近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)已廣泛運(yùn)用于安防監(jiān)控、智能交通、智能電網(wǎng)、智能物流等領(lǐng)域，并在各行各業(yè)不斷深化。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)亦是其中一個(gè)重要領(lǐng)域，通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的探索融合，新產(chǎn)品、新應(yīng)用、新模式的產(chǎn)生和應(yīng)用可以顯著提高運(yùn)營(yíng)效率，進(jìn)而推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域和相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展。
以城市軌道交通為例，軌道交通具有運(yùn)量大、速度快、車次多、安全準(zhǔn)時(shí)、便捷舒適等優(yōu)點(diǎn)，成為了城市出行的一種高效選擇。為了使乘客安全、快捷地乘坐地鐵或城軌，列車上有乘客信息系統(tǒng)（PIS）、廣播系統(tǒng)（PA）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、（列車）受電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（TAS）等眾多基于嵌入式板卡運(yùn)行的車載系統(tǒng)。隨著車載系統(tǒng)的功能不斷豐富以及AI技術(shù)的逐步應(yīng)用，車載系統(tǒng)對(duì)算力的需求越來(lái)越大，但列車內(nèi)能夠裝載計(jì)算和存儲(chǔ)設(shè)備的空間卻十分緊張，而且系統(tǒng)也缺乏相應(yīng)的容災(zāi)能力。如何高效整合列車內(nèi)的計(jì)算資源，確保車上應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是城軌列車信息化智能化發(fā)展亟待解決的重要問(wèn)題。
此外，地鐵列車高速行駛過(guò)程中極易受到供電線路、軌道、電波、磁場(chǎng)等外界因素的干擾，支撐車載系統(tǒng)運(yùn)行的嵌入式板卡等設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電源、網(wǎng)絡(luò)頻繁斷連的情況。在這種情況下，車上計(jì)算資源如何保障車載系統(tǒng)能夠快速恢復(fù)運(yùn)行？又是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。
云計(jì)算技術(shù)可以很好地提高計(jì)算資源的利用率問(wèn)題，但是，在電源、網(wǎng)絡(luò)可能頻繁斷連的環(huán)境下，云平臺(tái)或節(jié)點(diǎn)能夠在多短時(shí)間內(nèi)完成宕機(jī)恢復(fù)呢？
從網(wǎng)上可查詢到的以往云平臺(tái)宕機(jī)恢復(fù)事件可知，一般情況下，云服務(wù)平臺(tái)宕機(jī)的恢復(fù)時(shí)間少則1-2小時(shí)，慢則1-2天，甚至更久。部署在云服務(wù)上的業(yè)務(wù)應(yīng)用宕機(jī)恢復(fù)時(shí)間少則1-2分鐘，多則1-2小時(shí)，甚至更久。但是，對(duì)于搭建在地鐵或城軌列車上支撐各種車載應(yīng)用系統(tǒng)隨列車同步運(yùn)行的云平臺(tái)，1-2小時(shí)的云服務(wù)平臺(tái)宕機(jī)恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)和1-2分鐘的云上應(yīng)用的宕機(jī)恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)，對(duì)于運(yùn)營(yíng)中的城軌列車而言卻是無(wú)法接受的。
根據(jù)城市軌道線路的最短站間距離和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、地鐵列車停站時(shí)間和行車間隔等因素，為保障列車的正常運(yùn)營(yíng)行駛，提出了地鐵或城軌列車上支撐各個(gè)車載系統(tǒng)運(yùn)行的云平臺(tái)在斷電恢復(fù)后，等待其整體重啟恢復(fù)的時(shí)間不可以超過(guò)1分鐘、應(yīng)用系統(tǒng)恢復(fù)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)需在20秒內(nèi)的要求，這對(duì)于常規(guī)的云計(jì)算技術(shù)，是很難實(shí)現(xiàn)的。
面對(duì)1分鐘內(nèi)完成整個(gè)云平臺(tái)恢復(fù)運(yùn)行、20秒內(nèi)完成應(yīng)用遷移恢復(fù)啟動(dòng)的重大技術(shù)挑戰(zhàn)，品高股份基于自主研發(fā)的品高云操作系統(tǒng)采用了多方面的技術(shù)改造和創(chuàng)新，生成了品高邊緣云平臺(tái)解決方案。
主要技術(shù)改造和創(chuàng)新如下
輕量化內(nèi)核
品高云操作系統(tǒng)BingoCloudOS底層基于Erlang/OPT語(yǔ)言開發(fā)，本身就具備系統(tǒng)底噪開銷低，云平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)存占用小、硬盤空間占用小等特性。由于平臺(tái)需運(yùn)行在城軌列車上，針對(duì)嵌入式硬件資源環(huán)境的要求，品高股份對(duì)BingoCloudOS云平臺(tái)的高級(jí)服務(wù)進(jìn)行了裁剪，對(duì)核心部分進(jìn)行更深入的輕量化、健壯性改造，使在BingoCloudOS的基礎(chǔ)上研發(fā)而來(lái)的品高邊緣云平臺(tái)，能夠在保證抗毀能力的前提下，啟動(dòng)速度更快、運(yùn)行底噪更小。
基于容器的云平臺(tái)底座
針對(duì)開源容器產(chǎn)品運(yùn)行底噪大的缺陷進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)自主研發(fā)的容器核心組件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，大幅降低容器云的運(yùn)行時(shí)底噪，使邊緣云平臺(tái)從整體上實(shí)現(xiàn)了輕量化，可直接部署到嵌入式設(shè)備中，基于容器的底座大大縮短了云節(jié)點(diǎn)的啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)節(jié)點(diǎn)控制器的內(nèi)存消耗對(duì)比傳統(tǒng)容器云降低了40%。另外，同時(shí)支持CRI-O、Isula等輕量化快速容器技術(shù)。
分布式容器鏡像倉(cāng)庫(kù)
通過(guò)構(gòu)建分布式容器鏡像倉(cāng)庫(kù)，確保容器鏡像在跨物理節(jié)點(diǎn)的情況下保持高可用，減少容器鏡像從網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程鏡像倉(cāng)庫(kù)拉取鏡像的時(shí)間。使品高邊緣云平臺(tái)均能基于本地物理節(jié)點(diǎn)的鏡像倉(cāng)庫(kù)啟動(dòng)容器，大大縮短創(chuàng)建容器的時(shí)間 。
自遷移恢復(fù)
當(dāng)運(yùn)行某些車載系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備出現(xiàn)掉電、斷網(wǎng)、損毀情況時(shí)，邊緣云平臺(tái)會(huì)自動(dòng)在可用節(jié)點(diǎn)上通過(guò)分布式離線鏡像倉(cāng)庫(kù)快速啟動(dòng)被損壞節(jié)點(diǎn)上的容器實(shí)例。節(jié)點(diǎn)根據(jù)殘留信息自動(dòng)進(jìn)行角色確認(rèn)，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連通性后自行上報(bào)到控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)信息更新，并轉(zhuǎn)換或恢復(fù)節(jié)點(diǎn)的所有服務(wù)。在多臺(tái)物理節(jié)點(diǎn)發(fā)生斷電重啟的情況下，各個(gè)物理節(jié)點(diǎn)按斷電自恢復(fù)的模式進(jìn)行并行異步恢復(fù)，滿足在超短時(shí)間內(nèi)完成恢復(fù)的需求。
將整個(gè)邊緣云平臺(tái)的恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)壓縮在1分鐘內(nèi)、應(yīng)用遷移恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)縮短至20秒內(nèi)完成，并不僅僅是依靠以上幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)就可以完全實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榧夹g(shù)與技術(shù)之間并不是相互獨(dú)立的，宕機(jī)恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)的壓縮還需要共享存儲(chǔ)、監(jiān)控告警、多層級(jí)容災(zāi)等眾多技術(shù)的相互配合和共同作用。
勇于挑戰(zhàn)困難、堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新總會(huì)結(jié)出豐碩的果實(shí)。以自主研發(fā)的品高云操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試和優(yōu)化，最終研制出的品高邊緣云平臺(tái)，成功滿足了地鐵和城軌列車運(yùn)行所需的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，并先后在北京11號(hào)線、19號(hào)線、平西府試驗(yàn)線，海南三亞城軌等項(xiàng)目隨列車成功上線運(yùn)行。
憑借自主可控的技術(shù)和堅(jiān)持創(chuàng)新的成果，以品高邊緣云為實(shí)際應(yīng)用案例的《物聯(lián)協(xié)同邊緣計(jì)算平臺(tái)》，參加了《2022年度亞太信息通訊科技大賽（APICTA）》的角逐，并一舉榮獲了“2022年度亞太信息通訊科技大賽工業(yè)-交通、供應(yīng)鏈、ICT網(wǎng)絡(luò)和通訊類別金獎(jiǎng)”。
從1小時(shí)到1分鐘，從1分鐘到20秒，品高股份自主研發(fā)、勇于挑戰(zhàn)、堅(jiān)持創(chuàng)新，一步步落實(shí)“行業(yè)+云”戰(zhàn)略，踐行云技術(shù)與行業(yè)的深度融合。未來(lái)，品高股份將繼續(xù)以領(lǐng)先的技術(shù)、卓越的產(chǎn)品、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)、豐富的經(jīng)驗(yàn)，努力推動(dòng)工業(yè)化和信息化的融合發(fā)展，加速形成工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系的新模式、新業(yè)態(tài)，賦能政企行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
