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随着高速公路省界收费站的取消，全国高速公路网络正式进入了一个全新的运营阶段——“一张网运行、一体化服务”。这一变革对收费站的服务质量、运营效率以及建设标准提出了更高的要求。目前，全国多个地区已经开始实施智慧收费站的改造工程。本篇将探讨收费站的现状以及智慧化改造的实施方案。

一、收费站现状

作为高速公路联网收费系统的核心节点，收费站目前面临着多重挑战。传统的IT架构复杂，由多台服务器支撑着各自独立的应用系统，形成了烟囱式的结构。这种架构导致了资源利用率低下、运维管理复杂、系统扩展性差，难以满足智慧收费站对高并发数据处理和快速业务部署的需求。特别是在节假日车流量激增时，传统架构的响应速度和可靠性受到严峻挑战，容易造成车道拥堵和通行效率下降。此外，由于多系统分散部署，形成了“数据孤岛”，阻碍了收费数据、数字孪生、监控视频和稽核信息的深度融合分析，限制了精准收费、智能稽核和个性化服务的实现。

二、超融合技术概述

超融合技术是一种基于软件定义的数据中心架构，它将计算、存储、网络和虚拟化管理功能高度集成到一个统一的平台中，实现了资源的池化和自动化调度。该技术采用分布式存储架构和智能管理软件，消除了传统竖井式系统的硬件依赖，提供了弹性伸缩、高可用性和快速部署的能力。其核心优势在于显著提升资源利用率、简化运维复杂度、支撑业务高并发处理，并通过统一平台打破数据孤岛，为智慧收费站的应用提供了坚实的技术基础。

三、超融合技术在智慧收费站的实施方案

2023年，河北晋州收费站采用了深信服超融合技术，对收费站进行了智慧化改造。在收费站机房部署了超融合基础设施平台，以承载收费类业务应用。该平台利用虚拟化技术构建了计算资源池、存储资源池和安全资源池。具体设计方案如下：

1、物理架构设计

在收费站内部集中配置了计算、存储、网络和安全资源，构成了超融合基础设施，并通过统一管理平台实现资源的集中管理，全面支持站级管理系统、站级交易系统和站务系统的运行。

新增的超融合一体机搭建了收费站的云化资源池，将站级收费管理系统、站级收费服务系统、设备管理系统、运行监测及工况保障系统（包括设备监测和业务监测）等迁移至新建的超融合集群池中。超融合一体机由硬件设备和云计算管理平台软件、计算虚拟化软件、网络虚拟化软件、存储虚拟化软件、虚拟安全组件、桌面虚拟化软件组成。

本次采购的超融合一体机基于X86服务器以集群方式部署，在设备上安装虚拟化软件后，三台一体机通过以太网互联构成超融合集群，边缘服务器独立提供计算和存储资源。

通过构建超融合资源池，实现了资源的集中管理和动态分配，为站级交易系统提供了高可靠性和高可用性的支撑，进一步加强了云化收费的稳定可靠运行。

2、网络部署设计

为了保障超融合（HCI）平台及业务系统的正常运行，我们合理规划了四个网络平面：

管理通信网络：负责传输集群间的心跳信号、配置同步数据，支持平台管理以及虚拟机的克隆、迁移、备份等操作。

存储通信网络：承载虚拟存储主机间的数据同步以及外置iSCSI存储的IO数据传输。网络的不稳定会导致存储IO性能下降甚至数据不一致。

数据通信网络（VXLAN网络）：承载运行在不同主机上的虚拟机间通过虚拟交换机通信产生的“东西向流量”，通过VXLAN封装后在此网络传输。

物理（业务）出口网络：传输虚拟机与物理网络间通信产生的“南北向流量”。

超融合平台支持三网复用——管理通信网、VXLAN通信网、业务通信网复用至单一聚合网口，而存储网则独占两个万兆聚合网口，总计四个网口。这种设计在保障高可用性和业务性能的同时，有效简化了网络运维并降低了成本。

三网复用依托数据面虚拟交换机的二层转发实现。在复用场景下，业务通信网直接连接物理网口，VXLAN通信网和管理通信网分别虚拟出网口连接虚拟交换机。所有报文经过DPDK直转至数据面后，虚拟交换机根据虚拟网口的MAC地址分流流量，实现了单一网口并行传输三类流量且互不干扰。

3. 业务系统层设计

虚拟机作为运行操作系统和应用程序的软件计算机，需要设计CPU、内存、磁盘、网卡等硬件配置，通常可以参考历史基准测试数据。

在新建和部署虚拟机时，可以运用克隆技术来提升效率：

对于相同操作系统部署不同应用的情况，在安装操作系统后应克隆虚拟机，然后分别部署应用。

对于相同操作系统部署相同应用的情况，可以将安装完备的虚拟机转换为模板进行派生。

性能评估原则：在物理环境中，业务系统的硬件配置通常存在冗余。为了更高效地利用超融合平台的物理资源，迁移后的业务系统配置可以根据采集的信息进行调整，并遵循以下原则：

CPU配置：虚拟机的虚拟CPU核数不应低于物理机的CPU核数（如果实际CPU数量超过了最佳实践值，则以最佳实践的CPU核数为准）。

内存配置：设定为物理机业务高峰期实际使用内存的1.5倍。

磁盘规划：统计客户原有业务系统的磁盘容量并除以运行年限，估算年度数据增长量，进而基于后续4年的增长预期评估实际磁盘需求。

网络流量评估：依据应用系统的实际流量特征进行，需要区分虚拟机间流量（东西向）和虚拟机与物理网络间流量（南北向）。

4、业务系统安全性设计

传统的防火墙仅能防护边界安全，即超融合环境中的南北向流量，而对数据中心内部的东西向流量难以管控。超融合平台的分布式防火墙支持东西、南北向四层隔离，显著提升了收费站内部的安全防护能力。

该防火墙支持基于IP地址、IP地址组、虚拟机、虚拟机组及虚拟机标签实施流量管控策略。

建议将需要隔离的虚拟机部署在不同的虚拟机组中，而将同业务或无需隔离的虚拟机规划在相同的虚拟机组内。通过虚拟机组对业务系统流量进行隔离管控，只需将虚拟机纳入策略匹配的组别，即可实现流量管控。

5、业务系统备份设计

虚拟机备份是将虚拟机数据备份至其他存储的容灾手段。当集群环境中的主机或存储发生故障时，可以快速从备份存储中恢复虚拟机并保障业务运行。HCI平台支持快速恢复功能，3分钟内即可完成虚拟机的拉起，15分钟内性能可恢复至正常水平，极大地保障了业务连续性（RTO≤15分钟）。通过快速拉起全新虚拟机，既可以验证备份的有效性，又能强化备份保护。

三、结论

超融合技术在高速公路智慧收费站建设中展现了显著的优势和应用价值，能够有效解决传统收费站存在的问题，提升通行效率、降低运营成本、增强管理能力。通过搭建超融合架构，承载收费业务、稽核业务、匝道预交易业务、数据分析、数字孪生等多种应用场景，并与物联网技术、人工智能技术融合，实现了收费站的智能化升级。