云計(jì)算在包神鐵路信息化建設(shè)中的應(yīng)用探討①

潘東亮

摘 要：分析包神鐵路信息化建設(shè)現(xiàn)狀及其面臨的突出問(wèn)題，介紹云計(jì)算技術(shù)，結(jié)合云計(jì)算的特點(diǎn)，從資源整合、降低成本等方面分析包神鐵路建設(shè)企業(yè)云計(jì)算平臺(tái)的必要性。依據(jù)包神鐵路實(shí)際情況和云計(jì)算的服務(wù)模式，提出了搭建包神鐵路企業(yè)云計(jì)算平臺(tái)的實(shí)施步驟。

關(guān)鍵詞：包神鐵路 ?云計(jì)算 ?虛擬化

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0046-02

Abstract：Analysis of the current information technology situation and its outstanding problems of Baoshen railway， introduction the cloud computing technology. Combined with the characteristics of cloud computing， such as integration of resources， reduce the cost. It is necessary for Baoshen railway construction enterprise cloud computing platform. Based on the actual situation of the Baoshen railway and cloud computing service model， proposed the implementation steps to build Baoshen railway enterprise cloud computing platform.

Key words：Baoshen railway ?Cloud computing ?Virtualization

包神鐵路是神華集團(tuán)的第一條企業(yè)自備鐵路，1989年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。2013年6月，包神鐵路集團(tuán)正式組建，所轄包神鐵路、甘泉鐵路、新準(zhǔn)鐵路、塔韓鐵路4條鐵路正線里程達(dá)到了800多公里。在過(guò)去的20多年里，包神鐵路搭建了滿足公司各方面需要的信息化平臺(tái)，其中包括運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)（TMIS）、列車(chē)調(diào)度指揮信息管理系統(tǒng)（TDCS）、機(jī)務(wù)管理信息系統(tǒng)、工務(wù)管理信息系統(tǒng)、本質(zhì)安全管理信息系統(tǒng)等幾十個(gè)系統(tǒng)，以上各信息系統(tǒng)以傳統(tǒng)架構(gòu)為主，各系統(tǒng)相互獨(dú)立，開(kāi)發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫(kù)都不盡相同，而且信息系統(tǒng)機(jī)房分散，為滿足各種業(yè)務(wù)需求，除了公司中心機(jī)房外，各段都有自己的信息系統(tǒng)機(jī)房，在建設(shè)時(shí)，公司采用的模式大多數(shù)根據(jù)最大業(yè)務(wù)計(jì)算量和數(shù)據(jù)量配置相應(yīng)的軟硬件平臺(tái)，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，往往采用主備機(jī)及多磁盤(pán)陣列模式。這樣就會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題：（1）各信息系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，系統(tǒng)間或系統(tǒng)內(nèi)整合程度低，缺乏整體考慮，信息共享困難[1];（2）在業(yè)務(wù)量不大的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)大量的閑置資源，在目前信息架構(gòu)下，這些閑置的資源不能分配給其他應(yīng)用需要，從而造成很大的資源浪費(fèi);（3）信息系統(tǒng)越來(lái)越多，信息投資和維護(hù)成本不斷增加;（4）使用信息系統(tǒng)的人員地點(diǎn)比較分散，應(yīng)用系統(tǒng)部署不方便，再加上公司員工計(jì)算機(jī)水平普遍不高，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)容易出現(xiàn)問(wèn)題，出現(xiàn)問(wèn)題后維修時(shí)間長(zhǎng)，影響員工正常使用計(jì)算機(jī);（5）不同崗位的計(jì)算機(jī)安裝環(huán)境不同，如何快速恢復(fù)和安裝系統(tǒng)成為計(jì)算機(jī)管理人員面臨的一大難題。

隨著包神鐵路集團(tuán)的日益發(fā)展壯大，其對(duì)公司信息化的要求也越來(lái)越高，基于這種情況，考慮應(yīng)用目前流行的云計(jì)算模式構(gòu)建企業(yè)云計(jì)算平臺(tái)，對(duì)公司現(xiàn)有IT資源進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)IT資源的集約型部署。從而可以很好的解決目前公司信息化建設(shè)中面臨的一系列問(wèn)題，減少信息系統(tǒng)投資、降低維護(hù)成本、加快信息化建設(shè)步伐、提高信息化水平、提高競(jìng)爭(zhēng)力、提高靈活性，實(shí)現(xiàn)公司跨越式發(fā)展。

1 云計(jì)算

云計(jì)算是一種商業(yè)計(jì)算模型，它將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使用戶能夠按需獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和信息服務(wù)。這種資源池稱為“云”。“云”是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計(jì)算機(jī)資源，通常是一些大型服務(wù)器集群，包括計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器和寬帶資源等。云計(jì)算將計(jì)算資源集中起來(lái)，并通過(guò)專門(mén)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，無(wú)需人為參與。用戶可以動(dòng)態(tài)申請(qǐng)部分資源，支持各種應(yīng)用程序的運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)需為煩瑣的細(xì)節(jié)而煩惱，能夠更加專注于自己的業(yè)務(wù)，有利于提高效率、降低成本和技術(shù)創(chuàng)新。云計(jì)算有如下特點(diǎn)：（1）超大規(guī)模。“云”有相當(dāng)大的規(guī)模，Google云計(jì)算的服務(wù)器有上百萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，其它的IBM，Amazon也有幾十萬(wàn)臺(tái)，企業(yè)的私有云也有至少上百臺(tái)，超大的規(guī)模賦予了用戶前所未有的計(jì)算能力。（2）虛擬化。云計(jì)算支持用戶在任意位置使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)，請(qǐng)求的資源來(lái)自“云”，應(yīng)用也在“云”中運(yùn)行，用戶只需要一個(gè)終端，就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)現(xiàn)所需要的一切，而不用關(guān)心整個(gè)過(guò)程是如何在哪里實(shí)現(xiàn)的。（3）高可靠性。云計(jì)算使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來(lái)保證服務(wù)的高可靠性。（4）通用性。云計(jì)算不針對(duì)特定的應(yīng)用，可以支撐不同的應(yīng)用。（5）可擴(kuò)展性高。云的規(guī)?？梢詣?dòng)態(tài)的伸縮，滿足不同用戶和應(yīng)用增長(zhǎng)的需要。（6）按需服務(wù)。云中的資源可以按需購(gòu)買(mǎi)，如同現(xiàn)在使用水電那種方便。（7）極其廉價(jià)。眾多的節(jié)點(diǎn)由極其廉價(jià)的服務(wù)器構(gòu)成，其通用性使得利用率大幅提升，成本大幅下降[3]。

按照云計(jì)算的服務(wù)類型，云計(jì)算可分為三個(gè)層次：

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)（IaaS），是將計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)施，如服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等通過(guò)虛擬化技術(shù)進(jìn)行整合，使其成為一個(gè)整體，并作為云服務(wù)來(lái)提供給使用者。

（2）平臺(tái)層服務(wù)（PaaS），位于基礎(chǔ)設(shè)施層之上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)管理，向用戶提供所需的數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)及計(jì)算等服務(wù)，具有大規(guī)模并行計(jì)算能力。

（3）應(yīng)用軟件層服務(wù)（SaaS），可以使用戶不需要把軟件安裝到自己的計(jì)算機(jī)上，使用軟件的時(shí)候可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取帶有該軟件功能的服務(wù)[4]。endprint

按照應(yīng)用模式，可以把云計(jì)算分成三類：私有云、公共云、混合云。

私有云在企業(yè)內(nèi)部部署，企業(yè)獨(dú)立擁有和管理，僅限內(nèi)部使用，私有云的可用性可以根據(jù)企業(yè)需求定制，在具體的實(shí)施過(guò)程中，可以通過(guò)整合企業(yè)現(xiàn)有的IT資源進(jìn)行逐步完善，以降低企業(yè)初期投入。

公共云：云提供商通過(guò)自己的云基礎(chǔ)架構(gòu)向用戶提供服務(wù)，企業(yè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)按需求獲取業(yè)務(wù)流程、應(yīng)用軟件、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)等云計(jì)算環(huán)境中的資源。公共云能快速提供企業(yè)業(yè)務(wù)所需的服務(wù)，企業(yè)用戶無(wú)需自己進(jìn)行投資建設(shè)，大大節(jié)約了成本。

混合云：是一種私有云和公共云相結(jié)合的模式，它能使用外部公共云提供的服務(wù)，同時(shí)也有自己的云基礎(chǔ)架構(gòu)，靈活應(yīng)用，彈性部署。

考慮到包神鐵路現(xiàn)狀，公司已經(jīng)擁有比較豐富的IT資源，并且對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求比較高，因此，包神鐵路適合搭建自己的私有云計(jì)算平臺(tái)。

2 實(shí)施步驟

搭建私有云計(jì)算平臺(tái)要用到當(dāng)前比較成熟的虛擬化技術(shù)。虛擬化是對(duì)物理資源（服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等）的邏輯表示，以降低物理資源不同層次之間的耦合程度，使系統(tǒng)所需資源不受物理資源的限制，從而獲得高性能，高可擴(kuò)展性等特性。通過(guò)虛擬化技術(shù)，就可以將公司原本相互獨(dú)立的IT資源在邏輯層面上進(jìn)行整合，形成統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息平臺(tái)。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層資源整合

中間層相當(dāng)于云計(jì)算體系架構(gòu)中的IaaS層，基礎(chǔ)設(shè)施層負(fù)責(zé)對(duì)公司的IT資源進(jìn)行整合，通過(guò)虛擬化等相關(guān)技術(shù)，從計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源等幾個(gè)層面整合資源，將公司運(yùn)輸、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、供電等專業(yè)的現(xiàn)有硬件設(shè)備構(gòu)建為一體化的共享平臺(tái)。

2.1.1 服務(wù)器虛擬化

目前包神鐵路的在用服務(wù)器有小型機(jī)（P570、P561、P55A）、微機(jī)服務(wù)器（X3850、X3650）、刀片機(jī)（小機(jī)刀片、PC服務(wù)器刀片）?？梢酝ㄟ^(guò)虛擬化技術(shù)，如IBM提供的PowerVM方案，VMWare提供的vSphere技術(shù)，根據(jù)具體需要，一種方式是將一臺(tái)服務(wù)器虛擬出多個(gè)虛擬服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)在一臺(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行，從而提高單個(gè)服務(wù)器的工作效率，減少了硬件成本投入;另一種方式是將多臺(tái)物理服務(wù)器虛擬為一個(gè)虛擬服務(wù)器，通過(guò)自動(dòng)化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物理服務(wù)器資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整，共享相互分離的物理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)資源的合理分配和資源利用最大化，實(shí)現(xiàn)提高服務(wù)器的性能。

2.1.2 存儲(chǔ)資源虛擬化

存儲(chǔ)資源虛擬化的思想是將資源的邏輯映像和物理存儲(chǔ)分開(kāi)，為系統(tǒng)和管理員提供一副簡(jiǎn)化、無(wú)縫的資源虛擬視圖。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，虛擬化的存儲(chǔ)資源就像是一個(gè)巨大的存儲(chǔ)池，看不到具體的磁盤(pán)，也不需要關(guān)心自己的數(shù)據(jù)在具體的哪個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備中[5]。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層面，包含存儲(chǔ)軟件虛擬化和存儲(chǔ)硬件虛擬化。存儲(chǔ)軟件虛擬化可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)廠商提供的集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如Oracle提供的集群技術(shù)、IBM提供的數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)技術(shù)等。存儲(chǔ)硬件虛擬化可以使用IBM提供的XIV存儲(chǔ)、Oracle提供的軟硬一體化等。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

虛擬網(wǎng)絡(luò)允許不同需求的用戶組訪問(wèn)同一物理網(wǎng)絡(luò)，但從邏輯上對(duì)他們進(jìn)行一定程度的隔離。首先，以VPN和隧道技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合訪問(wèn)控制代理、動(dòng)態(tài)配置和流量管控等功能，提升網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)能力;其次，利用業(yè)務(wù)識(shí)別和用戶識(shí)別等技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的精細(xì)化調(diào)配，滿足客戶和業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)應(yīng)用需求，為提升網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)協(xié)同性奠定基礎(chǔ);最后，利用業(yè)務(wù)路由技術(shù)、分布式交換技術(shù)等技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容、應(yīng)用、業(yè)務(wù)的快速傳輸和流量?jī)?yōu)化。

2.2 中間層

中間層相當(dāng)于云計(jì)算體系架構(gòu)中的PaaS層，通過(guò)對(duì)公司現(xiàn)有TDCS、TMIS、機(jī)務(wù)、工務(wù)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合、計(jì)算、分析、分類，根據(jù)不同單位和部門(mén)的實(shí)際應(yīng)用情況分發(fā)有效數(shù)據(jù)。該層為各信息系統(tǒng)提供共享的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，一方面避免了數(shù)據(jù)庫(kù)的重復(fù)建設(shè);另一方面使一些敏感的數(shù)據(jù)在相關(guān)部門(mén)之間透明共享，無(wú)關(guān)部門(mén)因沒(méi)有權(quán)限不能訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)對(duì)非相關(guān)部門(mén)的隔離[6]。中間層主要包括分布式計(jì)算管理、數(shù)據(jù)的分布存儲(chǔ)管理、分布式文件管理以及實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的自動(dòng)化管理工具等。中間層的實(shí)施使得云計(jì)算平臺(tái)的計(jì)算能力大大提高，數(shù)據(jù)安全性大大提升，資源分配更加合理，利用率充分提高。

2.2.1 分布式計(jì)算

將待處理的數(shù)據(jù)集分解為小的數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集分布在集群的一個(gè)節(jié)點(diǎn)處理并生成中間結(jié)果，這些中間結(jié)果又由大量的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合并，形成最終結(jié)果。

2.2.2 分布式文件管理

將數(shù)據(jù)文件拆分成不同的數(shù)據(jù)塊或作為一完整的數(shù)據(jù)塊，這些數(shù)據(jù)塊將作為存儲(chǔ)基本單元，存放在文件數(shù)據(jù)塊節(jié)點(diǎn)。為了容災(zāi)等目的，每份數(shù)據(jù)塊被存儲(chǔ)在不同的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。

2.2.3 分布式存儲(chǔ)

在分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，一個(gè)應(yīng)用程序可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行透明操作，一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)在邏輯上是一個(gè)統(tǒng)一的整體，在物理上則是分別存儲(chǔ)在不同的物理節(jié)點(diǎn)上。一個(gè)應(yīng)用程序可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)分布在不同地理位置的數(shù)據(jù)庫(kù)[7]。

2.2.4 自動(dòng)化管理工具

通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)虛擬機(jī)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配，實(shí)現(xiàn)資源的利用最大化。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層相當(dāng)于云計(jì)算體系架構(gòu)中的SaaS層，應(yīng)用層采用基于WebServices的方式，WebServices技術(shù)將功能、流程等包裝成能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的一組相互連接的服務(wù)模塊，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用即服務(wù)的理念[8]。用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得需要的服務(wù)，用戶終端不需安裝各種現(xiàn)有信息系統(tǒng)應(yīng)用程序。公司所有的信息系統(tǒng)都可以通過(guò)API接口和用戶界面的形式接入到管理中間層，通過(guò)權(quán)限管理為用戶提供不同的服務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著包神鐵路信息化進(jìn)程不斷推進(jìn)，公司現(xiàn)有信息系統(tǒng)面臨信息共享困難、資源利用率低、信息化建設(shè)投入成本高、維護(hù)困難等一系列問(wèn)題。結(jié)合云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)建立一個(gè)智能化的信息共享平臺(tái)，能有效進(jìn)行計(jì)算機(jī)資源整合、進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、用戶可以充分利用優(yōu)化的軟硬件資源，為包神鐵路信息化建設(shè)提供良好的解決方案。

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