朱春霞，秦如玉

（1.重慶電力設計院，重慶 400060；2.北京中科華興數(shù)字科技有限公司，北京 102208）

工程設計私有云系統(tǒng)的應用

朱春霞1，秦如玉2

（1.重慶電力設計院，重慶 400060；2.北京中科華興數(shù)字科技有限公司，北京 102208）

以重慶電力設計院為例，介紹該院為了解決原有網(wǎng)絡基礎設施出現(xiàn)的問題而建設的工程設計私有云系統(tǒng)，包括該系統(tǒng)的建設目標、任務與技術指標，核心技術，技術架構，以及取得的應用效果。

私有云；IaaS；虛擬化；桌面云

重慶電力設計院IT基礎設施經(jīng)過若干年發(fā)展而形成了以PC為主體，打印設備、出圖設備以及其他外部設備為輔助的綜合網(wǎng)絡化基礎設施應用格局。這樣的格局漸漸出現(xiàn)了以下幾個弊端。首先，受PC生命周期短和終端故障率高的影響，在實際應用中出現(xiàn)的本地硬件故障、操作系統(tǒng)故障、軟件異常均會導致業(yè)務中斷，業(yè)務恢復時間長，維護困難。其次，分散在這些不同時期、不同型號和不同操作系統(tǒng)PC上的二十多種各類CAD軟件，在運行環(huán)境、安全、權限等方面的管理異常復雜，工作量巨大。再次，信息存放在本地PC上，造成了本地的信息安全和知識產(chǎn)權保障難度大。最后，傳統(tǒng)PC產(chǎn)生的大量熱量、輻射、高頻噪聲污染等，影響工作環(huán)境，也影響員工的工作熱情和效率。

隨著云計算技術的成熟，國內(nèi)外對如何應用云計算技術改善IT基礎設施架構和運維進行了大量的研究和實踐工作［1-9］。從重慶電力設計院實際IT基礎設施運維以及提升信息化水平出發(fā)，該院從2011年開始了以工程設計為對象的私有云研究和論證工作，并2012底開始了實際建設工作，經(jīng)過開發(fā)、部署、安裝、調(diào)試和優(yōu)化，實現(xiàn)了以工程設計為中心的工程設計私有云系統(tǒng)，涵蓋了工程設計所涉及的各個專業(yè)以及專業(yè)軟件，取得了良好的應用效果。

1 建設目標、任務與技術指標

1.1 建設目標

通過工程設計私有云建設實現(xiàn)以下三個目標：

首先，實現(xiàn)彈性資源調(diào)用，根據(jù)實際所需，便捷靈活地對資源進行增減調(diào)整；

其次，通過使用設計云網(wǎng)絡，將院服務數(shù)據(jù)、應用程序、員工桌面按照不同分類，統(tǒng)一集中到院私有云中，并可以動態(tài)地進行分配；

最后，將設計過程和成果數(shù)據(jù)集中在服務器端，保證院內(nèi)部數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、安全性。

1.2 建設任務

將IT基礎設施、網(wǎng)絡、桌面應用整合起來，采用基于云計算的工程設計網(wǎng)絡應用解決方案（工程設計私有云），實現(xiàn)IT基礎設施尤其是服務器、存儲和顯示資源的共享利用，將所有工程項目的數(shù)據(jù)集中在服務器上統(tǒng)一管理，強化對安全、知識產(chǎn)權的保護力度，并對個人工作桌面采用虛擬化技術，取代目前的PC應用的方式，采用客戶端連接服務器上的桌面，將桌面數(shù)據(jù)集中在數(shù)據(jù)中心，構筑高安全的工作環(huán)境。

1.3 技術指標

（1）通過服務器計算資源的管理，支持遠程工作站計算資源的靈活配置和不斷擴充。

充分發(fā)揮服務器計算資源，對分配給遠程工作站的計算資源等（CPU、內(nèi)存、硬盤）進行靈活配置管理，隨軟件、項目以及時間變化對硬件資源要求升級服務器，實現(xiàn)設計師自己的CPU、顯卡、硬盤以及內(nèi)存等的不斷擴容升級。

（2）采用圖形加速技術實現(xiàn)高體驗的用戶環(huán)境。同時利用瘦客戶機和圖形工作站上的顯卡進行雙重GPU加速，以提高二維和三維的顯示特性，提高用戶體驗。

（3）終端零殘留，數(shù)據(jù)集中管理，提高數(shù)據(jù)安全。通過數(shù)據(jù)集中存儲，瘦客戶端零殘留，附加對外部設備的高安全性訪問控制，來實現(xiàn)對設計軟件兼容和安全的設計環(huán)境。由于所有數(shù)據(jù)都保持在服務器中，用戶終端上不存儲任何文檔與數(shù)據(jù)，從而避免了因個人疏忽而導致信息泄密的發(fā)生。

（4）提高運維能力，提高職業(yè)健康并節(jié)能環(huán)保。PC機的取消，使原來用以維護PC機故障的工作得以消失，可以大大降低低端運維的工作量，減輕運維難度。同時由于采用服務器取代了臺式機，提高了硬件使用壽命，保護了基礎設施投資，降低了電磁和噪音污染，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。

2 核心技術

2.1 虛擬化技術

虛擬化技術是工程設計私有云的核心技術，涉及到CPU、內(nèi)存、存儲以及顯卡的虛擬化，其中CPU、內(nèi)存和存儲的虛擬化技術已十分成熟，并在服務器虛擬化和辦公領域的桌面虛擬化中得到成功應用。但通過實際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，設計領域的桌面虛擬化以支撐特定的專業(yè)軟件為主，然而重慶電力設計院存在二十多種設計軟件（包括AutoCAD、廣聯(lián)達計價軟件、PKPM、EESv、天正建筑、理正CAD、數(shù)字化地形地籍成圖軟件、SLCAD架空送電線路平斷面圖處理及定位系統(tǒng)、輸電線路鐵塔結構設計軟件、鋼結構設計與繪圖系統(tǒng)、鐵塔荷載計算系統(tǒng)、桿塔灌注樁基礎設計軟件等等），需要全專業(yè)支持，核心難題是解決不同軟件對顯卡以及運行環(huán)境的不同要求，虛擬化時涉及圖1所示的各類技術參數(shù)。

圖1 工程設計領域虛擬化涉及的技術參數(shù)

為適應工程設計的要求，虛擬化技術必須滿足高用戶體驗和高可用性。高用戶體驗要為所有專業(yè)提供媲美高性能PC的用戶體驗，而高可用性則要集成專業(yè)存儲、服務器、圖形工作站、專用虛擬GPU和虛擬化軟件，采用開放式架構，實現(xiàn)靈活訪問和所有設計軟件支持。

運用工程設計私有云綜合應用服務器虛擬化技術、存儲虛擬化技術和NVIDIA的GPU虛擬化技術，實現(xiàn)在不犧牲用戶體驗的情況下對桌面和應用進行虛擬化，使得設計人員能夠體驗到桌面型工作站級的前沿圖形效果。同時，通過不同的虛擬化參數(shù)與不同的專業(yè)軟件進行匹配，將圖形處理任務從 CPU 移交給 GPU 處理，改善了用戶體驗，實現(xiàn)了設計師在進行設計工作時的低延遲、高畫質(zhì)的互動，解決了高圖形環(huán)境的要求，達到了設計工作的要求。

2.2 基礎設施平臺技術

基礎設施平臺管理各類基礎設施，對虛擬化系統(tǒng)以及傳輸協(xié)議進行優(yōu)化，為網(wǎng)絡中進行設計工作提供服務支持，并在硬件平臺上處理和調(diào)度設計任務隊列，滿足設計師對設計工作的高性能要求。

通過基礎設施平臺，系統(tǒng)利用瘦客戶機和工作站上的圖形顯卡同時對設計師的工作機進行顯卡加速，并針對不同的軟件兼容性提供不同的加速方案，滿足設計師對設計工作的高圖形顯示要求。

基礎設施平臺集中控制設計師工作機對外設的訪問控制權限，進行負載平衡，對工作的狀態(tài)以及行為進行監(jiān)控管理，優(yōu)化計算資源的配置，提供故障遷移和災難恢復。

3 技術架構

工程設計私有云系統(tǒng)基于網(wǎng)絡交付設計工作站，建立虛擬化設計中心工作環(huán)境，實現(xiàn)計算資源動態(tài)按需分配，總體架構如圖2所示，應用架構如圖3所示。系統(tǒng)采用主流的存儲服務器，支持采用刀片服務器、機架服務器和圖形工作站建立虛擬化服務器集群，支持對Winodws、Mac和Linux進行虛擬化，通過AD域管理用戶，以興云VDI作為基礎設施平臺，系統(tǒng)采用多屏顯示器開展設計工作，并通過興云VDI管理所有外部設備。

圖3 工程設計私有云系統(tǒng)應用架構

4 系統(tǒng)建設與應用效果

集成運用服務器虛擬化和瘦客戶機技術達到數(shù)據(jù)集中存儲和客戶端數(shù)據(jù)零殘留，并根據(jù)設計軟件不同整合各類虛擬軟件和遠程桌面連接協(xié)議，實現(xiàn)了各類設計軟件的兼容支持。

同時利用瘦客戶機和圖形工作站上顯示加速設備進行雙重GPU加速，滿足了設計軟件對顯示加速的要求，從而解決了當前市面桌面難以適應設計工作需要的難點。

5 結論

目前，重慶電力設計院實現(xiàn)了以工程設計為中心的工程設計私有云系統(tǒng)，涵蓋了工程設計所涉及的各個專業(yè)以及專業(yè)軟件，實現(xiàn)計算資源動態(tài)（CPU、內(nèi)存、存儲和顯卡等）按需分配給設計師，并將知識產(chǎn)權保護融入到整個設計環(huán)境中，將設計環(huán)境從單機PC設計轉(zhuǎn)型為基于數(shù)據(jù)中心的虛擬化設計，解決了IT基礎設施運維的難題，提升了安全和知識產(chǎn)權保護力度。

［1］ 斯穆特.私有云計算：整合、虛擬化和面向服務的基礎設施［M］.北京：中國鐵道出版社，2013.

［2］ 馬博峰.VMware、Citrix和Microsoft虛擬化技術詳解與應用實踐［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［3］ 王淑江.Windows Server 2012 Hyper-V虛擬化管理實踐［M］.北京：人民郵電出版社，2013.

［4］ 廣小明.虛擬化技術原理與實現(xiàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［5］ 邢利榮，何曉龍.從虛擬化到云計算［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［6］ 王春海.VMware虛擬化與云計算應用案例詳解［M］.北京：中國鐵道出版社，2013.

［7］ 徐強，王振江.云計算：應用開發(fā)實踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［8］ 楊青峰.信息化2.0+：云計算時代的信息化體系［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［9］ 羅頓.云計算架構：解決方案設計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

A Study on the Application of the Private Cloud System in Engineering Design

ZHU Chun-xia1，QIN Ru-yu2
（1．Chongqing Electric Power Design Institute of Chongqing Electric Power Corporation of SGCC，Chongqing 400060，China；2．Beijing Zhongke Huaxing Digital Technology Co., Ltd.，Beijing 102208，China）

Taking Chongqing Electric Power Design Institute for example，this article introduces the private cloud system in engineering design constructed to solve the problem of the original network infrastructure in the aspects of the goals of the construction of the system，the tasks and the technical indexes，the core technologies，the technical framework and the effect of its application．

private cloud；IaaS；virtualization；desktop cloud

TP311.52

A

1008-8032（2015）06-0058-02

2015-02-06

該文獲重慶市電機工程學會2014年學術年會優(yōu)秀論文一等獎

朱春霞（1962-），副研究館員，研究方向為信息管理。