李波
中铁第四勘察设计院集团有限公司 通号处 湖北武汉 430063
摘要：本文在对轨道交通清分中心ACC介绍基础上对主系统架构进行分析，探讨基于小机、一体机及通用PC等架构体系在轨道交通票务清算管理系统中的应用，并进行市场及应用需求分析。从运算处理能力、可靠性可用性和可维护性、扩展能力、安全性及性价比等方面对各架构体系深入比较研究，并给出了自动售检票系统数据中心ACC架构设计的建议解决方案。
关键词：城市轨道交通；自动售检票；清分中心；架构
1 引言
在城市轨道交通清分中心ACC系统设计中，随着线网规模的扩大，清分业务量变大，这对整个清分中心的架构建设提出了更高的要求[1-2]。如何规划清分架构体系，合理选择软硬件，是城市轨道交通清分中心需要考虑的首要问题。在ACC系统架构选型及整个数据中心建设规划的过程中，存在几种不同的方案模型，每种方案有各自的特点及相应的适用场景。
2 清分中心ACC架构体系
ACC作为轨道交通线网AFC系统最上层管理中心，承担着轨道交通网络票务系统运行的网络全局性的管理职能，是整个城市轨道交通AFC系统票务体系模式管理中心、数据汇集中心和票务结算处理中心[3-4]。
图1 清分中心架构体系图
根据ACC系统的应用特征和数据使用特征，以及与外部系统之间的关系，将ACC系统从逻辑上划分为4个区域9个子系统。图示为清分中心架构体系图。
3 清分中心ACC架构方案设计
关于ACC系统处理平台，目前主要存在三种不同的体系架构。
传统的IOE unix平台
专用的一体化处理平台
标准x86平台（含SAN存储和新型云平台）
3.1 IOE unix平台
传统的IOE unix平台是指由传统的unix小型机、SAN网络、集中SAN存储一起构建系统架构，处理平台主要涵盖计算资源和存储资源，基础应用资源（如数据库、中间件）在该基础平台之上另行部署。在地铁行业中，主要以ibm aix小型机＋ibm san存储（或emc等其他存储）为典型代表。属于封闭专用的计算机系统，不同品牌的小型机架构和I/O总线也不相同，但操作系统一般是基于Unix的。
小型机在单机处理能力上具有明显优势。这一优势使其在处理单一应用时，表现的比较优异。但随着清分中心系统规模增加，以小型机为基础的传统数据库架构会面临各种瓶颈，如：服务器层接收过多数据进行处理，内存优势无法发挥；网络层传输带宽不足，无法快速传输大量数据到服务器；存储层数据量不断增加，带来IO瓶颈，且随着数据长时间运行带来的数据分布不均匀，也存在IO热点。
传统的最有效的解决瓶颈方法是进行扩容，以达到增加系统通道数和提升系统处理能力的目的，比如增加处理器、内存或增加网络传输带宽等，但因产品更新快扩展设备配件的可行性较低。
3.2 专用一体化处理平台
专用的一体化处理平台是指由一家商业公司推出的涵盖计算、存储乃至基础应用资源的整体系统处理平台，这种平台主要以Oracle Exadata一体机为代表。IBM Netezza、EMC Greenpl及国产的华为、浪潮、曙光一体机占有部分市场。
一体机是数据仓库类设备。在数据库应用中，其最大优势就是具有非常出色的大数据处理能力。它可以将数据库与存储分离。这种分离不是单纯的物理分隔，而是将原来数据库处理的事情，部分转移给存储服务器来处理，以此来减轻数据库服务器的压力，这无疑等于增加硬件来提供处理能力。一体机通过高效网络，在数据库节点和存储节点传送数据，交换机可以提供较高吞吐量，这大大提高了数据的传送能力，可有效解决数据仓库中网络瓶颈的问题。
一体机主要特点是性能指标好，整个系统具有很好的冗余能力保证可用性，且管理方便；但是由于专属软硬件服务，也存在技术封闭、与外部数据交互相对困难、整体架构扩展不太容易等问题。但只要技术把控的好，可以很好的为用户所用，提供优异的整体处理能力。
3.3 标准x86平台
标准x86通用服务器平台主要指基于Intel处理器架构的通用、开放系统。x86服务器在易用性、通用性、易开发性、大量的应用软件支持上有绝对的优势。除支持Windows外，还可兼容Linux、SCO Unix、Solaris for x86等类Unix操作系统。
国内不少用户已开始“去IOE”化的进程，包括一些大型互联网厂商以及金融、电信等行业的用户。其将传统的unix小型机替换成x86 PC服务器，并配置相应的存储，构成x86及存储平台，本质上与传统的IOE平台类似。清分架构体系中有如cisco ucs 刀片服务器＋ibm存储（或emc等其他存储）。
随着云技术的发展，基x86技术新型融合云平台[5-6]应运而生，该平台基于标准x86服务器技术（含flash卡）、通用存储管理技术和工业标准的高带宽低延迟互联网络，将多台普通x86服务器集成整合构建的融合云平台。该平台涵盖计算资源和存储资源，通常主要运行核心的数据库系统，其整体架构与专用一体化平台架构类似。
4 架构方案比选
4.1 市场分析
小型机服务器主要应用于金融、证券交易等应用程度高的重要计算领域。由于支持关键业务的处理且具备更高的性能指标、更好的安全性、可用性、可靠性和可扩展性，在地铁数据中心广泛应用。
一体机针对所有数据管理包括数据仓库、事务处理和集成混合应用工作负载，在完整软件、服务器、存储和网络服务组合方面，体现较强性能，近年来发展迅猛，颇受青睐。
通用服务器界面友好，系统安装、网络装置、客户机设置简易，设置、管理系统直观、方便，系统扩展灵活。但系统稳定性相对小型机服务器还有差距，安全性方面也差强人意，在一些重要的通用性能指标上无法与小型机服务器媲美，主要应用在低端市场，在地铁小数据中心中有少量应用。
4.2 清分应用需求分析
1）运算处理能力
常见的通用服务器CPU一般都是CISC处理器；而小型机处理器叫做RISC或EPIC处理器，其所采用的RISC与EPIC 技术提供更为低主频、低功耗的CPU技术，较小的散热成本使小型机具有较PC Server 30－40倍的CPU可扩展性。从运算处理能力来看，小型机是优于PC-Server的。一体机在数据处理能力上具有较高性能。
2）可靠性、可用性和可维护性RAS
小型机服务器比通用服务器的RAS性能要高。但是随着通用服务器技术的发展，目前通用服务器在安全性，可靠性和运算速度上都有了较大的提升，三者的可靠性差别并不十分大。
但就其管理性来说，一体机由于其开放架构，更易维护及管理，且提供针对所有故障类型全方位防护，包括针对磁盘、服务器和网络的简单故障以及复杂的站点故障和人为错误。一体机实现了计算能力、内存容量和 I/O 能力的最优平衡，可以提供高级别的可用性。
3）扩展能力
通用服务器具有良好的横向和纵向扩展能力，其可通过扩充硬件搭建负载均衡集群来实现系统的高性能，该技术的最大优势在于以低廉的成本
获得灵活的无限横向扩展性，同时应用系统的开发和维护变得更加简单易行。
小型机服务器既能向上扩展也能向外扩展；此外小型机的机柜里有非常多的PCI扩展线，可以支持非常多的网络设备、存储设备等。同时，由于CPU处理能力的提升，用户可用较少的CPU 数目，达到更好的性能。
一体机采用可横向扩展的架构来承载数据库服务器和存储服务器，会全面平衡CPU、I/O和网络吞吐量，避免瓶颈问题。随着业务量的不断增长，用户可以采用平衡的方式添加数据库CPU、存储和网络，横向扩展架构可适应任意规模的负载，允许从小规模配置无缝扩展至大规模的配置，同时避免出现性能瓶颈和单点故障。
从扩展能力来分析，三者都能符合ACC要求，但通用服务器可以以PC节点为单位，按需扩容，扩展成本更低。
4）安全性
小型机服务器所采用的封闭架构，操作系统等核心软件只能是有硬件制造商自行开发，中间件、数据库等主要应用软件也来自于少数全球顶级软件厂商，其安全性远非PC服务器上各种基于开源软件可比。小型机在商业高端稳定运行方面拥有更高的安全性与稳定性。一体机虽应用较晚，但是安全性已得到全球数以千计的行业领先银行、电信公司和政府部门的测定和评估。因此，一体机和小型机在安全性方面优于通用服务器。
5）性价比
通用服务器由于可兼容不同厂商的硬件设备，做到价格最优且维护成本也最低，但因扩展部署会占用较多用房资源。而小型机，由其专门的厂商负责硬软件的生产与维护，各厂商之间的产品无法通用，其价格较高。一体机虽然前期投入成本较高，但是其维护和管理以及拓展成本较低。
表1 ACC架构体系对比表
5 结语
清分中心ACC架构方案设计应结合城市轨道交通线网规划，充分考虑运营需求，核心业务系统层通过选择高性能高可靠高可用的硬件设备，业务支持层面通过软件开发，以实现既定功能目标。系统性能既要满足规划的大客流下的实时清分要求，又要结合业务的发展需要进行安全性和功能性方面的扩展，同时尽量选择低成本的投入。本文在对清分中心ACC架构介绍基础上对轨道交通软硬件架构进行分析，探讨基于小机、一体机及通用PC等架构体系在轨道交通票务清算管理系统中的应用，并深入比较研究，分析优劣，对轨道交通清分中心ACC系统架构方案设计有一定指导意义。
参考文献：
[1]朱嘉斌；关于提高城市轨道交通清分中心处理能力的设计研究《研究报告》；2015年03期
[2]方晖，景亮；城市轨道交通票务清分性能优化方案研究《研究报告》，2014年04期
[3]赵时旻.轨道交通自动售检票系统[M]，上海；同济大学出版社，2007.5.
[4]范巍，杨承东；城市轨道交通自动售检票中央清分系统概论[J]；铁路通信信号工程技术；2004年02期：
[5]雷定猷，贾莉，王娟，游伟；基于云计算技术的地铁自动售检票系统研究 [J]；计算机应用研究；2014年2月第31卷第2期
[6]周晓；上海轨道交通清分系统架构中应用云计算技术的探讨[J]；地下工程与隧道；2012年02期
作者简介：
李波（1983－），男，汉族，湖北广水人，电子科技大学硕士研究生毕业，现聘为中铁第四勘察设计院集团有限公司工程师，主要从事城市轨道交通通信、自动售检票系统及市政/高速公路监控、收费系统设计工作。
论文作者:李波
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/23
标签：架构论文; 小型机论文; 服务器论文; 系统论文; 能力论文; 轨道交通论文; 平台论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;