常遠

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，云計算已成為最熱門的技術(shù)話題，它是繼互聯(lián)網(wǎng)之后出現(xiàn)的新的技術(shù)革命浪潮?！秶鴦?wù)院關(guān)于培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》把“云計算”作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分。由此可見“云計算”重要性。同時，如何在各行業(yè)使用這一技術(shù)對我們帶來的便利也是云計算技術(shù)應(yīng)用的重要一環(huán)，文章從作者所從事的智能化弱電行業(yè)出發(fā)，通過項目中實際的方案設(shè)計來實踐云計算技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：云計算；IaaS；智能化；資源池；私有云；虛擬化

中圖分類號：TP3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0182-03

Abstract： With the development of science and technology， cloud computing has become the most popular technology topic， it is a new wave of technological revolution after the Internet. The Decision of the State Council on the Cultivation and Development of Strategic Emerging Industries regards "cloud computing" as an important part of the new generation of information technology. This shows the importance of "cloud computing." At the same time， how to use this technology in various industries to bring us convenience is also an important part of the application of cloud computing technology. This paper startswith the intelligent and weak electricity industry that I am engaged in. Through the actual scheme design in the project to practice the related application of cloud computing technology.

Keywords： cloud computing； IaaS； intelligence； resource pool； private cloud； virtualization

從1984年在美國誕生了世界上第一個智能化樓宇以來，智能化樓宇在世界各地特別是在中國得到了快速、高效的發(fā)展。伴隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)以及云技術(shù)的不斷發(fā)展，云計算也應(yīng)用到了智能化樓宇管理中。那么什么是云呢？

云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種較為形象的說法。過去我們看到的許多系統(tǒng)圖中用類似云的圖片來表示廣域網(wǎng)絡(luò)，后來也用這樣的圖片來表示互聯(lián)網(wǎng)概念和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施。而我們現(xiàn)在所謂的云（云計算）通俗的講是一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的IT服務(wù)供給方式，按照其服務(wù)層次，可以把云計算分為IaaS（Infrastructure as a Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（Platform-as-a-Service，平臺即服務(wù)）、SaaS（Software-as-a-Service，軟件即服務(wù)）三種，其中IaaS可以用我們以前常用的虛擬機技術(shù)來理解，本文主要就是從IaaS方面入手，實踐云計算在智能樓宇中的應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)智能化樓宇設(shè)計上的不足

在傳統(tǒng)的智能化樓宇集成管理建設(shè)過程中，基本上都按照每個智能化樓宇的應(yīng)用系統(tǒng)，如樓宇自控系統(tǒng)、安保自動化系統(tǒng)、消防自動化系統(tǒng)等，為保證各應(yīng)用系統(tǒng)的相互獨立穩(wěn)定，都采用獨立的服務(wù)器運行，相應(yīng)的安全和管理標(biāo)準(zhǔn)均各自定義，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、界面應(yīng)用等均獨立展現(xiàn)，即孤島架構(gòu)。

孤島架構(gòu)的缺點主要有：

（1）投入較高、管理復(fù)雜、維護效率低、能耗高、低可用問題、資源浪費

當(dāng)前智能化樓宇信息管理硬件配置一般情況如下：

大中型樓宇應(yīng)用系統(tǒng)：一臺服務(wù)器安裝一個智能化應(yīng)用系統(tǒng)；對于高可靠性要求的應(yīng)用服務(wù)，采用雙機熱備的服務(wù)器方式。

小型樓宇應(yīng)用系統(tǒng)則采用一個服務(wù)器上安裝多個智能化應(yīng)用系統(tǒng)；對于高可靠性要求的系統(tǒng)也可采用雙機熱備的服務(wù)器方式。

第一種情況存在嚴(yán)重資源浪費問題，在智能化樓宇的系統(tǒng)中，有些智能化應(yīng)用系統(tǒng)一天的使用不多，使用模式也非常有規(guī)律，但也有一些系統(tǒng)需要二十四小時不間斷運行，由于不同的應(yīng)用系統(tǒng)均要有獨立的服務(wù)器，因此大量的服務(wù)器增加了系統(tǒng)的維護難度同時也增加了系統(tǒng)的能耗成本。而對于小型樓宇的應(yīng)用，由于所有的系統(tǒng)均存放在同一服務(wù)器下，當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用高峰時，資源不足問題會突顯出來，使所有的應(yīng)用系統(tǒng)運行變的緩慢，更有甚者，可能會造成系統(tǒng)應(yīng)用癱瘓，存在巨大的安全隱患。

（2）低可靠性問題

傳統(tǒng)的設(shè)計由于采用獨立機器方式，當(dāng)相應(yīng)的電腦主機，特別是服務(wù)器出現(xiàn)故障（硬件或系統(tǒng)故障）時，則與本服務(wù)器中相應(yīng)的系統(tǒng)都不能使用，這樣的系統(tǒng)可靠性極差，但如果要實現(xiàn)高可靠性的設(shè)計，那么系統(tǒng)必須用雙機熱備的方式予以解決，但這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)一般要求的維護人員技術(shù)水平較高，而系統(tǒng)的建設(shè)成本也非常高昂。

2 云計算中的IaaS應(yīng)用在智能化樓宇系統(tǒng)中的優(yōu)勢體現(xiàn)

智能化樓宇系統(tǒng)中，應(yīng)用系統(tǒng)眾多，如以BA、SA、FA、OA、CA五個自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)應(yīng)用幾十項有余，其中由于現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展，智能化樓宇系統(tǒng)對于設(shè)備的管理要求極高，許多系統(tǒng)均要求二十四小時不間斷運行，設(shè)備的運行和故障等數(shù)據(jù)也要求二十四小時不間斷采集和顯示，因此所有的服務(wù)器系統(tǒng)均要求熱備，這時云計算中IaaS的服務(wù)模式非常適合解決現(xiàn)行智能化樓宇系統(tǒng)中應(yīng)用系統(tǒng)的部署方式，即利用IaaS的服務(wù)模式中的資源規(guī)模化、集中化的特點，我們可以集中部署少量的高性能、海量資源池的云計算服務(wù)器，并利用統(tǒng)一的云計算資源管理平臺，讓IT系統(tǒng)的建設(shè)和運維統(tǒng)一集中到云計算資源管理平臺實現(xiàn)，而相應(yīng)的關(guān)系復(fù)雜的智能化系統(tǒng)中的服務(wù)器，利用云計算資源管理平臺統(tǒng)一部署和管理，同時，利用云計算平臺中的虛擬備機方式，實現(xiàn)熱備，這樣由于云計算資源管理平臺可實現(xiàn)資源調(diào)度，動態(tài)分配等各種先進的資源管理方式，這樣就可以實現(xiàn)降低硬件資源成本，靈活管理，提高智能化樓宇系統(tǒng)設(shè)施管理中的高效性、穩(wěn)定性、可靠性等，實現(xiàn)系統(tǒng)容災(zāi)與備份（網(wǎng)絡(luò)端系統(tǒng)備份，若有系統(tǒng)故障，啟用備用系統(tǒng)，不影響系統(tǒng)管理）。

云計算對智能化樓宇中弱電管理系統(tǒng)的幫助體現(xiàn)在：

（1）通過運行在少量的高性能海量資源的服務(wù)器上的云計算管理和應(yīng)用軟件，實現(xiàn)多虛擬服務(wù)器的應(yīng)用，從而降低系統(tǒng)管理難度；提升服務(wù)器配置管理效率；提高系統(tǒng)的可靠性和擴展性；合理分配系統(tǒng)的資源；提高各服務(wù)器的運行效能。

（2）通過云計算資源管理平臺，實現(xiàn)對所有的云計算服務(wù)器中的計算（CPU）、內(nèi)存、和存儲等硬件資源進行合理化的管理和分配，并按照用戶的要求，快速對上層應(yīng)用需求，進行分配和管理，快速實現(xiàn)用戶的IT服務(wù)部署?？蓪崒μ摂M計算（CPU）分配、虛擬內(nèi)存分配、虛擬存儲分配，同時可利用鏡像實現(xiàn)快速的備份（如多個云計算服務(wù)器在不同地域，可實現(xiàn)異地備份），從而實現(xiàn)系統(tǒng)的高可用性、動態(tài)資源調(diào)度、虛擬機容災(zāi)與備份等功能，令外，云計算資源管理平臺還可以為我們提供集群文件系統(tǒng)和虛擬交換機策略從而在文件庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全方面，也可以提供高可靠性的應(yīng)用功能。

綜上所述云計算應(yīng)用的優(yōu)點是顯而易見的，下面我這里結(jié)合我公司目前在建項目簡述一下我們在云計算應(yīng)用方面的設(shè)計。

3 項目概況

國金項目IBMS私有云是我公司目前針對上海國際金融中心設(shè)計的云計算應(yīng)用方案。項目工程名稱原為“上海國際金融交易廣場”，包括上海國際金融中心上交所項目、上海國際金融中心中金所項目、上海國際金融中心中國結(jié)算項目三個項目。項目地處上海浦東新區(qū)張家浜河以北、楊高南路以西、世紀(jì)大道以南范圍內(nèi)區(qū)域，總建筑面積為516808平方米，其中地下面積共六層（含B1M），其地下面積約為247172平方米，主要為停車庫、機電設(shè)備機房、消控管理中心、一個金融劇場、部分商業(yè)以及物業(yè)管理部門；地上部分分別為上海證券交易所（125252平方米）、中國金融期貨交易所股份有限公司（93860平方米）以及中國證券登記結(jié)算有限責(zé)任公司（269636平方米）三棟塔樓及連通三棟塔樓的廊橋，三棟主樓及廊橋的地上總建筑面積為269509平方米。

本項目有四個業(yè)主單位，分別是上交所、中金所、中結(jié)算以及竹園物業(yè)，在管理上，IBMS系統(tǒng)分成獨立的四個平臺，各業(yè)主單位均可通過各自獨立的系統(tǒng)管理各自區(qū)域的各種智能化設(shè)備和系統(tǒng)，但同時，在總體管理上，各平臺也要根據(jù)權(quán)限實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，各服務(wù)均要求熱備，網(wǎng)絡(luò)要求必須與外網(wǎng)隔離。本項目為上海市重點安防項目，同時，也是金融行業(yè)標(biāo)志性項目，項目要求與公安平臺統(tǒng)一對接，實現(xiàn)對所有安防產(chǎn)品運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一監(jiān)控。

4 國金項目IBMS私有云設(shè)計和實現(xiàn)

4.1 國金項目IBMS私有云方案設(shè)計

國金項目中，我公司的IBMS系統(tǒng)共有四套，其服務(wù)器分別位于上交所消控中心機房、中金所消控中心機房、中結(jié)算消控中心機房和竹園物業(yè)消控中心機房四處，4個機房，每個機房放置一臺私有云服務(wù)器，服務(wù)器中按要求配置相應(yīng)的計算資源和存儲資源，同時，我們將以四處為四個節(jié)點，采用萬兆光纖環(huán)網(wǎng)互聯(lián)，基于OpenStack架構(gòu)，實現(xiàn)對計算資源池化管理，對存儲資源池化處理。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含如下：（1）配置4臺服務(wù)器；（2）4臺萬兆交換機；（3）云操作系統(tǒng)虛擬化平臺，將計算資源池化，提供給上層應(yīng)用CPU、內(nèi)存計算資源；（4）云系統(tǒng)將服務(wù)器本地磁盤虛擬化，提供上層應(yīng)用存儲空間，提供高效的存儲資源；（5）私有云系統(tǒng)配置為兩副本模式，即每臺服務(wù)器利用本身的資源均虛擬出二臺服務(wù)器，分別用做本地服務(wù)處理系統(tǒng)和一個異地副本系統(tǒng)，這樣整個私有云平臺可實現(xiàn)異備能力，保證數(shù)據(jù)的高可靠性；（6）管理員可通過云管理平臺系統(tǒng)，對計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲等虛擬資源進行集中調(diào)度和管理。

國金項目IBMS私有云的分布式云計算中心不再是一個物理數(shù)據(jù)計算中心，而是一個分布式的云計算系統(tǒng)，通過四個業(yè)主單位的四個云計算機房，并利用高速萬兆光網(wǎng)，將所有數(shù)據(jù)計算中心的物理資源連接成為一個資源整體，并通過一個統(tǒng)一的云計算資源管理平臺，實現(xiàn)跨數(shù)據(jù)計算中心管理、跨數(shù)據(jù)計算中心資源調(diào)度和災(zāi)備設(shè)計，并實現(xiàn)多個物理數(shù)據(jù)中心的邏輯統(tǒng)一，這一設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)包括實現(xiàn)統(tǒng)一資源池系統(tǒng)的云操作系統(tǒng)、全數(shù)據(jù)計算中心統(tǒng)一資源管理與調(diào)度的運營運維管理系統(tǒng)。

使用云計算的設(shè)計項目有如下特點：

（1）硬件分布式部署、多機房容災(zāi)。4個機房，每個機房放置一臺服務(wù)器，兩副本模式，可容忍任一機房完全故障損毀，系統(tǒng)不中斷、數(shù)據(jù)不丟失，無需應(yīng)用層復(fù)雜配置。

（2）萬兆光纖環(huán)網(wǎng)互聯(lián)。一臺萬兆互聯(lián)交換機，用作機房互聯(lián)；采用環(huán)網(wǎng)，縮短環(huán)網(wǎng)的收斂時間并消除網(wǎng)絡(luò)大小的影響，拓撲收斂速度快（低于50ms）。

（3）計算資源池化。服務(wù)器均安裝云操作系統(tǒng)虛擬化系統(tǒng)，將4臺服務(wù)器的CPU和內(nèi)存計算資源池化，提供給應(yīng)用CPU、內(nèi)存資源；工作負載可靈活調(diào)度、按需擴展；4套IBMS系統(tǒng)可完整地托管在云資源池中。

（4）存儲資源池化。通過云系統(tǒng)分布式存儲軟件，將4臺服務(wù)器硬盤作為一個存儲池，提供給應(yīng)用存儲資源；采用2副本和SSD技術(shù)，保障數(shù)據(jù)高可靠性和高性能。

4.2 國金項目IBMS私有云方案實現(xiàn)

國金項目IBMS私有云服務(wù)器是云計算平臺的核心，服務(wù)器上有非常海量的計算（CPU）資源、內(nèi)存資源、存儲資源，同時可通過板卡自由擴展。這些私有云服務(wù)器提供了云計算平臺的“計算”功能、內(nèi)存資源、存儲資源。這些私有云服務(wù)器是資源分配的母體，它們組成了所謂的統(tǒng)一的資源池。在這個計算資源池上，通過安裝虛擬化軟件，使得其所有資源能以虛擬機的方式提供給相應(yīng)的系統(tǒng)，被不同的應(yīng)用使用。經(jīng)過多方考慮我們最終選用了華為的FusionSphere云操作系統(tǒng)、華為的RH2288 云服務(wù)器以及華為S6720-EI萬兆交換機來實現(xiàn)我們的設(shè)計。

方案說明：

本方案總計4臺華為RH2288 服務(wù)器，4臺華為S6720-EI萬兆交換機以及8塊SFP+10光模，其中硬件計算資源為48*4=192C，內(nèi)存240G*4=960G，存儲為2T*4=8T。

為保證私有云系統(tǒng)的管理和維護，主要管理軟件以及管理用資源有（4*2）8套FusionSphereR5服務(wù)器軟件，8套FusionStorageR3存儲虛擬化服務(wù)器軟件，其中2臺虛擬化資源管理服務(wù)器，2臺云管理服務(wù)器，2臺存儲管理服務(wù)器，這6臺服務(wù)器均一用一備，由于平臺系統(tǒng)分為4個域，因此設(shè)置4臺domain 0服務(wù)器。

其中虛擬化資源管理服務(wù)器采用4核5G內(nèi)存80G硬盤，私有云管理用服務(wù)器占用4核8G內(nèi)存80G硬盤，存儲虛擬化服務(wù)器采用4核8G內(nèi)存80G硬盤，domain 0服務(wù)器采用6核8G內(nèi)存不需要存儲空間，因此管理系統(tǒng)用的總資源占用為48核202G內(nèi)存480G存儲。

總設(shè)計方案的實際應(yīng)用系統(tǒng)資源為144核、758G內(nèi)存、7.52T存儲。同時，相應(yīng)的華為RH2288 服務(wù)器可支持擴展。

5 國金項目IBMS私有云運行效果

目前國金項目IBMS私有云正在上線中，已通過的測試可實現(xiàn)以下功能：

硬件分布式部署、多機房容災(zāi)，當(dāng)上交所IBMS系統(tǒng)服務(wù)器人工關(guān)機或網(wǎng)卡禁用操作時，位于中金所的備份服務(wù)器會自動接管上交所相應(yīng)的服務(wù)器業(yè)務(wù)功能，同時，管理系統(tǒng)會自動報警提示用戶重啟并同步相應(yīng)的服務(wù)器數(shù)據(jù)。

計算資源池化以及存儲資源池化，在中金所，業(yè)主要求提供一臺分項計量系統(tǒng)用的服務(wù)器，我們通過管理平臺系統(tǒng)，快速的在中金所服務(wù)器的資源池中設(shè)置了一臺8核16G以及200G的一臺服務(wù)器，從而快速通過云系統(tǒng)為滿足了用戶相應(yīng)的要求。中結(jié)算的用戶的BA系統(tǒng)與我們的IBMS系統(tǒng)平臺采用BACNET接口對接，原有的系統(tǒng)設(shè)計中，我們是通過一臺實體的服務(wù)器實現(xiàn)的，這臺服務(wù)器功能單一，在實際實施過程中，我們通過云平臺設(shè)置了一個一核二線程，2G內(nèi)存，32G存儲的一臺ubuntu服務(wù)器，在上面運行我們相應(yīng)的BACNET通訊網(wǎng)關(guān)服務(wù)，由于這一虛擬設(shè)備管理方便，啟動速度快，這一設(shè)計不但節(jié)省了我們相應(yīng)的硬件配置，同時也極大提高了我們IBMS系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

集中的設(shè)備計算、內(nèi)存、存儲資源可視化管理，在竹園控制中心機房，我們可以通過管理平臺系統(tǒng)了解目前所有計算資源的分布和使用情況，同時可快速上線服務(wù)器以及對不使用的服務(wù)進行資源重繪，在這個平臺中，所有的資源將會以最合理的方式配置在一起，最大限度的發(fā)揮出所有服務(wù)器資源的功效。

總結(jié)如下：（1）實現(xiàn)國金項目IBMS私有云的設(shè)計需求，以虛擬數(shù)據(jù)中心方式靈活分配資源；（2）可視化、一鍵式部署實現(xiàn)IBMS系統(tǒng)分鐘級上線；（3）針對不同系統(tǒng)提供差異化服務(wù)能力，并實現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)；（4）計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和安全資源虛擬化，基礎(chǔ)設(shè)施按需部署，提高資源利用率；（5）多數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理、物理資源和虛擬化資源統(tǒng)一管理、異構(gòu)資源統(tǒng)一管理、運營與運維統(tǒng)一管理，提升數(shù)據(jù)中心管理效率。

6 結(jié)束語

綜上所訴，結(jié)合我們在智能化樓宇管理系統(tǒng)中的設(shè)計、施工及使用經(jīng)驗，云計算在智能化樓宇管理系統(tǒng)將會有廣大的應(yīng)用前景，本次設(shè)計雖然只是應(yīng)用在IBMS系統(tǒng)上，但云計算在智能化樓宇方面可以推廣到更深的層次，在整個弱電系統(tǒng)中，相應(yīng)的服務(wù)器眾多，而單一功能的專業(yè)服務(wù)器占了非常大的數(shù)量，而這些服務(wù)器一般要求響應(yīng)速度快，有后備能力，定期管理和維護，因此，采用云計算的方式我們可以實現(xiàn)對所有的云計算服務(wù)器中的計算（CPU）、內(nèi)存、和存儲等硬件資源進行合理化的管理和分配，并按照用戶的要求，快速對上層應(yīng)用需求，進行分配和管理，快速實現(xiàn)用戶的IT服務(wù)部署?？蓪崒μ摂M計算（CPU）分配、虛擬內(nèi)存分配、虛擬存儲分配，同時可利用鏡像實現(xiàn)快速的備份（如多個云計算服務(wù)器在不同地域，可實現(xiàn)異地備份），從而實現(xiàn)系統(tǒng)的高可用性、動態(tài)資源調(diào)度、虛擬機容災(zāi)與備份等功能，另外，云計算資源管理平臺還可以為我們提供集群文件系統(tǒng)和虛擬交換機策略從而在文件庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全方面，也可以提供高可靠性的應(yīng)用功能。

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