馬俊

（海警一支隊(duì)司令部信息化科，廣東廣州510000）

基于云架構(gòu)的海警云數(shù)據(jù)中心建設(shè)研究

馬俊

（海警一支隊(duì)司令部信息化科，廣東廣州510000）

該文通過分析云計(jì)算、大數(shù)據(jù)發(fā)展的趨勢入手，引入云計(jì)算、大數(shù)據(jù)基本概念，分析海警數(shù)據(jù)應(yīng)用過程中存在的問題和數(shù)據(jù)管理中遇到的挑戰(zhàn)，立足海警業(yè)務(wù)需求，突出整體規(guī)劃概念，保證安全可控為目標(biāo)，從設(shè)計(jì)原則、技術(shù)需求、功能設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面對建設(shè)海警云數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了分析和研究，力圖找出建設(shè)海警云數(shù)據(jù)中心的思路和方法。

云架構(gòu)；海警；數(shù)據(jù)中心；建設(shè)研究

1 概述

1.1 云計(jì)算、大數(shù)據(jù)基本概念

1.1.1 基本概念

云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。

大數(shù)據(jù)通常定義為：超出了常用硬件環(huán)境和軟件工具在可接受的時(shí)間內(nèi)為其收集、管理和處理能力的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)不僅體現(xiàn)在容量上，還體現(xiàn)在多樣性、速度及復(fù)雜度等方面。超出了典型數(shù)據(jù)庫軟件工具收集、存儲、管理和分析能力的數(shù)據(jù)集。

云數(shù)據(jù)中心是一種基于云計(jì)算架構(gòu)的，計(jì)算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源松耦合，完全虛擬化各種IT設(shè)備，模塊化程度較高，自動化程度較高，具備較高綠色節(jié)能程度的新型數(shù)據(jù)中心。

1.1.2 集中云與分散云的區(qū)別與聯(lián)系

從技術(shù)上講云計(jì)算就是計(jì)算虛擬化，簡單來說就是多虛一和一虛多。多虛一是集中云的概念，通過集中多臺性能一般的設(shè)備完成一臺超級設(shè)備才能完成的計(jì)算任務(wù)；一虛多是分散云的概念，最主要目的就是提高效率和節(jié)省費(fèi)用，可以分為操作系統(tǒng)虛擬化、主機(jī)虛擬化、裸金屬虛擬化三種。

1.1.3 公有云和私有云的區(qū)別與聯(lián)系

公有云通常指第三方為用戶提供的能夠使用的云，公有云一般可通過internet使用。

私有云是為一個(gè)客戶單獨(dú)使用而構(gòu)建的，因而提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制，客戶擁有基礎(chǔ)設(shè)施，并可以控制在此基礎(chǔ)上部署應(yīng)用程序的方式。

混合云融合了公有云和私有云，是近年來云計(jì)算的主要模式和發(fā)展方向。私有云的安全性是超越公有云的，而公有云的計(jì)算資源又是私有云無法企及的，混合云完美地解決了這個(gè)問題，它既可以利用私有云的安全，將內(nèi)部重要保存在本地?cái)?shù)據(jù)中心，同時(shí)也可以使用公有云的計(jì)算資源，更高效快捷地完成工作。

1.2 云計(jì)算、大數(shù)據(jù)在我國的發(fā)展和應(yīng)用情況

1.2.1 云計(jì)算在我國的發(fā)展

未來云計(jì)算發(fā)展呈現(xiàn)三大趨勢：一是信息處理的集中化、云化、網(wǎng)隨云動；二是大數(shù)據(jù)的發(fā)展對云計(jì)算提出了更高的要求，云計(jì)算需要具備擴(kuò)展性、彈性、資源池化、自助服務(wù)、可度量、低成本、按需支付和故障容錯(cuò)能力；三是混合云的發(fā)展受到重視，云端的整合成為一種必然的趨勢。

1.2.2 云計(jì)算在我國的應(yīng)用

2015年1月31日，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)云計(jì)算創(chuàng)新發(fā)展培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)的意見》，充分發(fā)揮云計(jì)算對數(shù)據(jù)資源的集聚作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的融合共享，推動大數(shù)據(jù)挖掘、分析、應(yīng)用和服務(wù)。開展公共數(shù)據(jù)開放利用改革試點(diǎn)，出臺政府機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)開放管理規(guī)定，在保障信息安全和個(gè)人隱私的前提下，積極探索地理、人口、知識產(chǎn)權(quán)及其他有關(guān)管理機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)資源向社會開放，推動政府部門間數(shù)據(jù)共享，提升社會管理和公共服務(wù)能力。

1.2.3 云計(jì)算在國家部委的建設(shè)和應(yīng)用

公安部、海關(guān)總署、國家稅務(wù)總局等信息化發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)先的國家部委都非常重視云計(jì)算概念在本部門的應(yīng)用，這幾年都專門成立大數(shù)據(jù)處等相關(guān)業(yè)務(wù)部門負(fù)責(zé)本單位傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的升級和云數(shù)據(jù)中心的建設(shè)工作。

1.3 海警信息化數(shù)據(jù)管理遇到的挑戰(zhàn)

1.3.1 數(shù)據(jù)難以利用

現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)只是對一種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)記錄的簡單保存，對數(shù)據(jù)的使用也僅限于瀏覽、查詢和拷貝等基本功能，不能對這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的基礎(chǔ)分析和深度挖掘工作。

1.3.2 系統(tǒng)孤立形成信息孤島

現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)都由本部門負(fù)責(zé)管理，有自己的數(shù)據(jù)庫、自己的操作系統(tǒng)、自己開發(fā)的應(yīng)用軟件和用戶界面，完全是獨(dú)立的體系。

1.3.3 缺乏公共服務(wù)與決策信息無法共享和交換

現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)間缺乏共享和交換平臺，無法進(jìn)行公共服務(wù)與決策信息共享和交換。

1.3.4 統(tǒng)計(jì)口徑不一致

現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)庫之間沒有建立實(shí)時(shí)更新的途徑，無法進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)。

1.3.5 數(shù)據(jù)價(jià)值難以體現(xiàn)

只對數(shù)據(jù)進(jìn)行原始保存，缺乏必要的分析功能，無法體現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

1.3.6 缺乏監(jiān)控與預(yù)測

沒有建立數(shù)據(jù)庫監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，無法對數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控和預(yù)測，安全性和穩(wěn)定性受到很大挑戰(zhàn)。

2 海警云數(shù)據(jù)中心建設(shè)需求分析

海警云數(shù)據(jù)中心是支撐云服務(wù)要求的數(shù)據(jù)中心，包括場地、供配電、空調(diào)取暖、服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、管理系統(tǒng)、安全等相關(guān)設(shè)施，可以有效解決各部門間信息共享，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)部門之間的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)備份，促進(jìn)海警信息化的發(fā)展。

2.1 技術(shù)上要體現(xiàn)先進(jìn)

2.1.1 虛擬化技術(shù)

服務(wù)器虛擬化對服務(wù)器資源進(jìn)行快速劃分和動態(tài)部署，從而降低了復(fù)雜度，消除了設(shè)備無序蔓延，并達(dá)到減少運(yùn)營成本、提高資產(chǎn)利用率的目的；存儲虛擬化將存儲資源集中到一個(gè)大容量的資源池并進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)無需中斷應(yīng)用即可改變存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)遷移，提高了整個(gè)系統(tǒng)的動態(tài)適應(yīng)能力；網(wǎng)絡(luò)虛擬化是通過將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)虛擬成多個(gè)節(jié)點(diǎn)以及將多臺交換機(jī)整合成一臺虛擬的交換機(jī)來增加連接數(shù)量并降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的容量優(yōu)化。

2.1.2 SOA基于業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

SOA體系架構(gòu)帶來的主要觀點(diǎn)是業(yè)務(wù)驅(qū)動IT，即業(yè)務(wù)驅(qū)動和業(yè)務(wù)更加緊密地聯(lián)系在一起。SOA是一種進(jìn)行企業(yè)級系統(tǒng)開發(fā)的新的體系架構(gòu)，在基于SOA體系的系統(tǒng)中，應(yīng)用程序的具體功能是由一些松耦合和具有統(tǒng)一接口方式的組件等組合而建立起來的。

2.1.3 彈性伸縮和動態(tài)調(diào)配

彈性伸縮可以從縱向和橫向兩個(gè)方面考慮，縱向伸縮性是指在同一個(gè)邏輯單元內(nèi)增加資源來提高處理能力；橫向伸縮性是指增加更多邏輯單元的資源，并整合成如同一個(gè)單元在工作；動態(tài)調(diào)配是根據(jù)需求的變化，對計(jì)算資源自動地進(jìn)行分配和管理，實(shí)現(xiàn)高度“彈性”的縮放和優(yōu)化使用，而使用者不介入具體操作流程。

2.1.4 高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸交換和事件處理

數(shù)據(jù)傳輸交換和事件處理系統(tǒng)是云計(jì)算中心的消息和數(shù)據(jù)傳輸交換樞紐，不能僅采用組播協(xié)議來追求速度，也不能僅采用TCP來追求可靠性，而需要結(jié)合多種協(xié)議的優(yōu)勢，有效控制分布在網(wǎng)絡(luò)上的眾多組件之間的數(shù)據(jù)流向，保證數(shù)據(jù)通道的暢通性、信息交換的可靠性和安全性。

2.2 架構(gòu)上要符合標(biāo)準(zhǔn)

參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32399-2015《信息技術(shù)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心參考架構(gòu)》和GB/T 32400-2015《信息技術(shù)云計(jì)算概覽與詞匯》(2015年12月31日頒布，2017年1月1日開始實(shí)施）標(biāo)準(zhǔn)、安全管理及運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)均要參照相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，符合GB/T 32915-2015《信息技術(shù)彈性計(jì)算應(yīng)用接口》、GB/T 32916.1-2015《信息技術(shù)云數(shù)據(jù)存儲和管理第1部分：總則》、GB/T 32916.2-2015《信息技術(shù)云數(shù)據(jù)存儲和管理第2部分：基于對象的云存儲應(yīng)用接口》、GB/T 32916.3-2015《信息技術(shù)基于鍵值（Key-Value）的云數(shù)據(jù)管理應(yīng)用接口》等標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 功能上要逐步完善

2.3.1 超級計(jì)算能力

云數(shù)據(jù)中心將成千上萬臺服務(wù)器整合成資源池，提供的計(jì)算、存儲、應(yīng)用是很多大型機(jī)、巨型機(jī)無法比擬的，在云端甚至可以進(jìn)行每秒超過10萬億次的運(yùn)算能力，存儲的空間更是恐怖，PB(1024TB）級、EB(1024PB）級的海量數(shù)據(jù)也可通過聯(lián)合計(jì)算，予以應(yīng)對。

2.3.2 高度可靠與安全

數(shù)據(jù)的安全和可靠受到服務(wù)器、存儲等設(shè)備的制約，也需要UPS、冷卻系統(tǒng)的支持，即便數(shù)據(jù)中心內(nèi)部建立了可靠的應(yīng)用環(huán)境，還要面對地震、海嘯等自然災(zāi)害的潛在威脅。在云環(huán)境這樣的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)會逐步降低，云部署在不同的地理環(huán)境，跨越多地，單點(diǎn)故障不會對服務(wù)、應(yīng)用造成太大影響。在云端，數(shù)據(jù)的多副本容錯(cuò)、計(jì)算各節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施也保證了高度安全性和可靠性，相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的計(jì)算模式，云計(jì)算在安全、可靠方面的表現(xiàn)卓眾。

2.3.3 按需使用

用戶獲得云計(jì)算資源的行為和獲得電力、自來水、天然氣一樣簡單，按照自己的需求使用。

2.3.4 彈性擴(kuò)展

當(dāng)某個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)突發(fā)大量使用需求時(shí)，云計(jì)算會動態(tài)調(diào)整分配給它的資源，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)使用完成后再收回發(fā)放的資源。

3 海警云數(shù)據(jù)中心建設(shè)研究

海警云數(shù)據(jù)中心要建設(shè)亞太地區(qū)領(lǐng)先的海上維權(quán)執(zhí)法信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心，提供持續(xù)服務(wù)計(jì)算、存儲虛擬化，資源快速分配，數(shù)據(jù)共享、操作系統(tǒng)虛擬化、終端統(tǒng)一管理、雙活災(zāi)備、虛擬PC等功能，為海警業(yè)務(wù)提供持續(xù)不斷的數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.1 海警云數(shù)據(jù)中心建設(shè)原則

3.2 海警云數(shù)據(jù)中心建設(shè)思路

建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺，通過交換平臺實(shí)現(xiàn)各異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)原有各業(yè)務(wù)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)級集成，保證異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換與共享。

在建立的數(shù)據(jù)交換平臺基礎(chǔ)上，針對各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)，配置各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換映射關(guān)系，形成各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用，當(dāng)平臺建立好以后，業(yè)務(wù)應(yīng)用可以任意擴(kuò)展，添加新的共享數(shù)據(jù)。

3.3 海警云數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目需求

隨著海警整合的深入和維權(quán)執(zhí)法任務(wù)的需求，現(xiàn)有的IT支撐系統(tǒng)已不能滿足業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需要，迫切需要建設(shè)基于云計(jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，重新構(gòu)建IT基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足未來業(yè)務(wù)增長對IT支撐的需求。

3.4 海警云數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)劃

3.4.1 分布式數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)

建立單一的數(shù)據(jù)中心不能提供最好的服務(wù)，需采用分布式數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。總隊(duì)、支隊(duì)向上級聯(lián)到區(qū)域數(shù)據(jù)中心，核心數(shù)據(jù)保留在區(qū)域以上數(shù)據(jù)中心。區(qū)域數(shù)據(jù)中心備份到北京數(shù)據(jù)中心，北京數(shù)據(jù)中心備份到備份中心。核心業(yè)務(wù)做災(zāi)備，全部業(yè)務(wù)可做備份。

業(yè)務(wù)分布式部署：任意一個(gè)數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)問題，其他三個(gè)數(shù)據(jù)中心均可接管業(yè)務(wù)。需要部署在數(shù)據(jù)中心上的應(yīng)用軟件支持分布式部署。

3.4.2 云OS

云OS主要用于承載業(yè)務(wù)系統(tǒng)的虛擬服務(wù)器和虛擬桌面，實(shí)現(xiàn)資源池化和彈性伸縮，自動調(diào)度，按需使用。實(shí)現(xiàn)對虛擬化資源池和硬件設(shè)備的管理。通過插件的方式，云OS可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)同構(gòu)/異構(gòu)虛擬化資源池的管理。對數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行虛擬化，并向上對云平臺提供接口。每套虛擬資源池由管理節(jié)點(diǎn)與計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成，管理節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)設(shè)施（計(jì)算節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備）的管理、調(diào)度以及監(jiān)控；計(jì)算資源池以集群為管理維度（或者站點(diǎn)）。一個(gè)物理集群中可以把多臺服務(wù)器劃分成一個(gè)邏輯集群（又叫HA資源池），支持虛擬機(jī)熱遷移和HA（high available，高可用性集群）功能。一個(gè)物理集群中可以包含多個(gè)邏輯集群。云OS還用于實(shí)現(xiàn)云平臺的統(tǒng)一監(jiān)控、告警和運(yùn)維管理等。

4 小結(jié)

海警云數(shù)據(jù)中心建設(shè)是一項(xiàng)全新的課題，這符合海警部隊(duì)信息化建設(shè)“需求牽引、技術(shù)驅(qū)動”的總原則，我們立足海警業(yè)務(wù)實(shí)際，海警維權(quán)執(zhí)法數(shù)據(jù)涉及語音、圖像、視頻、傳真等內(nèi)容，業(yè)務(wù)種類多，數(shù)據(jù)量大，傳輸實(shí)時(shí)性要求高，傳輸帶寬要求大，這樣就給數(shù)據(jù)傳輸和共享帶來很大困難，這就要求我們從滿足業(yè)務(wù)需求角度出發(fā)，以需求牽引數(shù)據(jù)中心建設(shè)，本文通過對云計(jì)算、大數(shù)據(jù)概念以及如何建設(shè)云數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析，從而提出建設(shè)規(guī)劃和思路，為建設(shè)海警云數(shù)據(jù)中心提供支持。

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1009-3044(2017)19-0232-03

2017-05-15