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、網絡池和安全優(yōu)化池，通過采用虛擬化技術，實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)已成為支撐我國經濟快速發(fā)展的主要運輸產業(yè)，在航海運輸業(yè)高速發(fā)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，維修周期長、效率低等問題。據了解，各類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行統一管理和集中分析，并利用這些裝備維修數據開展相應業(yè)務的分析研究，如同型號裝備的故障變化規(guī)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制定科學的維修保障計劃、優(yōu)化維修保障資源配置提供技術支撐。
1 云計算技術
1.1 云計算
云計算是指利用互聯網通過服務的方式向用戶提供可動態(tài)調整的虛擬化資源的計算模式。利用互聯網上連接的大量服務器(計算節(jié)點)所構成的可動態(tài)伸縮調整的虛擬化資源，實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。云計算按服務類型可以分為基礎設施云、平臺云、應用云。
1.2 虛擬化技術
虛擬化技術是一種資源信息管理技術，是將計算機的'各種軟、硬件資源，如CPU、內存、存儲、網絡、操作系統、文件系統、應用系統等，進行虛擬、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，一臺物理服務器可以同時運行多個操作系統，每個操作系統都運行在一個虛擬主機上，并且每個操作系統中可以運行多個應用程序。基于云計算的虛擬化技術可分為：服務器虛擬化技術、桌面虛擬化技術、網絡虛擬化技術、存儲虛擬化技術等。
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，通過虛擬化技術，將數據中心分為四個資源池：計算池、存儲池、網絡池和安全優(yōu)化池，每個池的資源可實現動態(tài)調整，擴展或縮小池的規(guī)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”采用服務器虛擬化技術，將數據中心服務器組中的每一臺物理服務器虛擬成若干臺虛擬服務器(虛擬機)，這樣數據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，通過使用RAID、NAS、SAN等網絡技術，將分布式網絡化的存儲單元組合起來，形成一個巨大的網絡存儲資源池，提高了存儲資源整體存儲容量、數據訪問能力、數據傳輸能力和數據管理能力。
2.3 網絡池
“網絡池”將LAN、SAN和FCoE等網絡技術整合為一個統一的網絡架構，降低了網絡建設中的復雜度和成本，大幅度提升了網絡性能，降低了網絡延遲、提高了網絡帶寬、增強了網絡安全性和可管理能力。目前數據中心新型網絡技術主要有基于以太網的光纖通信技術(FCoE)和新的無損10Gb以太網技術等。
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。
數據中心通過采用虛擬磁帶庫對數據進行安全備份。在異地建立災備中心，在發(fā)生災難時，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現
3.1 核心數據庫服務器實現
3.1.1 方案描述
選用高性能刀片服務器作為核心數據庫服務器，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 配置說明
采用四片高性能刀片服務器系統，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，同時整合SAN協議和IP協議，實現20Gb帶寬SAN協議和IP協議共享，提高網絡利用率。
(3)存儲系統采用SAN架構及FCoE通信協議技術，實現存儲系統和數據庫服務器的無縫連接，增加網絡帶寬，提高數據訪問和存儲速度。
3.2 應用服務器方案實現
3.2.1 方案描述
應用服務器設計將采用服務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。數據中心應用服務器設計方案將部署40臺虛擬服務器，另外部署20臺虛擬服務器用于數據備份、系統容錯和負載均衡等。
3.2.2 配置說明
應用服務器方案設計計劃采購6臺高性能刀片服務器，每臺服務器配置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，滿足服務器系統的高速I/O響應。一臺刀片服務器可以虛擬出15個虛擬機，6臺高性能刀片服務器總計可虛擬出80-90臺虛擬機，能夠滿足在今后一段時期內新業(yè)務拓展的需求。
3.3 存儲系統方案實現
3.3.1 方案描述
存儲系統設計方案采用SAN(Storage Area Networking)存儲局域網網絡架構。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，通過采用最新的技術和管理方式，能夠發(fā)揮存儲系統的整體資源優(yōu)勢(見圖1)。
3.4 網絡系統方案實現
3.4.1 網絡系統架構(見圖2)
數據中心內部網絡為專用網絡區(qū)域，對網絡設計的安全性要求較高。如果客戶端需要數據共享，可以在數據中心內部網絡和其他網絡區(qū)域的邊界設計相應的網絡安全方案，在保證數據實現共享的同時，保證數據中心內部網絡的安全。在設計方案中，兩臺核心網絡交換機實現數據中心網絡流量的高速轉發(fā)的功能。 在網絡接入區(qū)域，設計兩臺接入交換機分別提供區(qū)域網絡之間的互聯、數據庫及應用服務器的接入功能。
3.4.2 核心層網絡
數據中心網絡的核心層網絡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絡之間的路由轉發(fā)。方案核心層網絡設備采用兩臺核心路由交換機作為數據中心網絡核心路由交換設備。同時兩臺設備采用 VRRP 協議(虛擬路由器冗余協議)來保證各個網絡設備的穩(wěn)定性以及對網絡中的流量進行負載分擔。核心交換機能夠為用戶組建高可靠、高性能、業(yè)務易擴展、易管理的數據中心網絡。
3.4.3 接入層網絡
數據中心網絡接入層部分設計主要涉及到各個數據庫及應用服務器的接入，因此我們設計兩臺交換機來提供各類服務器的接入。
4 結束語
建立基于云計算的船舶裝備維修保障數據中心是未來船舶維修領域發(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。在運營過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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