核電工程設(shè)計(jì)平臺(tái)同步協(xié)同應(yīng)用

曾志華，易德龍，李巖

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核電工程設(shè)計(jì)平臺(tái)同步協(xié)同應(yīng)用

曾志華，易德龍，李巖

（中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124）

目前核電業(yè)務(wù)呈多路線、多基地的發(fā)展趨勢(shì)，加上核電工程設(shè)計(jì)工作量巨大、專業(yè)分工精細(xì)的特點(diǎn)，使得異地間的相關(guān)專業(yè)在核電工程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)越來(lái)越多的交叉設(shè)計(jì)，導(dǎo)致各專業(yè)間的提資頻率越來(lái)越密集。如何縮短各地之間工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的同步時(shí)間，甚至做到工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，是核電工程異地協(xié)同設(shè)計(jì)領(lǐng)域值得研究的問(wèn)題。從系統(tǒng)驗(yàn)證的角度出發(fā)，利用現(xiàn)有流行的虛擬化技術(shù)對(duì)核電工程專業(yè)設(shè)計(jì)同步協(xié)同進(jìn)行一次深入探索和驗(yàn)證，在原有設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一套輔助接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶接入并進(jìn)行核電工程協(xié)同設(shè)計(jì)。研究成果對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)升級(jí)與優(yōu)化具有指導(dǎo)性意義。

核設(shè)計(jì)平臺(tái)；虛擬化；核電工程；同步協(xié)同

1 引言

目前核電工程設(shè)計(jì)平臺(tái)大多基于C/S架構(gòu)，異地各設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)只能依靠異步方式進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)同。這種異步協(xié)同方式存在一定時(shí)間的數(shù)據(jù)差異，使用同一模型庫(kù)的設(shè)計(jì)人員達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，這種數(shù)據(jù)差異比較突出，數(shù)據(jù)時(shí)效性不是很強(qiáng)。同時(shí)這種異步方式在專業(yè)設(shè)計(jì)初期就要求專業(yè)分工精準(zhǔn)，以便創(chuàng)建相應(yīng)的模型庫(kù)。因此，這種方式導(dǎo)致相同區(qū)域的設(shè)計(jì)人員只能做相同的模型，交叉設(shè)計(jì)或者異地相關(guān)專業(yè)協(xié)助就變得比較困難。面對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的專業(yè)用戶需求，在實(shí)施優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)策略、增加互聯(lián)網(wǎng)鏈路帶寬和增加加速設(shè)備等措施后，用戶體驗(yàn)依然較差。因此，在現(xiàn)有互聯(lián)鏈路傳輸技術(shù)條件下，如何解決異地核電專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步問(wèn)題，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)的不足，是亟需解決的難題。

2 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)

傳統(tǒng)的核電設(shè)計(jì)平臺(tái)采用星型架構(gòu)部署方式，異地用戶分別連接本地的衛(wèi)星端服務(wù)器進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，衛(wèi)星端利用異步數(shù)據(jù)同步的方式定期與主服務(wù)器進(jìn)行同步。目前，這種傳統(tǒng)架構(gòu)的核電設(shè)計(jì)平臺(tái)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中存在不足，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)人員區(qū)域移動(dòng)和任務(wù)分配存在明顯的局限性；跨區(qū)域數(shù)據(jù)協(xié)同存在時(shí)延；部署時(shí)間長(zhǎng)和管理難度大。這些問(wèn)題導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員不能及時(shí)地使用異地?cái)?shù)據(jù)，增大了出錯(cuò)概率，同時(shí)也增加了溝通成本，降低了工作效率。而導(dǎo)致目前這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)不足的主要原因：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)的專業(yè)軟件非常多，而大多數(shù)采用C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)；大多數(shù)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件不支持分布式部署、多線程及斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)，導(dǎo)致傳統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。

3 平臺(tái)體系架構(gòu)

3.1 平臺(tái)架構(gòu)

針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步的不足，利用當(dāng)前領(lǐng)先的信息資源池化技術(shù)和應(yīng)用發(fā)布方法，設(shè)計(jì)一套基于云平臺(tái)的核電工程設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)，如圖1所示。在本方案中的遠(yuǎn)程用戶參與協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，寬帶鏈路中并不傳輸設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，只傳送屏幕變化量和鍵盤鼠標(biāo)的控制數(shù)據(jù)，減少互聯(lián)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸量，避免帶寬爭(zhēng)用；桌面系統(tǒng)和應(yīng)用全部運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心，通過(guò)策略等手段，可以禁止異地用戶在協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)涉密數(shù)據(jù)下載或保存到本地，保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等涉密數(shù)據(jù)的安全性；可以快速地部署最新系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，依托資源共享，降低了工程設(shè)計(jì)中的軟硬件費(fèi)用；桌面系統(tǒng)托管于數(shù)據(jù)中心，在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行集中的部署和運(yùn)維管理，降低管理的復(fù)雜性。因此，本方案彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)在多專業(yè)、多區(qū)域設(shè)計(jì)過(guò)程的不足。

采用基于硬件的企業(yè)級(jí)虛擬化技術(shù)作為底層的虛擬化架構(gòu)，該架構(gòu)能在底層硬件將服務(wù)器劃分成若干虛擬機(jī)，同時(shí)支持集群調(diào)度、負(fù)載均衡、熱遷移等功能，為系統(tǒng)的升級(jí)擴(kuò)展提供良好的技術(shù)支持。遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)人員通過(guò)終端接入應(yīng)用發(fā)布平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。

3.2 架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與不足

從平臺(tái)架構(gòu)分析，基于虛擬平臺(tái)的三維設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)具有以下優(yōu)勢(shì)：利用云計(jì)算發(fā)布技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)的后臺(tái)數(shù)據(jù)同源特性，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)實(shí)時(shí)提供資料的需求；基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的核電三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，使三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)用范圍延伸，并可快速部署；設(shè)計(jì)軟件與虛擬化平臺(tái)的結(jié)合，提高了資源利用率。特別是專業(yè)顯卡分片及復(fù)用，進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)資源利用率，同時(shí)有效地降低了遠(yuǎn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，提高了帶寬的傳輸效率。

圖1中的架構(gòu)依托于現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)的一個(gè)優(yōu)化方案，主要目的是解決現(xiàn)有平臺(tái)不能滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步的應(yīng)用需求。此平臺(tái)架構(gòu)雖然很好地解決了用戶需求的問(wèn)題，但在管理和技術(shù)上存在以下不足：設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)的業(yè)務(wù)連續(xù)性保障依靠互聯(lián)網(wǎng)鏈路的可靠性，一旦鏈路出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)異地設(shè)計(jì)協(xié)同團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)任務(wù)癱瘓；本平臺(tái)的引入增加了設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)的復(fù)雜性和維護(hù)難度，同時(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的負(fù)載壓力將出現(xiàn)在虛擬平臺(tái)；由于本方案是基于現(xiàn)有設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)的虛擬應(yīng)用平臺(tái)，增加了相應(yīng)的軟硬件資源，提高了設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)的成本。

4 平臺(tái)部署與實(shí)現(xiàn)

此次研究針對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)用戶在不影響本地用戶現(xiàn)有設(shè)計(jì)模式的情況下，如何實(shí)現(xiàn)異地三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。在方案中利用現(xiàn)有虛擬化技術(shù)對(duì)硬件資源進(jìn)行池化，按照用戶的崗位性質(zhì)分配資源，滿足核電工程設(shè)計(jì)對(duì)信息設(shè)備的需求，同時(shí)也最大化了資源利用率和設(shè)備性能。

（1）GPU虛擬化技術(shù)

GPU性能是圖形圖像處理中的關(guān)鍵指標(biāo)，vGPU的性能和產(chǎn)品兼容性等也是本次研究的重要技術(shù)之一。利用GPU虛擬化的3種模式特征，同時(shí)結(jié)合核電工程設(shè)計(jì)中的用戶需求，通過(guò)對(duì)用戶專業(yè)性質(zhì)梳理，精細(xì)劃分設(shè)計(jì)用戶需求。原則上平面設(shè)計(jì)用戶采用GPU虛擬模式，三維設(shè)計(jì)用戶采用GPU共享模式，虛擬仿真用戶采用GPU穿透模式。這種用戶需求和技術(shù)模式相結(jié)合的方式能最大化資源和性能的平衡，也能滿足用戶對(duì)顯卡的功能和性能需求。

（2）桌面交付

虛擬桌面交付控制負(fù)責(zé)新虛擬桌面的注冊(cè)以及將虛擬桌面的請(qǐng)求指向可用的系統(tǒng)。用戶通過(guò)整合的Web接口組件間接與控制器進(jìn)行交互。通過(guò)Web網(wǎng)站，或者通過(guò)本地安裝的接收器，將虛擬桌面交付給用戶。

（3）應(yīng)用交付

應(yīng)用交付控制負(fù)責(zé)識(shí)別用戶，并將其擁有的應(yīng)用交付給虛擬桌面。應(yīng)用交付是基于用戶需求實(shí)現(xiàn)用戶桌面?zhèn)€性化的第一部分。通過(guò)將應(yīng)用與基本桌面鏡像分離，所需的桌面鏡像數(shù)量大大減少，這就簡(jiǎn)化了維護(hù)過(guò)程。用戶可以自定義自己的個(gè)性化工作環(huán)境，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存用戶設(shè)置，無(wú)論用戶接入哪個(gè)桌面，都可使用保存的個(gè)性化設(shè)置。用戶個(gè)性化不僅具有漫游特性，而且使虛擬桌面的裝載更加迅速。

（4）用戶接入方式

為充分利用整合平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)盡量規(guī)避平臺(tái)缺陷等特征，可以根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)確定用戶接入平臺(tái)的方式。對(duì)于人數(shù)少的聯(lián)合設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、設(shè)計(jì)代表、分支機(jī)構(gòu)等異地用戶采用接入虛擬應(yīng)用平臺(tái)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)同，對(duì)獨(dú)立模型設(shè)計(jì)的聯(lián)合設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和分支機(jī)構(gòu)采用異步方式進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)同。本地區(qū)域的設(shè)計(jì)用戶因與數(shù)據(jù)中心處于同一局域網(wǎng)內(nèi)，在速度和傳輸安全上均可保證，因此，本地用戶可以直接訪問(wèn)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)同。

根據(jù)不同類型的設(shè)計(jì)用戶采取靈活的接入模式，實(shí)現(xiàn)多樣化的設(shè)計(jì)協(xié)同模式，滿足設(shè)計(jì)專業(yè)對(duì)生產(chǎn)平臺(tái)的個(gè)性化、多樣化需求。

（5）數(shù)據(jù)安全與平臺(tái)可靠性

方案設(shè)計(jì)中，所有異地用戶的數(shù)據(jù)傳輸都通過(guò)SSL/TLS加密，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程只是傳輸屏幕的變化量和鍵盤鼠標(biāo)等，并不傳送實(shí)體數(shù)據(jù)，以保證傳輸過(guò)程的數(shù)據(jù)安全。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心，設(shè)計(jì)過(guò)程中數(shù)據(jù)不落地，加強(qiáng)了核心數(shù)據(jù)的安全。平臺(tái)中硬件設(shè)備均采用雙機(jī)模式，可以有效消除單點(diǎn)隱患。同時(shí)在設(shè)計(jì)中大量采用虛擬化技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化各種軟硬件配置，這種設(shè)計(jì)使得各個(gè)系統(tǒng)和應(yīng)用在故障狀態(tài)下能快速恢復(fù)，也可以做到自動(dòng)恢復(fù)。

5 運(yùn)行測(cè)試

5.1 測(cè)試環(huán)境

硬件資源為2臺(tái)x86服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器配置2路6核2.80 GHz的CPU，內(nèi)存64 GB，每臺(tái)服務(wù)器配置2張Nvidia Grid K2圖形顯卡。采用虛擬化技術(shù)將2臺(tái)物理機(jī)虛擬成多臺(tái)虛擬機(jī)，將Nvidia K2物理顯卡虛擬成多塊虛擬顯卡（K200、K240Q）的組合，結(jié)合本平臺(tái)發(fā)布帶vGPU共享模式的Windows 7虛擬桌面。用戶在深圳、上海兩地通過(guò)終端訪問(wèn)虛擬桌面進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。

5.2 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)對(duì)不同設(shè)計(jì)生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)的測(cè)試，大部分軟件均未發(fā)現(xiàn)兼容性問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)中選取了生產(chǎn)平臺(tái)比較常用、模型數(shù)據(jù)庫(kù)比較大的三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行平臺(tái)性能測(cè)試。數(shù)據(jù)在50 MHz互聯(lián)網(wǎng)專線條件下接入虛擬平臺(tái)，表1是本地用戶和遠(yuǎn)程用戶等多人同時(shí)對(duì)同一模型庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)收取問(wèn)卷的方式獲得的測(cè)試結(jié)果。用戶在設(shè)計(jì)模型加載和寫入過(guò)程中沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間的等待，設(shè)計(jì)過(guò)程中的拖拽操作無(wú)明顯的拖尾現(xiàn)象，用戶表示能接受這種遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)模式。

表1 Nvidia K2虛擬K240Q測(cè)試

6 結(jié)束語(yǔ)

本次研究是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)平臺(tái)的功能擴(kuò)展和加強(qiáng)，有效地實(shí)現(xiàn)了異地設(shè)計(jì)用戶的實(shí)時(shí)協(xié)同需求。在實(shí)現(xiàn)用戶方便、安全、高效地參與核電設(shè)計(jì)工作的同時(shí)也保護(hù)了現(xiàn)有設(shè)計(jì)平臺(tái)投資。在現(xiàn)有鏈路技術(shù)條件下，絕大多數(shù)企業(yè)網(wǎng)中基于C/S架構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)，其異地協(xié)同都是一道技術(shù)難題，而虛擬化技術(shù)是目前異地協(xié)同解決方案中比較優(yōu)秀的方案。但方案中的不足也是制約企業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。綜上所述，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、虛擬化、云計(jì)算技術(shù)建立核電工程設(shè)計(jì)平臺(tái)，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源合理有效的分配，提高設(shè)計(jì)軟硬件的利用率，也能實(shí)現(xiàn)異地之間設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)同步協(xié)同、提升用戶設(shè)計(jì)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)間的實(shí)時(shí)提供資料需求。

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Synchronous collaborative application of nuclear power engineering design platform

ZENG Zhihua, YI Delong, LI Yan

China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen 518124, China

At present, the nuclear power business shows the development trend of multi-route, multi-base development trend. Coupled with the huge workload of nuclear power engineering design and the fine division of labor characteristics, the relevant professional in different places appears more and more cross-design in the nuclear power engineering design, resulting in the frequency of funding becoming more and more dense between the various professional. How to shorten the synchronization time of engineering design data between different places, and even achieve real-time synchronization of engineering design data is worth to study in the field of collaborative design of nuclear power projects. From the point of view of system verification, the existing popular virtualization technology was used to carry out an in-depth exploration and verification on the synergetic synergy of nuclear power engineering design, and a set of auxiliary access platform was added on the basis of the original design platform structure to realize remote user access and collaborative design of nuclear power projects. The research results have guiding significance for the follow-up design and production platform upgrade and optimization.

nuclear design platform, virtualization, nuclear power engineering, synchronized collaboration

TM623

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017054

2016?12?14；

2017?02?20

曾志華（1974-），男，中廣核工程有限公司工程師，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算技術(shù)、分布式存儲(chǔ)、自動(dòng)化運(yùn)維等。

易德龍（1983-），男，中廣核工程有限公司工程師，主要研究方向?yàn)閼?yīng)用/桌面虛擬化、自動(dòng)化運(yùn)維等。

李巖（1984-），男，中廣核工程有限公司工程師，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)化運(yùn)維、業(yè)務(wù)平臺(tái)產(chǎn)品支撐等。