導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇云計(jì)算基本架構(gòu)，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號(hào)：TP303文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16727800（2012）008000602

作者簡(jiǎn)介：連鴻鵬(1987-)，福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院初級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程師，研究方向?yàn)樵?a href="http://www.99shufa.com/haowen/42193.html" target="_blank">計(jì)算。

0引言

虛擬化技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生而發(fā)展的，虛擬化意味著對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象。虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物理資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示，通過(guò)它可以提高資源利用率，并能夠根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求的變化，快速、靈活地進(jìn)行資源部署，因此，虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為構(gòu)建云計(jì)算環(huán)境的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

VMware 云基礎(chǔ)架構(gòu)能夠讓現(xiàn)有的用戶從虛擬化中獲益，加速了現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心云計(jì)算的轉(zhuǎn)移，與公共云基礎(chǔ)兼容，鋪平了向混合云模式前進(jìn)的道路，成為云計(jì)算的新里程碑。

本文主要討論作為X86體系結(jié)構(gòu)虛擬化技術(shù)的代表，VMware公司基于已有的虛擬化技術(shù)和優(yōu)勢(shì)，提供了云基礎(chǔ)架構(gòu)及管理、云應(yīng)用平臺(tái)和終端用戶計(jì)算等多個(gè)層次上的解決方案，主要支持企業(yè)級(jí)組織機(jī)構(gòu)利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從目前的數(shù)據(jù)中心向云計(jì)算環(huán)境轉(zhuǎn)變方面的架構(gòu)分析。

1VMware vSphere 簡(jiǎn)介

VMware vSphere是在原來(lái)的VI3基礎(chǔ)上推出的系統(tǒng)，被成為業(yè)界首款云計(jì)算操作系統(tǒng)。vSphere將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)從底層硬件分離出來(lái)，從而簡(jiǎn)化了 IT 操作。現(xiàn)有的應(yīng)用程序可以看到專有資源，而服務(wù)器則可以作為資源池進(jìn)行管理。vSphere以原生架構(gòu)的ESX/ESXi Server為基礎(chǔ)，讓多臺(tái)ESX Server能并發(fā)負(fù)擔(dān)更多個(gè)虛擬機(jī)。主要包括3部分：一是虛擬化管理器VMM部分的VMware ESX 4，VMware ESX Server主要是用于調(diào)配物理服務(wù)器中內(nèi)存、CPU、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)各種硬件資源，運(yùn)行在物理服務(wù)器上的一個(gè)虛擬層并根據(jù)預(yù)定好的策略將這些資源分配到運(yùn)行在其中的各虛擬機(jī)中，這些虛擬機(jī)以安全獨(dú)立的模式并行運(yùn)行；二是用于整合和管理VMM的VMware vCenter，提高在虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)每個(gè)級(jí)別上的集中控制和可見性，通過(guò)主動(dòng)管理發(fā)揮 vSphere 潛能，是一個(gè)具有廣泛合作伙伴體系支持的可伸縮、可擴(kuò)展平臺(tái)；三是用于管理客戶端的軟件VMware Infrastructure Client。

2VMware vSphere 的基本架構(gòu)

VMware vSphere 主要通過(guò)虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)變?yōu)樵朴?jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)，通過(guò)虛擬化提供自助部署和調(diào)配的功能，將IT基礎(chǔ)架構(gòu)作為服務(wù)來(lái)交付使用。vSphere是一個(gè)整體架構(gòu)而非單個(gè)產(chǎn)品，基本架構(gòu)如圖1。

圖1VMware vSphere 的基本架構(gòu)

2.1vSphere的云端部分

vSphere所謂的云端是指平臺(tái)及架構(gòu)部分（PaaS和IaaS）,可以分為內(nèi)部和外部云端。內(nèi)部云端由各種硬件資源組成，并有vSphere負(fù)責(zé)統(tǒng)合云端資源，在IaaS及PaaS中，資源為硬件及OS資源。外部云端vSphere可以將這些第三方提供的資源集成到企業(yè)的IT架構(gòu)中。

2.2vSphere的底層：架構(gòu)服務(wù)（Infrastructure Service）

有了硬件資源之后，就需要一個(gè)Hypervisor將資源集成，然后ESX和ESXi服務(wù)器將負(fù)責(zé)硬件資源虛擬化。Infrastructure Service主要可以分為運(yùn)算部分的vCompute、存儲(chǔ)部分的vStorage以及網(wǎng)絡(luò)部分的vNetwork。

（1）vCompute部分。vCompute包括了ESX/ESXi以及DRS。ESX/ESXi主要實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合、提供高性能并擔(dān)保服務(wù)品質(zhì)、流水式測(cè)試和部署及可伸縮的軟硬件架構(gòu)。DRS確保按需調(diào)整資源配置，根據(jù)需要和優(yōu)先級(jí)壓縮和增加應(yīng)用系統(tǒng)的資源，動(dòng)態(tài)的響應(yīng)負(fù)載平衡。

（2）vStorage部分。vStorage包括VM所在硬盤的文件系統(tǒng)VMFS以及動(dòng)態(tài)分配大小的Thin Provisioning，提供多種存儲(chǔ)虛擬連接選擇，通過(guò)vStorage VMotion減少或消除計(jì)劃內(nèi)停機(jī)，通過(guò)精簡(jiǎn)部署降低虛擬環(huán)境的存儲(chǔ)要求，通過(guò)vStorage API簡(jiǎn)化管理并提高存儲(chǔ)操作的效率。VMFS是專門為虛擬機(jī)設(shè)計(jì)的高性能集群文件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在VMware虛擬機(jī)的VMware虛擬數(shù)據(jù)中心環(huán)境中訪問共享存儲(chǔ)。

（3）vNetwork部分。VMware的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)主要通過(guò)VMware vSphere 中的vNetwork網(wǎng)絡(luò)元素實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這些元素，部署在數(shù)據(jù)中心物理主機(jī)上的虛擬機(jī)可以像物理環(huán)境一樣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連。vNetwork的組件主要包括虛擬網(wǎng)絡(luò)接口卡Vnic、vNetwork標(biāo)準(zhǔn)交換機(jī)vSwitch和vNetwork分布式交換機(jī)dvSwitch。vSphere提供了一個(gè)Distributed Network的架構(gòu)，不但有完整的Bridged/NAT/Host only架構(gòu)，更和Cisco合作推出一個(gè)專門安裝在vSphere上的分布式網(wǎng)絡(luò)。

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一、背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的靈活性和敏捷性要求更高，現(xiàn)有的傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的局限性日益突顯，主要表現(xiàn)為：

1.網(wǎng)絡(luò)剛性。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大量由單一功能的專用設(shè)備構(gòu)成，造成網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、無(wú)法協(xié)同、缺乏靈活性等弊端。

2.網(wǎng)元封閉。硬件和軟件一體化的封閉結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致設(shè)備擴(kuò)展性差、價(jià)格昂貴、不同廠家的網(wǎng)元互通困難。

3.業(yè)務(wù)僵硬。不同廠家的網(wǎng)元設(shè)備功能單一封閉，新業(yè)務(wù)開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高，難以滿足快速靈活提供業(yè)務(wù)的要求。

4.運(yùn)營(yíng)復(fù)雜。大量廠家的各類專用設(shè)備以及相關(guān)的協(xié)議眾多，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜，整合難度高，運(yùn)營(yíng)復(fù)雜，造成運(yùn)營(yíng)成本居高不下。

多年來(lái)積累的問題已經(jīng)使得今天的IP網(wǎng)絡(luò)患有“動(dòng)脈硬化癥”，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)迫在眉睫。2006年，SDN概念于是應(yīng)運(yùn)而生。

SDN（Software Defined Network）即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，是一種開放靈活和可持續(xù)演進(jìn)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用軟件化、虛擬化的“分離”方法，將現(xiàn)有傳統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，讓網(wǎng)絡(luò)中的控制面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面進(jìn)行分離，由傳統(tǒng)分布控制向集中控制的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變。

關(guān)于SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不同的組織有不同的定義，當(dāng)前較為主流的是開放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)ONF（Open Networking Foundation）對(duì)SDN分層架構(gòu)的定義，如圖1所示。

該分層架構(gòu)模型得到了產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)可和推廣使用。

SDN的核心是“S”即軟件，也就是網(wǎng)絡(luò)不再是“硬”的，固化封閉的，難以擴(kuò)展的，而是可以通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)靈活的新I務(wù)開發(fā)和部署，網(wǎng)絡(luò)資源可以靈活調(diào)度，使得網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)管道變得更加智能和彈性可用，較好地解決運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的痛點(diǎn)，因此，SDN概念一經(jīng)提出，就受到了運(yùn)營(yíng)商的青睞和積極響應(yīng)。2014年以來(lái)，隨著SDN技術(shù)的逐步成熟，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商開始進(jìn)行局部試點(diǎn)商用。

二、傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)和SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

SDN是對(duì)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行，是否出了故障能及時(shí)恢復(fù)，是否能達(dá)到或接近傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性可用性要求，是運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的重點(diǎn)之一。

2.1可靠性、可用性

網(wǎng)絡(luò)的可靠性使用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段平均業(yè)務(wù)失效故障間隔時(shí)間來(lái)描述，用無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間來(lái)衡量。網(wǎng)絡(luò)的可用性使用網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定不出現(xiàn)故障的時(shí)間與總的時(shí)間的百分比來(lái)表示。

從通俗的角度來(lái)理解，可靠性高是指網(wǎng)絡(luò)持續(xù)一段較長(zhǎng)時(shí)間（如一年或兩年）運(yùn)行穩(wěn)定，不出現(xiàn)業(yè)務(wù)失效的故障；可用性高是指網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行不易出現(xiàn)故障，并且一旦出現(xiàn)故障能夠快速恢復(fù)。

要提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，通常采用冗錯(cuò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中增加冗余資源，避免單點(diǎn)故障造成業(yè)務(wù)失效。

2.2傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)分析

傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)如圖2所示，分為管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面。管理平面為網(wǎng)管系統(tǒng)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和業(yè)務(wù)配置，當(dāng)業(yè)務(wù)配置下發(fā)后即使脫網(wǎng)也不影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。控制平面和數(shù)據(jù)平面由路由器等設(shè)備組成，路由器負(fù)責(zé)按路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，采用IGP和BGP兩種核心分布式動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，當(dāng)網(wǎng)管把業(yè)務(wù)配置上傳到路由器后，如果網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化，控制平面即路由器會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)擴(kuò)散這些變化，各自根據(jù)新的狀態(tài)自動(dòng)重新計(jì)算路由，全網(wǎng)采用冗余路由技術(shù)和路由快速收斂技術(shù)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)能夠在秒級(jí)時(shí)間內(nèi)使受到影響的業(yè)務(wù)得以恢復(fù)，網(wǎng)絡(luò)具有故障快速自愈能力。

2.3 SDN網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)分析

SDN網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)如下圖3所示，分為應(yīng)用層、控制層、基礎(chǔ)設(shè)施層。應(yīng)用層由各類商業(yè)應(yīng)用軟件程序組成，通過(guò)北向接口向控制器提交各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；控制層由SDN控制器組成，它是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制中心和指揮中心，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“大腦”，擁有全局網(wǎng)絡(luò)視圖，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集全網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透麈溌妨髁浚闪鞅聿⑼ㄟ^(guò)南向接口下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化或應(yīng)用層提交的功能更改重新生成流表并下發(fā)；基礎(chǔ)設(shè)施層由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和線路組成，一方面負(fù)責(zé)接收控制器下發(fā)的流表并按之進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，另一方面負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)資源信息和狀態(tài)上報(bào)給SDN控制器，是執(zhí)行單元，本身不做決策。

從SDN網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)來(lái)看，SDN控制器作為網(wǎng)絡(luò)的“大腦”是關(guān)鍵部位，成為單點(diǎn)故障引發(fā)全網(wǎng)故障的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2.4兩種架構(gòu)的可靠性可用性比較

從傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)和SDN網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)來(lái)看，傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的控制功能是分布式的，任何一個(gè)單點(diǎn)故障發(fā)生時(shí)網(wǎng)絡(luò)具有快速自愈能力，而SDN網(wǎng)絡(luò)的控制功能全部集中在SDN控制器，有單點(diǎn)故障引發(fā)所有業(yè)務(wù)失效風(fēng)險(xiǎn)，因此，傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性較高，但是，SDN具有簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)、快速業(yè)務(wù)開發(fā)和部署、低成本等核心價(jià)值，值得研究對(duì)策，讓SDN網(wǎng)絡(luò)可用。

三、提升SDN網(wǎng)絡(luò)可靠性可用性的策略

可靠性和可用性是基于網(wǎng)絡(luò)故障來(lái)考慮的，如果能夠識(shí)別出各層可能發(fā)生的故障及對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響程度，拿出應(yīng)對(duì)策略，避免網(wǎng)絡(luò)因單點(diǎn)故障而癱瘓。

從SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)看，各層可能出現(xiàn)的故障如下：

應(yīng)用層

設(shè)備方面：服務(wù)器故障、應(yīng)用程序故障、服務(wù)器所在機(jī)房出現(xiàn)斷電等故障。

鏈路方面：服務(wù)器與SDN控制器的通信鏈路故障。

安全方面：非法侵入等。

控制層

設(shè)備方面：服務(wù)器故障、SDN控制器軟件故障、服務(wù)器所在機(jī)樓出現(xiàn)坍塌等故障。

鏈路方面：SDN控制器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的鏈路故障。

安全方面：非法接入或受DDOS攻擊等。

基礎(chǔ)設(shè)施層

設(shè)備方面：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障。

鏈路方面：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的鏈路故障。

安全方面：非法侵入等。

針對(duì)以上各層可能出現(xiàn)的故障，以及各層在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，權(quán)衡成本投入以及可接受的可靠性、可用性等因素采取以下的應(yīng)對(duì)策略：

3.1應(yīng)用層的應(yīng)對(duì)策略

應(yīng)用層的設(shè)備方面故障對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行影響并不大，當(dāng)應(yīng)用需求通過(guò)北向接口提交給控制器，由控制器生成相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯變成相關(guān)流表下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備執(zhí)行，此后，應(yīng)用程序的服務(wù)器即使出現(xiàn)脫網(wǎng)等故障也暫時(shí)不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。因此，用層的服務(wù)器、應(yīng)用程序采用冷備份冗余設(shè)計(jì)，考慮到機(jī)房安全問題，在異地機(jī)樓部署冷備份系統(tǒng)。當(dāng)主用系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)切換到冷備份系統(tǒng)上運(yùn)行。

防范鏈路方面的故障，可采用一條主鏈路和一條備用鏈路。由于與應(yīng)用程序通信的外部設(shè)備是可知的，因此，防范安全方面造成的故障，采取對(duì)連接的設(shè)備進(jìn)行白名單設(shè)置并進(jìn)行嚴(yán)格的身份認(rèn)證。

3.2控制層的應(yīng)對(duì)策略

SDN控制器是網(wǎng)絡(luò)的控制中心和指揮中心，一旦SDN控制器無(wú)法提供服務(wù)，假設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)沒有發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍按原有的流表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，不影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，但是此時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙绻l(fā)生變化，沒有SDN控制器重新計(jì)算路由生成新的轉(zhuǎn)發(fā)流表，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行就會(huì)造成重大影響。因此，控制層健壯性設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

防范設(shè)備方面的故障，采取SDN控制器異地機(jī)樓的熱備份設(shè)計(jì)顯得尤為重要，承載SDN控制器軟件的服務(wù)器采用云化虛擬機(jī)集群，這些虛擬機(jī)獨(dú)占物理設(shè)備不與其他用戶分享，軟件采用分布式部署，主用控制器和備份控制器同時(shí)運(yùn)行，都在處理業(yè)務(wù)，是負(fù)載均擔(dān)關(guān)系，因此具有超強(qiáng)的自愈能力來(lái)應(yīng)對(duì)單臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器故障，冗余保護(hù)措施在故障情況下自動(dòng)生效，對(duì)外服務(wù)不中斷，故障服務(wù)器修復(fù)后重新上線，系統(tǒng)自動(dòng)平衡工作負(fù)載。

控制器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信鏈路如果中斷導(dǎo)致控制器無(wú)法控制網(wǎng)絡(luò)，會(huì)造成重大影響，為了防范鏈路故障的影響，應(yīng)采用控制器通過(guò)多條鏈路連接到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采取帶外專門的鏈路通道，輔以帶內(nèi)控制通道作為冗余鏈路，使得任何一條鏈路故障，都不影響控制器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信。

為防范非法接入或受DDOS攻擊，應(yīng)采取在SDN控制器和網(wǎng)絡(luò)邊界處部署防火墻、入侵檢測(cè)設(shè)備以及流量清洗系統(tǒng)。通過(guò)防火墻和入侵檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行訪問控制、病毒木馬防治、非法入侵檢測(cè)、安全漏洞掃描等，采取只對(duì)特定的IP地址提供服務(wù)并按需開放端口原則，阻斷非法IP接入或攻擊；通過(guò)清洗系統(tǒng)對(duì)進(jìn)出控制器的流量進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)非法攻擊流量，立即引導(dǎo)非法流量到清洗部件。

3.3基礎(chǔ)設(shè)施層的應(yīng)對(duì)策略

基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或鏈路故障，會(huì)造成部分業(yè)務(wù)中斷，故障發(fā)生后，SDN控制器會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)變化情況，重新進(jìn)行路由計(jì)算并生成新的流表下發(fā)給在線運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收斂。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)采用傳統(tǒng)的設(shè)備冗余、鏈路冗余技術(shù)，部署IP FRR快速重路由，一旦節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在沒有控制器控制下也能自動(dòng)完成路徑切換。適當(dāng)加大資源冗余度，以輕載為主，鏈路帶寬利用率控制在50%以下。防范非法侵入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生的故障，采取管理控制網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)隔離，對(duì)遠(yuǎn)程登錄進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)置和身份認(rèn)證。

四、SDN可靠性可用性策略在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中的應(yīng)用

中國(guó)電信廣西公司從2014年以來(lái)，積極推進(jìn)SDN網(wǎng)絡(luò)的試點(diǎn)工作，在實(shí)際SDN試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)部署中綜合考慮以上可靠性可用性策略，采用如圖4的方式部署：

應(yīng)用層和控制層的軟件使用云資源池分配的虛擬機(jī)來(lái)承載，同時(shí)在異地機(jī)樓云資源池上部署備用系統(tǒng)。應(yīng)用層和控制層的虛擬機(jī)各自獨(dú)占一個(gè)VLAN與云資源池中的其它網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離。這些虛擬機(jī)獨(dú)占物理設(shè)備不與其他用戶分享。SDN控制器采用熱備份部署。

SDN控制器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信鏈路，采用帶外管理控制網(wǎng)絡(luò)和帶內(nèi)控制通道相結(jié)合的方式。

基礎(chǔ)設(shè)施層采用設(shè)備、鏈路冗余配置。

在控制層部署防火墻、入侵檢測(cè)設(shè)備和流量清洗系統(tǒng)，保障SDN控制器的安全。

通過(guò)在SDN試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了專線業(yè)務(wù)開通、業(yè)務(wù)流量?jī)?yōu)化、新業(yè)務(wù)開發(fā)和部署、模擬攻擊、設(shè)備主備倒換等一系列實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能達(dá)到了預(yù)期效果，網(wǎng)絡(luò)可靠性可用性也達(dá)到商用的要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，雖然SDN網(wǎng)絡(luò)的可靠性可用性相對(duì)于傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)而言，還有一些差距，但是可以通過(guò)以上的策略來(lái)提升SDN網(wǎng)絡(luò)的可靠性可用性，從而使SDN網(wǎng)絡(luò)達(dá)到可商用的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]閆長(zhǎng)江，吳東君，熊怡 .SDN原理解析―轉(zhuǎn)控分離的SDN架構(gòu)[M].北京：人民郵電出版社，2016

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關(guān)鍵詞：數(shù)字校園；基礎(chǔ)設(shè)施；云計(jì)算；云服務(wù)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）50-0069-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，信息技術(shù)深入到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)生活的各個(gè)方面，人們的工作、學(xué)習(xí)及生活方式正在發(fā)生著深刻的變化，針對(duì)教育資源不均衡、全民教育、個(gè)性化學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)等問題，國(guó)家制定了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011―2020年）》（簡(jiǎn)稱《教育信息化規(guī)劃》），在《教育信息化規(guī)劃》中大力倡導(dǎo)積極開展教育信息化建設(shè)，并提出“建設(shè)信息化公共支撐環(huán)境，提升公共服務(wù)能力和水平[2]”的發(fā)展任務(wù)，其中提到了云服務(wù)平臺(tái)、云服務(wù)模式的建設(shè)，而當(dāng)前多數(shù)學(xué)校在數(shù)字校園建設(shè)中尚未上升到云服務(wù)的模式，由此，本文將對(duì)建設(shè)數(shù)字校園基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行探討與闡述。

一、云服務(wù)模式簡(jiǎn)介

目前，云服務(wù)類型主要分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，即IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，即PaaS）、軟件即服務(wù)（Software as a Service，即SaaS）三種類型，這三種類型各具特點(diǎn)，又有一定的層次關(guān)系。基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等硬件基礎(chǔ)資源，通過(guò)虛擬化等相關(guān)技術(shù)封裝成服務(wù)提供給用戶使用，它最接近物理硬件資源，在服務(wù)層次上屬于最底層服務(wù)，用戶可以利用IaaS提供的處理、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及其他硬件資源方面的服務(wù)，部署自己的操作系統(tǒng)，并運(yùn)行自己的軟件。典型的應(yīng)用如亞馬遜彈性計(jì)算云（EC2，Elastic Compute Cloud）。平臺(tái)即服務(wù)是構(gòu)建在基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)之上的服務(wù)，用戶通過(guò)PaaS提供的軟件工具和開發(fā)語(yǔ)言，部署自己需要的軟件運(yùn)行環(huán)境和配置。用戶不必控制底層的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)等技術(shù)問題，底層服務(wù)對(duì)用戶是透明的，這一層服務(wù)是軟件的開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境[3]。典型的應(yīng)用有Google公司的Google App Engine。

軟件即服務(wù)是一種通過(guò)Internet提供軟件應(yīng)用的模式，用戶無(wú)須購(gòu)買軟件，而是租用服務(wù)商運(yùn)行在云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用程序，客戶不需要管理或控制底層的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)，甚至單個(gè)應(yīng)用程序的功能[4]。典型的應(yīng)用有GoogleDocs、MicrosoftOfficeOnline。

二、云服務(wù)帶給數(shù)字校園的益處

云計(jì)算（Cloud Computing）是融合了分布式計(jì)算（Distributed Computing）、并行計(jì)算（Parallel Computing）、效用計(jì)算（Utility Computing）、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（Network Storage Technologies）、虛擬化（Virtualization）、負(fù)載均衡（Load Balance）、熱備份冗余（High Available）等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)技術(shù)的產(chǎn)物，因而，它兼具高可靠性、通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展性高等特點(diǎn)。教育信息化推動(dòng)了教育、教學(xué)模式的改革創(chuàng)新，但信息技術(shù)是一門專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)更新與發(fā)展快的綜合性學(xué)科，因此，學(xué)校通過(guò)搭建云計(jì)算平臺(tái)提供云服務(wù)，將改變學(xué)校信息化建設(shè)、管理與應(yīng)用的模式，綜合起來(lái)有以下幾點(diǎn)突出優(yōu)點(diǎn)。

1.由專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)管理、運(yùn)營(yíng)云服務(wù)平臺(tái)可確保信息技術(shù)運(yùn)用科學(xué)、合理、專業(yè)，用戶無(wú)須具備較高的信息技術(shù)專業(yè)知識(shí)、技能，從而可以將更多的精力投入本職工作。

2.云服務(wù)采用群集服務(wù)器，相比單機(jī)可大幅提高服務(wù)可用性、數(shù)據(jù)可靠性，進(jìn)而提供持續(xù)、穩(wěn)定、可靠的服務(wù)。

3.云服務(wù)采用虛擬技術(shù)能夠充分利用軟、硬件資源，避免重復(fù)投資；同時(shí)，由于云計(jì)算具有較高的靈活性與彈性，從而便于系統(tǒng)升級(jí)、“云”的規(guī)模擴(kuò)充也易于實(shí)現(xiàn)。

三、基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)平臺(tái)基本架構(gòu)

在構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)平臺(tái)時(shí)要秉持開放、共享、兼容的原則。開放性體現(xiàn)為能夠銜接已有在用的數(shù)字校園應(yīng)用，同時(shí)，也要為其他校園云服務(wù)系統(tǒng)及二次開發(fā)預(yù)留接口；共享性表現(xiàn)為能夠?qū)崿F(xiàn)與教育云等外部公共云服務(wù)系統(tǒng)對(duì)接；兼容性要求能夠支持自建系統(tǒng)、開源系統(tǒng)和商業(yè)系統(tǒng)等多種形式。針對(duì)學(xué)校中信息技術(shù)力量薄弱、分工明確、教學(xué)為主的特點(diǎn)，為了使廣大教師致力于教學(xué)工作，在學(xué)校中構(gòu)建云服務(wù)平臺(tái)時(shí)，打破IaaS和PaaS間的界限，提出寬泛的基礎(chǔ)設(shè)施概念，將硬件資源（CPU、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)）和軟件資源（操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)）通過(guò)虛擬化和云計(jì)算技術(shù)打造成基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)平臺(tái)，其基本架構(gòu)如圖1所示。

基礎(chǔ)設(shè)施層是基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)平臺(tái)的最底層，在該層通過(guò)運(yùn)用虛擬化技術(shù)將CPU、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等硬件和操作系統(tǒng)等軟件抽象為一個(gè)資源池，為上層架構(gòu)提供服務(wù)。中間層作為承上啟下的一層，基于基礎(chǔ)設(shè)施層提供的資源為上層及用戶提供服務(wù)。同時(shí)，作為三層架構(gòu)中的樞紐，負(fù)責(zé)提供訪問控制、工作流的管理、API接口及負(fù)載均衡和服務(wù)的高可用性。應(yīng)用層作為架構(gòu)的頂層直接面向用戶，為用戶提供自助服務(wù)，便于用戶申請(qǐng)?jiān)品?wù)、管理應(yīng)用系統(tǒng)；同時(shí)，向用戶展示云服務(wù)平臺(tái)的各種應(yīng)用，供用戶訪問。管理層在架構(gòu)中提供針對(duì)架構(gòu)及服務(wù)的管理功能，涵蓋用戶管理、配置管理、計(jì)費(fèi)管理、安全管理、流程管理及運(yùn)行維護(hù)管理等。

四、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，數(shù)字校園已成為助力教育信息化的基礎(chǔ)平臺(tái)，信息技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展、教育教學(xué)理念及教學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，云計(jì)算、云服務(wù)的需求日益迫切，因而建設(shè)云服務(wù)體系已成為大勢(shì)所趨。但不應(yīng)盲目照搬商業(yè)模式，應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件、特點(diǎn)，建設(shè)適合學(xué)校自身的云服務(wù)體系，并遵從立足自身，放眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，且要秉持開放、共享、兼容的原則建設(shè)云服務(wù)體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣東興，付小龍.基于云服務(wù)的高校數(shù)字校園[J].科研信息化技術(shù)與應(yīng)用，2012，（6）.

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中圖分類號(hào)：TP315

21世紀(jì)以來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展十分迅速，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，一些陳舊的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施不斷的被淘汰，開始進(jìn)行更新?lián)Q代，換代的同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也不斷的被廣大的人們所熟知，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起到承上啟下的作用，那就是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，如今隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展這種設(shè)備的成本也隨之降低，這也促使互聯(lián)網(wǎng)的用戶不斷的提高。人們慢慢的都進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，使得當(dāng)今社會(huì)也變的越來(lái)越信息化，同時(shí)也有很多的數(shù)據(jù)要進(jìn)行處理，使得傳統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)的計(jì)算方法不再適合當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度，因此傳統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)中心也滿足不了當(dāng)今的需求。本文主要結(jié)合當(dāng)今云計(jì)算的發(fā)展?fàn)顩r，研究了云計(jì)算的基本理論和概念以后，深入分析了云計(jì)算的基本架構(gòu)。

1 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的概述

1.1 云計(jì)算的概念。云計(jì)算的定義比較多，與之關(guān)聯(lián)的理論也比較多，但是總體來(lái)講主要有以下3個(gè)方面：第一分布式計(jì)算；第二信息海量計(jì)算；第三，并行數(shù)據(jù)計(jì)算。這些概念基本上都是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)技術(shù)研究中心提出的，是國(guó)際上通用的概念。云計(jì)算并不是無(wú)償?shù)姆?wù)，它是需要收取一定費(fèi)用的，收取費(fèi)用的計(jì)算主要是客戶使用網(wǎng)絡(luò)流量的費(fèi)用。目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也不斷的發(fā)展已經(jīng)從2G發(fā)展到了4G網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代開始更新?lián)Q代。這也使得云計(jì)算技術(shù)運(yùn)用越來(lái)越廣泛，用戶可以隨時(shí)隨地的通過(guò)訪問面來(lái)獲取自己想要的數(shù)據(jù)服務(wù)，或者計(jì)算的結(jié)果，并且獲取的過(guò)程是簡(jiǎn)單而輕松的。與此同時(shí)工業(yè)的生產(chǎn)也不斷的運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)開展生產(chǎn)活動(dòng)，隨著時(shí)間的推移，云計(jì)算在工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用不斷的擴(kuò)大和普及，也越來(lái)越成熟，涉及的工業(yè)領(lǐng)域也越來(lái)越多。

1.2 云計(jì)算的原理。云計(jì)算的原理和云計(jì)算涉及理論領(lǐng)域有著密切的關(guān)系。從這些領(lǐng)域我們可以看出云計(jì)算技術(shù)的主要目的是將需要處理的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理和計(jì)算。而對(duì)于企業(yè)的一些數(shù)據(jù)中心來(lái)講，云計(jì)算的運(yùn)行原理和和網(wǎng)絡(luò)上的一些原理是相似的。唯一不同的就是企業(yè)的數(shù)據(jù)是根據(jù)需求來(lái)定的，隨著網(wǎng)絡(luò)的普及以及網(wǎng)絡(luò)速度的加快，移動(dòng)客戶端數(shù)據(jù)也不斷的發(fā)展，云計(jì)算的服務(wù)也越來(lái)越廣泛，比如利用手機(jī)進(jìn)行購(gòu)物等都是云計(jì)算衍生的產(chǎn)品。這些技術(shù)與以往傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比變的越來(lái)越開放，不像以往使用單機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如今隨時(shí)隨地都可以操作，這樣也使得互聯(lián)網(wǎng)在一定的程度上越來(lái)越普及。

2 ITIL架構(gòu)

目前應(yīng)用最為廣泛的架構(gòu)就是ITIL架構(gòu)，這種架構(gòu)主要分為6個(gè)不同的模塊這些模塊在一定的程度上有很大的聯(lián)系，它們并不是孤立的，在實(shí)際的工作中要相互作用的，這樣才能完成各自的任務(wù)，下面分開介紹這6個(gè)不同的模塊：

2.1 服務(wù)支持。該部分主要是對(duì)執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，都由哪些人員參與，他們分別扮演何種角色，以及整個(gè)任務(wù)執(zhí)行的具體細(xì)節(jié)進(jìn)行描述，將聯(lián)系用戶以及細(xì)節(jié)的“服務(wù)臺(tái)”功能進(jìn)行明確的定義。服務(wù)支持在整個(gè)云過(guò)程中所關(guān)注的重點(diǎn)是，IT組織是如何按照SLA標(biāo)準(zhǔn)向具體客戶提供IT服務(wù)的。

2.2 服務(wù)交付。該部分主要是用來(lái)對(duì)客戶開展某項(xiàng)業(yè)務(wù)所需要的服務(wù)，主要的服務(wù)內(nèi)容就是對(duì)客戶的要求進(jìn)行任務(wù)分工以及IT組織在提供這項(xiàng)服務(wù)時(shí)所需要具備的資源進(jìn)行描述。在服務(wù)的過(guò)程中一些不同的人員要執(zhí)行不同的工作內(nèi)容，服務(wù)交付在整個(gè)云過(guò)程中所關(guān)注的重點(diǎn)是，IT組織如何與客戶簽訂具體的SLA等級(jí)協(xié)定，并在具體工作開展的過(guò)程中對(duì)SLA目標(biāo)實(shí)施監(jiān)控。

2.3 安全管理。安全就是保證用戶信息的安全，此模塊記錄很多用戶的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容是記錄一些具體的規(guī)劃和管理信息及IT服務(wù)所達(dá)到的安全流程水平，用以評(píng)估和控制所存在的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)根據(jù)評(píng)估結(jié)果給予相應(yīng)的解決。進(jìn)行安全管理的目標(biāo)就是要保證整個(gè)服務(wù)過(guò)程的保密性、完整性以及可用性。

2.4 IT基礎(chǔ)設(shè)施管理。IT基礎(chǔ)設(shè)施的管理十分重要，其關(guān)系到業(yè)務(wù)成本的問題，只有合理的對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行管理才能保證最大的業(yè)務(wù)需求，創(chuàng)造更大的利潤(rùn)，這個(gè)模塊最主要的任務(wù)就是保證IT架構(gòu)的運(yùn)行效率，以最小的運(yùn)行成本保證最大的運(yùn)行效率是其最主要的任務(wù)，可以有效的保證IT基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定建設(shè)。

2.5 應(yīng)用管理。應(yīng)用管理就是對(duì)客戶端上的應(yīng)用進(jìn)行管理，這個(gè)模塊的主要任務(wù)就是對(duì)各個(gè)應(yīng)用的生命周期進(jìn)行管理，并且對(duì)客戶進(jìn)行管理的指導(dǎo)，以使他們能夠在最短的時(shí)間內(nèi)從服務(wù)管理的角度對(duì)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)有著較為全面的了解。

2.6 服務(wù)管理規(guī)劃與實(shí)施。該部分主要是對(duì)服務(wù)的組織、實(shí)施以及改善服務(wù)管理流程，對(duì)整個(gè)過(guò)程中所出現(xiàn)的問題以及具體任務(wù)進(jìn)行再規(guī)劃、設(shè)計(jì)，幫助客戶確立遠(yuǎn)景目標(biāo)，同時(shí)對(duì)服務(wù)改進(jìn)方案進(jìn)行全面的、持續(xù)的指導(dǎo)。

2.7 業(yè)務(wù)視角。所謂業(yè)務(wù)視角，是用來(lái)強(qiáng)調(diào)服務(wù)的開展應(yīng)該從業(yè)務(wù)的角度觸犯，而不是只關(guān)注服務(wù)的交付者，讓IT服務(wù)人員明白其主要工作是為了實(shí)現(xiàn)具體的商業(yè)目標(biāo)，是為了給用戶創(chuàng)造最大的價(jià)值，做出最大的貢獻(xiàn)。

3 ITIL的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心管理理念

對(duì)于目前面向服務(wù)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)來(lái)講，如果要是這些架構(gòu)能夠穩(wěn)定的、可靠的運(yùn)行就必須有一些合理的管理模式，通過(guò)強(qiáng)大的管理模式把服務(wù)層的每個(gè)架構(gòu)進(jìn)行聯(lián)系起來(lái)，才能夠使得系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)構(gòu)有效的運(yùn)行，也能使得網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)得到很好的改善，目前面向服務(wù)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)能夠最大的優(yōu)化系統(tǒng)資源的配置。上一章詳細(xì)的講了ITIL的數(shù)據(jù)架構(gòu)，這些架構(gòu)在理論上是比較成熟的，也能夠經(jīng)得住長(zhǎng)期的實(shí)踐考驗(yàn)，在具體的實(shí)際應(yīng)用中還要根據(jù)客戶的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)很多，其中最主要的有；結(jié)果要能實(shí)施、對(duì)總體的需求能夠準(zhǔn)確的表達(dá)，既然主要是面向客戶的架構(gòu)，那么所有的設(shè)計(jì)都要根據(jù)客戶的需求來(lái)定，這樣才能滿足客戶需要的功能。

4 云計(jì)算資源的管理

4.1 云計(jì)算管理模型。主要分為兩個(gè)部分，一個(gè)是被動(dòng)式部件一個(gè)是主動(dòng)式的部件，這兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都具有層級(jí)的結(jié)構(gòu)，其中主動(dòng)式的部件就是系統(tǒng)的各種資源，就是對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的利用，作用的內(nèi)容就是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，通俗的說(shuō)就是執(zhí)行傳統(tǒng)以及非傳統(tǒng)計(jì)算過(guò)程。而作業(yè)是整個(gè)層次結(jié)構(gòu)的實(shí)體，調(diào)度的主要內(nèi)容就是吧任務(wù)映像到資源，而不是將作業(yè)映像到資源。

4.2 云計(jì)算的資源調(diào)度。云計(jì)算中關(guān)鍵的系統(tǒng)就是云計(jì)算的資源調(diào)度系統(tǒng)，它直接影響著資源管理的有效性和可操作性，然而云計(jì)算的動(dòng)態(tài)性能以及云計(jì)算的結(jié)構(gòu)性能又直接影響著云計(jì)算資源的調(diào)度，直接影響云計(jì)算的系統(tǒng)復(fù)雜性。云計(jì)算資源的調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為3類，主要有集中式、分布式以及層次式等，在這3中調(diào)度的類型中，集中調(diào)度最為常見，它主要是通過(guò)一個(gè)中央的調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，這種調(diào)度方式主要是通過(guò)一個(gè)程序進(jìn)行的，其中所有能夠使用的信息都能夠在數(shù)據(jù)的中心體現(xiàn)。分布調(diào)度的原理主要是進(jìn)行交互式的作業(yè)，主要把數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程的存儲(chǔ)器中，用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問這個(gè)服務(wù)器從而獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)，這種操作并沒有中心的系統(tǒng)進(jìn)行操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算技術(shù)越來(lái)越流行，都?xì)w功于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求與日俱增，如今這種需求涉及到很多的方面和領(lǐng)域，不僅在企業(yè)中有所體現(xiàn)，在日常生活中都與人們息息相關(guān)，本文全面的接受了云計(jì)算的一些基本架構(gòu)，分析了云計(jì)算的一些概念和原理，初步了解云計(jì)算技術(shù)有一定的作用，作者水平有限，沒能在云計(jì)算的硬件和軟件上深入分析，希望這以后的生活中繼續(xù)研究。

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篇5

中圖分類號(hào)： TN911?34； TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）14?0010?03

Cloud computing technology and modeling of mass VOD system

CHEN Xu?wen， HUANG Ying?ming

（Department of Information Engineering， Jieyang Vocational & Technical College， Jieyang 522000， China）

Abstract： With the promotion of the triple?net fusion， the mass VOD emerges out some characteristics such as complicating data， multiple platforms and huge business， which make a huge challenge to the traditional on?demand mode. By using the powerful computing ability and mass data efficient processing of cloud computation， the application of cloud computation in mass VOD system is discussed on the basis of analysis of the basic framework and technical characteristics of cloud computation and in combination with the characteristics of VOD service. The framework and working principle of the cloud computing system are analyzed. Some main technologies， such as redundancy backup of data， heartbeat detection， replacement of intelligent nodes and load balancing are elaborated. A new idea to make the mass video propagation smooth is put forward.

Keywords： cloud computation； mass VOD； Hadoop system； modeling

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的視頻點(diǎn)播（Video On Demand，VOD）業(yè)務(wù)成為了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一大熱點(diǎn)。人們通過(guò)手機(jī)、掌上電腦等簡(jiǎn)易的終端設(shè)備隨意欣賞視頻的新型模式極大地顛覆了傳統(tǒng)的電視觀看模式，逐步成為視頻點(diǎn)播的主流。雖然流媒體及P2P技術(shù)[1]的應(yīng)用在一定程度上減輕了中央服務(wù)器和骨干網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，優(yōu)化了節(jié)目流的播放質(zhì)量，但當(dāng)面對(duì)熱點(diǎn)視頻時(shí)，海量視頻的處理傳播極大地考驗(yàn)著視頻運(yùn)營(yíng)商的實(shí)力。另外，隨著電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三網(wǎng)融合步伐的快速推進(jìn)，對(duì)于視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)的需求也將呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)量劇增和多平臺(tái)共存的局面，光靠原有的硬件基礎(chǔ)絕對(duì)無(wú)法滿足形勢(shì)的發(fā)展，而增加投入勢(shì)必會(huì)增加企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，租用第三方運(yùn)營(yíng)平臺(tái)將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

作為一種新型的商業(yè)計(jì)算模型，云計(jì)算提供了強(qiáng)大靈活的計(jì)算能力和高效快捷的海量數(shù)據(jù)處理方法，其高可靠性也是普通的第三租賃方所無(wú)法比擬的。本文以云計(jì)算為平臺(tái)，研究了基于云平臺(tái)的視頻點(diǎn)播模式，為解決海量視頻的高效傳輸提供了新方法。

1 云計(jì)算技術(shù)及海量視頻點(diǎn)播的技術(shù)特點(diǎn)

1.1 云計(jì)算的概念

自云計(jì)算（Cloud Computing）概念提出以來(lái)，至今仍沒有統(tǒng)一、公認(rèn)的定義，比較獲得業(yè)界認(rèn)可的是2011年由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院（NIST）提出的[2]：云計(jì)算是一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以便利的、按需付費(fèi)的模式獲取計(jì)算資源（包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用和服務(wù)）并提高其可用性的模式，這些資源來(lái)自一個(gè)共享的、可配置的資源池，并能夠以最省力和無(wú)人干預(yù)的方式獲取和釋放。

云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算、并行計(jì)算、分布式計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等傳統(tǒng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，它以虛擬化為核心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把多個(gè)成本較低的計(jì)算實(shí)體整合成一個(gè)具有強(qiáng)大計(jì)算能力的資源系統(tǒng)，以按需、易擴(kuò)展的方式為用戶提供所需的各種資源和服務(wù)。云是一個(gè)包含大量可用虛擬資源的資源池，云中的資源在使用者看來(lái)是可以無(wú)限擴(kuò)展、隨時(shí)獲取、按需使用、按量付費(fèi)的[3]。云模式[4]也即電廠模式，利用電廠的規(guī)模效應(yīng)來(lái)降低電力價(jià)格，用戶根據(jù)用電量付費(fèi)，便可源源不斷獲取電力資源，而無(wú)需維護(hù)和購(gòu)買任何發(fā)電設(shè)備。

云計(jì)算具有低成本、高性能、超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴(kuò)展性、按需服務(wù)等特點(diǎn)[5]。目前比較成熟的云計(jì)算業(yè)務(wù)和應(yīng)用有：Google的AppEngine、Amazon的彈性計(jì)算云EC2、微軟的Azure云平臺(tái)和IBM的藍(lán)云等。

1.2 云計(jì)算的架構(gòu)[5]

（1）軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）：SaaS服務(wù)供應(yīng)商將各類應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在服務(wù)器上，用戶通過(guò)簡(jiǎn)易的互聯(lián)網(wǎng)接入終端就能直接使用，并按需按量付費(fèi)。云中的軟硬件設(shè)施由供應(yīng)商負(fù)責(zé)維護(hù)和管理，用戶不需顧慮類似安裝、升級(jí)和防毒等瑣事，且免去初期高昂的硬件投入、人員配置、軟件許可證等費(fèi)用的支出，經(jīng)濟(jì)便捷。

（2）平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）：PaaS主要面向開發(fā)人員提供一個(gè)應(yīng)用的開發(fā)和部署平臺(tái)，包括SDK、文檔、測(cè)試環(huán)境和部署環(huán)境等。平臺(tái)的部署和運(yùn)維均由供應(yīng)商負(fù)責(zé)，用戶可一心一意致力于研發(fā)工作。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）：IaaS由底層硬件或虛擬機(jī)資源構(gòu)建而成，用戶從供應(yīng)商那里獲取所需的計(jì)算或存儲(chǔ)資源來(lái)裝載相關(guān)應(yīng)用，且僅需為所租借的那部分資源付費(fèi)。

1.3 海量視頻點(diǎn)播的技術(shù)特點(diǎn)

（1）文件龐大，數(shù)據(jù)量多。單個(gè)視頻文件非常大，視頻資源繁多，數(shù)據(jù)海量化。

（2）編碼多樣，業(yè)務(wù)復(fù)雜。隨著三網(wǎng)融合的推進(jìn)及視頻播放技術(shù)的改革，必將出現(xiàn)多編碼、多平臺(tái)共存及多業(yè)務(wù)共享的局面。

（3）質(zhì)量至上，要求嚴(yán)格。龐大的數(shù)據(jù)量對(duì)服務(wù)器性能及網(wǎng)絡(luò)帶寬要求甚高，而隨著點(diǎn)播量的快速增長(zhǎng)，對(duì)于計(jì)算能力及處理強(qiáng)度的要求也相應(yīng)劇增。

2 海量視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的云計(jì)算技術(shù)與建模實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)的技術(shù)特征及云計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)，本文提出了基于云計(jì)算的海量視頻點(diǎn)播平臺(tái)的基本架構(gòu)，其拓?fù)鋱D如圖1所示。用戶通過(guò)Web交互服務(wù)器向視頻點(diǎn)播系統(tǒng)發(fā)出業(yè)務(wù)請(qǐng)求，經(jīng)Web交互服務(wù)器受理后將具體的業(yè)務(wù)要求提交給云核心服務(wù)器，由核心服務(wù)器對(duì)整個(gè)云文件系統(tǒng)進(jìn)行控制處理，完成視頻文件的調(diào)用并反饋回客戶端。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用Hadoop系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)云點(diǎn)播平臺(tái)SaaS層的構(gòu)建[6]。根據(jù)點(diǎn)播系統(tǒng)的功能要求及Hadoop系統(tǒng)的基本構(gòu)成，包括以下幾個(gè)功能組件，闡述如下：

2.2.1 Web交互服務(wù)器

在整個(gè)點(diǎn)播系統(tǒng)中，Web交互服務(wù)器作為系統(tǒng)前端窗口，負(fù)責(zé)受理用戶的點(diǎn)播、注冊(cè)、用戶管理等常規(guī)業(yè)務(wù)，當(dāng)涉及視頻文件調(diào)用時(shí)，則將業(yè)務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)交給后臺(tái)的云核心服務(wù)器處理，Web交互服務(wù)器僅負(fù)責(zé)點(diǎn)播信息的傳遞工作，沒有涉及具體視頻文件的傳輸內(nèi)容。

2.2.2 云核心服務(wù)器

云核心服務(wù)器位于云計(jì)算的最上層，負(fù)責(zé)整個(gè)云系統(tǒng)的資源管理及任務(wù)控制。

（1）資源管理。作為Hadoop系統(tǒng)的主控節(jié)點(diǎn)，云核心服務(wù)器負(fù)責(zé)記錄文件的數(shù)據(jù)塊分割規(guī)則及這些數(shù)據(jù)塊的具體存儲(chǔ)位置，對(duì)內(nèi)存及I/O進(jìn)行集中管理。為加快維護(hù)效率，同時(shí)減輕本身負(fù)擔(dān)，云核心服務(wù)器通過(guò)與各集群主控服務(wù)器進(jìn)行交互控制，對(duì)集群中的所有節(jié)點(diǎn)和所有虛擬機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，維護(hù)系統(tǒng)的資源狀態(tài)信息表。為提高系統(tǒng)的運(yùn)作性能，云核心服務(wù)器僅管理文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，具體的數(shù)據(jù)訪問則交由下層服務(wù)器負(fù)責(zé)[7]。

（2）任務(wù)控制。響應(yīng)Web交互服務(wù)器的點(diǎn)播請(qǐng)求，檢索資源狀態(tài)信息表，獲取資源的具置，然后通過(guò)集群主控服務(wù)器匯總節(jié)點(diǎn)信息，建立客戶端與各虛擬機(jī)實(shí)例的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2.2.3 集群主控服務(wù)器

為提高云系統(tǒng)的運(yùn)作效率，減輕核心服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，將云系統(tǒng)的資源劃分成多個(gè)集群，由集群主控服務(wù)器負(fù)責(zé)管理該集群中的所有資源。集群主控服務(wù)器主要有以下作用：

（1）集群主控服務(wù)器管理其集群中的所有節(jié)點(diǎn)控制器和虛擬機(jī)，對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，形成子資源狀態(tài)信息表，并將結(jié)果反饋給云核心服務(wù)器，更新整個(gè)云系統(tǒng)的資源狀態(tài)信息表。

（2）響應(yīng)云核心服務(wù)器的任務(wù)要求，快速調(diào)用集群中的虛擬機(jī)實(shí)例，建立與客戶端機(jī)器的連接，傳輸數(shù)據(jù)。

（3）擔(dān)任Hadoop系統(tǒng)的主節(jié)點(diǎn)，控制集群中的所有從節(jié)點(diǎn)，對(duì)集群中所有虛擬機(jī)實(shí)例及系統(tǒng)資源進(jìn)行統(tǒng)籌管理，提高系統(tǒng)的響應(yīng)效率。

2.2.4 節(jié)點(diǎn)控制器

節(jié)點(diǎn)控制器是整個(gè)云系統(tǒng)的前沿陣地，在節(jié)點(diǎn)控制器上真正運(yùn)行著虛擬機(jī)實(shí)例，并通過(guò)虛擬機(jī)管理器進(jìn)行管理，虛擬機(jī)實(shí)例的數(shù)量由節(jié)點(diǎn)控制器的資源及計(jì)算任務(wù)的類型決定，一般為3～5臺(tái)。節(jié)點(diǎn)控制器的功能包括以下三方面[8]：

（1）節(jié)點(diǎn)控制器負(fù)責(zé)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的所有虛擬機(jī)實(shí)例的運(yùn)行狀態(tài)及資源的使用情況，并將監(jiān)控狀況實(shí)時(shí)返回給上層的集群主控服務(wù)器。

（2）響應(yīng)集群主控服務(wù)器的需求，啟動(dòng)虛擬機(jī)實(shí)例實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。當(dāng)任務(wù)完成后或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)客戶端無(wú)響應(yīng)（如客戶異常退出）時(shí)，則停止虛擬機(jī)實(shí)例運(yùn)作，釋放網(wǎng)絡(luò)帶寬及點(diǎn)播資源。

（3）監(jiān)控和管理虛擬機(jī)實(shí)例。包括虛擬機(jī)資源的存儲(chǔ)備份、虛擬機(jī)宕機(jī)的應(yīng)急處理等。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 數(shù)據(jù)的冗余備份

云系統(tǒng)的文件傳輸采用流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即將多媒體文件壓縮后分解成若干大小相等的數(shù)據(jù)塊（數(shù)據(jù)塊的大小可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置），并統(tǒng)一編號(hào)，再由服務(wù)器對(duì)客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。為了容錯(cuò)，文件的所有數(shù)據(jù)塊都會(huì)有副本，即冗余備份。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，節(jié)點(diǎn)控制器利用虛擬機(jī)管理器對(duì)虛擬機(jī)上的文件系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，產(chǎn)生一份數(shù)據(jù)塊與本地文件對(duì)應(yīng)關(guān)系的列表，形成塊報(bào)告返回給節(jié)點(diǎn)控制器，節(jié)點(diǎn)控制器根據(jù)塊報(bào)告進(jìn)行完善（如增加數(shù)據(jù)塊具體路徑等）后反饋給集群主控服務(wù)器更新資源狀態(tài)信息表。

云系統(tǒng)的集群一般運(yùn)行在多個(gè)機(jī)架上，不同機(jī)架上的數(shù)據(jù)通信必須通過(guò)交換機(jī)，通常機(jī)架內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的帶寬比跨機(jī)架節(jié)點(diǎn)之間的帶寬要大，這有可能影響云系統(tǒng)的可靠性和性能。采用機(jī)架感知（Rack?aware）策略[9]，將數(shù)據(jù)塊以多個(gè)副本形式部署在本地機(jī)架和不同機(jī)架上，改進(jìn)數(shù)據(jù)的可靠性、可用性和網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。此策略可防止機(jī)架失效時(shí)的數(shù)據(jù)丟失，也可保證系統(tǒng)的性能。

2.3.2 心跳檢測(cè)技術(shù)

在任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件異常檢測(cè)總是極其重要的。云系統(tǒng)采用心跳檢測(cè)[10]技術(shù)來(lái)控制系統(tǒng)硬件的異常情況。集群主控服務(wù)器周期性地通過(guò)節(jié)點(diǎn)控制器接受虛擬機(jī)的心跳包和塊報(bào)告，以此判斷虛擬機(jī)的存活狀態(tài)：收到心跳包說(shuō)明工作正常；若在特定時(shí)間t內(nèi)沒有收到心跳包信息，則認(rèn)為宕機(jī)，系統(tǒng)將不會(huì)發(fā)給它們?nèi)魏涡碌腎/O請(qǐng)求。對(duì)于宕機(jī)的虛擬機(jī)，系統(tǒng)將不斷進(jìn)行檢測(cè)并通過(guò)虛擬機(jī)管理器進(jìn)行故障修復(fù)，若在特定時(shí)間內(nèi)仍無(wú)法恢復(fù)，則將重新復(fù)制該數(shù)據(jù)塊，避免該數(shù)據(jù)塊副本數(shù)減少所造成的影響。

2.3.3 智能節(jié)點(diǎn)替換技術(shù)

智能節(jié)點(diǎn)替換技術(shù)與心跳檢測(cè)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，當(dāng)系統(tǒng)在特定時(shí)間內(nèi)仍無(wú)法檢測(cè)到某數(shù)據(jù)塊的心跳包時(shí)，則將該數(shù)據(jù)包重新復(fù)制，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)控制器將更新數(shù)據(jù)包的新位置，并使用新節(jié)點(diǎn)替換原來(lái)的故障節(jié)點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B貫性。

2.3.4 負(fù)載均衡技術(shù)

負(fù)載均衡是很多系統(tǒng)中需要解決的重要問題。在云系統(tǒng)中，云核心服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送的心跳信息和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)塊情況，掌握各節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)平衡資源狀態(tài)信息表中的資源分配情況，將數(shù)據(jù)塊分配給負(fù)載較輕、寫入速度較快的節(jié)點(diǎn)控制器。具體包括：在新數(shù)據(jù)加入時(shí)，為新數(shù)據(jù)尋找優(yōu)越的存儲(chǔ)位置；若現(xiàn)有的資源過(guò)于集中，可采用數(shù)據(jù)塊遷移方法，重新分配合適的存儲(chǔ)位置，平衡整個(gè)文件存儲(chǔ)系統(tǒng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著三網(wǎng)融合進(jìn)程的不斷推進(jìn)，視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)將面對(duì)內(nèi)容繁雜、平臺(tái)多樣、業(yè)務(wù)量激增等局面，這對(duì)傳統(tǒng)的視頻點(diǎn)播模式提出了巨大的挑戰(zhàn)。

本文在分析云計(jì)算的基本架構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，論述了云計(jì)算在視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)其系統(tǒng)架構(gòu)、工作原理和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，為解決海量視頻的流暢傳播提出了一個(gè)全新的思路。

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篇6

引言：傳統(tǒng)空管系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力有限，在大量數(shù)據(jù)訪問進(jìn)入時(shí)，系統(tǒng)難以保持穩(wěn)定的性能，這對(duì)空管的安全性帶來(lái)了不良影響。科技的進(jìn)步要求空管系統(tǒng)必須進(jìn)行發(fā)展。隨著云計(jì)算的產(chǎn)生和發(fā)展以及應(yīng)用，空管系統(tǒng)引入云計(jì)算將是空管系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵。

一、云計(jì)算概念特點(diǎn)

云計(jì)算以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為基礎(chǔ)，是互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)的增加，對(duì)于云計(jì)算的定義解釋多達(dá)上百種，廣為普遍的解釋認(rèn)為，云計(jì)算是一種按照使用量付費(fèi)的模式，在這一模式下提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入計(jì)算資源共享池中可以可以快速獲得這些資源，只要投入很少的管理工作或與服務(wù)供應(yīng)商通過(guò)很少的互動(dòng)將這些資源快速提供給使用者。云計(jì)算的基本架構(gòu)分為基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)、平臺(tái)即服務(wù)、軟件即服務(wù)的三層基本架構(gòu)，云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。

二、數(shù)據(jù)分析

在空管系統(tǒng)中，飛行數(shù)據(jù)分為飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)和飛行電報(bào)數(shù)據(jù)，計(jì)劃數(shù)據(jù)和雷達(dá)的數(shù)據(jù)有著密切關(guān)系，而航班狀態(tài)修改需要用到電報(bào)數(shù)據(jù)，飛行數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)也要用飛行電報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，因此在一架飛機(jī)中會(huì)有多條飛行電報(bào)數(shù)據(jù)。日志文件伴隨自動(dòng)化系統(tǒng)工作而產(chǎn)生，通過(guò)對(duì)日志進(jìn)行查詢能夠?qū)收线M(jìn)行分析，方便排除故障。自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，監(jiān)視信息要時(shí)刻呈現(xiàn)，這樣才能使空管人員實(shí)時(shí)掌握空域內(nèi)的情況，了解航空器的飛行狀態(tài)[1]。監(jiān)視數(shù)據(jù)由雷達(dá)進(jìn)行覆蓋掃描獲得，各種雷達(dá)測(cè)量值方便空管人員進(jìn)行監(jiān)管。在監(jiān)視中，為了獲得全面的數(shù)據(jù)并做到24小時(shí)監(jiān)控，需多個(gè)雷達(dá)進(jìn)行掃描。多個(gè)雷達(dá)通過(guò)多個(gè)通道所發(fā)來(lái)的原始數(shù)據(jù)會(huì)被送至雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)分析統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)會(huì)將分析統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)，方便日后進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和演示。記錄儀數(shù)據(jù)是對(duì)24小時(shí)中所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄重演，這些數(shù)據(jù)包括管制員操作、監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)等，相應(yīng)的還有記錄在語(yǔ)音記錄儀中的語(yǔ)音記錄數(shù)據(jù)，對(duì)語(yǔ)音記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行重演，可以作為事故調(diào)查分析的依據(jù)。

三、數(shù)據(jù)流程

飛行數(shù)據(jù)、日志文件、監(jiān)視數(shù)據(jù)和記錄儀數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了空管數(shù)據(jù)。當(dāng)前空管數(shù)據(jù)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期分為兩個(gè)階段，分別是數(shù)據(jù)記錄階段和數(shù)據(jù)查詢與回放階段，數(shù)據(jù)記錄階段是指數(shù)據(jù)生成到存儲(chǔ)的階段，在記錄階段中，主要進(jìn)行的是對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)查詢與回放階段是為了進(jìn)行查詢和排除故障，記錄的數(shù)據(jù)被重新取出，并對(duì)其進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，這一過(guò)程是通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行總結(jié)增強(qiáng)空管的安全性。

空管系統(tǒng)數(shù)據(jù)不但會(huì)被送到記錄重演服務(wù)器中進(jìn)行存儲(chǔ)，還會(huì)被送到雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)和飛行數(shù)據(jù)操作席中。物理存儲(chǔ)設(shè)備將對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，但是物理設(shè)備容量有限，通常只能對(duì)最近一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，到達(dá)存儲(chǔ)周期后，會(huì)將數(shù)據(jù)丟棄。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)第二階段中，物理存儲(chǔ)內(nèi)的數(shù)據(jù)會(huì)被取出，對(duì)整個(gè)空管的操作過(guò)程進(jìn)行回放，要對(duì)某個(gè)時(shí)間段的處理情況進(jìn)行分析，將會(huì)調(diào)去各個(gè)服務(wù)器中的日志文件、雷達(dá)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)操作席中的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行全面詳細(xì)的分析調(diào)查[2]。在實(shí)際的空管系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程中可以發(fā)現(xiàn)空管控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力較強(qiáng)，能夠?qū)展芄ぷ髌鸬骄薮蟮膸椭５菙?shù)據(jù)流程中仍然存在一定的不足，在物理存儲(chǔ)中，所有的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在同一個(gè)位置，這樣一來(lái)當(dāng)面對(duì)突發(fā)事故時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)會(huì)受到威脅。由于數(shù)據(jù)量龐大，特別是物理存儲(chǔ)的容量有限，數(shù)據(jù)清理頻繁，當(dāng)需要查看時(shí)間稍久一點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)可能已被清理掉了。另外數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度又很快，不等系統(tǒng)清理存儲(chǔ)介質(zhì)就已經(jīng)存滿，這樣一來(lái)就使得新數(shù)據(jù)無(wú)法被保存。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過(guò)程中，容易發(fā)生重復(fù)存儲(chǔ)的情況，監(jiān)視和飛行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的設(shè)備中，內(nèi)容上雖然略有不同，但是這樣一來(lái)還是占據(jù)了大量的重復(fù)空間。

四、系統(tǒng)的再完善

空管系統(tǒng)的再發(fā)展、再完善可以由云計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。將云計(jì)算應(yīng)用在空管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和分析中，解決空管數(shù)據(jù)的問題，減輕空管技術(shù)部門的工作壓力。

應(yīng)用云計(jì)算后，空管數(shù)據(jù)將會(huì)直接被存儲(chǔ)到云平臺(tái)中，避免了數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)的問題，憑借云平臺(tái)強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力，使服務(wù)器不必再進(jìn)行存儲(chǔ)，而專心進(jìn)行演算工作。由于云平臺(tái)巨大的容量，不必為數(shù)據(jù)清理問題而擔(dān)心。另外，數(shù)據(jù)回放階段可以直接從云計(jì)算中獲得數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，在云平臺(tái)中將分析工作直接完成，脫離了物理存儲(chǔ)的步驟，保護(hù)了數(shù)據(jù)安全提高了工作效率[3]。在以前的系統(tǒng)中，雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析統(tǒng)計(jì)，在云計(jì)算的支持下，技術(shù)人員可以進(jìn)行更為復(fù)雜的分析統(tǒng)計(jì)，而且可以解決以往計(jì)算能力不足和面對(duì)大量數(shù)據(jù)訪問效率低的問題。云計(jì)算平臺(tái)可以提供數(shù)據(jù)備份恢復(fù)機(jī)制，空管人員就不必?fù)?dān)心這備份恢復(fù)問題，在遭遇突發(fā)事故或自然災(zāi)害，云平臺(tái)的數(shù)據(jù)不會(huì)受到任何影響，云計(jì)算能夠?yàn)榭展軘?shù)據(jù)管理解決問題，使空管系統(tǒng)更加安全可靠。

結(jié)論：空管數(shù)據(jù)流程管理存在不足，通過(guò)云計(jì)算的應(yīng)用可以對(duì)存在的問題進(jìn)行解決，并推進(jìn)空管數(shù)據(jù)流程系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展。隨著云計(jì)算的成熟，將會(huì)應(yīng)用在更多的空管工作的更多領(lǐng)域，將服務(wù)器中大量的雷達(dá)數(shù)據(jù)設(shè)立在云平臺(tái)中，提高自動(dòng)化系統(tǒng)的計(jì)算能力。云計(jì)算的加入使得空管系統(tǒng)邁上一個(gè)新臺(tái)階，可靠性得到更好的保障。

參考文獻(xiàn)

篇7

1 融合媒體環(huán)境下云平臺(tái)的規(guī)劃問題研究

在建立相應(yīng)的融合媒體云平臺(tái)之前，應(yīng)率先明確如下問題，即：自建自有云平臺(tái)抑或租賃現(xiàn)成公用云平臺(tái)。在選取時(shí)，應(yīng)將自身實(shí)際和未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式緊密結(jié)合，我們應(yīng)該明確的是，日后的媒體業(yè)務(wù)均將建立在云平臺(tái)基礎(chǔ)之上，但這只是一個(gè)結(jié)果，其實(shí)現(xiàn)需要經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間，其發(fā)展程度主要取決于以下二個(gè)方面：第一，播放終端的IT、IP及智能化改進(jìn)，之前的通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)脑O(shè)備將被IT設(shè)備取代；第二，隨著IT產(chǎn)業(yè)的不斷完善，尤其是以光纖寬帶和計(jì)算能力為主的快速發(fā)展，導(dǎo)致電視視頻制播業(yè)務(wù)面臨高碼率、高存儲(chǔ)、高計(jì)算能力的需求。綜上，在很長(zhǎng)時(shí)間里，融合媒體技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)多種云平臺(tái)并存的局面。即：

（1）媒體自建云平臺(tái)。該平臺(tái)主要指衛(wèi)視自行建立的基于虛擬云計(jì)算技術(shù)上的云系統(tǒng)。該平臺(tái)主要用于解決目前制播系統(tǒng)向云體系過(guò)渡的問題。

（2）媒體專用云平臺(tái)。該平臺(tái)主要是在硬件上租賃公有平臺(tái)上的各種設(shè)備及相應(yīng)服務(wù)，選用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行管理。媒體專用云平臺(tái)主要針對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

（3）公有云平臺(tái)。所謂的公有云平臺(tái)主要是阿里云、亞馬遜等公司提供的公共計(jì)算資源服務(wù)。使用者可以自由地在公有云平臺(tái)上上傳和下載需要的各類資源，對(duì)于一些高級(jí)資源，公有云平臺(tái)提供付費(fèi)服務(wù)。在融合媒體云平臺(tái)系統(tǒng)中，公有云平臺(tái)主要是滿足社會(huì)服務(wù)功能[1]。

2 融合媒體環(huán)境下云平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)問題研究

在涉及到融合媒體云平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方面，其中ONAIR云平臺(tái)是融合媒體平臺(tái)的代表作之一。作為媒體性質(zhì)較強(qiáng)的云平臺(tái)，ONAIR將專業(yè)化音視頻處理技術(shù)同世界領(lǐng)先的云計(jì)算平臺(tái)以及遍布全國(guó)的CDN網(wǎng)絡(luò)二者深度融合，從而提高了云平臺(tái)對(duì)視頻端播放的控制作用，拓展了其內(nèi)容制作、內(nèi)容播控及網(wǎng)絡(luò)新媒體等功能。該平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格遵循專業(yè)化導(dǎo)向，通過(guò)云平臺(tái)基礎(chǔ)服務(wù)提供商解決設(shè)施問題。

2.1 融合媒體環(huán)境下云平臺(tái)的基本架構(gòu)形式

通過(guò)分析ONAIR云平臺(tái)可知，IaaS平臺(tái)能夠支撐各種最基本的云計(jì)算服務(wù)和功能，比如前文所述的阿里云、亞馬遜云等公共平臺(tái)。中間分布的PaaS層可以細(xì)化為6層，具體為：中間層（OM）和搜索引擎層（OCSE），這兩層的主要目的為配合不同云技術(shù)服務(wù)商的不同接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同服務(wù)商的統(tǒng)一封裝；接口層（ESB）該層的目的是為實(shí)現(xiàn)其他復(fù)雜流程提供基礎(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)與老舊系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互；基礎(chǔ)服務(wù)層（OBSP）基礎(chǔ)服務(wù)層主要為各種音視頻文件提供各類服務(wù)，比如：后期編輯、播放等功能；運(yùn)營(yíng)服務(wù)層（OBSS）為整個(gè)云平臺(tái)的正常運(yùn)營(yíng)提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)的管理、收費(fèi)及日志記錄等功能，確保平臺(tái)的盈利能力；位于拓?fù)鋱D最上一層的API層，將平臺(tái)所有的服務(wù)以API的方式封裝成接口給軟件開發(fā)人員及其他合作單位。對(duì)于融合媒體環(huán)境下的云平臺(tái)而言，其基本架構(gòu)ONAIR的SaaS服務(wù)功能主要是為了滿足融合媒體環(huán)境下的各類服務(wù)，比如網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)、微電臺(tái)、新聞云更新及自媒體云更新等。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，促使人類社會(huì)的認(rèn)識(shí)發(fā)生了巨大的變革，日后的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將朝著合作、開放的方向發(fā)展，因此，ONAIR的架構(gòu)設(shè)計(jì)就充分體現(xiàn)了這一觀點(diǎn)[2]。

2.2 IaaS服務(wù)的功能介紹

為了提高融合媒體環(huán)境下的云平臺(tái)ONAIR的基礎(chǔ)服務(wù)能力，日前，ONAIR系統(tǒng)已經(jīng)成功和阿里云服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。就對(duì)接的成果而言，所獲得的價(jià)值非常豐碩。從資源和硬件支持角度看，阿里云在國(guó)內(nèi)已經(jīng)初步建立了5個(gè)核心計(jì)算服務(wù)中心，計(jì)算服務(wù)器數(shù)量已經(jīng)突破20萬(wàn)臺(tái)次，這種計(jì)算規(guī)模完全可以支持目前的融合媒體環(huán)境下的云平臺(tái)計(jì)算服務(wù)水平，并且還可以支持其一定程度的擴(kuò)張。其中，華通云數(shù)據(jù)擁有骨干網(wǎng)及遍布全國(guó)各地的CDN節(jié)點(diǎn)，借助這一顯著優(yōu)勢(shì)，確保了ONAIR云平臺(tái)系統(tǒng)能夠?qū)⒏黝愐粢曨l實(shí)時(shí)發(fā)送到全國(guó)的任何一個(gè)角落。

2.3 PaaS服務(wù)的功能介紹

（1）云平臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)功能：云平臺(tái)的轉(zhuǎn)碼一般選用較為常用的集群轉(zhuǎn)碼方式，集群轉(zhuǎn)碼能很好地解決大內(nèi)存的視頻轉(zhuǎn)碼效率。因?yàn)檗D(zhuǎn)碼系統(tǒng)設(shè)置在云平臺(tái)上，其云計(jì)算方式可以無(wú)線放大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的高效轉(zhuǎn)碼。在具體的視頻轉(zhuǎn)碼操作中，高清視頻的轉(zhuǎn)碼能力可以達(dá)到10倍率左右。因此，對(duì)于操作用戶而言，僅需要給出輸入輸出的文件格式、碼率和需要達(dá)到的轉(zhuǎn)碼速度即可，其具體的轉(zhuǎn)碼操作均可由ONAIR云平臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)完成[2]。（2）視頻快速編譯功能：選用BS架構(gòu)形式，BS架構(gòu)的界面部分采用低碼率視頻用于打點(diǎn)、瀏覽等交互操作。交互式操作完畢后，可將其上交到云平臺(tái)系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)視頻源代碼的快速編譯，從而確保視頻傳輸和共享的清晰度。（3）視頻采集服務(wù)：目前已有的SDI信號(hào)經(jīng)制定編碼器切換為IP形式后，可以將其實(shí)時(shí)傳輸至云平臺(tái)端，并及時(shí)保存，當(dāng)文件播放時(shí)，可將文件轉(zhuǎn)移到特定系統(tǒng)下或者直接下載至客戶端。（4）視頻播放功能：IP播放系統(tǒng)傳輸至云平臺(tái)后，可經(jīng)過(guò)視頻服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與CDN的交匯對(duì)接，將播放內(nèi)容實(shí)時(shí)推送至客戶端口，其中包含PC端、手機(jī)移動(dòng)端及互聯(lián)網(wǎng)電視等。其中視頻直播服務(wù)支持各種碼率和互聯(lián)網(wǎng)流協(xié)議。

2.4 SaaS服務(wù)功能

（1）網(wǎng)絡(luò)電視播放：網(wǎng)絡(luò)電視播放功能集成了視頻資源集中管理和服務(wù)（VMS）及相應(yīng)的網(wǎng)站發(fā)送模式。通過(guò)云傳輸形式，在發(fā)送前確定好需要溝通和交換的資源，便可快速在云端開通虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)與原有系統(tǒng)的對(duì)接。以前傳統(tǒng)的電臺(tái)建立形式需要提前購(gòu)置必要的電子設(shè)備，而現(xiàn)在使用云端傳送的形式，只要每月上繳固定的費(fèi)用，便可實(shí)現(xiàn)資源實(shí)時(shí)獲取，在計(jì)費(fèi)方式上，不同于以往的以時(shí)間為單位的繳納形式，云端傳送采用按量計(jì)費(fèi)，計(jì)費(fèi)方式更加人性化。（2）云端媒體資源整合：以往的媒體資源整合方式主要采用本地?cái)?shù)據(jù)流磁帶庫(kù)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)和文件的存儲(chǔ)和管理，由于該設(shè)備很容易出現(xiàn)故障，因此o后續(xù)的正常使用和維修保養(yǎng)造成了巨大的困難。基于存儲(chǔ)設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，受到市場(chǎng)供求關(guān)系的影響，存儲(chǔ)設(shè)備的價(jià)格逐步下滑，通過(guò)云端處理的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)和文件的存儲(chǔ)，同之前方法相比，顯示出極高的性價(jià)比和穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)傳送和訪問更加穩(wěn)定可靠[1]。（3）云端新聞更新：采用云端實(shí)時(shí)更新的方式布置新聞媒體系統(tǒng)，提高了新聞的推送效率，可以快速將互聯(lián)網(wǎng)上上傳的新聞推送至指定新聞系統(tǒng)。新聞和相關(guān)文章被推送至云端上，新聞工作者可以直接取閱并修改，提高了以往新聞文稿的更新效率。（4）體育賽事的云端播放：之前的體育比賽前實(shí)況直播系統(tǒng)都集成在IBC中心，節(jié)目制作者必須在比賽實(shí)地才能實(shí)現(xiàn)對(duì)比賽的實(shí)況轉(zhuǎn)播。而云端賽事直播系統(tǒng)，是將IBC系統(tǒng)集成在云端，經(jīng)過(guò)云平臺(tái)將視頻資料傳輸至相關(guān)媒體機(jī)構(gòu)做進(jìn)一步的編輯并第一時(shí)間，這樣一來(lái)，極大地提高了賽事的制作和播放效率，壓縮了工作時(shí)間，降低了相關(guān)成本，方便了節(jié)目部門的使用。比如在2014年的青奧會(huì)中，IBC系統(tǒng)建立了12條子系統(tǒng)，借助50M寬帶，實(shí)現(xiàn)了在短時(shí)間內(nèi)將實(shí)況節(jié)目傳輸至云平臺(tái)供客戶端實(shí)時(shí)收看[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所示，云計(jì)算相關(guān)技術(shù)是保證融合媒體下云平臺(tái)建立的基礎(chǔ)，隨著互聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算技術(shù)的不斷完善，云計(jì)算及配套的云平臺(tái)系統(tǒng)必將成為新聞媒體中的生力軍，必將引領(lǐng)新一代的技術(shù)潮流。

篇8

摘 要 鑒于傳統(tǒng)構(gòu)架的協(xié)同決策（CDM）系統(tǒng)不能適應(yīng)民航事業(yè)快速發(fā)展，提出建立基于云計(jì)算平臺(tái)的CDM系統(tǒng)。

首先概述了云計(jì)算的基本概念和主要特征，并總結(jié)了云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)和基本架構(gòu)。之后，研究了對(duì)云計(jì)算拓?fù)湓O(shè)計(jì)算法，在樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)三種算法進(jìn)行了比較和選擇，確定方案為merge-MST。最后，完成云計(jì)算平臺(tái)的初步總體設(shè)計(jì)，并搭建仿真測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試結(jié)果證明所設(shè)計(jì)的云計(jì)算CDM系統(tǒng)具有較好的性能。

關(guān)鍵詞 民航，協(xié)同決策系統(tǒng)，云計(jì)算

中圖分類號(hào)：TP392 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1674-7933.2015.04.004

*基金項(xiàng)目：上海市2013 年“ 科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”信息技術(shù)領(lǐng)域項(xiàng)目（13511504700） 。

作者簡(jiǎn)介：葉云斐，1984 年生，本科，助理工程師，主要從事及研究領(lǐng)域：航空計(jì)算機(jī)信息管理，Email ：leaves616@126.com ；

陳曉建，研究生，高級(jí)工程師；

陳偉青，本科，工程師；

谷葉，研究生，助理工程師。

0 引言

近年來(lái)我國(guó)民航事業(yè)快速發(fā)展，航班延誤現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。中國(guó)民用航空局的《2013年民航行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示： 2013年不正常航班占比27.66%，旅客投訴率較2012年增長(zhǎng)13.66%。華東區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人口密度大，以全國(guó)1/9的空域面積承載著1/3的航班流量，問題尤為顯著。以發(fā)展的眼光看問題，有必要依靠各方可靠、全面、實(shí)時(shí)的信息，采用高效合理的航班排序、放飛算法，充分利用空域時(shí)隙資源，協(xié)同決策（CDM）的概念應(yīng)運(yùn)而生。

民航華東空管局CDM系統(tǒng)于2012年12月上線運(yùn)行，系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)多，計(jì)算量大，對(duì)軟硬件資源要求高。以上海虹橋、浦東兩個(gè)機(jī)場(chǎng)為例，每天就有5 000多架航班起落，涉及空域航路點(diǎn)300~400個(gè)，各航路點(diǎn)又分3~4個(gè)高度層；在此基礎(chǔ)上，CDM系統(tǒng)必須結(jié)合實(shí)時(shí)的流量控制、氣象預(yù)報(bào)等信息反復(fù)計(jì)算調(diào)整，且任何時(shí)刻的航班重新規(guī)劃都會(huì)影響到一整條航路上與之相關(guān)的所有航班，使計(jì)算量成倍增加。隨著航空流量的逐年增加，CDM系統(tǒng)計(jì)算量也以指數(shù)方式快速增長(zhǎng)。

現(xiàn)有系統(tǒng)采用傳統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，不能滿足前瞻性設(shè)計(jì)要求。理想的CDM系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)具有虛擬化、易擴(kuò)展、按需部署、高靈活性、高可靠性、高性價(jià)比的特點(diǎn)。本文提出一種基于云計(jì)算的CDM系統(tǒng)構(gòu)架，利用自動(dòng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)算法（merge-MST）設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌捎肏adoop開源管理軟件實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，最后通過(guò)仿真手段驗(yàn)證了該方案的可行性和適用性。

1 現(xiàn)有民航CDM系統(tǒng)的不足

協(xié)同決策是一種技術(shù)手段，更是一種基于資源共性和信息交互的多主體（空管、機(jī)場(chǎng)、航空公司等）聯(lián)合協(xié)作運(yùn)行模式。華東空管局CDM系統(tǒng)從各個(gè)參與單位引接實(shí)時(shí)航班數(shù)據(jù)，建立塔臺(tái)電子進(jìn)程單系統(tǒng)、A-CDM系統(tǒng)、飛行計(jì)劃處理系統(tǒng)等，并形成三大客戶端——流量管理客戶端、塔臺(tái)客戶端和公司機(jī)場(chǎng)客戶端，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

`該系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，以塔臺(tái)電子進(jìn)程單為例，架構(gòu)示意圖如圖2所示。盡管其成熟度高、可靠性好，但隨著數(shù)據(jù)量逐漸增大，數(shù)據(jù)范圍逐漸拓寬，其存儲(chǔ)和查詢效率已不能滿足需求。

2 云計(jì)算平臺(tái)及其架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 定義和特點(diǎn)

云計(jì)算是一種新的計(jì)算模式，由分布式計(jì)算、并行計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展而來(lái)。其后臺(tái)大量采用虛擬機(jī)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)形成資源池。這些虛擬資源可以根據(jù)不同的負(fù)載動(dòng)態(tài)重新配置，快速并以最小的管理代價(jià)提供服務(wù)[1]。從用戶角度看，云計(jì)算具有可靠的存儲(chǔ)技術(shù)和嚴(yán)格的權(quán)限策略，可為客戶提供安全可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心；對(duì)用戶端的設(shè)備要求低，支持手機(jī)、平板電腦等無(wú)線通信設(shè)備；可實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)、應(yīng)用共享。

從硬件的角度看，云計(jì)算高度靈活，可按需投入或釋放硬件資源，從而提高整體利用率。2.2 類型

云計(jì)算按其服務(wù)層次分為三類[2]，如圖3所示：

1)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS，infrastructure as a service）

在虛擬化技術(shù)的支持下，利用廉價(jià)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集群運(yùn)算能力，同時(shí)按需配置，為用戶提供個(gè)性化的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。此類型的典型代表有亞馬遜云計(jì)算AWS（Amazon Web Services）、IBM藍(lán)云等。

2) 平臺(tái)即服務(wù)（PaaS，platform as a service）

提供的服務(wù)是開發(fā)環(huán)境，允許用戶使用中間商提供的設(shè)備開發(fā)自己的程序。此類型的典型代表有GoogleApp Engine（GAE）等。

3) 軟件即服務(wù)（SaaS，software as a service）

通過(guò)Internet直接提供運(yùn)行在云計(jì)算設(shè)備上的應(yīng)用程序。用戶無(wú)需考慮基礎(chǔ)設(shè)施及軟件授權(quán)等內(nèi)容。此類型的典型代表有Salesforce公司的CRM服務(wù)、ZohoOffi ce、Webex等。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算作為一種集群計(jì)算和服務(wù)模式，運(yùn)用了多種計(jì)算機(jī)技術(shù)，以編程模型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、虛擬化最為關(guān)鍵。

1) 編程模型

Google提出的Map-Reduce[3]是一種流行的云計(jì)算編程模式，Map（映射）程序?qū)?shù)據(jù)分割成不相關(guān)的數(shù)據(jù)塊，Reduce（化簡(jiǎn)）程序則將將數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果進(jìn)行歸并，如圖4所示。Map-Reduce可將海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析處理工作分解成任意粒度的子任務(wù)，并允許在多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行靈活的數(shù)據(jù)調(diào)度，此外，程序員無(wú)需關(guān)心數(shù)據(jù)塊的分配和調(diào)度，該部分工作由平臺(tái)自動(dòng)完成。

2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理

云計(jì)算采用分布式的方法存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，并利用冗余存儲(chǔ)保證數(shù)據(jù)的可靠性，常用技術(shù)有Google的GFS及Hadoop團(tuán)隊(duì)的HDFS[4]，其中后者是前者的開源實(shí)現(xiàn)。

GFS系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示，整個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分三類：Client（客戶端）是GFS提供給應(yīng)用程序的訪問接口、Master（主服務(wù)器）是管理節(jié)點(diǎn)， Chunk Server（數(shù)據(jù)塊服務(wù)器）則負(fù)責(zé)具體工作。Chunk Server可有多個(gè)，每個(gè)Chunk對(duì)應(yīng)一個(gè)索引號(hào)（Index）。作為對(duì)比，HDFS體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。

云計(jì)算的數(shù)據(jù)管理需滿足大規(guī)模海量數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析，大多采用列存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)管理模式。現(xiàn)有技術(shù)中最主流的是Google的BigTable，Google對(duì)BigTable給出了如下定義：BigTable是一種為了管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)可以擴(kuò)展到非常大的規(guī)模。此外，Hadoop團(tuán)隊(duì)也開發(fā)了類似BigTable的開源產(chǎn)品HBase和Hive。

3) 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是云計(jì)算區(qū)別于一般并行計(jì)算的根本性特點(diǎn)，其實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，把物理資源變成邏輯可管理資源。目前云計(jì)算中虛擬化技術(shù)主要包括將單個(gè)資源劃分成多個(gè)虛擬資源的裂分模式，也包括將多個(gè)資源整合成一個(gè)虛擬資源的聚合模式。根據(jù)對(duì)象又可分為存儲(chǔ)虛擬化、計(jì)算虛擬化、應(yīng)用級(jí)虛擬化等等。

將虛擬化的技術(shù)應(yīng)用到云計(jì)算平臺(tái)，使得云計(jì)算具有靈活的進(jìn)程遷移方式，更有效的使用主機(jī)資源，在部署上也更加靈活。

2.4 架構(gòu)設(shè)計(jì)

云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)包括：設(shè)備眾多、規(guī)模大、采用虛擬機(jī)技術(shù)、任意地點(diǎn)、多種設(shè)備匯集，并可以定制服務(wù)質(zhì)量等等。文獻(xiàn)[5]提出了一種面向市場(chǎng)應(yīng)用的云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，如圖7所示：

1) 用戶：用戶可以在任意地點(diǎn)提交服務(wù)請(qǐng)求；

2) SLA資源分配器：充當(dāng)云后端和用戶之間的接口，包括服務(wù)請(qǐng)求檢測(cè)和接納控制模塊、計(jì)價(jià)模塊、會(huì)計(jì)模塊、VM監(jiān)視器模塊、分發(fā)器模塊和服務(wù)請(qǐng)求監(jiān)視器模塊；

3) 虛擬機(jī)（VMs）：為實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)物理機(jī)上的多個(gè)服務(wù)提供最大彈性的資源分配；

4) 物理設(shè)備：包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備及路由器等。

基于云計(jì)算平臺(tái)的華東CDM系統(tǒng)還處于初步研究階段，采用本架構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證。

3 云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

云計(jì)算系統(tǒng)后端的網(wǎng)絡(luò)由大量服務(wù)器組成，分布廣泛，復(fù)雜度高。要保證數(shù)據(jù)的暢通傳輸，需要設(shè)計(jì)一個(gè)合理高效的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

首先，為保證管理擴(kuò)展和維護(hù)的方便，將云計(jì)算系統(tǒng)分成多個(gè)子網(wǎng)，各子網(wǎng)采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖8所示。在此基礎(chǔ)上，把每個(gè)子網(wǎng)看成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)具備流量、交換能力、地理位置等屬性，將云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑橄蟪蓤D論數(shù)學(xué)模型。如何連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)，才能即滿足冗余度要求，又盡可能降低網(wǎng)絡(luò)架設(shè)花銷已被證明為NP-hard[6][7]，故只能求解近似最優(yōu)解。此類問題的解法有兩種，一種是在限定網(wǎng)絡(luò)花銷的情況下最大化網(wǎng)絡(luò)的抗毀能力[8]，另一種是在保證網(wǎng)絡(luò)一定抗毀能力的條件下盡可能減小花銷[7]，本文按照后者進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在圖論領(lǐng)域，該問題可簡(jiǎn)化為求解特定連通度k時(shí)最小生成子圖的問題，本文主要考慮基于圖論的k-FOREST算法[9]、merge-MST算法[10]和啟發(fā)式算法TEA[7]。通過(guò)理論推導(dǎo)，三種算法的時(shí)間復(fù)雜度如表1所示，其中TMST=O(m?logm)或O(n2),m代表圖邊數(shù)，n代表點(diǎn)數(shù)。

本文

參考文獻(xiàn)[11]的仿真手段對(duì)三種算法進(jìn)行比較，考慮7、10、15、25個(gè)節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景，得到平均邊數(shù)和平均花銷的比較示意圖如圖9、10所示。

通過(guò)比較可看出，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目較少時(shí)TEA算法表現(xiàn)最佳，但隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目增多性能迅速下降；在節(jié)點(diǎn)數(shù)多于20個(gè)時(shí)，則是merge-MST算法更優(yōu)。

考慮到CDM系統(tǒng)規(guī)模龐大，僅華東區(qū)域就需要計(jì)算機(jī)點(diǎn)80~100個(gè)，故選取merge-MST進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4 總方案設(shè)計(jì)

基于云計(jì)算架構(gòu)的CDM系統(tǒng)，依托中心節(jié)點(diǎn)、區(qū)域節(jié)點(diǎn)和業(yè)務(wù)集中節(jié)點(diǎn)，整合分布的物理資源，形成統(tǒng)一的可調(diào)配的邏輯資源。總方案結(jié)構(gòu)如圖11所示。包括基礎(chǔ)設(shè)施、虛擬資源層、信息共享云平臺(tái)層，應(yīng)用層以及貫穿始終的安全層和管理層。

1) 基礎(chǔ)設(shè)施層：既包括支持民航CDM系統(tǒng)運(yùn)行所必需的基礎(chǔ)設(shè)施，也包括行業(yè)內(nèi)可整合入CDM系統(tǒng)的其他設(shè)施。

2) 虛擬資源層：采用云計(jì)算技術(shù)，整合分布的硬件資源，形成資源池，靈活調(diào)配提供服務(wù)。

3) 云平臺(tái)層：涵蓋管理底層資源、支撐上層應(yīng)用的各個(gè)軟件和模塊，包括平臺(tái)管理、負(fù)載均衡、中間件、業(yè)務(wù)流程管理軟件等等。

4) 應(yīng)用層：將CDM系統(tǒng)功能進(jìn)行最后一步封裝后提供給用戶。

5) 安全層：負(fù)責(zé)整個(gè)CDM系統(tǒng)的安全。

6) 管理層：管理整個(gè)CDM系統(tǒng)運(yùn)行配置，包括資源管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、部署管理、內(nèi)容管理以及用戶管理等，監(jiān)控硬件、軟件等多個(gè)層次，提高整體運(yùn)行效率。

5 系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案的可行性，并測(cè)試方案性能，本文搭建了測(cè)試環(huán)境，針對(duì)CDM系統(tǒng)多項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行了測(cè)試。

CDM系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)涵蓋協(xié)同決策系統(tǒng)、流量管理系統(tǒng)、統(tǒng)一飛行計(jì)劃處理系統(tǒng)和塔臺(tái)電子進(jìn)程單系統(tǒng)。其中協(xié)同決策系統(tǒng)為頂層系統(tǒng)；流量管理系統(tǒng)幫助最大限度利用空中交通服務(wù)的容量；統(tǒng)一飛行計(jì)劃處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收、處理和飛行計(jì)劃；塔臺(tái)電子進(jìn)程單系統(tǒng)則協(xié)助塔臺(tái)管制員管制飛機(jī)的起降。

5.1 硬件環(huán)境

云計(jì)算集群設(shè)有3個(gè)master節(jié)點(diǎn)，18個(gè)slave節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)均是基于X86架構(gòu)的PC機(jī)。PC機(jī)配置如表2所示。

所有測(cè)試主機(jī)均連接在千兆網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不存在其他設(shè)備，干擾因素可忽略不計(jì)。

5.2 軟件環(huán)境

測(cè)試采用Hadoop團(tuán)隊(duì)開發(fā)的開源軟件，版本如表3所示。

5.3 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)編寫程序，在測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行電報(bào)處理、雷達(dá)軌跡處理、氣象與情報(bào)處理、橋位信息處理、航班信息、數(shù)據(jù)查詢以及協(xié)同航班處理等壓力測(cè)試，平均日最大處理?xiàng)l目數(shù)量如表4所示。

測(cè)試結(jié)果表明：云計(jì)算平臺(tái)計(jì)算能力強(qiáng)，能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有民航CDM系統(tǒng)的不足，可滿足華東地區(qū)CDM系統(tǒng)前瞻性設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)華東地區(qū)巨大的航班吞吐量，提出了一套基于云計(jì)算平臺(tái)的CDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，該系統(tǒng)架構(gòu)具備良好的計(jì)算能力和業(yè)務(wù)處理能力，使用靈活，更滿足系統(tǒng)安全可靠、成本低、易拓展的需求。

基于云計(jì)算的華東空管CDM系統(tǒng)是現(xiàn)有CDM系統(tǒng)的發(fā)展方向，將在2015年開始詳細(xì)設(shè)計(jì)。

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篇9

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044（2017）02-0232-02

Design and Implementation of Energy Saving Potential Analysis System for Waste Heat Boiler

MA Yao， DAI Yi-ru， WANG Jian

（CIMS Research Center，Tongji University，Shanghai 201804，China）

Abstract： To improve the energy saving potential of waste heat boiler， this paper puts forward the application of ontology modeling technology to the analysis of energy saving potential， and develops the energy saving potential analysis system based on B/S using . In this paper， the application of the system in a factory waste heat boiler is analyzed， which provides the basis for decision-making.

Key words： energy saving potential； ontology modeling technology；

近年砉家能源緊缺，政府大力倡導(dǎo)企業(yè)開展生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能減排工作，并對(duì)高能耗企業(yè)節(jié)能指標(biāo)提出了較高的要求。隨著余熱回收技術(shù)快速發(fā)展，工業(yè)的余熱回收項(xiàng)目成本大幅度降低，同時(shí)余熱回收效率不斷提高，為企業(yè)余熱回收工作提供了良好的條件。在這樣的形勢(shì)和技術(shù)條件下，許多企業(yè)開始針對(duì)余熱回收開展研究工作，不但能完成企業(yè)的節(jié)能減排任務(wù)，同時(shí)也能為企業(yè)本身創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

本文通過(guò)分析企業(yè)采集的余熱鍋爐海量工況運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用本體建模技術(shù)，發(fā)掘數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并構(gòu)建工藝參數(shù)模型，進(jìn)而分析并優(yōu)化余熱鍋爐的工況運(yùn)行參數(shù)，為節(jié)能改造提供決策依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)基本架構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵守高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計(jì)模式，把系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和表示層，如圖1所示，具體描述如下：

1）數(shù)據(jù)層。主要實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐數(shù)據(jù)的快速接入、一致性存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)包括靜態(tài)的余熱鍋爐信息描述和動(dòng)態(tài)的余熱鍋爐運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生海量工況運(yùn)行數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

2）業(yè)務(wù)層。主要根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能，包括本體建模、工藝模型構(gòu)建、工藝模型管理、工藝參數(shù)配置和工藝優(yōu)化；

3）表示層。主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶的交互。

1.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

根據(jù)系統(tǒng)的基本架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、本體模型構(gòu)建、本體查詢、工藝參數(shù)模型構(gòu)建、工藝優(yōu)化，如圖2所示。

首先，對(duì)余熱鍋爐采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采集數(shù)據(jù)主要分為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是指設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的海量工況數(shù)據(jù)，比如給水流量、蒸汽流量等；靜態(tài)數(shù)據(jù)是指設(shè)備本身具有屬性數(shù)據(jù)，比如設(shè)備型號(hào)、設(shè)備功率的等。用戶對(duì)這些基本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和轉(zhuǎn)換，去除噪聲和無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)，把采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)分析的形式。

其次，根據(jù)對(duì)余熱鍋爐的研究將余熱鍋爐本體模型分為四大類，分別為余熱鍋爐結(jié)構(gòu)信息、余熱鍋爐基本參數(shù)、余熱鍋爐系統(tǒng)信息、余熱鍋爐產(chǎn)品信息。其中，余熱鍋爐結(jié)構(gòu)信息和余熱鍋爐基本參數(shù)包含余熱鍋爐設(shè)備描述相關(guān)信息，余熱鍋爐系統(tǒng)信息和余熱鍋爐產(chǎn)品信息包含設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)信息。本體模型構(gòu)建完成后即可進(jìn)行本體查詢，查詢得到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)位置，靜態(tài)數(shù)據(jù)顯示實(shí)例數(shù)據(jù)。

然后，從本體模型中提取相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建工藝參數(shù)模型，本文以分析主蒸汽流量為例，將主蒸汽流量作為模型輸出量，主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、汽包水位、給水流量、給水溫度、入口煙氣溫度和出口煙氣溫度為輸入量，選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建工藝參數(shù)模型。

最后，為模型設(shè)置約束條件，以得到最大主蒸汽流量為目標(biāo)（回收蒸汽1萬(wàn)t，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤0.1032萬(wàn)t；減排CO2 0.2579萬(wàn)t），選擇遺傳算法對(duì)工藝參數(shù)模型進(jìn)行尋優(yōu)，得到最優(yōu)工況參數(shù)。分析余熱鍋爐節(jié)能率具體公式如下：

T=0.103[×]S

[η=Tj-TiTi×100%]

其中，[T]為年節(jié)約噸標(biāo)煤，[S]為年產(chǎn)蒸汽量，[η]為節(jié)能率，[Ti]為優(yōu)化前的年節(jié)約噸標(biāo)煤，[Tj]為優(yōu)化后的年節(jié)約噸標(biāo)煤。

2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

面向余熱鍋爐的大數(shù)據(jù)節(jié)能潛力分析系統(tǒng)由五個(gè)模塊組成，具體功能描述如下：

1）本體模型。該模塊實(shí)現(xiàn)本體模型導(dǎo)入與查看，如圖3所示，其中本體模型涵蓋余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、產(chǎn)品等類的各項(xiàng)屬性，本體模型與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)映射，用戶可以根據(jù)需求選擇本體查看實(shí)例數(shù)據(jù)，為節(jié)能潛力分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）工藝模型構(gòu)建。該模型為用戶構(gòu)建模型提供接口，用戶可按需求選擇工藝模型的輸入量、輸出量和算法。本文以余熱鍋爐主蒸汽流量作為輸出量為例，根據(jù)本體模型獲得影響主蒸汽流量的工況參數(shù)作為輸入量，選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法，構(gòu)建工藝參數(shù)模型。

3）工藝模型管理。該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)建出的工藝參數(shù)模型的查看與刪除，用戶可查看不同模型的具體信息。

4）工藝參數(shù)配置。該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)工況參數(shù)閾值的設(shè)定，為工藝優(yōu)化模塊尋找最優(yōu)主蒸汽流量設(shè)定約束條件。

5）工藝優(yōu)化。該模塊通過(guò)遺傳算法實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化，本文以發(fā)掘余熱鍋爐節(jié)能潛力為目的，提高鍋爐主蒸汽流量，由遺傳算法可獲得主蒸汽流量最大時(shí)的工況參數(shù)，并為不同模型優(yōu)化得到結(jié)果提供對(duì)比功能，為企業(yè)優(yōu)化工況參數(shù)提供科學(xué)的支撐。由圖4得工藝參數(shù)優(yōu)化后余熱鍋爐年產(chǎn)蒸汽量可升到5.47萬(wàn)噸，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤0.56萬(wàn)噸，節(jié)能率提升了9.8%，可以大大提升企業(yè)效益。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究余熱爐，提出將本體建模技術(shù)應(yīng)用到余熱鍋爐節(jié)能潛力分析中，并完成基本架構(gòu)設(shè)計(jì)，業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過(guò)分析余熱鍋爐結(jié)構(gòu)信息、余熱鍋爐基本參數(shù)、余熱鍋爐系統(tǒng)信息、余熱鍋爐產(chǎn)品信息，構(gòu)建余熱鍋爐本體模型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的本體查詢，并以分析主蒸汽流量為例，構(gòu)建工藝參數(shù)模型，利用遺傳算法獲得最優(yōu)工況參數(shù)，大大提高余熱鍋爐節(jié)能潛力，為企業(yè)節(jié)能減排工作提供決策依據(jù)。

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篇10

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-120X（2016）35-0113-02 收稿日期：2016-10-13

作者簡(jiǎn)介：朱 林（1981―），男，講師，碩士，研究方向：軟件工程、電子商務(wù)。

一、研究背景

現(xiàn)階段，各大高校的教育資源共享方式比較單一，效率也較低下，教育資源共享的方式通常有FTP共享、教師下發(fā)資料、通過(guò)打印實(shí)現(xiàn)共享或通過(guò) U 盤進(jìn)行傳輸，隨著時(shí)代的發(fā)展，這些資源共享的方式存在的弊端越來(lái)越明顯。

二、基于云計(jì)算的教育資源共享平臺(tái)設(shè)計(jì)

使用云計(jì)算構(gòu)建教育資源共享平臺(tái)可以解決以上弊端，該平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)教育資源的高效共享和安全存儲(chǔ)。用戶包括管理員、教師和學(xué)生，用戶都可以上傳和下載教育資源，管理員主要可以添加教師和學(xué)生信息，并對(duì)上傳的資源進(jìn)行審核通過(guò)；教師可以錄入試題，批閱試卷；學(xué)生則可以在線測(cè)試，并在教師批閱試卷后進(jìn)行查看。主要從以下幾個(gè)方面考慮平臺(tái)的設(shè)計(jì)：

1.云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)可以采用Apache VCL云平臺(tái)進(jìn)行基本架構(gòu)的設(shè)計(jì)，軟件架構(gòu)使用目前軟件開發(fā)常見的N層結(jié)構(gòu)模型：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。其中，表示層與用戶息息相關(guān)，用于顯示平臺(tái)輸出的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)接收用戶輸入的信息，為用戶提供一個(gè)可以進(jìn)行人機(jī)交互操作的平臺(tái)；業(yè)務(wù)邏輯層是整個(gè)系統(tǒng)中的核心部分，主要功能在于系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)則的制訂、業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)等與業(yè)務(wù)需求密切相關(guān)的系統(tǒng)功能，它應(yīng)對(duì)的是系統(tǒng)的領(lǐng)域邏輯，其處于數(shù)據(jù)訪問層與表示層之間，以弱耦合的結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)交換中起著橋接作用，在整體架構(gòu)中的關(guān)鍵性不可忽視；數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的功能比較純粹，前者主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問，后者主要功能是進(jìn)行文件的存取。

2.數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

任何一個(gè)軟件系統(tǒng)都離不開數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，云平臺(tái)也不例外。系統(tǒng)在當(dāng)前的狀況下運(yùn)行，對(duì)于數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)庫(kù)基本上可以滿足用戶的需求，但考慮到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不斷更新以及數(shù)據(jù)量的快速增加，平臺(tái)在未來(lái)一段時(shí)間里在性能和易擴(kuò)展性上的要求也會(huì)與日俱增。為此，根據(jù)云教育資源共享平臺(tái)的現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展，需要采用合理的、適應(yīng)發(fā)展的存儲(chǔ)架構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理、擴(kuò)展性、訪問接口、調(diào)度策略等做相應(yīng)的優(yōu)化與改善，從而加強(qiáng)對(duì)各種數(shù)據(jù)資源的存儲(chǔ)維護(hù)等行為操作。

3.角色及流程設(shè)計(jì)

在基于云計(jì)算的教育資源共享平臺(tái)中，主要有三種用戶角色，分別是系統(tǒng)管理員用戶、教師用戶以及學(xué)生用戶。

（1）系統(tǒng)管理員是該系統(tǒng)的主要角色，在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理員需要管理教師以及學(xué)生用戶，可以創(chuàng)建教師與學(xué)生用戶，還可以上傳下載教育資源，對(duì)教育資源進(jìn)行審核或刪除，并添加課程信息，錄入題庫(kù)，添加題目。

（2）教師業(yè)務(wù)流程。

在該系統(tǒng)中，教師用戶由管理員用戶創(chuàng)建，需要從管理員處獲取登錄賬號(hào)及密碼，教師可以上傳和下載教育資源，可以添加課程信息，錄入題庫(kù)，添加題目，新增試卷，錄入試卷，并且在學(xué)生測(cè)試后，對(duì)學(xué)生的測(cè)試進(jìn)行閱卷評(píng)分，注銷退出。

（3）學(xué)生業(yè)務(wù)流程。

在該系統(tǒng)中，學(xué)生是主要使用者，學(xué)生用戶也由系統(tǒng)管理員創(chuàng)建，因此也需要從管理員處獲取登錄賬號(hào)和密碼，登錄后，學(xué)生可以上傳和下載教育資源，并且在線測(cè)試課程，測(cè)試后提交試卷，由教師閱卷評(píng)分后公布成績(jī)，學(xué)生可以查看課程測(cè)試的成績(jī)。

三、云計(jì)算服務(wù)類型及開發(fā)框架選擇

1.云計(jì)算服務(wù)類型

隨著云計(jì)算技術(shù)越來(lái)越成熟，云計(jì)算的服務(wù)領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，在廣大領(lǐng)域中云計(jì)算的服務(wù)類型主要有以下三種：

（1）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。

消費(fèi)者從一些完善的基礎(chǔ)設(shè)施中獲得相應(yīng)的服務(wù)，其主要面向硬件需求的客戶，用戶只需要提供需要計(jì)算的數(shù)據(jù)。

（2）平臺(tái)即服務(wù)。

將云平臺(tái)作為服務(wù)模式，本系統(tǒng)的云計(jì)算即是云平臺(tái)服務(wù)，需要用戶自己寫服務(wù)器，然后將所寫的服務(wù)器部署到云平臺(tái)上即可。用戶也可以自己寫云平臺(tái)，在這里為了方便，直接將服務(wù)器部署到開源的云平臺(tái)上。而本系統(tǒng)所選擇的云平臺(tái)為新浪云。

（3）軟件即服務(wù)。

軟件即服務(wù)，從字面意思理解，即通過(guò)軟件的形式提供服務(wù)，在這種云計(jì)算服務(wù)中，用戶并不需要購(gòu)買軟件，只需要向擁有軟件的商家租用即可，通過(guò)租用的基于Web的軟件管理經(jīng)營(yíng)的活動(dòng)。

2.主流云平臺(tái)

當(dāng)前主流的云平臺(tái)主要有阿里云、新浪云等。其中可以使用新浪提供的云平臺(tái)開發(fā)本系統(tǒng)。在新浪云注冊(cè)賬號(hào)，然后進(jìn)入新浪云服務(wù)，創(chuàng)建應(yīng)用，在代碼管理中上傳自己的項(xiàng)目war包，下載新浪云的架包，然后將代碼的war包上傳到新浪云，并啟動(dòng)新浪云上的MySQL服務(wù)，配置相應(yīng)的JDBC連接。

3.開發(fā)框架

本系統(tǒng)可以選擇SSH框架進(jìn)行開發(fā)，SSH框架由Spring，Struts，HibernateM成，其中Spring可以說(shuō)是一個(gè)管理層，用來(lái)管理Struts和Hibernate之間的工作，Spring框架是一個(gè)輕量級(jí)的框架，主要有IOC和AOP兩大機(jī)制。Struts是一個(gè)基于MVC模型的整合框架，即Model層、View層、Control層。因此Struts是用來(lái)做應(yīng)用層，負(fù)責(zé)調(diào)用service層。Hibernate是系統(tǒng)的持久層，也可以說(shuō)是數(shù)據(jù)訪問層，它對(duì)JDBC調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)作了輕量級(jí)的封裝，省去了大量的SQL語(yǔ)句。SSH框架是當(dāng)前比較主流的Java Web框架。

四、系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵點(diǎn)分析

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)構(gòu)建的重要組成部分。教育資源共享平臺(tái)從總體上來(lái)說(shuō)是屬于教學(xué)管理類系統(tǒng)平臺(tái)，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。先要對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)功能要有明確的定義，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出功能表，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)。另外，必須明確表的有效屬性，在建表初期，難免會(huì)有無(wú)用的屬性，需經(jīng)過(guò)反復(fù)的測(cè)試，只保留必要的屬性，減少數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模。

（2）對(duì)于需求的理解程度是系統(tǒng)的重點(diǎn)，需要分析平臺(tái)設(shè)計(jì)背后所反映出來(lái)的供求關(guān)系，對(duì)資源的廣度和效度進(jìn)行深度挖掘，在基本要求和功能之上，創(chuàng)造盡可能多的創(chuàng)新點(diǎn)，并努力提高平臺(tái)的安全性和效率。