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轨道交通云平台运维及其实践.pdf

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1、第 14卷 第 4期2023年 8月指挥信息系统与技术Command Information System and TechnologyVol.14 No.4Aug.2023轨道交通云平台运维及其实践井雅 杨晨(北京市轨道交通指挥中心北京 100101)摘 要:作为未来城市轨道信息化系统的基础平台和能力中心,在建的北京轨道交通生产云平台(简称云平台)需同步开展运维方案的规划与设计工作。首先,阐述了云平台的运维解决思路、各层分工和组织设计等;然后,以北京地铁 11号线西段业务系统上云为例,对云平台运维中心的岗位配置、制度流程与资源管理等进行了设计,并构建了具体建设方案;最后,给出了云平台的预期收

2、益数据。云平台方案有助于实现基于云平台向线路赋能,未来可扩展成为其他轨道交通线路建设乃至远期非上云设备的运维管理方案。关键词:轨道交通;云平台;运维中图分类号:TP393.09 文献标志码:A 文章编号:1674909X(2023)04007708Operation and Maintenance of Rail Transit Cloud Platform and Its PracticeJING Ya YANG Chen(Beijing Metro Network Control Center,Beijing 100101,China)Abstract:As the basic platf

3、orm and capability center of the future urban rail information system,the Beijing rail transit production cloud platform(the cloud platform)under construction needs to carry out the planning and design of the operation and maintenance scheme simultaneously.Firstly,the operation and maintenance solut

4、ions,the division of labor and the organizational design of cloud platform are expounded.Then,taking the upper cloud of the business system of the Beijing metro line 11 as an example,the position allocation,the system process and the resource management of the cloud platform operation and maintenanc

5、e center are designed,and the specific construction plan is constructed.Finally,the expected revenue data of the cloud platform are given.The cloud platform solution helps to enable the line based on the cloud platform,and it can be expanded into the future construction of other rail transit lines,a

6、nd even the long-term operation and maintenance management solution for non-cloud equipment.Key words:rail transit;cloud platform;operation and maintenance0 引言 信息基础设施云资源管理是现代政府和企事业单位提升生产力的重要组成部分1。目前,为满足首都轨道交通乃至全国交通运输界的科技创新需求,首都轨道交通指挥中心正在建设业务可靠、资源融合、兼容开放和数据整合治理的北京轨道交通生产云平台(简称云平台)。该平台作为未来城轨信息实践与应用doi:

7、10.15908/ki.cist.2023.04.013收稿日期:2022-10-22引用格式:井雅,杨晨.轨道交通云平台运维及其实践 J.指挥信息系统与技术,2023,14(4):77-84.JING Ya,YANG Chen.Operation and maintenance of rail transit cloud platform and its practice J.Command Information System and Technology,2023,14(4):77-84.指挥信息系统与技术2023年 8月化系统的基础平台和能力中心建成投产后,将面临如何对高度整合的云计算

8、和云存储设施进行稳定、高效、灵活和集约化运维,以及如何对云平台管理模式下的组织架构和流程体系进行合理设置等问题。目前,国内有 4 个城市轨道交通指挥中心开展了信息系统的云化建设,而对云平台运维尚无可移植的成熟案例。本文从中心云平台及车站云节点的资源调度方式、组织架构和流程体系设计角度阐述了云平台运维方案,并对规划思路、构建流程和建设方案进行了设计,以期向其他线路云上运维做出示范。1 存在问题及解决思路 1.1 首都轨道交通信息系统运维现状近年来,随着超大运营网络和超大客流规模的不断发展,首都信息化基础设施的设备数量快速增长,并逐步向自动化运行和智慧化运营方向发展。由于轨道交通对信息系统的依赖程

9、度越来越高,对信息系统的安全性、稳定性和可持续性的要求也越来越高,因此信息化系统运维重要性愈发突显2。当前基础资源设施和运维模式是按传统的竖井式方式以线路为独立模块设置的,虽然建设和运维结构较灵活,但存在知识无法共享、数据拉通困难、运维标准各异、全局视角缺失、资源利用率低、系统扩展能力差以及建设和运维成本高等问题3,导致运维管理压力大,基础设施规模无法适应未来轨道交通平台级智慧化和业务发展的需要4。传统的运维方式已无法满足线路云化之后的集中化、平台化和智能化需求,因此需整合指挥中心内外的信息化基础设施,将设置模式从纵向条状管理模型向平台化和集中化资源共享模式转型(即运营模式由各线独立运营转变为

10、中心集中管理和按需分配),使中心云平台与车站云节点各司其职且权责清晰。云平台架构与传统建设架构的区别如下:1)传统运维对象为 IT 硬件,云平台运维对象为 IT 硬件+基础设施即服务(IaaS)资源;2)云平台运维模式采取自动化工具+流程的一体化智能运维模式;3)传统运维人员通常采用分专业和多班轮倒的工作模式,云平台架构运维对人员技术能力带来新要求。IT 架构和运维架构特征如图 1所示,其中,C/S为客户端/服务器端;PIS 为乘客信息系统;ISCS 为综合监控系统。1.2 云化前后运维管理模式转变传统的运维管理过程存在多窗口服务、对业务部门的服务与业务请求接入无统一渠道、IT 管控流程缺少系

11、统固化且效率不高、IT 人员与项目绩效难于量化考核以及缺乏体系化知识积累等问题,已无法满足云平台运维需求5。云平台的运维模式从信息基础设施转变到应用系统专业角度,因此需对传统运维管理模式进行人员技能更新、组织架构重建和管理工具创新等改进。图 2给出了传统运维模式向云计算运维模式演变过程。云平台作为一种基于互联网的、大众参与的和以服务方式提供的新型业务模式及技术平台,具有高可靠性、可伸缩性和通用性等特性,因此对平台运维管理提出了更高要求4。由于云平台未来将接入首都轨道交通指挥中心的所有线路和路网中心及业务系统,因此云平台运维变得更加关键,且运维方案的成功与否也将影响云平台项目的成败及收益。云化前

12、后的运维需求如图 3所示,运维需求从单一关注技术转变为关注技术与业务融合,使运维技术成为业务支撑,因此未来云平台图 1 IT架构和运维架构特征图 2 运维模式演变78第 14卷 第 4期井雅,等:轨道交通云平台运维及其实践将从运维成本中心转变为服务价值中心。根据云平台架构6搭建全新的北京城轨云运维管理体系后,云平台运维模式的核心转变将以围绕多租户和服务化的特点展开,具体内容如下:运维范围由传统数据中心(即基于项目的供需架构)向体系化的云基础设施(即按需供应架构)转变;运维对象从单项硬件资源生产率提升向虚拟资源(即云平台整体生产力)提升转变;组织管理模式从分散向集中转变,资源管理从单线路向云资源

13、集中管控转变;运维模式由从事件发生触发运维的被动方式向主动与常态化的主动运维流程转变。1.3 建设规划和运维目标1.3.1 北京城市轨道云规划与架构图 4 给出了北京城轨云规划与架构示意图,其中,TCC 为轨道交通指挥中心;MLC 为多线路中心系统;MPIS为多线路乘客信息系统;PaaS为平台即服务;VPC 为虚拟专用云。云平台建设项目的建设周期总体规划为 2.5年,建成后将承载 8条轨道交通线路的云平台运营业务。一期工程于 2021 年 12 月30日完成项目初验,2022年 1月正式投入生产运营。二期工程于 13号 AB线开通前完成整体建设并与一期工程并网融合。该方案重点针对一期工程设计实

14、施,并延续到二期工程运维管理7。1.3.2 建设范围中心云平台区是云平台的核心区域,各业务核心服务器运行于此8;边界接入区是云平台区域与其他业务系统互连的区域;车站云节点负责站内业务,提供虚拟化资源池;管理核心区负责软件定义网络(SDN)、云管服务器以及信息安全区服务器接入;维护区负责云平台所有设备的网络运维管理(带外管理),提供统一的云管软件9。车站接入区设备部署于各个车站机房,其他设备部署于指挥中心的云平台专用机房。各个业务系统的网络设备通过边界接入区接入云平台网络,可实现业务系统与云平台的通信连接。1.3.3 运维目标针对云规划的一期工程,云平台运维体系需实现以下目标:根据建设新一代信息

15、基础平台总体部署,围绕稳定、安全、效率和集约原则,逐步建成标准化、可视化和智能化的运维体系,实现云平台建设运维对象明确、组织职责清晰、流程简洁高效、运行安全稳定、跨级协同顺畅和队伍稳定专业,建立稳定的北京城轨云 IaaS 能力,全面提升云平台的管理效能与水平、保障执行力与运营效率,确保云平台和云上业务系统安全高效运行。运维目标包括:1)扩展范围:按照体系化的云进行按需供应;2)调整关注点:促进技术与业务的融合;3)调整底线:提高业务支撑能力和生产率;4)调整对象:提升系统生产力;5)转变模式:管理驱动,主动服务;6)扩展资源:对云资源集中管控。2 运维方案 2.1 云平台运维内容及方式云平台运

16、维负责为云平台提供日常维护、管理和突发故障现场的快速处理、故障维护、定期检查、定期报告和定期汇报等工作,具体包括中心和车站的生产业务云平台机房基础环境运维10(包括空调、电力、布线和消防等基础设施的日常管理)和云平台基础设施运维。云上业务系统运维由各线路专业单位负责,限于篇幅不再赘述。云平台运维是通过对云平台系统功能、系统业务、功能点以及运维工作要求进行拆分后得出的工作内容。根据轨道交通建设多线路、多专业联合运营共用云平台的特点,云平台运维模式采取生产运营中心+大量边缘车站点相结合的方式,实现云边业务编排、资源合理分配、设备集中控制和统一运维管理等功能。图 3 云化前后的运维需求图 4 北京城

17、轨云规划与架构示意图79指挥信息系统与技术2023年 8月2.2 中心云平台运维2.2.1 运维分工从网络架构维度看,运维内容分为中心云平台运维和车站云节点运维 2个部分11。中心云平台运维分工及其组织架构如图 5所示,其中,APP指手机软件。中心云平台承载的业务系统归运营企业运维团队负责。中心云平台运维团队负责平台级维护工作,包括机房基础设施维护、宿主机负载均衡、裸金属与云平台设备的维护以及业务系统虚拟机资源使用监控等工作。同时,设置专业系统调度岗位作为与云平台运维中心协同来处理日常事务的接口岗位,负责各管理流程的全程管控,以及云平台、设备厂商与业务系统侧的联合排障、协同变更、配合验证和通知

18、报备等场景的沟通协调。2.2.2 运维内容1)机房基础环境运维中心云平台机房基础环境运维由机房园区运管部统一负责,包括风、水、机和电的应急与日常管理,以及供配电、空调、安防和消防等系统和设施设备的日常巡检与维护保养等。2)中心云平台基础环境运维中心云平台基础环境运维由云平台运维中心统一负责。云平台运维对象为计算资源,从面向主机硬件运维向面向虚拟计算资源运维转变,从告警与阈值监控向图形化、资源使用率和资源负载监控转变。3)业务系统上云管理通过对新建/迁移业务系统上云信息系统进行规范,确保业务系统云上安全稳定运行,同时利用云平台自身的健壮性和弹性扩缩等能力以及齐全的监控手段提升运行水平。业务系统上

19、云管理涵盖新建业务系统和老旧业务系统改造上云(统称业务系统),包括上云规范管控、适配测试、配置变更和文档备案。云平台运维单位对上云方案进行审核,评估上云模式,同步规划资源容量,从而为系统上云提供技术支撑;负责业务系统接入过程中的全程监督,包括收集、整理和归档各类安装、配置与测试文档。业务系统设备厂家负责系统上云方案设计及其改造实施,业务系统侧应在上线测试和适配测试后,由项目承建单位向云平台运维单位提出入云申请,云平台运维单位确认业务系统及设备达到安全稳定运行条件后开展工作。业务系统接入完成或调整后,云平台运维单位应及时变更业务系统租户的资源和权限等相关配置。4)系统监控管理实时监控云平台各级资

20、源与组件运行状况,查看所有监控对象的告警状态,及时开展告警处置与信息报送,对云资源的容量、性能、负载和告警等内容进行实时监控。开展 724 小时云平台日常监控,对于系统异常进行告警,并及时通知云平台运维人员;对于已影响信息系统运行的告警,开展报告、处置、汇报、反馈和总结等工作。构建完整的监控工具体系,确保各级监控工具的数据贯通,实现云平台运行状态的全面监测。构建云平台运维告警体系,全方位开展日志分析,利用自动化手段进行故障分析定位,优化告警展示逻辑,实现告警溯源;利用云平台运行历史缺陷和故障数据,分析日志数据和告警数据特征,建立知识库和告警数据分析模型,对运行隐患、性能瓶颈和异常事件进行监控预

21、警;开展云平台事件管理,实现对事件的控制,依据事件类型分派专业运维人员处理,保存事件处理过程数据,同时快速恢复云平台运转12。5)系统巡检系统巡检旨在及时掌握云平台运行状态,提早发现系统隐患,降低故障发生率,确保系统能够长期安全稳定运行。巡检工作涵盖平台运行环境以及各级资源、组件和云上应用运行情况,覆盖云平台硬件设备、计算、存储、网络和安全等平台资源模块及承载的信息系统及微应用。云平台巡检依托运维自动化工具并结合人工巡检方式开展常态巡检、特殊巡检和督查巡检,通过对自动化工具的使用与组合实现智能运维13。图 5 中心云平台运维分工及其组织架构80第 14卷 第 4期井雅,等:轨道交通云平台运维及

22、其实践巡检人员根据运行特征合理安排巡检频次,准确记录巡检信息,出具不同周期的巡检报告,内容应包括云平台的运行情况及健康状态描述与评价。对于巡检发现的缺陷及隐患,及时纳入相关管控流程,安排消缺及修复工作,持续优化巡检方案,实现闭环管理。6)运行分析搜集、汇总和统计分析云平台及云上应用的各类运行数据14,为云平台及云上应用的优化提供依据,从而确保云平台及云上应用安全稳定运行,主要包括告警分析、资源分析、性能分析、容量分析和运维服务质量分析。定期召开云平台运行专题分析会,包括云平台及云上应用异常情况分析、重大缺陷分析、运行方式分析、检修管理分析和运行管理分析,定期形成运行分析报告,其中重大保障和应急

23、处置时期需每日进行运行情况简报。2.2.3 业务系统运维中心云平台业务系统的运维工作由线路各专业单位运维人员负责,与既有线路业务系统运维保持一致。根据云平台运维模式的特殊性,云平台运维中心和运营单位的日常运维管理工作中会存在需要联合排障、协同变更、配合技术验证和通知报备等场景,为了不产生物理集中可能带来的额外场地租借和人员管理成本,通过角色分类和权限管理推荐了逻辑集中的协同办公方式。2.3 车站云节点运维车站云节点运维分工示意图如图 6所示。需说明的是,车站云节点的各级运维管理与实施均由运营单位负责。3 运维组织设计 3.1 运维管理协同组织运维方案涉及内容较多,且与建设与运营管理密切相关,为

24、了满足各方需求,需通过工作协调来实现运维管理一体化15。为解决系统运营过程中的重大问题,可成立运维管理专班,下辖相关单位负责人组成的联合工作组。运维管理专班由指挥中心和各运营企业运维工作负责人组成,负责统筹协调标准规范的评审、对重大突发事件的应急响应及协同安排、对紧急应急响应总体规划和紧急事件报告的审核、对规划应急基础设施建设出具建议以及授权联合工作组启动特定应急预案等工作。联合工作组由指挥中心和各运营企业各专业运维人员组成,负责标准规范制定、应急响应体系构建、信息系统风险评估和整改、应急预案演练、信息安全事件报告编制和紧急事件特定系统应急预案启动与停止,以及对审批会签重大变更流程、中心云平台

25、审定、车站云节点运维方案及支撑文件等出具建议等工作,包括但不限于应用系统适配性评估、试运行评估、重大事件影响分析和异构硬件更替等工作。3.2 运维中心组织架构运维中心是整个运维系统的核心,为用户、运维管理者和决策者等提供统一的工作界面,按需提供一致的服务体验。参考各行业现有云平台运维组织架构,对中心云平台运维团队组织架构进行了设计。云平台运维中心组织架构如图 7 所示,岗位及其职责如表 1所示。3.3 资源及账号管理中心云平台的运维包括中心云平台统一运维和业务系统侧运维 2个方面,两者相互协作,云平台运维中心负责中心云平台及相关基础架构运维,并牵头整体运维协同流程;各业务系统侧负责业务系统运维

26、。资源及账号管理职责与用户关系如图 8 所图 6 车站云节点运维分工示意图图 7 云平台运维中心组织架构81指挥信息系统与技术2023年 8月示。资源管理方面,由中心云平台统一为各业务系统分别配置独立的一级虚拟数据中心(VDC),并分配一级管理员账户(云平台运维中心管理),负责云平台运维资源总体管理;以线路为单位划分二级 VDC,配置线路二级管理员账户,负责二级VDC 中 的 内 部 服 务 商 和 用 户 资 源 及 账 号 的 管理;运 营 单 位 作 为 用 户 不 分 配 资 源 的 相 应 管 理权限。4 运维流程和文件体系 4.1 运维流程为规范云平台的日常运维方式和策略,从业务需

27、求角度反向定制运维管理流程体系16,如图 9 所示。云平台运维中心、运营单位和线路各专业等组织以业务为核心共同处理日常运维工单,通过系统工具对日常维护管理、各类事件处置轨迹以及变更过程进行监控与管理,实现云平台的精细化和标准化管理,从而提升运维管理智能化水平17和用户满意度18。运维管理流程包括以下 7个步骤18:1)应急处理管理流程:为确保云平台的安全运行和业务的连续性,需建立应急响应体系,规范应急响应工作内容和流程,提高应急响应能力,减少紧急事件带来的负面影响及损失;2)云平台故障处理流程:规范云平台故障处理过程,对故障的发现和处理结果通报等动作进行约定;3)业务系统故障排查配合流程:规范

28、业务系统故障排查配合过程,对相关配合动作进行约定;4)业务系统操作配合流程:规范业务系统操作配合过程,对相关配合动作进行约定;5)车站云节点技术支持受理流程:规范车站云节点技术支持受理的过程,对相关动作进行约定;图 8 资源及账号管理职责与用户关系表 1岗位及其职责名称运营/运维中心服务台运维经理技术经理岗运维管控岗硬件运维组云平台运营组主要职责一线值守监控和巡检;接收所有云平台的事件与服务请求,初步判断和分类,并根据实际工作负载和事件紧急程度响应处理事件;配合二线运维人员完成重大问题的原因排查云平台的整体运维管控,管理所有运维人员为云平台规划、架构设计、容量规划、重大变更评审以及新线接入提供

29、技术咨询等,同时作为技术专家在二线运维人员遇到问题时给予技术支持云平台运维管控、安全保障、风险管理和事件服务请求变更分级定义等;管理流程的编写与优化、下发培训和定期审核等云平台网络、主机以及存储与安全设备的日常维护云平台运维操作岗:对云平台的软件运行和云平台监控等进行日常运维操作;云平台资源管理岗:账号分配、权限管理、资源申请、资源下发部署、资源回收和资源变更等资源管理工作图 9 运维管理流程体系82第 14卷 第 4期井雅,等:轨道交通云平台运维及其实践6)云平台运维中心操作审批流程:规范业务运维团队进入云平台运维中心网管室的过程,对审批及操作结果记录等动作进行约定;7)持续改进流程:随着轨

30、道交通业务的发展,相关规范与流程需持续改进,确保后续工作顺畅和有序开展。此外,中心云平台设置了以下 3个中心:1)运营质量管理中心:负责云平台运营请求受理及审核;2)运维技术中心:负责云平台运维请求的评估与实施、信息基础设施硬件及第三方软件的故障处置;3)故障报告中心:负责故障申告的统一受理、工单创建及派发、故障处置过程跟踪以及故障上报与续报。上述 3个中心各司其职并互相协同。实际工作中,运营和运维是协同关系:即运营主外,负责对接业务系统建设方,承担组织和协调工作;运维主内,负责对接业务系统运维方,承担实施和验证工作。流程实施过程中需要进行以下 3轮协同:第 1轮协同,运营负责组织运维做需求的

31、资源评估和策略合规评审,运维具体实施后将技术评审结果反馈给运营;第 2 轮协同,运营组织运维开展实施,运维具体实施后将事实结果反馈给运营,同时配合需求方进行验证;第 3轮协同:运营组织根据需求方的验证结果组织运维修改配置信息,运维实施修改并存档。4.2 文件体系根据云平台运维模式特点,日常运维中会存在需要联合排障、协同变更、配合技术验证和通知报备的场景,运维团队需结合流程体系设计,对不限于硬件运维的各类运维场景进行分类梳理,包括运营单位报障事件云平台运维中心联合排障、云平台运维中心报障事件/发起变更运营单位协同业务验证,列举每种交互场景并将其作为文件体系的四阶文件,支撑运营企业工作。文件体系是

32、运维体系的文件展现,也是管理模式转变的重点。参照 IT 服务管理模式,采用纵向的一阶总纲、二阶制度与规范、三阶操作手册与运行指南以及四阶执行记录及表单的分层设计,为云平台定制了总体策划、管理方针、规范与办法、实施与手册以及表单与记录等横向管理领域,涵盖服务规划、服务设计、服务转换、服务运营和服务改进等领域,通过横纵体系将管理模式规范化和文件化。云平台管理制度体系架构如图 10所示。5 预期收益 随着互联网和大数据技术的发展,数据信息不断扩充,使得机房物理存储空间趋于饱和10,云存储技术应运而生。利用云存储技术构建的云平台机房具有更大规模、更高密度、更便捷扩展、更低运营成本和更高可靠度以及监管自

33、动化等特点19。云平台的运维管理包含以下 5 个功能:1)监控管理:用于提升集中管控能力,包括集中监控、动态阈值、自定义指标和分时采集等能力;2)资源管理:用于提升系统生产力,包括自定义模型、自动发现和变更审计等能力;3)服务流程:用于提升主动服务能力,包括流程定义、表单设计、业务规则和自助服务台等能力;4)自动化控制:用于提高资源整体利用率,包括自动装机、应用部署、合规巡检和任务编排等能力;5)智能分析:用于提升管理驱动能力,包括容量预测、可用性分析、日志分析和故障定位等能力。按照计划,首都轨道交通指挥中心信息系统运维从传统模式到云平台模式转变后,可形成行业级的完整方案2022。此外,通过对

34、运维管理工具的使用可提升云平台运维预期收益。云平台运维预期收益如图 11所示,具体内容如下:1)人员编制减少:云数据中心建设完成后,每图 10 云平台管理制度体系架构83指挥信息系统与技术2023年 8月千台服务器池化后可节省 7 个人员编制。同时,通过运维中心集中化部署,可提高运维工作的资源利用率,其中值班室空间、监控终端和人员复用程度均有提高。2)整体能耗降低:运行能耗(电力)平均节省10%。3)合规风险降低:由人工操作向标准化和自动化方向进行转变,逐步排除人为因素干扰,降低了风险,预期合规风险可降低 53%。4)资源交付时长降低:通过云平台统一资源管理,预计云化资源交付时长由传统运维模式

35、的 3 d降低为 10 min,降低时长 98%。5)巡检效率提升:通过主动式运维模式,采用自动化定时巡检,排除人为因素干扰,可提升巡检准确性和巡检速度,预期巡检效率提升 80%。6 结束语 云计算既是一种技术革命,又是一种管理模式的革命。利用云计算构建的云平台,其运维管理既是一种新式管理模式,又是确保网络云平台充分发挥效能的关键,因此对云平台运维进行研究具有重要意义。云平台运维方案的发布可推动文件管理体系建设发展,同时通过标准和规范将云平台建设和运营的标准化要求落到实处。后续将基于云平台,通过获取第三方颁发的认证资质等方式来验证云平台的技术能力和服务质量,并将其作为云建设的社会效益和经济效益

36、的展示窗口。参考文献(References):1那宝玉,周红亮,耿延军.基于智能运维平台的信息基础设施云资源虚拟化计费管理模型研究 J.通信技术,2021,54(2):395-401.2张亚勤.与“云”共舞 J.中国计算机用户,2009(4):12-13.3杨国伟,刘文泽,毕湘利.基于云平台的地铁数字孪生运维系统构建 J.信息技术与信息化,2019(8):90-92.4赵效民.戴尔云服务:助你走上云端 EB/OL.2021-08-15.http:/ J.中国教育网络,2018(6):72-73.6杨扬.城市轨道交通综合业务云平台方案研究 J.工程建设与设计,2021(2):141-143.7张

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