基于云計(jì)算的船舶裝備維修保障數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)論文
針對(duì)船舶裝備維修保障信息采集、存儲(chǔ)、管理與應(yīng)用的需求，提出了基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心建設(shè)設(shè)計(jì)方案，依照系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)性、可靠性、成熟性、靈活性和可管理性的原則，引入“池”的概念將數(shù)據(jù)中心硬件資源分為計(jì)算池、存儲(chǔ)池、網(wǎng)絡(luò)池和安全優(yōu)化池，通過(guò)采用虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源的全面整合與合理調(diào)用，從而達(dá)到提高系統(tǒng)資源利用效率、降低投資成本和能源消耗的目的。
目前，航海運(yùn)輸業(yè)已成為支撐我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的主要運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)，在航海運(yùn)輸業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)也產(chǎn)生了船舶遠(yuǎn)航維修保障困難，船塢修理廠維修費(fèi)用高昂，維修周期長(zhǎng)、效率低等問(wèn)題。據(jù)了解，各類船舶裝備維修統(tǒng)計(jì)信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布分散、共享困難，難以實(shí)現(xiàn)有效管理和綜合利用。因此，建設(shè)基于云計(jì)算的船舶裝備維修保障信息數(shù)據(jù)中心，對(duì)各型船舶裝備維修信息進(jìn)行統(tǒng)一管理和集中分析，并利用這些裝備維修數(shù)據(jù)開(kāi)展相應(yīng)業(yè)務(wù)的分析研究，如同型號(hào)裝備的故障變化規(guī)律、全壽命周期費(fèi)用分析等，可以為船舶使用單位和船塢修理廠制定科學(xué)的維修保障計(jì)劃、優(yōu)化維修保障資源配置提供技術(shù)支撐。
1 云計(jì)算技術(shù)
1.1 云計(jì)算
云計(jì)算是指利用互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)服務(wù)的方式向用戶提供可動(dòng)態(tài)調(diào)整的虛擬化資源的計(jì)算模式。利用互聯(lián)網(wǎng)上連接的大量服務(wù)器(計(jì)算節(jié)點(diǎn))所構(gòu)成的可動(dòng)態(tài)伸縮調(diào)整的虛擬化資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)的并行化和分布式計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。云計(jì)算按服務(wù)類型可以分為基礎(chǔ)設(shè)施云、平臺(tái)云、應(yīng)用云。
1.2 虛擬化技術(shù)
虛擬化技術(shù)是一種資源信息管理技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)的各種軟、硬件資源，如CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)等，進(jìn)行虛擬、抽象和轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到擴(kuò)大硬件資源容量、優(yōu)化資源配置、簡(jiǎn)化資源管理、提高資源利用率的目的。在虛擬環(huán)境中，一臺(tái)物理服務(wù)器可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，每個(gè)操作系統(tǒng)都運(yùn)行在一個(gè)虛擬主機(jī)上，并且每個(gè)操作系統(tǒng)中可以運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序�；谠朴�(jì)算的虛擬化技術(shù)可分為：服務(wù)器虛擬化技術(shù)、桌面虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)、存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)等。
2 船舶裝備維修保障數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)
船舶裝備維修保障數(shù)據(jù)中心采用面向云計(jì)算的設(shè)計(jì)思路，硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)架構(gòu)引入“池”的概念，通過(guò)虛擬化技術(shù)，將數(shù)據(jù)中心分為四個(gè)資源池：計(jì)算池、存儲(chǔ)池、網(wǎng)絡(luò)池和安全優(yōu)化池，每個(gè)池的資源可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整，擴(kuò)展或縮小池的規(guī)模，使數(shù)據(jù)中心資源能夠得到充分整合利用，提高系統(tǒng)的可靠性和資源利用率。
2.1 計(jì)算池
“計(jì)算池”采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，將數(shù)據(jù)中心服務(wù)器組中的每一臺(tái)物理服務(wù)器虛擬成若干臺(tái)虛擬服務(wù)器(虛擬機(jī))，這樣數(shù)據(jù)中心內(nèi)部形成了一個(gè)龐大的“計(jì)算資源池”，利用負(fù)載均衡技術(shù)，統(tǒng)一調(diào)用、分配和管理“計(jì)算池”中的資源，提高計(jì)算資源的整體利用率，優(yōu)化計(jì)算資源配置，提高系統(tǒng)的可用性。
2.2 存儲(chǔ)池
“存儲(chǔ)池”是利用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，通過(guò)使用RAID、NAS、SAN等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將分布式網(wǎng)絡(luò)化的存儲(chǔ)單元組合起來(lái)，形成一個(gè)巨大的.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)資源池，提高了存儲(chǔ)資源整體存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)訪問(wèn)能力、數(shù)據(jù)傳輸能力和數(shù)據(jù)管理能力。
2.3 網(wǎng)絡(luò)池
“網(wǎng)絡(luò)池”將LAN、SAN和FCoE等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合為一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的復(fù)雜度和成本，大幅度提升了網(wǎng)絡(luò)性能，降低了網(wǎng)絡(luò)延遲、提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬、增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全性和可管理能力。目前數(shù)據(jù)中心新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有基于以太網(wǎng)的光纖通信技術(shù)(FCoE)和新的無(wú)損10Gb以太網(wǎng)技術(shù)等。
2.4 安全及優(yōu)化池
數(shù)據(jù)中心必須集中所有的安全防護(hù)機(jī)制，建立嚴(yán)密的安全防護(hù)體系，加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的安全管理，確保數(shù)據(jù)信息的安全。安全及優(yōu)化池的優(yōu)勢(shì)：
(1)高效殺毒，確保信息不泄露、不損失的同時(shí)減少對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的影響。
(2)健全的數(shù)據(jù)保護(hù)方案，確保數(shù)據(jù)不丟失、不破壞。
數(shù)據(jù)中心通過(guò)采用虛擬磁帶庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全備份。在異地建立災(zāi)備中心，在發(fā)生災(zāi)難時(shí)，能夠確保數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)運(yùn)行。
(3)優(yōu)化應(yīng)用系統(tǒng)響應(yīng)速度，提升應(yīng)用系統(tǒng)安全。
3 艦船裝備維修保障數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)
3.1 核心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)
3.1.1 方案描述
選用高性能刀片服務(wù)器作為核心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，安裝Linux操作系統(tǒng)，采用HA架構(gòu)，減少硬件投資成本，提高了系統(tǒng)可用性。
3.1.2 配置說(shuō)明
采用四片高性能刀片服務(wù)器系統(tǒng)，分別放置在冗余的刀箱中，兩兩做雙機(jī)，確保應(yīng)用系統(tǒng)高可用性。
(1)每片配置2顆10核Inter高性能CPU，48GB內(nèi)存，確保運(yùn)算資源和內(nèi)存資源滿足應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行需求。
(2)每片刀片配置2端口10Gb FCoE端口，并支持故障切換和聚合綁定，同時(shí)整合SAN協(xié)議和IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)20Gb帶寬SAN協(xié)議和IP協(xié)議共享，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。
(3)存儲(chǔ)系統(tǒng)采用SAN架構(gòu)及FCoE通信協(xié)議技術(shù)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的無(wú)縫連接，增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)和存儲(chǔ)速度。
3.2 應(yīng)用服務(wù)器方案實(shí)現(xiàn)
3.2.1 方案描述
應(yīng)用服務(wù)器設(shè)計(jì)將采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)和負(fù)載均衡機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的快速響應(yīng)。數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)器設(shè)計(jì)方案將部署40臺(tái)虛擬服務(wù)器，另外部署20臺(tái)虛擬服務(wù)器用于數(shù)據(jù)備份、系統(tǒng)容錯(cuò)和負(fù)載均衡等。
3.2.2 配置說(shuō)明
應(yīng)用服務(wù)器方案設(shè)計(jì)計(jì)劃采購(gòu)6臺(tái)高性能刀片服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器配置2顆6核高性能至強(qiáng)處理器，96GB內(nèi)存，每片刀片配置2端口10Gb FCoEHBA卡，滿足服務(wù)器系統(tǒng)的高速I/O響應(yīng)。一臺(tái)刀片服務(wù)器可以虛擬出15個(gè)虛擬機(jī)，6臺(tái)高性能刀片服務(wù)器總計(jì)可虛擬出80-90臺(tái)虛擬機(jī)，能夠滿足在今后一段時(shí)期內(nèi)新業(yè)務(wù)拓展的需求。
3.3 存儲(chǔ)系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)
3.3.1 方案描述
存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用SAN(Storage Area Networking)存儲(chǔ)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。以數(shù)據(jù)、信息、內(nèi)容為核心的模式。 SAN 采用以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理為核心的四層信息架構(gòu)，通過(guò)采用最新的技術(shù)和管理方式，能夠發(fā)揮存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體資源優(yōu)勢(shì)(見(jiàn)圖1)。
3.4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)
3.4.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)(見(jiàn)圖2)
數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)為專用網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的安全性要求較高。如果客戶端需要數(shù)據(jù)共享，可以在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的邊界設(shè)計(jì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全方案，在保證數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享的同時(shí)，保證數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全。在設(shè)計(jì)方案中，兩臺(tái)核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量的高速轉(zhuǎn)發(fā)的功能。 在網(wǎng)絡(luò)接入?yún)^(qū)域，設(shè)計(jì)兩臺(tái)接入交換機(jī)分別提供區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)器的接入功能。
3.4.2 核心層網(wǎng)絡(luò)
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的核心層網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)中心內(nèi)各匯聚層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和與核心層網(wǎng)絡(luò)之間的路由轉(zhuǎn)發(fā)。方案核心層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用兩臺(tái)核心路由交換機(jī)作為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)核心路由交換設(shè)備。同時(shí)兩臺(tái)設(shè)備采用 VRRP 協(xié)議(虛擬路由器冗余協(xié)議)來(lái)保證各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定性以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的流量進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)。核心交換機(jī)能夠?yàn)橛脩艚M建高可靠、高性能、業(yè)務(wù)易擴(kuò)展、易管理的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。
3.4.3 接入層網(wǎng)絡(luò)
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入層部分設(shè)計(jì)主要涉及到各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)器的接入，因此我們?cè)O(shè)計(jì)兩臺(tái)交換機(jī)來(lái)提供各類服務(wù)器的接入。
4 結(jié)束語(yǔ)
建立基于云計(jì)算的船舶裝備維修保障數(shù)據(jù)中心是未來(lái)船舶維修領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)，數(shù)據(jù)中心的可靠運(yùn)行需要以相應(yīng)的裝備維修信息采集、數(shù)據(jù)匯總等體制機(jī)制為作為支撐。在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需不斷加大人力和財(cái)力投入，加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)中心日常維護(hù)與管理，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的職能作用。
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