基於雲計算的船舶裝備維修保障資料中心設計論文
基於雲計算的船舶裝備維修保障資料中心設計論文
針對船舶裝備維修保障資訊採集、儲存、管理與應用的需求，提出了基於雲計算的資料中心建設設計方案，依照系統設計先進性、可靠性、成熟性、靈活性和可管理性的原則，引入“池”的概念將資料中心硬體資源分為計算池、儲存池、網路池和安全最佳化池，透過採用虛擬化技術，實現資源的全面整合與合理呼叫，從而達到提高系統資源利用效率、降低投資成本和能源消耗的目的。
目前，航海運輸業已成為支撐我國經濟快速發展的主要運輸產業，在航海運輸業高速發展的同時也產生了船舶遠航維修保障困難，船塢修理廠維修費用高昂，維修週期長、效率低等問題。據瞭解，各類船舶裝備維修統計資訊結構複雜、分佈分散、共享困難，難以實現有效管理和綜合利用。因此，建設基於雲計算的船舶裝備維修保障資訊資料中心，對各型船舶裝備維修資訊進行統一管理和集中分析，並利用這些裝備維修資料開展相應業務的分析研究，如同型號裝備的故障變化規律、全壽命週期費用分析等，可以為船舶使用單位和船塢修理廠制定科學的維修保障計劃、最佳化維修保障資源配置提供技術支撐。
1 雲計算技術
1.1 雲計算
雲計算是指利用網際網路透過服務的方式向用戶提供可動態調整的虛擬化資源的計算模式。利用網際網路上連線的大量伺服器(計算節點)所構成的可動態伸縮調整的虛擬化資源，實現對大資料的並行化和分散式計算，並將計算結果呈現給使用者。雲計算按服務型別可以分為基礎設施雲、平臺雲、應用雲。
1.2 虛擬化技術
虛擬化技術是一種資源資訊管理技術，是將計算機的各種軟、硬體資源，如CPU、記憶體、儲存、網路、作業系統、檔案系統、應用系統等，進行虛擬、抽象和轉換，從而達到擴大硬體資源容量、最佳化資源配置、簡化資源管理、提高資源利用率的目的。在虛擬環境中，一臺物理伺服器可以同時執行多個作業系統，每個作業系統都執行在一個虛擬主機上，並且每個作業系統中可以執行多個應用程式。基於雲計算的虛擬化技術可分為：伺服器虛擬化技術、桌面虛擬化技術、網路虛擬化技術、儲存虛擬化技術等。
2 船舶裝備維修保障資料中心設計
船舶裝備維修保障資料中心採用面向雲計算的設計思路，硬體平臺的設計架構引入“池”的概念，透過虛擬化技術，將資料中心分為四個資源池：計算池、儲存池、網路池和安全最佳化池，每個池的資源可實現動態調整，擴充套件或縮小池的規模，使資料中心資源能夠得到充分整合利用，提高系統的可靠性和資源利用率。
2.1 計算池
“計算池”採用伺服器虛擬化技術，將資料中心伺服器組中的每一臺物理伺服器虛擬成若干臺虛擬伺服器(虛擬機器)，這樣資料中心內部形成了一個龐大的“計算資源池”，利用負載均衡技術，統一呼叫、分配和管理“計算池”中的資源，提高計算資源的整體利用率，最佳化計算資源配置，提高系統的可用性。
2.2 儲存池
“儲存池”是利用儲存虛擬化技術，透過使用RAID、NAS、SAN等網路技術，將分散式網路化的儲存單元組合起來，形成一個巨大的.網路儲存資源池，提高了儲存資源整體儲存容量、資料訪問能力、資料傳輸能力和資料管理能力。
2.3 網路池
“網路池”將LAN、SAN和FCoE等網路技術整合為一個統一的網路架構，降低了網路建設中的複雜度和成本，大幅度提升了網路效能，降低了網路延遲、提高了網路頻寬、增強了網路安全性和可管理能力。目前資料中心新型網路技術主要有基於乙太網的光纖通訊技術(FCoE)和新的無損10Gb乙太網技術等。
2.4 安全及最佳化池
資料中心必須集中所有的安全防護機制，建立嚴密的安全防護體系，加強對資料的安全管理，確保資料資訊的安全。安全及最佳化池的優勢：
(1)高效防毒，確保資訊不洩露、不損失的同時減少對應用系統的影響。
(2)健全的資料保護方案，確保資料不丟失、不破壞。
資料中心透過採用虛擬磁帶庫對資料進行安全備份。在異地建立災備中心，在發生災難時，能夠確保資料安全和系統執行。
(3)最佳化應用系統響應速度，提升應用系統安全。
3 艦船裝備維修保障資料中心實現
3.1 核心資料庫伺服器實現
3.1.1 方案描述
選用高效能刀鋒伺服器作為核心資料庫伺服器，安裝Linux作業系統，採用HA架構，減少硬體投資成本，提高了系統可用性。
3.1.2 配置說明
採用四片高效能刀鋒伺服器系統，分別放置在冗餘的刀箱中，兩兩做雙機，確保應用系統高可用性。
(1)每片配置2顆10核Inter高效能CPU，48GB記憶體，確保運算資源和記憶體資源滿足應用系統執行需求。
(2)每片刀片配置2埠10Gb FCoE埠，並支援故障切換和聚合繫結，同時整合SAN協議和IP協議，實現20Gb頻寬SAN協議和IP協議共享，提高網路利用率。
(3)儲存系統採用SAN架構及FCoE通訊協議技術，實現儲存系統和資料庫伺服器的無縫連線，增加網路頻寬，提高資料訪問和儲存速度。
3.2 應用伺服器方案實現
3.2.1 方案描述
應用伺服器設計將採用伺服器虛擬化技術和負載均衡機制，以實現對應用系統的快速響應。資料中心應用伺服器設計方案將部署40臺虛擬伺服器，另外部署20臺虛擬伺服器用於資料備份、系統容錯和負載均衡等。
3.2.2 配置說明
應用伺服器方案設計計劃採購6臺高效能刀鋒伺服器，每臺伺服器配置2顆6核高效能至強處理器，96GB記憶體，每片刀片配置2埠10Gb FCoEHBA卡，滿足伺服器系統的高速I/O響應。一臺刀鋒伺服器可以虛擬出15個虛擬機器，6臺高效能刀鋒伺服器總計可虛擬出80-90臺虛擬機器，能夠滿足在今後一段時期內新業務拓展的需求。
3.3 儲存系統方案實現
3.3.1 方案描述
儲存系統設計方案採用SAN(Storage Area Networking)儲存區域網網路架構。以資料、資訊、內容為核心的模式。 SAN 採用以資料儲存管理為核心的四層資訊架構，透過採用最新的技術和管理方式，能夠發揮儲存系統的整體資源優勢(見圖1)。
3.4 網路系統方案實現
3.4.1 網路系統架構(見圖2)
資料中心內部網路為專用網路區域，對網路設計的安全性要求較高。如果客戶端需要資料共享，可以在資料中心內部網路和其他網路區域的邊界設計相應的網路安全方案，在保證資料實現共享的同時，保證資料中心內部網路的安全。在設計方案中，兩臺核心網路交換機實現資料中心網路流量的高速轉發的功能。 在網路接入區域，設計兩臺接入交換機分別提供區域網路之間的互聯、資料庫及應用伺服器的接入功能。
3.4.2 核心層網路
資料中心網路的核心層網路主要完成資料中心內各匯聚層裝置之間的資料交換和與核心層網路之間的路由轉發。方案核心層網路裝置採用兩臺核心路由交換機作為資料中心網路核心路由交換裝置。同時兩臺裝置採用 VRRP 協議(虛擬路由器冗餘協議)來保證各個網路裝置的穩定性以及對網路中的流量進行負載分擔。核心交換機能夠為使用者組建高可靠、高效能、業務易擴充套件、易管理的資料中心網路。
3.4.3 接入層網路
資料中心網路接入層部分設計主要涉及到各個資料庫及應用伺服器的接入，因此我們設計兩臺交換機來提供各類伺服器的接入。
4 結束語
建立基於雲計算的船舶裝備維修保障資料中心是未來船舶維修領域發展的必然趨勢，資料中心的可靠執行需要以相應的裝備維修資訊採集、資料彙總等體制機制為作為支撐。在運營過程中需不斷加大人力和財力投入，加強對資料中心日常維護與管理，充分發揮資料中心的職能作用。