基于云技術(shù)的企業(yè)異地協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)及應(yīng)用

彭 飛，陸 斌

(中車(chē)工業(yè)研究院有限公司，北京 100067)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展在“新常態(tài)”下逐步轉(zhuǎn)型，人口紅利和改革紅利效果逐步降低，經(jīng)濟(jì)體制和模式的推陳出新速度逐步放緩，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和企業(yè)發(fā)展對(duì)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的倚重進(jìn)一步加強(qiáng)，越來(lái)越多的企業(yè)尤其是國(guó)有大型企業(yè)選擇強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的方式，以降低成本，鞏固和加強(qiáng)自身在行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。例如南車(chē)和北車(chē)、武鋼和寶鋼、神華和國(guó)電等等。企業(yè)合并不僅僅是財(cái)務(wù)報(bào)表的簡(jiǎn)單歸并，更是企業(yè)內(nèi)部資源尤其是研發(fā)資源整合的過(guò)程。由于合并后的企業(yè)仍然是異地辦公，因此對(duì)于異地協(xié)同研發(fā)的需求逐步凸顯。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新理論、新技術(shù)的誕生和應(yīng)用需要越來(lái)越多地依靠產(chǎn)學(xué)研用的聯(lián)合研發(fā)力量，尤其是針對(duì)重大科研難題的集中攻關(guān)，往往需要技術(shù)鏈多個(gè)機(jī)構(gòu)以及產(chǎn)業(yè)鏈多個(gè)企業(yè)共同參與，這也對(duì)協(xié)同研發(fā)尤其是異地協(xié)同研發(fā)提出了更高的要求。

云技術(shù)是利用互聯(lián)網(wǎng)的傳輸能力將用戶(hù)的所有服務(wù)和數(shù)據(jù)都托管于大型的數(shù)據(jù)處理中心的一類(lèi)技術(shù)。將云技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心，可以搭建資源異地部署、異地調(diào)度的云數(shù)據(jù)中心。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的不斷加強(qiáng)，互聯(lián)網(wǎng)“共享”理念的不斷發(fā)展，云數(shù)據(jù)中心針對(duì)多用戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)的資源調(diào)度、彈性分配等技術(shù)的不斷成熟，涌現(xiàn)出了越來(lái)越多的云數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)和用戶(hù)規(guī)模也呈幾何級(jí)不斷增長(zhǎng)。利用云數(shù)據(jù)中心開(kāi)展異地協(xié)同研發(fā)，可以在非大規(guī)模改變企業(yè)現(xiàn)有研發(fā)模式的基礎(chǔ)上，利用企業(yè)已有的數(shù)據(jù)中心資源，可以有效地解決異地?cái)?shù)據(jù)交互、服務(wù)實(shí)時(shí)響應(yīng)等問(wèn)題，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和操作可行性。本文結(jié)合協(xié)同研發(fā)尤其是異地協(xié)同研發(fā)的應(yīng)用要求，探討了異地協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)中心的總體架構(gòu)和數(shù)據(jù)安全保障方案，并通過(guò)實(shí)際案例展示了異地協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用情況。

1 云數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用現(xiàn)狀

云數(shù)據(jù)中心是指利用了云技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，由于引入了云技術(shù)的架構(gòu)，因此數(shù)據(jù)中心的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源處于松耦合狀態(tài)，具有較高的虛擬化程度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理服務(wù)器和虛擬服務(wù)器的高度自動(dòng)化管理。同時(shí)，由于對(duì)資源采用了按需調(diào)度和彈性配置，相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心,云數(shù)據(jù)中心具有較高的資源使用率和節(jié)能環(huán)保水平，并且系統(tǒng)整體擁有快速配置和快速遷移的能力。

云數(shù)據(jù)中心一般自下而上包括基礎(chǔ)設(shè)備層、資源池層、服務(wù)層和管理層四層部署結(jié)構(gòu)，及基礎(chǔ)設(shè)施、資源池、服務(wù)域、應(yīng)用域四層邏輯架構(gòu)。就具體服務(wù)提供方式而言，又可以分為Iaas(基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù))、PaaS(平臺(tái)及服務(wù))和SaaS(軟件及服務(wù))三種方式。進(jìn)一步的，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和服務(wù)部署方式的不同，云數(shù)據(jù)中心還可以分為私有云、公有云和混合云。

目前，云數(shù)據(jù)中心模式已經(jīng)大量應(yīng)用于出行、醫(yī)療、餐飲、購(gòu)物等多個(gè)領(lǐng)域，但大都以小數(shù)據(jù)、大頻率、高并發(fā)性的民用業(yè)務(wù)為主。而在工業(yè)領(lǐng)域，由于存在傳輸數(shù)據(jù)包大、數(shù)據(jù)安全要求高以及數(shù)據(jù)傳輸速度快等特點(diǎn)，相關(guān)應(yīng)用仍處于探索階段。

2 協(xié)同研發(fā)的應(yīng)用要求

協(xié)同研發(fā)的思想源于并行工程理論，是指不同的研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)同一任務(wù)的同時(shí)工作。開(kāi)展協(xié)同研發(fā)需要搭建統(tǒng)一的、完整的一體化協(xié)同平臺(tái)，構(gòu)建協(xié)同工作環(huán)境和協(xié)同工作機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的同源性、唯一性和實(shí)時(shí)性，降低設(shè)計(jì)人員之間的溝通和交互壁壘，提升設(shè)計(jì)人員的協(xié)同、配合水平，從而達(dá)到提升研發(fā)效率和效益的目的。

協(xié)同研發(fā)根據(jù)協(xié)同程度分為三個(gè)層次：第一層為“平臺(tái)協(xié)同”，是指利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)造協(xié)同開(kāi)發(fā)環(huán)境，在設(shè)計(jì)流程上實(shí)現(xiàn)協(xié)同；第二層為“應(yīng)用協(xié)同”，協(xié)同深入到應(yīng)用系統(tǒng)級(jí)別，在設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)成果層面上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和成果共享；第三層為“數(shù)據(jù)協(xié)同”，此類(lèi)協(xié)同進(jìn)一步深入到應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部，設(shè)計(jì)人員可以同時(shí)訪問(wèn)和修改同一個(gè)設(shè)計(jì)文件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同時(shí)操作。

不同的協(xié)同層次對(duì)一體化協(xié)同平臺(tái)的性能要求也不相同。從平臺(tái)協(xié)同、應(yīng)用協(xié)同到數(shù)據(jù)協(xié)同的協(xié)同程度逐漸加深，對(duì)協(xié)同研發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、交互性和響應(yīng)性的要求也不斷提高。一般而言，系統(tǒng)只需滿足“數(shù)據(jù)協(xié)同”對(duì)于計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的資源需求，即可確保整個(gè)協(xié)同研發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用效果。而對(duì)于異地協(xié)同研發(fā)而言，其主要的資源需求集中在網(wǎng)絡(luò)資源上。

3 異地協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)

針對(duì)協(xié)同研發(fā)中異地協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景的具體要求，應(yīng)用云技術(shù)可以部署基于協(xié)同研發(fā)應(yīng)用的云數(shù)據(jù)中心。云數(shù)據(jù)中心可以有效地解決異地研發(fā)團(tuán)隊(duì)之間數(shù)據(jù)交互和實(shí)時(shí)響應(yīng)的問(wèn)題，同時(shí)采用私有云的部署結(jié)構(gòu)，還可以在利用企業(yè)已有設(shè)備資源的基礎(chǔ)上，有效地確保存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性，響應(yīng)應(yīng)用企業(yè)的基本需求。

異地協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)如圖1所示。云數(shù)據(jù)中心分為基礎(chǔ)設(shè)施層和數(shù)據(jù)中心管理層?；A(chǔ)設(shè)施層又可以進(jìn)一步劃分為IT基礎(chǔ)架構(gòu)層和物理基礎(chǔ)設(shè)施層，其中IT基礎(chǔ)架構(gòu)層提供基礎(chǔ)的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的資源能力，構(gòu)筑數(shù)據(jù)中心的虛擬資源池和物理資源池，支撐數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)區(qū)和非生產(chǎn)區(qū)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)；物理基礎(chǔ)設(shè)施層提供配電、制冷、機(jī)柜、綜合布線等機(jī)房能力。數(shù)據(jù)中心管理層也可以進(jìn)一步分為本地管理節(jié)點(diǎn)和全局管理節(jié)點(diǎn)兩層節(jié)點(diǎn)。

在工業(yè)應(yīng)用中，企業(yè)對(duì)于數(shù)據(jù)安全的關(guān)注尤為突出，因此按不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景、流程架構(gòu)、安全需求、IT的基礎(chǔ)要求，可以將云數(shù)據(jù)中心分成內(nèi)網(wǎng)接入?yún)^(qū)、外聯(lián)區(qū)和互聯(lián)網(wǎng)區(qū)、運(yùn)維管理區(qū)、服務(wù)器區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)等。對(duì)不同的區(qū)域施行不同的管理策略和數(shù)據(jù)交換許可機(jī)制，以確保系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。進(jìn)一步地，按照云數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求分層分域設(shè)計(jì)，并劃分VDC。在不同VDC之間實(shí)現(xiàn)租戶(hù)資源的邏輯隔離，確保數(shù)據(jù)中心整體的安全性。協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)安全保障措施如圖2所示。

圖1 異地協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)

圖2 協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)安全保障措施

4 異地協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)中心的驗(yàn)證

中國(guó)中車(chē)現(xiàn)有46家全資及控股子公司，員工17萬(wàn)余人。在中車(chē)產(chǎn)品的研發(fā)、制造過(guò)程中，應(yīng)用了分散管理策略和大量的信息化系統(tǒng)，缺乏整體的統(tǒng)一管理機(jī)制和手段。隨著智能制造建設(shè)的不斷深入，尤其在南北車(chē)合并后，在研發(fā)資源的整合過(guò)程中，現(xiàn)有系統(tǒng)已經(jīng)完全不能滿足中車(chē)的研發(fā)設(shè)計(jì)需求，整個(gè)研發(fā)環(huán)節(jié)尤其是研發(fā)數(shù)據(jù)中心亟待引入新的平臺(tái)進(jìn)行支撐。

依據(jù)中車(chē)企業(yè)的整體需求，借助云數(shù)據(jù)中心技術(shù)，中車(chē)建設(shè)了基于云數(shù)據(jù)中心的協(xié)同研發(fā)平臺(tái)。在該平臺(tái)的云數(shù)據(jù)中心中，基于云技術(shù)，將IT系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施云化部署，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化、資源共享、靈活分配。同時(shí)，為了對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)器進(jìn)行整合和統(tǒng)一調(diào)配，中車(chē)實(shí)施了集中化以及基于策略的管理機(jī)制，以達(dá)到適應(yīng)快速發(fā)展業(yè)務(wù)需求的目的。

該云數(shù)據(jù)中心一期基于北京和株洲兩個(gè)研發(fā)中心，具體的系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D3所示。

為了驗(yàn)證云數(shù)據(jù)中心的性能指標(biāo)，針對(duì)“數(shù)據(jù)協(xié)同”層中車(chē)對(duì)桌面云、虛擬化、SAN存儲(chǔ)和文件共享存儲(chǔ)服務(wù)四部分開(kāi)展了可用性測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)涵蓋了基本業(yè)務(wù)功能、高級(jí)業(yè)務(wù)功能、可靠性、可維護(hù)性和兼容性等，共101 個(gè)用例。通過(guò)測(cè)試，確認(rèn)當(dāng)網(wǎng)路延時(shí)小于100 ms、點(diǎn)到點(diǎn)專(zhuān)線帶寬大于等于50 MB專(zhuān)線時(shí)，滿足以CAD制圖應(yīng)用為主的數(shù)據(jù)交互和實(shí)時(shí)同步需求，能夠很好地支撐中車(chē)的設(shè)計(jì)協(xié)同目標(biāo)。

圖3 北京—株洲協(xié)同研發(fā)云數(shù)據(jù)中心

5 結(jié)語(yǔ)

協(xié)同研發(fā)是經(jīng)濟(jì)“新常態(tài)”下，企業(yè)日益增長(zhǎng)的應(yīng)用需求，可以有效地優(yōu)化企業(yè)資源配置，提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。協(xié)同研發(fā)包括“平臺(tái)協(xié)同”、“應(yīng)用協(xié)同”和“數(shù)

據(jù)協(xié)同”三個(gè)層次。一體化協(xié)同研發(fā)系統(tǒng)的支撐對(duì)于協(xié)同研發(fā)的開(kāi)展至關(guān)重要。

云數(shù)據(jù)中心以其云技術(shù)的特點(diǎn)，可以很好地承載企業(yè)協(xié)同研發(fā)的需求，尤其針對(duì)異地協(xié)同研發(fā)的應(yīng)用場(chǎng)景具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是，也必須看到，云數(shù)據(jù)中心針對(duì)“數(shù)據(jù)協(xié)同”的應(yīng)用時(shí)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求較高，由此會(huì)增加數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維成本，所以，還需要設(shè)計(jì)更好的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,優(yōu)化整體協(xié)同研發(fā)系統(tǒng)的效率。

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