硬件设备是由系统核心节点单位负责维护和更新，这样电力系统在信息交互的这个层面就具有良好的扩展性和经济性。（3）资源动态扩展分配。系统信息网的所有资源可以按需分配和自动增长，而上层的数据及应用可以根据级别和重要程度的不同,，搭配出各种互相独立的应用，形成一个以服务为导向的内部RITS云架构。（4）计算存储的虚拟化。虚拟化是云计算的技术基础，