基于云計算的船舶裝備維修保障數據中心設計論文
針對船舶裝備維修保障信息采集、存儲、管理與應用的需求，提出了基于云計算的數據中心建設設計方案，依照系統設計先進(jìn)性、可靠性、成熟性、靈活性和可管理性的原則，引入“池”的概念將數據中心硬件資源分為計算池、存儲池、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)現資源的全面整合與合理調用，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(yè)已成為支撐我國經(jīng)濟快速發(fā)展的主要運輸產(chǎn)業(yè)，在航海運輸業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)也產(chǎn)生了船舶遠航維修保障困難，船塢修理廠(chǎng)維修費用高昂，維修周期長(cháng)、效率低等問(wèn)題。據了解，各類(lèi)船舶裝備維修統計信息結構復雜、分布分散、共享困難，難以實(shí)現有效管理和綜合利用。因此，建設基于云計算的船舶裝備維修保障信息數據中心，對各型船舶裝備維修信息進(jìn)行統一管理和集中分析，并利用這些裝備維修數據開(kāi)展相應業(yè)務(wù)的分析研究，如同型號裝備的故障變化規律、全壽命周期費用分析等，可以為船舶使用單位和船塢修理廠(chǎng)制定科學(xué)的維修保障計劃、優(yōu)化維修保障資源配置提供技術(shù)支撐。
1 云計算技術(shù)
1.1 云計算
云計算是指利用互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)服務(wù)的方式向用戶(hù)提供可動(dòng)態(tài)調整的虛擬化資源的計算模式。利用互聯(lián)網(wǎng)上連接的大量服務(wù)器(計算節點(diǎn))所構成的可動(dòng)態(tài)伸縮調整的虛擬化資源，實(shí)現對大數據的并行化和分布式計算，并將計算結果呈現給用戶(hù)。云計算按服務(wù)類(lèi)型可以分為基礎設施云、平臺云、應用云。
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)，是將計算機的各種軟、硬件資源，如CPU、內存、存儲、網(wǎng)絡(luò )、操作系統、文件系統、應用系統等，進(jìn)行虛擬、抽象和轉換，從而達到擴大硬件資源容量、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，一臺物理服務(wù)器可以同時(shí)運行多個(gè)操作系統，每個(gè)操作系統都運行在一個(gè)虛擬主機上，并且每個(gè)操作系統中可以運行多個(gè)應用程序�；谠朴嬎愕奶摂M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)、存儲虛擬化技術(shù)等。
2 船舶裝備維修保障數據中心設計
船舶裝備維修保障數據中心采用面向云計算的設計思路，硬件平臺的設計架構引入“池”的概念，通過(guò)虛擬化技術(shù)，將數據中心分為四個(gè)資源池：計算池、存儲池、網(wǎng)絡(luò )池和安全優(yōu)化池，每個(gè)池的資源可實(shí)現動(dòng)態(tài)調整，擴展或縮小池的規模，使數據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”采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，將數據中心服務(wù)器組中的每一臺物理服務(wù)器虛擬成若干臺虛擬服務(wù)器(虛擬機)，這樣數據中心內部形成了一個(gè)龐大的“計算資源池”，利用負載均衡技術(shù)，統一調用、分配和管理“計算池”中的資源，提高計算資源的整體利用率，優(yōu)化計算資源配置，提高系統的可用性。
2.2 存儲池
“存儲池”是利用存儲虛擬化技術(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 )化的存儲單元組合起來(lái)，形成一個(gè)巨大的.網(wǎng)絡(luò )存儲資源池，提高了存儲資源整體存儲容量、數據訪(fǎng)問(wèn)能力、數據傳輸能力和數據管理能力。
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)統一的網(wǎng)絡(luò )架構，降低了網(wǎng)絡(luò )建設中的復雜度和成本，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、增強了網(wǎng)絡(luò )安全性和可管理能力。目前數據中心新型網(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
數據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，加強對數據的安全管理，確保數據信息的安全。安全及優(yōu)化池的優(yōu)勢：
(1)高效殺毒，確保信息不泄露、不損失的同時(shí)減少對應用系統的影響。
(2)健全的數據保護方案，確保數據不丟失、不破壞。
數據中心通過(guò)采用虛擬磁帶庫對數據進(jìn)行安全備份。在異地建立災備中心，在發(fā)生災難時(shí)，能夠確保數據安全和系統運行。
(3)優(yōu)化應用系統響應速度，提升應用系統安全。
3 艦船裝備維修保障數據中心實(shí)現
3.1 核心數據庫服務(wù)器實(shí)現
3.1.1 方案描述
選用高性能刀片服務(wù)器作為核心數據庫服務(wù)器，安裝Linux操作系統，采用HA架構，減少硬件投資成本，提高了系統可用性。
3.1.2 配置說(shuō)明
采用四片高性能刀片服務(wù)器系統，分別放置在冗余的刀箱中，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高性能CPU，48GB內存，確保運算資源和內存資源滿(mǎn)足應用系統運行需求。
(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)存儲系統采用SAN架構及FCoE通信協(xié)議技術(shù)，實(shí)現存儲系統和數據庫服務(wù)器的無(wú)縫連接，增加網(wǎng)絡(luò )帶寬，提高數據訪(fǎng)問(wèn)和存儲速度。
3.2 應用服務(wù)器方案實(shí)現
3.2.1 方案描述
應用服務(wù)器設計將采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)和負載均衡機制，以實(shí)現對應用系統的快速響應。數據中心應用服務(wù)器設計方案將部署40臺虛擬服務(wù)器，另外部署20臺虛擬服務(wù)器用于數據備份、系統容錯和負載均衡等。
3.2.2 配置說(shuō)明
應用服務(wù)器方案設計計劃采購6臺高性能刀片服務(wù)器，每臺服務(wù)器配置2顆6核高性能至強處理器，96GB內存，每片刀片配置2端口10Gb FCoEHBA卡，滿(mǎn)足服務(wù)器系統的高速I(mǎi)/O響應。一臺刀片服務(wù)器可以虛擬出15個(gè)虛擬機，6臺高性能刀片服務(wù)器總計可虛擬出80-90臺虛擬機，能夠滿(mǎn)足在今后一段時(shí)期內新業(yè)務(wù)拓展的需求。
3.3 存儲系統方案實(shí)現
3.3.1 方案描述
存儲系統設計方案采用SAN(Storage Area Networking)存儲局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )架構。以數據、信息、內容為核心的模式。 SAN 采用以數據存儲管理為核心的四層信息架構，通過(guò)采用最新的技術(shù)和管理方式，能夠發(fā)揮存儲系統的整體資源優(yōu)勢(見(jiàn)圖1)。
3.4 網(wǎng)絡(luò )系統方案實(shí)現
3.4.1 網(wǎng)絡(luò )系統架構(見(jiàn)圖2)
數據中心內部網(wǎng)絡(luò )為專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )區域，對網(wǎng)絡(luò )設計的安全性要求較高。如果客戶(hù)端需要數據共享，可以在數據中心內部網(wǎng)絡(luò )和其他網(wǎng)絡(luò )區域的邊界設計相應的網(wǎng)絡(luò )安全方案，在保證數據實(shí)現共享的同時(shí)，保證數據中心內部網(wǎng)絡(luò )的安全。在設計方案中，兩臺核心網(wǎng)絡(luò )交換機實(shí)現數據中心網(wǎng)絡(luò )流量的高速轉發(fā)的功能。 在網(wǎng)絡(luò )接入區域，設計兩臺接入交換機分別提供區域網(wǎng)絡(luò )之間的互聯(lián)、數據庫及應用服務(wù)器的接入功能。
3.4.2 核心層網(wǎng)絡(luò )
數據中心網(wǎng)絡(luò )的核心層網(wǎng)絡(luò )主要完成數據中心內各匯聚層設備之間的數據交換和與核心層網(wǎng)絡(luò )之間的路由轉發(fā)。方案核心層網(wǎng)絡(luò )設備采用兩臺核心路由交換機作為數據中心網(wǎng)絡(luò )核心路由交換設備。同時(shí)兩臺設備采用 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 )設備的穩定性以及對網(wǎng)絡(luò )中的流量進(jìn)行負載分擔。核心交換機能夠為用戶(hù)組建高可靠、高性能、業(yè)務(wù)易擴展、易管理的數據中心網(wǎng)絡(luò )。
3.4.3 接入層網(wǎng)絡(luò )
數據中心網(wǎng)絡(luò )接入層部分設計主要涉及到各個(gè)數據庫及應用服務(wù)器的接入，因此我們設計兩臺交換機來(lái)提供各類(lèi)服務(wù)器的接入。
4 結束語(yǔ)
建立基于云計算的船舶裝備維修保障數據中心是未來(lái)船舶維修領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢，數據中心的可靠運行需要以相應的裝備維修信息采集、數據匯總等體制機制為作為支撐。在運營(yíng)過(guò)程中需不斷加大人力和財力投入，加強對數據中心日常維護與管理，充分發(fā)揮數據中心的職能作用。
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