基于云计算的船舶装备维修保障数据中心设计论文

针对船舶装备维修保障信息采集、存储、管理与应用的需求，提出了基于云计算的数据中心建设设计方案，依照系统设计先进性、可靠性、成熟性、灵活性和可管理性的原则，引入“池”的概念将数据中心硬件资源分为计算池、存储池、网络池和安全优化池，通过采用虚拟化技术，实现资源的全面整合与合理调用，从而达到提高系统资源利用效率、降低投资成本和能源消耗的目的。

目前，航海运输业已成为支撑我国经济快速发展的主要运输产业，在航海运输业高速发展的同时也产生了船舶远航维修保障困难，船坞修理厂维修费用高昂，维修周期长、效率低等问题。据了解，各类船舶装备维修统计信息结构复杂、分布分散、共享困难，难以实现有效管理和综合利用。因此，建设基于云计算的船舶装备维修保障信息数据中心，对各型船舶装备维修信息进行统一管理和集中分析，并利用这些装备维修数据开展相应业务的分析研究，如同型号装备的故障变化规律、全寿命周期费用分析等，可以为船舶使用单位和船坞修理厂制定科学的维修保障计划、优化维修保障资源配置提供技术支撑。

1 云计算技术

1.1 云计算

云计算是指利用互联网通过服务的方式向用户提供可动态调整的虚拟化资源的计算模式。利用互联网上连接的大量服务器(计算节点)所构成的可动态伸缩调整的虚拟化资源，实现对大数据的并行化和分布式计算，并将计算结果呈现给用户。云计算按服务类型可以分为基础设施云、平台云、应用云。

1.2 虚拟化技术

虚拟化技术是一种资源信息管理技术，是将计算机的各种软、硬件资源，如CPU、内存、存储、网络、操作系统、文件系统、应用系统等，进行虚拟、抽象和转换，从而达到扩大硬件资源容量、优化资源配置、简化资源管理、提高资源利用率的目的。在虚拟环境中，一台物理服务器可以同时运行多个操作系统，每个操作系统都运行在一个虚拟主机上，并且每个操作系统中可以运行多个应用程序。基于云计算的虚拟化技术可分为：服务器虚拟化技术、桌面虚拟化技术、网络虚拟化技术、存储虚拟化技术等。

2 船舶装备维修保障数据中心设计

船舶装备维修保障数据中心采用面向云计算的设计思路，硬件平台的设计架构引入“池”的概念，通过虚拟化技术，将数据中心分为四个资源池：计算池、存储池、网络池和安全优化池，每个池的资源可实现动态调整，扩展或缩小池的规模，使数据中心资源能够得到充分整合利用，提高系统的可靠性和资源利用率。

2.1 计算池

“计算池”采用服务器虚拟化技术，将数据中心服务器组中的每一台物理服务器虚拟成若干台虚拟服务器(虚拟机)，这样数据中心内部形成了一个庞大的“计算资源池”，利用负载均衡技术，统一调用、分配和管理“计算池”中的资源，提高计算资源的整体利用率，优化计算资源配置，提高系统的可用性。

2.2 存储池

“存储池”是利用存储虚拟化技术，通过使用RAID、NAS、SAN等网络技术，将分布式网络化的存储单元组合起来，形成一个巨大的网络存储资源池，提高了存储资源整体存储容量、数据访问能力、数据传输能力和数据管理能力。

2.3 网络池

“网络池”将LAN、SAN和FCoE等网络技术整合为一个统一的网络架构，降低了网络建设中的复杂度和成本，大幅度提升了网络性能，降低了网络延迟、提高了网络带宽、增强了网络安全性和可管理能力。目前数据中心新型网络技术主要有基于以太网的光纤通信技术(FCoE)和新的无损10Gb以太网技术等。

2.4 安全及优化池

数据中心必须集中所有的安全防护机制，建立严密的安全防护体系，加强对数据的安全管理，确保数据信息的安全。安全及优化池的优势：

(1)高效杀毒，确保信息不泄露、不损失的同时减少对应用系统的影响。

(2)健全的数据保护方案，确保数据不丢失、不破坏。

数据中心通过采用虚拟磁带库对数据进行安全备份。在异地建立灾备中心，在发生灾难时，能够确保数据安全和系统运行。

(3)优化应用系统响应速度，提升应用系统安全。

3 舰船装备维修保障数据中心实现

3.1 核心数据库服务器实现

3.1.1 方案描述

选用高性能刀片服务器作为核心数据库服务器，安装Linux操作系统，采用HA架构，减少硬件投资成本，提高了系统可用性。

3.1.2 配置说明

采用四片高性能刀片服务器系统，分别放置在冗余的刀箱中，两两做双机，确保应用系统高可用性。

(1)每片配置2颗10核Inter高性能CPU，48GB内存，确保运算资源和内存资源满足应用系统运行需求。

(2)每片刀片配置2端口10Gb FCoE端口，并支持故障切换和聚合绑定，同时整合SAN协议和IP协议，实现20Gb带宽SAN协议和IP协议共享，提高网络利用率。

(3)存储系统采用SAN架构及FCoE通信协议技术，实现存储系统和数据库服务器的无缝连接，增加网络带宽，提高数据访问和存储速度。

3.2 应用服务器方案实现

3.2.1 方案描述

应用服务器设计将采用服务器虚拟化技术和负载均衡机制，以实现对应用系统的快速响应。数据中心应用服务器设计方案将部署40台虚拟服务器，另外部署20台虚拟服务器用于数据备份、系统容错和负载均衡等。

3.2.2 配置说明

应用服务器方案设计计划采购6台高性能刀片服务器，每台服务器配置2颗6核高性能至强处理器，96GB内存，每片刀片配置2端口10Gb FCoEHBA卡，满足服务器系统的高速I/O响应。一台刀片服务器可以虚拟出15个虚拟机，6台高性能刀片服务器总计可虚拟出80-90台虚拟机，能够满足在今后一段时期内新业务拓展的需求。

3.3 存储系统方案实现

3.3.1 方案描述

存储系统设计方案采用SAN(Storage Area Networking)存储局域网网络架构。以数据、信息、内容为核心的模式。 SAN 采用以数据存储管理为核心的四层信息架构，通过采用最新的技术和管理方式，能够发挥存储系统的整体资源优势(见图1)。

3.4 网络系统方案实现

3.4.1 网络系统架构(见图2)

数据中心内部网络为专用网络区域，对网络设计的安全性要求较高。如果客户端需要数据共享，可以在数据中心内部网络和其他网络区域的边界设计相应的网络安全方案，在保证数据实现共享的同时，保证数据中心内部网络的安全。在设计方案中，两台核心网络交换机实现数据中心网络流量的高速转发的功能。 在网络接入区域，设计两台接入交换机分别提供区域网络之间的互联、数据库及应用服务器的接入功能。

3.4.2 核心层网络

数据中心网络的核心层网络主要完成数据中心内各汇聚层设备之间的数据交换和与核心层网络之间的路由转发。方案核心层网络设备采用两台核心路由交换机作为数据中心网络核心路由交换设备。同时两台设备采用 VRRP 协议(虚拟路由器冗余协议)来保证各个网络设备的稳定性以及对网络中的流量进行负载分担。核心交换机能够为用户组建高可靠、高性能、业务易扩展、易管理的数据中心网络。

3.4.3 接入层网络

数据中心网络接入层部分设计主要涉及到各个数据库及应用服务器的接入，因此我们设计两台交换机来提供各类服务器的接入。

4 结束语

建立基于云计算的船舶装备维修保障数据中心是未来船舶维修领域发展的必然趋势，数据中心的可靠运行需要以相应的装备维修信息采集、数据汇总等体制机制为作为支撑。在运营过程中需不断加大人力和财力投入，加强对数据中心日常维护与管理，充分发挥数据中心的职能作用。

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