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鄭州地鐵集團有限公司 徐淑鵬，陳俊亞，曹美閣

摘要：本文基于鄭州市軌道交通自動售檢票線網(wǎng)管理中心（ANCC）系統(tǒng)主副中心雙活設計方案，從災備中心建設的必要性入手，分析得出選擇雙活中心方案建設。其次對雙活中心的容災架構、存儲雙活、應用雙 活和主備倒切流程等分別做出分析，展現(xiàn)了雙活中心的架構特點和相較于傳統(tǒng)方案的應用優(yōu)勢，為后續(xù)城市線網(wǎng)管理中心的建設提供參考。

關鍵詞：城市軌道交通；自動售檢票系統(tǒng)；災備

Abstract: In this paper, based on the Zhengzhou rail transit automatic  fare collection line network management center (ANCC) system main  and auxiliary center double live design scheme and starting from the  necessity of the construction of disaster recovery center, we analysis  the choice of double live center construction scheme. Then we analysis  the disaster recovery architecture, storage, application and main /  standby switching process of the dual activity center respectively,  showing the architecture characteristics of the dual activity center and  the application advantages compared with the traditional scheme.  The analysis of this paper provides a reference for the subsequent  construction of urban network management center.

Key words: Urban rail transit; Automated fare collection system; Disaster  recovery

1　引言

近年，全國各地城市軌道交通的快速建設，各大城市的城軌線網(wǎng)逐漸成型，對線網(wǎng)級自動化、智能化調度指揮和運維管理的需求日益加強[1]。鄭州市軌道交通在建設多線路中心（MLC）和清分中心（ACC）擴容的背景下，從架構、可行性、建設成本、技術發(fā)展趨勢等方面進行了充分的論證和分析，依托云平臺、大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，最終確定實施ACC及MLC系統(tǒng)組合建設方案， 即建設鄭州市軌道交通線網(wǎng)管理中心ANCC系統(tǒng)。

可以看出，ANCC成為了鄭州市軌道交通全線網(wǎng) AFC系統(tǒng)協(xié)調及對外票務信息服務和管理的主要窗口， 重要性可見一斑。ANCC系統(tǒng)癱瘓或者由于其它原因 （火災、恐怖襲擊等）退出運行，將會導致全線網(wǎng)運營管理處于癱瘓狀態(tài)，造成票務收益損失[2]，因此建立一套安全、可靠的災備系統(tǒng)，是非常必要的[3]。本文基于鄭州市軌道交通ANCC系統(tǒng)的建設，分析了災備中心建設的必要性、雙活中心方案的設計選擇，并對雙活中心的建設方案進行介紹。

2　建設背景

2.1　必要性分析

災備方案是ANCC建設工作重要內容，關系到業(yè)務可用性、業(yè)務連續(xù)性、數(shù)據(jù)安全性、系統(tǒng)合規(guī)性等多方面[4]。

高可用設計包括平臺架構高可用和業(yè)務系統(tǒng)高可 用，保證整個業(yè)務平臺可以穩(wěn)定運行，當故障出現(xiàn)時快速定位并恢復故障[5]；對于業(yè)務系統(tǒng)來說，在出現(xiàn)意外宕機時業(yè)務不會中斷，對用戶無感知。

ANCC作為線網(wǎng)級生產(chǎn)平臺，作為各線路的大腦，如果由于意外事故的出現(xiàn)，線網(wǎng)級業(yè)務癱瘓并停止運行，會給整個行業(yè)帶來嚴重的后果[6]。所以應該建立擁有線網(wǎng)業(yè)務功能的后備中心系統(tǒng)，當主系統(tǒng)發(fā)生故障或意外不能正常工作時，及時、快速地接管主系統(tǒng)的基本工作，實現(xiàn)正常情況下異地災備、緊急情況 下應急處理等。

2.2　雙活中心的選擇

災備包含三個層次，即基礎設施災備、數(shù)據(jù)災備和應用災備[7]。基礎設施災備是對業(yè)務處理邏輯相關的設備備份，數(shù)據(jù)災備是對數(shù)據(jù)備份以保證數(shù)據(jù)的完整 性，應用災備是對應用處理系統(tǒng)的冗余備份。

雙活中心方案從基礎設施、數(shù)據(jù)、應用三個層面進行容災，具有更高級的連續(xù)性和高可用性，能夠針對服務器、硬盤、適配器卡、網(wǎng)絡等物理設備實施保護， 也能針對操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、應用、服務等軟件的致命錯誤實施保護，對于發(fā)生在本地的錯誤，具備自動接管功能[8]。該方案技術實現(xiàn)復雜度最高，但能夠充分利用兩個中心的所有資源，業(yè)務高可用性和連續(xù)性最優(yōu)。

3　ANCC系統(tǒng)雙活中心關鍵技術

3.1　雙活容災架構

各線路數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點就近接入，主副中心同時處理業(yè)務，資源得到有效利用；業(yè)務處理完成后，寫入主中心數(shù)據(jù)庫，主副中心數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)庫同步軟件進行同步；當主中心/副中心接入故障或業(yè)務處理故障時， 系統(tǒng)通過預置的備用路由，自動完成線路接入的切換； 當系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)通過內部業(yè)務倒切， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有序入庫存儲；通過系統(tǒng)應用雙活設計，實現(xiàn)系統(tǒng)的高穩(wěn)定運營。

生產(chǎn)中心發(fā)生災難（生產(chǎn)中心停電、火災等）： 可對受云服務器高可用性（CSHA）服務保護的生產(chǎn)云服務器自動或手工切換到災備中心，快速啟動容災云服務器。

計劃內停機（計劃性停電、日常運維等）：容災管理員可對受CSHA服務保護的生產(chǎn)云服務器進行一鍵式的計劃性遷移，在災備中心快速啟動容災云服務器，保證業(yè)務數(shù)據(jù)零丟失；在原生產(chǎn)中心完成計劃性活動后，容災管理員對受保護云服務器進行反向重保護，并在合適時間通過計劃性遷移將業(yè)務切回到原生產(chǎn)中心。

雙活中心的總體架構如圖1所示。

圖1 雙活中心總體架構

3.2 存儲雙活方案

3.2.1　方案描述

云硬盤高可用服務（VHA）為云服務器中的云硬盤提供本地存儲雙活保護[9]。當單套存儲設備發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)零丟失，業(yè)務不中斷。該方案是基于 FusionSphere OpenStack云操作系統(tǒng)平臺的IaaS層云服務器容災方案。它通過云數(shù)據(jù)中心結合存儲雙活實現(xiàn)單中心內的云硬盤容災。

3.2.2　方案架構

云硬盤高可用服務與網(wǎng)絡是解耦的，原則上使用 FusionCloud的通用網(wǎng)絡方案即可，僅要求在通用組網(wǎng)方案上預留存儲網(wǎng)絡端口，增加兩套雙活存儲間的雙活數(shù)據(jù)路徑。

在組件部署上，云硬盤高可用主要增加了存儲仲裁軟件和BCManager eReplication兩大組件。二者均可部署在物理機中，也可以部署在虛擬機中。如圖2所示。

圖2 存儲雙活方案架構

3.2.3　實現(xiàn)原理

租戶登錄VHA服務申請界面，為云主機申請本地存儲雙活容災保護。系統(tǒng)過濾出該租戶具備創(chuàng)建容災保護條件但還尚未創(chuàng)建的云主機[10]。租戶可從中選擇單個或多個需要容災保護的云主機，提交申請。后臺自動調用容災管理組件對應API，創(chuàng)建存儲雙活保護，實現(xiàn)的基本原理及主要步驟如下：

（1）調用Cinder建卷API，在對應的容災存儲上創(chuàng)建雙活占位卷（并設置為預留狀態(tài)）及雙活LUN；

（2）調用DRextend容災擴展組件，為雙活LUN 配置雙活Pair；

（3）調用DRextend容災擴展組件，創(chuàng)建雙活一 致性組（將雙活Pair加入雙活一致性組，當災難發(fā)生時，可實現(xiàn)存儲一致性切換，實現(xiàn)存儲一致性保護）；

（4）調用Nova的在線重連雙活卷擴展接口，將創(chuàng) 建的雙活LUN掛載給云主機；

（5）生成VHA保護服務實例。

3.2.4　方案優(yōu)勢

（1）開放架構

業(yè)界率先推出基于Openstack+KVM云架構的云硬盤 高可用方案，在一套Openstack私有云架構上構建云服務 器本地存儲雙活保護能力防止廠商鎖定，為客戶節(jié)約成本擴展Openstack標準并開放接口，只要第三方廠家支持該 接口，就可以接入進行統(tǒng)一高可用配置和管理。

（2）按需使用

支持租戶按需自助申請云硬盤高可用服務，服務開通便捷高效，業(yè)務發(fā)放周期由一周縮短到半小時內，系 統(tǒng)根據(jù)租戶要求自動化配置和開通云硬盤高可用服務。

（3）可靠高效

基于存儲側的雙活技術，對主機性能無影響；數(shù)據(jù)實時同步。

3.3　應用雙活方案

3.3.1　方案描述

此方案特點是各線路就近接入主、副中心，主副 中心同時處理業(yè)務，有效利用資源；針對主副中心不能 同時上線的情況，由單中心改為雙中心的實施過程較簡 單，可在線操作，不影響業(yè)務運行，實施風險較小。總體架構如圖3所示。

圖3 應用中心總體架構

3.3.2　實現(xiàn)原理

云服務器高可用（CSHA）是為了當生產(chǎn)中心故障 后，容災云服務器能夠掛載容災端的卷，并在災備中心快速啟動，實現(xiàn)的基本原理如下：

租戶根據(jù)生產(chǎn)中心網(wǎng)絡、計算的資源類型及高可用要求，在災備中心配置相同或相似的網(wǎng)絡、計算資源，并申請CSHA服務實例。

服務申請成功后，根據(jù)生產(chǎn)端云服務器的云磁盤信息，自動在容災端創(chuàng)建相同規(guī)格的云磁盤，并在存儲層配置雙活復制對、一致性組，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的鏡像保護。

當生產(chǎn)中心發(fā)生站點級故障時，云平臺仲裁服務顯示站點故障，同時生產(chǎn)云服務器、存儲層雙活復制對故障。此時，可自動或管理員手工觸發(fā)CSHA保護組切換，將災備中心的云硬盤掛載至容災云服務器并啟動云服務器。

容災云服務器接入所在災備中心的網(wǎng)絡，取決于容災云服務器創(chuàng)建時所接入的VPC網(wǎng)絡。

3.4　主備倒切流程

主備系統(tǒng)倒切應急處置流程分為五個階段，即災 難發(fā)生、處置決策、前期準備、應急處置和處置結束。

災難發(fā)生階段，當系統(tǒng)發(fā)生災難影響生產(chǎn)中心正常業(yè)務時，應立即將災難情況報告給應急處置小組組長、副組長。

處置決策階段，應急處置小組組長、副組長，收到災難情況報告后，應立即組織小組成員開會，分析災 難具體情況、判斷影響范圍并確定對應措施啟動相關預案，開展應急處置工作。

前期準備階段，根據(jù)應急處置小組組長決策，各分組組長按照預案內容，組織分組成員進行主備系統(tǒng)倒切前的相關技術準備。副組長負責與相關單位溝通，協(xié)調主備系統(tǒng)倒切前工作。

應急處置階段，準備工作完成后，應急處置小組組長指揮小組成員進行主備系統(tǒng)倒切工作。系統(tǒng)倒切完成后，各分組組長負責確認系統(tǒng)狀態(tài)、業(yè)務情況，并向組進行報告。

處置結束階段，主備系統(tǒng)倒切完成后，確認系統(tǒng)狀態(tài)、業(yè)務情況正常后，應急處置小組組長向上級單位、 領導匯報應急處置工作情況。

4　結論

軌道交通自動售檢票系統(tǒng)線網(wǎng)管理中心的建設，提高了基礎設施資源的利用率，實現(xiàn)了鄭州軌道信息化基礎設施資源的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設、按需調配、即需即用、有效共享。采用雙活中心的容災方案，可更大程度 保證業(yè)務的連續(xù)性，也可有效保障災難發(fā)生后，業(yè)務恢復的時效性。隨著技術的發(fā)展和建設需求，后續(xù)可繼續(xù)探索災備中心建設的可能性。

作者簡介：

徐淑鵬（1969-），男，山東莘縣人，高級工程師，學士，現(xiàn)就職于鄭州地鐵集團有限公司，主要從事地鐵 AFC系統(tǒng)建設的工作。

陳俊亞（1993-），女，河南周口人，助理工程師，碩士，現(xiàn)就職于鄭州地鐵集團有限公司，主要從事地鐵 AFC系統(tǒng)建設的工作。

曹美閣（1989-），女，河南許昌人，工程師，碩士， 現(xiàn)就職于鄭州地鐵集團有限公司，主要從事地鐵AFC系統(tǒng)建設的工作。

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摘自《自動化博覽》2021年6月刊