基于OpenStack的城市轨道交通高可用私有云平台研究

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.06.2381

中国安全科学学报 ›› 2022, Vol. 32 ›› Issue (6): 137-143.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.06.2381

基于OpenStack的城市轨道交通高可用私有云平台研究

唐涛, 田谨源, 朱力^**(), 王悉

北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京100044

收稿日期:2022-01-07 修回日期:2022-04-10 出版日期:2022-06-28 发布日期:2022-12-28
通讯作者: 朱力

作者简介:

唐涛 (1963—),河南洛阳人,博士,教授,博士生导师,轨道交通控制与安全国家重点实验室主任,主要从事轨道交通运行控制系统的研究。E-mail: ttang@bjtu.edu.cn。

ttang@bjtu.edu.cn

朱力,教授

王悉,副教授

基金资助:
国家重点研发计划(2020YFB1313301); 国家自然科学基金面上项目资助(61973026); 北京市自然科学基金资助(L201002); 北京实验室自主课题(RCS2021ZZ005)

Research on highly available private cloud platform for urban rail transit based on OpenStack

TANG Tao, TIAN Jinyuan, ZHU Li^**(), WANG Xi

State Key Lab of Rail Traffic Control & Safety, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

Received:2022-01-07 Revised:2022-04-10 Online:2022-06-28 Published:2022-12-28
Contact: ZHU Li

摘要/Abstract

摘要：

为了提高城市轨道交通系统的资源利用率以及实现不同系统之间的资源共享,基于OpenStack系统搭建高可用私有云平台。首先介绍OpenStack的原理,分析云失效模式下可能发生的故障类型,说明建立高可用平台的必要性;然后,参考高可用集群的常用架构,设计集群结构,选择合适的方案部署集群;其次,给出测验平台高可用性的多个指标,并分析平台的故障重建性能;最后,将列车自动监控系统(ATS)上云,以检验云平台上ATS系统的运行情况及平台的高可用性。研究表明:基于OpenStack的私有云平台可以保证轨道交通ATS系统的高可用运行。

关键词: 轨道交通, OpenStack, 高可用, 私有云平台, 列车自动监控(ATS)

Abstract:

In order to improve resource utilization of urban rail transit system and share resources between different systems, a highly available private cloud platform was built based on OpenStack system. Firstly, OpenStack principle was explained, and possible fault types under cloud failure mode were analyzed to demonstrate the importance of establishing such a platform. Secondly, structure of high-availability cluster was designed in reference to the commonly used frameworks, and a suitable scheme was selected for cluster deployment. Then, multiple indicators of high availability on the test platform were given, and its post-fault reconstruction performance was analyzed. Finally, ATS system was established on the cloud to test ATS operation and high-availability of the platform. The results show that the OpenStack-based private cloud platform designed in this paper can ensure high availability and normal operation of ATS system of rail transit.

Key words: rail transit, OpenStack, high-availability, private cloud platform, automatic train supervision(ATS)

唐涛, 田谨源, 朱力, 王悉. 基于OpenStack的城市轨道交通高可用私有云平台研究[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(6): 137-143.

TANG Tao, TIAN Jinyuan, ZHU Li, WANG Xi. Research on highly available private cloud platform for urban rail transit based on OpenStack[J]. China Safety Science Journal, 2022, 32(6): 137-143.

图/表 7

表1

图1

图2

表2

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参考文献 15

[1]	张立麟. 轨道交通车站智能化运营管理研究[J]. 隧道与轨道交通, 2021(增1):166-169.
[2]	高嘉悦. 智能轨道交通监管平台的设计与实现[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2019.
	GAO Jiayue. Design and implementation of interlligent rail transit supervision platform[D]. Xi'an: Xidian University, 2019.
[3]	周增惠, 孔国权, 张喜元. 基于云计算技术的城市轨道交通综合监控系统部署方案[J]. 现代城市轨道交通, 2021(6):103-106.
	ZHOU Zenghui, KONG Guoquan, ZHANG Xiyuan. Integrated monitoring system depolyment plan of urban rail transit based on cloud computing technology[J]. Modern Urban Transit, 2021(6):103-106.
[4]	赵圣娜. 基于私有云平台的轨道交通自动售检票系统研究[D]. 南京: 东南大学, 2017.
	ZHAO Shengna. Research of rail transit automatic fare collection system based on private cloud platform[D]. Nanjing: Southeast University, 2017.
[5]	PRIYESHKUMAR T S, DEVAKA D. A scalable and highly available distributed architecture for e-governance applications on private cloud platform[J]. International Journal of Computer Sciences and Engineering, 2019, 7(3): 811-814. doi: 10.26438/ijcse/v7i3.811814
[6]	张帆, 步兵, 赵骏逸. 列车运行控制系统信息安全风险评估方法[J]. 中国安全科学学报, 2020, 30(增1):172-178.
	ZHANG Fan, BU Bing, ZHAO Junyi. Risk assessment meth od for information safety of train operation control system[J]. China Safety Science Journal 2020, 30(S1):172-178.
[7]	GILL P, JAIN N, NAGAPPAN N. Understanding network failures in data centers: measurement, analysis, and implications[C]. Proceedings of the ACM SIGCOMM 2011 Conference,2011: 350-361.
[8]	MESBAHI M R, RAHMANI A M, HOSSEINZADEH M. Reliability and high availability in cloud computing environments: a reference roadmap[J]. Human-centric Computing and Information Sciences, 2018, 8(1): 1-31. doi: 10.1186/s13673-017-0124-3
[9]	殷幼军, 刘辉, 张立平, 等. 基于虚拟双活技术的主备调一体化系统方案研究[J]. 电工技术, 2021(16):Doi: 10.19768/j.cnki.dgjs.2021.16.041. doi: 10.19768/j.cnki.dgjs.2021.16.041
	YIN Youjun, LIU Hui, ZHANG Liping, et al. Research on the scheme of active and standby dispatching automation system[J]. Electric Engineering, 2021(16): Doi: 10.19768/j.cnki.dgjs.2021.16.041. doi: 10.19768/j.cnki.dgjs.2021.16.041
[10]	李涛. 基于OpenStack的高可用集群云平台研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2019.
	LI Tao. Research on OpenStack based clustered cloud platform with high availability[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2019.
[11]	宋雅洁, 步兵. 基于网络流量与设备状态的CBTC入侵检测系统[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(增2):161-167.
	SONG Yajie, BU Bing. An intrusion detection system based on network traffic and device states for CBTC[J]. China Safety Science Journal, 2019, 29(S2):161-167. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.S2.027
[12]	韩德志, 傅丰. 双机高可用系统设计与性能分析[J]. 计算机科学, 2009, 36(1):55-59.
	HAN Dezhi, FU Feng. Design and performance analysis of dual-machine high availability system[J]. Computer Science, 2009, 36(1):55-59.
[13]	梁翠. 基于OpenStack的高可用云计算平台的研究与实现[D]. 武汉: 武汉邮电科学研究院, 2017.
	LIANG Cui. Research and realization of high availability cloud computing platform based on OpenStack[D]. Wuhan: FiberHome Technologies Group, 2017.
[14]	孙晨宇. 基于OpenStack的云平台性能评测技术研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2019.
	SUN Chenyu. Performance evaluation technology for OpenStack based cloud platform[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2019.
[15]	徐鹏, 王立刚, 周晓宇, 等. 城轨云平台测试平台的系统功能与性能测试[J]. 城市轨道交通研究, 2020, 23(9):189-194.
	XU Peng, WANG Ligang, ZHOU Xiaoyu, et al. System function and performance test of urban rail transit cloud test platform[J]. Urban Mass Transit, 2020, 23(9):189-194.

组件	功能
Nova	计算服务组件,管理平台上的各种资源
Neutron	网络服务组件,实现网络功能的虚拟化
Glance	镜像服务组件,管理镜像的实例化以及生命周期
Swift	对象存储服务组件,管理部分文件的存储
Cinder	块存储服务组件,管理存储卷的生命周期
Keystone	身份认证组件,实现对内或对外的身份认证

测试编号	测试场景	测试指标
1	主管理节点宕机,应用、资源调度等核心组件失效	组件功能由主节点切换到从节点的时间
2	业务节点宕机,其上的集群通信组件失效。	单节点应用故障重建时间
3	业务节点上的应用故障中止,管理节点检测并重建新的应用	跨节点应用迁移时间

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Research on highly available private cloud platform for urban rail transit based on OpenStack

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[1]	王建光. 无障碍出行轨道交通环境使用后评价[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(6): 151-156.
[2]	吴海涛, 侯成龙, 黎双喜, 谭惠文. 考虑客流聚集风险的轨道交通跨站停车方案优化[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(6): 157-162.
[3]	余伟, 王志鹏, 刘硕, 何刚. 多级精细模型下的电机匝间短路故障诊断[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(6): 95-102.
[4]	路庆昌, 崔欣, 徐标, 刘鹏, 王琰. 公交接驳场景下轨道交通网络脆弱性研究^*[J]. 中国安全科学学报, 2021, 31(8): 141-146.
[5]	鞠艳妮, 李宗平, 陈宇帆, 闫华伟, 曹力文, 刘灿. 区域轨道交通系统节点重要度及故障恢复研究[J]. 中国安全科学学报, 2021, 31(2): 112-119.
[6]	周乃锋, 蒋帅. 海外城市轨道交通运营技术条件安全评估[J]. 中国安全科学学报, 2020, 30(S1): 152-157.
[7]	刘文歌, 杨晶. 基于混合Logit模型的轨道交通安全统计生命价值[J]. 中国安全科学学报, 2020, 30(4): 186-191.
[8]	张衡, 王洪伟. 基于LTE-M的城市轨道交通PIS系统应用测试^*[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(S2): 47-50.
[9]	王康, 董四辉. 轨道交通车辆系统安全评价云模型[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(9): 51-56.
[10]	冯诚, 杨静, 张红亮, 冯焕东. 基于组合模型的地铁车站行人疏散仿真优化研究[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(8): 49-54.
[11]	薛锋, 何传磊, 黄倩. 成都地铁网络的关键节点识别方法及性能分析[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(1): 93-99.
[12]	李晓璐, 于昕明, 雷方舒, 郗艳红, 毛军, 朱广宇. 城市轨道交通系统灾害链网络模型构建与评价[J]. 中国安全科学学报, 2018, 28(6): 179-184.
[13]	熊智, 钟少波, 宋敦江, 余致辰, 黄全义. 城市轨道交通客流量时间序列分段拟合方法[J]. 中国安全科学学报, 2018, 28(11): 35-41.
[14]	姜林林，左忠义. 基于ISM方法的城市轨道交通系统运营安全分析[J]. 中国安全科学学报, 2013, 23(6): 172-.
[15]	陈露，马驷. 城市轨道交通网络运营安全问题的复杂多属性决策方法[J]. 中国安全科学学报, 2013, 23(4): 146-.