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篇（1）

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）47-0249-01

0 引言

自2006年以來，云概念的提出受到IT界內(nèi)的很大重視，各大IT公司紛紛研發(fā)相應(yīng)的云產(chǎn)品，為代表的云計(jì)算在全世界內(nèi)得到快速發(fā)展。廣義范圍上，云技術(shù)是通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器向客戶提供在線軟件服務(wù)、軟件租借、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)挖掘的服務(wù)，涵蓋多種技術(shù)，如虛擬化、分布式計(jì)算、分布式數(shù)據(jù)庫及分布式存儲等技術(shù)。虛擬化技術(shù)是云計(jì)算技術(shù)的基石，是實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)。利用虛擬化技術(shù)才可實(shí)現(xiàn)軟硬件、操作系統(tǒng)、存儲及網(wǎng)絡(luò)等的虛擬化，最終得以實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的目標(biāo)。VMware vSphere作為重要的虛擬技術(shù)，對于云平臺的搭建有著不容小視的作用。

1 VMware vSphere系統(tǒng)概述

1.1 虛擬化技術(shù)的含義及地位

當(dāng)今社會的虛擬化技術(shù)是目前大型的數(shù)字化控制中心進(jìn)行硬件資源的整合及提高價(jià)值的重要 技術(shù)，分為完全虛擬化、部分虛擬化及操作系統(tǒng)層虛擬化三種形式。虛擬化屬于一個(gè)抽象概念，打破了普通物理硬件和操作系統(tǒng)間的物理連接形式。

服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是利用虛擬技術(shù)在服務(wù)器里虛擬出許多客戶機(jī)進(jìn)行整合式管理，而這些 客戶機(jī)是能夠相互獨(dú)立且運(yùn)行不同操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序。為了成為面向全體用戶的系統(tǒng)，必須要設(shè) 計(jì)一個(gè)擁有簡潔友好界面的虛擬化客戶應(yīng)用程序，能夠更好滿足對用戶靈活有效管理與服務(wù)，實(shí)現(xiàn)虛擬化，VMware vSphere就是其中的典型虛擬技術(shù)。虛擬化技術(shù)涉及的范圍十分廣，包含服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化等技術(shù)。

1.2 VMware vSphere虛擬技術(shù)簡介

VMware vSphere是從原先的VI3基礎(chǔ)之上推出的新系統(tǒng)，被稱作信息技術(shù)業(yè)界首款的云計(jì)算操作系統(tǒng)。它將應(yīng)用程序及操作系統(tǒng)從底層的硬件分離出，并通過此簡化了IT的操作難度。在現(xiàn)有的應(yīng)用程序中可以看到有專有的資源，其服務(wù)則能夠作為其資源池來進(jìn)行管理。 系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：首先是虛擬化的管理器VMM處部分的VMware ESX4，Server一般是用于調(diào)配的物理服務(wù)器中相應(yīng)內(nèi)存、CPU、存儲和網(wǎng)絡(luò)之中的各種硬件資源，在物理服務(wù)器上運(yùn)行的一個(gè)虛擬層并通過由此預(yù)定的策略將這些相關(guān)的資源分配到其中不同虛擬機(jī)的運(yùn)行之中，這些相應(yīng)的虛擬機(jī)憑借安全獨(dú)立的模式進(jìn)行并行運(yùn)行；其次，用來整合及管理vCenter，在虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)所有級別上集中控制及可見性都需要提高，利用主動地管理發(fā)揮其內(nèi)在潛能，成為具有廣泛合作的伙伴體系可支持、可伸縮及可擴(kuò)展的平臺。

2 云平臺系統(tǒng)搭建中VMware vSphere的應(yīng)用

2.1 VMware vSphere云計(jì)算應(yīng)用綜述

VMware vSphere系統(tǒng)能夠利用虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為云計(jì)算的基礎(chǔ)架構(gòu)，能使IT行業(yè)擁有提供靈活可靠服務(wù)的機(jī)會。其兩個(gè)核心組件包括VMware ESXi及VMware vCenter Server。其中ESXi屬于用來創(chuàng)建及運(yùn)行虛擬機(jī)的中體平臺。而vCenter Server[2]可以歸類于一種服務(wù)，相當(dāng)于連接到網(wǎng)絡(luò)的ESXi系統(tǒng)主機(jī)的主管理員。

vCenter Server可以將多個(gè)主機(jī)資源加入資源池中對這些資源進(jìn)行。此外，vCenter Server還提供許多額外功能，可以來監(jiān)控及管理物理及虛擬基礎(chǔ)的架構(gòu)。典型數(shù)據(jù)中心由物理構(gòu)建塊，如x86虛擬化服務(wù)器及存儲器網(wǎng)絡(luò)等。

2.2 可擴(kuò)展VMware vCenter虛擬技術(shù)及其應(yīng)用程序

VMware vCenter常指VMware vCenter Server。VMware vCenter Server提供一個(gè)可伸縮且可擴(kuò)展的平臺，給虛擬管理奠定基礎(chǔ)。該管理的主機(jī)可以提升虛擬性構(gòu)架的可見性，并能夠?qū)崿F(xiàn)集中化的控制與管理，對其潛能的充分發(fā)揮具有十分重要的作用。vCenter Client影響到所有VM的創(chuàng)建、管理、運(yùn)行及維護(hù)的水平，可以使管理主機(jī)的服務(wù)器優(yōu)化資源并提高其可用性，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)化遷移、容錯(cuò)率提高，并完成應(yīng)用備份。一般VMware vCenter應(yīng)用程序包含三種，其主要表現(xiàn)如表1所示。

2.3 Mware Data Recovery虛擬備份技術(shù)

VMware Data Recovery技術(shù)能夠創(chuàng)建虛擬機(jī)備份，還可以不會中斷虛擬機(jī)使用或其數(shù)據(jù)及資料的提供。Data Recovery可以管理現(xiàn)有備份數(shù)據(jù)資料，并且在備份過時(shí)后及時(shí)將它們刪除。此外，它還可以支持重復(fù)功能用來刪除其余的數(shù)據(jù)。

Data Recovery是建立在VMware vStorage API for Data Protection基礎(chǔ)上的，與VMware vCenter Server之間集成，可以進(jìn)行集中調(diào)度備份作業(yè)。通過與vCenter Server之間的集成，還可實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的備份，也就是使用VMwarev Motion及VMware Distributed Resource Scheduler移動該類虛擬機(jī)。

Data Recovery可以使用虛擬機(jī)以及客戶端插件來進(jìn)行管理和還原相應(yīng)的備份數(shù)據(jù)。備份設(shè)備是為了開放虛擬化格式而提供的。因此，該插件需要安裝Client，基本可在所有由VMware ESXi支持虛擬磁盤上的存儲備份。此外，還可以利用存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲設(shè)備和基于具體公用文件的系統(tǒng)。

3 總結(jié)

VMware vSphere的應(yīng)用對于構(gòu)建當(dāng)今信息社會的云平臺有不容忽視的作用，它的虛擬化的管理器VMM及用來整合及管理的vCenter等對于“云計(jì)算”虛擬管理十分重要。隨著信息時(shí)代的發(fā)展，VMware vSphere、Mware Data Recovery等新虛擬平臺應(yīng)用將會越來越為人們所接受。

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一、背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(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、成本高，難以滿足快速靈活提供業(yè)務(wù)的要求。

4.運(yùn)營復(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)營復(fù)雜，造成運(yùn)營成本居高不下。

多年來積累的問題已經(jīng)使得今天的IP網(wǎng)絡(luò)患有“動脈硬化癥”，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ONF（Open Networking Foundation）對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)營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的痛點(diǎn)，因此，SDN概念一經(jīng)提出，就受到了運(yùn)營商的青睞和積極響應(yīng)。2014年以來，隨著SDN技術(shù)的逐步成熟，國內(nèi)運(yùn)營商開始進(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是對運(yùn)營商現(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)間來描述，用無故障運(yùn)行時(shí)間來衡量。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)間的百分比來表示。

從通俗的角度來理解，可靠性高是指網(wǎng)絡(luò)持續(xù)一段較長時(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)?？刂破矫婧蛿?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在網(wǎng)絡(luò)中自動擴(kuò)散這些變化，各自根據(jù)新的狀態(tài)自動重新計(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?，生成流表并通過南向接口下發(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)故障來考慮的，如果能夠識別出各層可能發(fā)生的故障及對網(wǎng)絡(luò)的影響程度，拿出應(yīng)對策略，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)對策略：

3.1應(yīng)用層的應(yīng)對策略

應(yīng)用層的設(shè)備方面故障對網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行影響并不大，當(dāng)應(yīng)用需求通過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，對網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行就會造成重大影響。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)的自愈能力來應(yīng)對單臺或多臺服務(wù)器故障，冗余保護(hù)措施在故障情況下自動生效，對外服務(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)致控制器無法控制網(wǎng)絡(luò)，會造成重大影響，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、入侵檢測設(shè)備以及流量清洗系統(tǒng)。通過防火墻和入侵檢測設(shè)備進(jìn)行訪問控制、病毒木馬防治、非法入侵檢測、安全漏洞掃描等，采取只對特定的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；通過清洗系統(tǒng)對進(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)對策略

基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或鏈路故障，會造成部分業(yè)務(wù)中斷，故障發(fā)生后，SDN控制器會根據(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

中國電信廣西公司從2014年以來，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、入侵檢測設(shè)備和流量清洗系統(tǒng)，保障SDN控制器的安全。

通過在SDN試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了專線業(yè)務(wù)開通、業(yè)務(wù)流量優(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

SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無可比擬的優(yōu)勢，雖然SDN網(wǎng)絡(luò)的可靠性可用性相對于傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)而言，還有一些差距，但是可以通過以上的策略來提升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

篇（3）

（一）智慧旅游概念研究現(xiàn)狀

眾所周知，當(dāng)IBM公司首席執(zhí)行官彭明盛在2008年首次提出“智慧地球”一詞之后，便引發(fā)了對“智慧旅游”的研究熱潮。從研究情況來看，國際上鮮有把智慧旅游作為旅游業(yè)發(fā)展的核心戰(zhàn)略，而是從可持續(xù)發(fā)展的角度，把游客廣泛參與、游客與旅游目的地的深層次關(guān)系，以及旅游業(yè)在社會經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展中的作用等作為關(guān)注的重點(diǎn)，來探索旅游智慧化進(jìn)程帶給旅游業(yè)的整體利益?？偟膩碚f，主要關(guān)注智慧旅游在實(shí)踐中的應(yīng)用。例如，2000年12 月 5 日，加拿大旅游業(yè)協(xié)會的菲利普斯（Phillips）把智慧旅游定義為 “簡單地采取全面的、長期的、可持續(xù)的方式來進(jìn)行規(guī)劃、開發(fā)、營銷旅游產(chǎn)品和經(jīng)營旅游業(yè)務(wù)?！痹谒磥恚l(fā)展智慧旅游需要智慧的管理策略和營銷技術(shù)，根據(jù)游客需要，及時(shí)傳遞信息。與國外相比，國內(nèi)學(xué)者主要關(guān)注理論方面的研究，比較有代表性的觀點(diǎn)是，一是以馬勇、姚志國等為代表從“技術(shù)應(yīng)用論”的角度，對智慧旅游進(jìn)行定義，他們認(rèn)為，智慧旅游以人本、綠色、科技創(chuàng)新為特征，利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、高速通訊技術(shù)等信息高科技提升旅游服務(wù)質(zhì)量與服務(wù)方式，改變?nèi)藗兊穆糜蜗M(fèi)習(xí)慣與旅游體驗(yàn)，從而成為旅游發(fā)展與科技進(jìn)步結(jié)合的世界時(shí)尚潮流。二是以張凌云、史云姬等為代表，從“管理變革論”的角度解讀智慧旅游，認(rèn)為智慧旅游的目的是提升服務(wù)水平，改善旅游體驗(yàn)，創(chuàng)新旅游管理模式，提高旅游資源利用效率，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)旅游行業(yè)的發(fā)展。把智慧旅游定義為是基于新一代的信息通信技術(shù)（ICT），為滿足游客個(gè)性化需求，提供高品質(zhì)、高滿意度服務(wù)，而實(shí)現(xiàn)旅游資源及社會資源的共享與有效利用的系統(tǒng)化、集約化的管理變革?？v觀上述內(nèi)容，國內(nèi)學(xué)者在概念方面存在共識，他們都贊同智慧旅游的發(fā)展依賴云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等信息高科技技術(shù)，通過對新技術(shù)的應(yīng)用來改善旅游發(fā)展模式、管理方式、旅游服務(wù)質(zhì)量。

（二）國內(nèi)智慧旅游的發(fā)展方式

國內(nèi)旅游業(yè)發(fā)展相比西方國家時(shí)間較短、經(jīng)驗(yàn)不足、資本基礎(chǔ)較薄弱，因此，國內(nèi)在智慧旅游建設(shè)方面政府起主導(dǎo)作用，主要借助于政府的力量，形成國家和地方規(guī)劃，整合旅游相關(guān)資源，建設(shè)公共服務(wù)平臺，指導(dǎo)、協(xié)調(diào)市場主體參與的智慧旅游體系建設(shè)，激勵(lì)旅游企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)智慧旅游的跨越式發(fā)展，完成西方發(fā)達(dá)國家在過去數(shù)十年方才完成的旅游業(yè)變革。在國內(nèi)，智慧旅游已被納入“十二五”旅游發(fā)展規(guī)劃體系之中，2009年國務(wù)院頒布了《關(guān)于加快發(fā)展旅游業(yè)的意見》（ 國發(fā)[2009]41 號） ，在這一精神指引下，旅游業(yè)開始尋求以信息技術(shù)為紐帶的旅游產(chǎn)業(yè)體系與服務(wù)管理模式重構(gòu)方式，以實(shí)現(xiàn)旅游業(yè)建設(shè)成為現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的質(zhì)的跨越，受智慧城市的理念及其在我國建設(shè)與發(fā)展的啟發(fā)，智慧旅游營運(yùn)而生。另外國家旅游局還部署了“智慧旅游城市”的試點(diǎn)工作，確定洛陽等13個(gè)城市為首批“國家智慧旅游試點(diǎn)城市”，在這一機(jī)遇下，洛陽可以根據(jù)自身情況制定智慧旅游發(fā)展計(jì)劃。

二、城市智慧旅游基本架構(gòu)分析

從城市的角度來看，城市智慧旅游可視作智慧城市信息化的一個(gè)重要子系統(tǒng)，簡單的來說，智慧城市是一棵樹，而城市智慧旅游是這棵樹的一個(gè)樹杈，為實(shí)現(xiàn)智慧旅游的某些功能可借助或共享智慧城市已有的成果。因此，城市智慧旅游的架構(gòu)體系依托智慧城市的發(fā)展。“智慧城市”是將物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)和“云計(jì)算”技術(shù)等融入“數(shù)字城市”中，從而實(shí)現(xiàn)對“數(shù)字城市”的質(zhì)的提升與飛躍，達(dá)到經(jīng)濟(jì)上健康合理可持續(xù)、生活上和諧安全更舒適、管理上科技智能信息化，真正實(shí)現(xiàn)人與城市的完美融合。而城市智慧旅游就是借助智慧城市的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施整合旅游資源和旅游產(chǎn)業(yè)鏈，為旅游市場主體的旅游活動提供豐富的信息資源，其基本架構(gòu)主要包括技術(shù)層、應(yīng)用層、產(chǎn)業(yè)層和關(guān)聯(lián)層。智慧旅游的技術(shù)層就是指智慧城市依托的新技術(shù)在智慧旅游中的應(yīng)用，包括信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，它為城市智慧旅游的根基，也是智慧旅游的來源。應(yīng)用層是指技術(shù)層與旅游要素相融合，即把新興技術(shù)運(yùn)用到旅游要素中，為智慧旅游的科學(xué)有效發(fā)展提供依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)旅游資源分析智慧化、旅游服務(wù)智慧化、旅游環(huán)境智慧化、旅游營銷智慧化、旅游接待體系智慧化等等。產(chǎn)業(yè)層是指通過滲透在旅游業(yè)各個(gè)市場中的智慧因素而實(shí)現(xiàn)旅游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和產(chǎn)業(yè)的豐富，不僅包括智慧要素在原始旅游產(chǎn)業(yè)和部門中的實(shí)踐，而且還包括智慧城市背景下帶來的新的文化產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的興起。關(guān)聯(lián)層就是指上述所提到的，城市智慧旅游是智慧城市的一個(gè)重要子系統(tǒng)，其存在是與智慧城市的其他部件相互關(guān)聯(lián)在一起的。一方面，智慧旅游的構(gòu)建體系與其他智慧產(chǎn)業(yè)體系都依賴于智慧城市的感知層和技術(shù)層，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施和資源的共享；另一方面，旅游業(yè)是一個(gè)關(guān)聯(lián)度很高的產(chǎn)業(yè)，相應(yīng)地，智慧旅游體系構(gòu)建同時(shí)也需要借助與旅游相關(guān)的其他產(chǎn)業(yè)智慧化體系的構(gòu)建。

從上述城市智慧旅游的基本架構(gòu)體系來看，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)落實(shí)在三個(gè)方面：一是充分利用城市旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中積累的各種旅游信息資源，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對旅游產(chǎn)品進(jìn)行聚類分析和關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘；二是要慎重選擇城市智慧旅游各個(gè)項(xiàng)目的商業(yè)模式，形成良好的產(chǎn)業(yè)效應(yīng)；三是要緊跟新科技發(fā)展步伐，注重云計(jì)算、云存儲及物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用，通過云平臺的方式整合城市各種文化旅游資源，形成一個(gè)城市的旅游云，整體提升智慧旅游的建設(shè)水平。

三、探研洛陽市智慧旅游體系建設(shè)

（一）體系構(gòu)建的可能性條件

洛陽市智慧旅游體系構(gòu)建條件主要體現(xiàn)在以下方面：一是洛陽是國家首批智慧旅游試點(diǎn)城市之一，在智慧旅游的建設(shè)過程中，中央政府和當(dāng)?shù)卣鹬鲗?dǎo)作用；二是洛陽市有良好的旅游資源，游客量大，為滿足深入體驗(yàn)的需求，游客對旅游服務(wù)信息的要求全面而便捷，洛陽市智慧旅游體系的構(gòu)建有強(qiáng)烈的市場需求；三是自洛陽被確定為“國家首批智慧旅游試點(diǎn)”之一以來，洛陽市政府著手進(jìn)行智慧旅游城市建設(shè)，確立了以云計(jì)算架構(gòu)建設(shè)綜合數(shù)據(jù)中心的思路，建設(shè)支撐旅游產(chǎn)業(yè)及公共服務(wù)數(shù)據(jù)庫，目前全市智慧旅游綜合數(shù)據(jù)庫已相當(dāng)完善，并且全市3A級以上景區(qū)推進(jìn)數(shù)字化景區(qū)建設(shè)，為游客提供無線上網(wǎng)、自助導(dǎo)游等智慧化服務(wù)，可以看出近年來洛陽市智慧旅游的發(fā)展已具規(guī)模；四是洛陽目前已制定了《洛陽市智慧旅游城市工作方案》《智慧旅游城市建設(shè)方案》，確定了“1個(gè)中心（旅游綜合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫暨云計(jì)算中心）、1個(gè)基礎(chǔ)（智慧旅游基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)）、4個(gè)平臺（智慧旅游公共服務(wù)平臺、智慧旅游綜合監(jiān)管平臺、智慧旅游電子商務(wù)平臺和智慧旅游市場營銷平臺）和8個(gè)智慧旅游業(yè)態(tài)（智慧旅游景區(qū)、智慧旅游飯店、智慧旅游餐飲、智慧旅游購物、智慧旅游鄉(xiāng)村、智慧旅行社、智慧旅游交通、智慧旅游娛樂）”的智慧旅游城市建設(shè)總體框架，本文希望結(jié)合政府的建設(shè)框架，提出自己的構(gòu)建體系，以期為洛陽市智慧旅游體系的構(gòu)建貢獻(xiàn)一份力。

（二）洛陽市智慧旅游建設(shè)目標(biāo)

智慧旅游是基于新一代信息技術(shù)，包括云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等，為滿足市場活動主體個(gè)性化需求，提供便捷而全面的高品質(zhì)服務(wù)，除此之外，新一代信息技術(shù)在旅游企業(yè)、政府管理等方面的運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)旅游資源及社會資源的共享與有效利用的系統(tǒng)化、集約化的管理變革。因此，洛陽的智慧旅游也應(yīng)基于新一代信息技術(shù)，以政府為主導(dǎo)，通過智慧旅游體系的構(gòu)建，來改善游客的旅游體驗(yàn)，改進(jìn)旅游企業(yè)的管理模式。由以上定義可以看出，洛陽市智慧旅游建設(shè)服務(wù)的對象主要為大數(shù)據(jù)時(shí)代下的游客、與旅游相關(guān)的行業(yè)、當(dāng)?shù)芈糜钨Y源。對于游客來說，智慧旅游建設(shè)目標(biāo)主要是讓不同類型的游客擁有更加智能便捷而又愉悅的旅游經(jīng)歷；對于相關(guān)行業(yè)，主要是為旅游行業(yè)以及相關(guān)行業(yè)管理提供更高效、智能化的信息服務(wù)平臺；對于旅游資源，主要是促進(jìn)洛陽市自然、文化旅游資源的深度開發(fā)，創(chuàng)新旅游產(chǎn)品，使洛陽旅游資源擁有更強(qiáng)的生命力，構(gòu)建洛陽旅游文化云。

（三）洛陽市智慧旅游總體構(gòu)想的設(shè)計(jì)理念

洛陽市智慧旅游總體構(gòu)想的設(shè)計(jì)理念主要是為實(shí)現(xiàn)旅游的智慧化而提出的。洛陽市智慧旅游應(yīng)在技術(shù)、應(yīng)用層的支撐下，構(gòu)建資源統(tǒng)一管理、信息共享、應(yīng)用廣泛而便捷的城市智慧旅游總體架構(gòu)，重點(diǎn)建設(shè)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫是智慧旅游的生命線，沒有數(shù)據(jù)的智慧旅游只能是空中樓閣。洛陽智慧旅游應(yīng)確立以云計(jì)算架構(gòu)建設(shè)綜合數(shù)據(jù)中心的思路，建設(shè)支撐旅游產(chǎn)業(yè)及公共服務(wù)數(shù)據(jù)庫，建立包括旅游公共服務(wù)數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)和綜合管理數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的同時(shí)，還應(yīng)以中央管理平臺為中心，利用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，統(tǒng)轄與旅游相關(guān)的各個(gè)方面。

（四）洛陽市智慧旅游的總體架構(gòu)體系

洛陽市智慧旅游的總體架構(gòu)是：在完善智慧城市基礎(chǔ)公共保障的前提下，主要分為旅游相關(guān)主體應(yīng)用體系和技術(shù)支撐體系兩大層次，并統(tǒng)一在中央管理平臺之下。

如圖1所示：

1、旅游相關(guān)主體系統(tǒng)

在洛陽智慧旅游總體規(guī)劃體系中，旅游相關(guān)主體系統(tǒng)包含游客、景區(qū)、旅游社、飯店、其他服務(wù)者以及政府部門六大主體對象以及一套安全保障體系，實(shí)際上他們不僅是旅游的重要組成部分，而且在智慧旅游中各自扮演著不同的角色，智慧旅游主要是深化旅游體驗(yàn)和提供智能服務(wù)，因此，“游客”與“政府部門”在該系統(tǒng)中處于主要地位，而景區(qū)、旅行社、飯店以及其他從業(yè)者在該系統(tǒng)中作為游客體驗(yàn)與政府管理的實(shí)際載體而存在，共同組成智慧旅游的服務(wù)業(yè)者。可以看出，旅游業(yè)各個(gè)主體之間聯(lián)系貫通，使智慧旅游主體更顯完善而全面。智慧城市基礎(chǔ)公共保障則包含智慧環(huán)保、公共安全、智慧交通、智慧醫(yī)療、突發(fā)事件智慧防控六個(gè)方面，該體系雖不完全直接隸屬于智慧旅游的主體系統(tǒng)，但對智慧旅游主體的運(yùn)作處于舉足輕重的地位。

（1）游客

主要是指使用洛陽智慧旅游網(wǎng)絡(luò)平臺的游客，他們通過旅游年票、移動應(yīng)用終端APP、信息服務(wù)觸摸屏、智慧旅游咨詢預(yù)訂查詢終端等進(jìn)入并訪問洛陽智慧旅游系統(tǒng)，以獲取所需要的旅游相關(guān)資訊和智能服務(wù)。

（2）景區(qū)

洛陽自然景區(qū)和人文景區(qū)資源豐富，游客量大，在智慧旅游發(fā)展的基礎(chǔ)上，洛陽景區(qū)著手進(jìn)行智慧化建設(shè)，該系統(tǒng)主要包括手機(jī)二維碼電子門票、無線旅游平臺、景區(qū)客流動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、景區(qū)信息系統(tǒng)、旅游資源管理系統(tǒng)、景區(qū)定位導(dǎo)航系統(tǒng)等。

（3）旅行社

通過建立一個(gè)統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，整合各種相對分散的旅行社業(yè)務(wù)信息、資源，為旅行社提供統(tǒng)一的界面、工作環(huán)境以及一種快速安全的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，并做到及時(shí)匯總與更新，使旅行社業(yè)成為一個(gè)有機(jī)的、緊密聯(lián)系的、高效的、共享的整體。旅行社信息系統(tǒng)主要是為旅行社以及服務(wù)對象構(gòu)建一個(gè)完整有效的信息系統(tǒng)。

（4）飯店

飯店信息系統(tǒng)包括顧客數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、客房服務(wù)系統(tǒng)、飯店內(nèi)部運(yùn)營系統(tǒng)等子系統(tǒng)，目的是便于飯店的正常運(yùn)營和管理，以及維護(hù)旅游者的權(quán)益。

（5）其他

這類旅游從業(yè)者，主要包括旅游在線服務(wù)商、各種服務(wù)業(yè)者，他們通過智慧旅游系統(tǒng)獲取精確的旅游資訊，服務(wù)于旅客。具有代表性的系統(tǒng)是旅游目的地營銷系統(tǒng)。

（6）政府部門

主要是指旅游行業(yè)管理部門，該信息系統(tǒng)主要包括旅游門戶網(wǎng)站集群、智慧旅游指揮系統(tǒng)、12301旅游服務(wù)熱線、智慧行政辦公系統(tǒng)、旅游行業(yè)監(jiān)督管理系統(tǒng)。特別是洛陽市政府部門近期開通的智慧系統(tǒng)統(tǒng)轄全局，即可對景區(qū)客流動態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可通過旅游車輛GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對旅游團(tuán)隊(duì)的監(jiān)控，使洛陽旅游業(yè)在一個(gè)整體的框架內(nèi)有條不紊的進(jìn)行。

（7）公共保障

智慧城市基礎(chǔ)公共保障則包含智慧環(huán)保、公共安全、智慧交通、智慧醫(yī)療、突發(fā)事件智慧防控六個(gè)方面，該系統(tǒng)的建設(shè)是充分運(yùn)用信息和通信技術(shù)整合城市資源，為民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)、旅游業(yè)等各種需求做出智能的響應(yīng)，為市民和游客創(chuàng)造更美好的城市生活。

2、技術(shù)支撐體系

技術(shù)支撐體系主要包括旅游信息資源數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)，統(tǒng)一為旅游相關(guān)主體應(yīng)用體系提供全面而強(qiáng)大的支持服務(wù)。

（1）技術(shù)層

該體系中的技術(shù)層就是指智慧城市依托的新技術(shù)在智慧旅游中的應(yīng)用，包括信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，它為城市智慧旅游的根基，也是智慧旅游的來源。

（2）旅游資源數(shù)據(jù)庫

CIS數(shù)據(jù)庫、游客資源數(shù)據(jù)庫、旅游資源數(shù)據(jù)庫、與旅游相關(guān)的交通等行業(yè)數(shù)據(jù)庫等都是典型的旅游資源數(shù)據(jù)庫，洛陽智慧旅游建設(shè)總體構(gòu)架設(shè)想是從大旅游的格局以及旅游信息化整體和全局出發(fā)，目的是實(shí)現(xiàn)各種旅游資源的整合，在全市范圍內(nèi)制訂標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的數(shù)據(jù)，建立有效的旅游資源共享機(jī)制，數(shù)據(jù)庫資源實(shí)現(xiàn)分級管理。

（3）智慧旅游公共服務(wù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括呼叫中心、數(shù)據(jù)挖掘與決策支撐、地理信息服務(wù)、智能服務(wù)、融合通信服務(wù)等方面。從包含的內(nèi)容來看，該部分就是一個(gè)信息接口平臺，被旅游相關(guān)主體對象所使用，能夠統(tǒng)一管理和智能調(diào)度各種旅游資源，并提供旅游資源調(diào)控、運(yùn)行態(tài)勢監(jiān)督、資源使用、統(tǒng)計(jì)旅游情況預(yù)測等功能。

3、中央管理平臺

智慧旅游中央管理平臺在功能上是作為洛陽智慧旅游的大腦和樞紐，在整個(gè)智慧旅游總體架構(gòu)中起到匹配、整合、協(xié)調(diào)、聯(lián)動各個(gè)旅游相關(guān)主體應(yīng)用系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的作用，在實(shí)現(xiàn)智慧旅游各子系統(tǒng)相關(guān)高層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一抽取、融合共享的基礎(chǔ)上，與多種配套保障體系相互配合，對景區(qū)、飯店、旅行社等旅游主體應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)間的信息共享、協(xié)同聯(lián)動，并為旅游行政管理單位人員提供統(tǒng)一的入口，以進(jìn)行旅游行業(yè)監(jiān)控與管理。

四、結(jié)語

篇（4）

二、云審計(jì)對供電企業(yè)審計(jì)工作帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

1.云審計(jì)對供電企業(yè)審計(jì)工作帶來的機(jī)遇

（1）審計(jì)數(shù)據(jù)處理能力將全面增強(qiáng)。在云審計(jì)環(huán)境下，審計(jì)師不需要面對堆積如山的會計(jì)憑證和業(yè)務(wù)檔案，云計(jì)算的高速計(jì)算技術(shù)可以根據(jù)不同的審計(jì)目的，在企業(yè)數(shù)據(jù)庫中有針對性地篩選出可疑信息，進(jìn)行由點(diǎn)及面的掃描分析，從而得到更加客觀的審計(jì)評價(jià)。

（2）審計(jì)將為高層決策提供更有力的支持。云審計(jì)可以通過對特定領(lǐng)域的原始數(shù)據(jù)分析，提取工作流程數(shù)據(jù)的變化特點(diǎn)，了解業(yè)務(wù)發(fā)展的基本趨勢，提前預(yù)警可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，為高層決策提供關(guān)鍵支持。例如，在營銷業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中如果發(fā)現(xiàn)某一類用戶的滿意度有所下降，就可以結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)開展原因分析，研究一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢，為下一步制定用戶服務(wù)策略提供依據(jù)和參考。

（3）審計(jì)項(xiàng)目的工作質(zhì)量將得到充分提升。通過云審計(jì)，審計(jì)組負(fù)責(zé)人能實(shí)時(shí)了解每個(gè)組員的工作進(jìn)度，并有針對性地提供指導(dǎo)、監(jiān)督和復(fù)核。并能按照項(xiàng)目實(shí)際情況的變化，對審計(jì)要求和人員分工進(jìn)行優(yōu)化和變更，以更快的速度來處理審計(jì)項(xiàng)目的難點(diǎn)問題和反饋必要的審計(jì)信息，從而實(shí)現(xiàn)對審計(jì)全過程的有效控制，確保審計(jì)質(zhì)量達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

2.云審計(jì)對供電企業(yè)審計(jì)工作帶來的挑戰(zhàn)

云審計(jì)為供電企業(yè)審計(jì)工作的全面信息化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)，也為審計(jì)工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在云審計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中，還存在一些有待克服的難點(diǎn)和問題。一是對“離線操作”問題難以介入，當(dāng)舞弊人員惡意錄入與實(shí)物不符的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)分析工作就難以達(dá)到預(yù)定的審計(jì)目標(biāo)。二是云信息安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦用戶端密碼泄露或被破解，集中儲存在服務(wù)器中的大量審計(jì)數(shù)據(jù)就存在泄密問題。三是電子證據(jù)取證較難，電子證據(jù)具有不可見、可遷移、可修改等特征，在取證時(shí)需要更多地關(guān)注審計(jì)證據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。四是審計(jì)師的綜合分析能力還需提高，云審計(jì)需要更多的集財(cái)會、審計(jì)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一身的復(fù)合型人才，審計(jì)部門必須加強(qiáng)對審計(jì)師的全面技術(shù)培養(yǎng)。

三、云審計(jì)系統(tǒng)的框架構(gòu)建

1.云審計(jì)系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)

云審計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)全新的事物，國際上暫時(shí)還沒有給出一個(gè)比較準(zhǔn)確和完整的定義。為方便研究，本文基于信息技術(shù)現(xiàn)狀和審計(jì)實(shí)際應(yīng)用，對云審計(jì)系統(tǒng)的概念進(jìn)行初步闡述：云審計(jì)系統(tǒng)是基于所獲得的數(shù)據(jù)，根據(jù)審計(jì)對象的基本特性，通過設(shè)定計(jì)算、判斷和限制條件建立數(shù)學(xué)或邏輯表達(dá)式，用于對審計(jì)目的進(jìn)行驗(yàn)證的過程。云審計(jì)系統(tǒng)主要有五個(gè)特點(diǎn)：

（1）審計(jì)網(wǎng)絡(luò)自助服務(wù)。審計(jì)自助服務(wù)免去了審計(jì)師與被審計(jì)單位在數(shù)據(jù)獲取上的溝通，使審計(jì)師能自行獲取所需數(shù)據(jù)，并設(shè)定疑點(diǎn)檢查條件。

（2）高帶寬網(wǎng)絡(luò)。多個(gè)審計(jì)師可以在不同的地點(diǎn)獲取同樣的數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)速度上不會受到影響。

（3）審計(jì)數(shù)據(jù)資源池。審計(jì)師可以將得到的所有數(shù)據(jù)上傳至“云端”，形成審計(jì)數(shù)據(jù)資源池，共享給有相關(guān)權(quán)限的其他審計(jì)師。

（4）審計(jì)彈性架構(gòu)。使審計(jì)師可以隨時(shí)隨地通過權(quán)限認(rèn)證后登陸系統(tǒng)獲取資源。

（5）可度量服務(wù)。為審計(jì)系統(tǒng)提供自動化的監(jiān)控，并記錄審計(jì)師的工作過程，包括審計(jì)方法、程序和證據(jù)獲取手段等。

2.云審計(jì)系統(tǒng)建設(shè)的可行性分析云審計(jì)系統(tǒng)的建設(shè)并非遙不可及的事情，國內(nèi)一些審計(jì)機(jī)關(guān)和大型審計(jì)機(jī)構(gòu)使用的審計(jì)信息系統(tǒng)已經(jīng)基本符合云計(jì)算的主要特點(diǎn)。供電企業(yè)建設(shè)云審計(jì)系統(tǒng)的可行性主要有三個(gè)方面：在理論基礎(chǔ)方面，國際上關(guān)于云計(jì)算系統(tǒng)的理論體系已經(jīng)基本完備，國內(nèi)云計(jì)算技術(shù)的研究和發(fā)展也十分迅速，為云審計(jì)系統(tǒng)提供了充分的先決條件。在技術(shù)方面，實(shí)施云計(jì)算的各種技術(shù)方案體系已經(jīng)在生活的各個(gè)方面投入應(yīng)用，供電企業(yè)的審計(jì)信息化也有相當(dāng)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，完全可以借鑒其他行業(yè)在云計(jì)算方面的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。在成本方面，云審計(jì)系統(tǒng)的部署費(fèi)用并不高昂。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以基于現(xiàn)有條件加以升級和改造，不需要全部更換。用戶端也不需要更換新的設(shè)備，凡是能打開瀏覽器的電腦、平板電腦甚至智能手機(jī)都可以登陸云審計(jì)系統(tǒng)。

3.云審計(jì)系統(tǒng)的基本架構(gòu)

目前的云計(jì)算模式有三類，包括公有云、私有云和混合云。公有云是為公眾提供服務(wù)的平臺，任何人都可以通過授權(quán)登入該平臺；私有云是企業(yè)在內(nèi)部建設(shè)的專用系統(tǒng)；混合云則是同時(shí)提供公有和私有服務(wù)的系統(tǒng)，是介于公有云和私有云之間的折衷方案。基于審計(jì)數(shù)據(jù)保密性和安全性的考慮，以組建私有云較為穩(wěn)妥?；谒接性频幕痉?wù)架構(gòu)，云審計(jì)系統(tǒng)主要包括審計(jì)資源層（IaaS）、審計(jì)平臺層（PaaS）、審計(jì)應(yīng)用層（SaaS）等3個(gè)層級。

（1）IaaS層是系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，采用物理資源虛擬化技術(shù)，使系統(tǒng)中各個(gè)應(yīng)用的不同用戶實(shí)現(xiàn)資源共享，主要包括信息資源和硬件資源兩個(gè)部分。硬件資源包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算設(shè)備和存儲設(shè)備，為云審計(jì)系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和存儲等服務(wù)；信息資源通過對數(shù)據(jù)的采集、存儲、分類、組織等為上層提供信息服務(wù)，包括企業(yè)審計(jì)基礎(chǔ)信息資源庫、共享數(shù)據(jù)資源以及各專業(yè)數(shù)據(jù)庫組成的業(yè)務(wù)信息資源。

（2）PaaS層是系統(tǒng)架構(gòu)的核心，采用分布式的存儲和計(jì)算實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理。并為上層應(yīng)用服務(wù)提供運(yùn)行和維護(hù)，為下層基礎(chǔ)資源提供資源管理服務(wù)。業(yè)務(wù)開發(fā)組件提供系統(tǒng)程序拓展所需的環(huán)境和工具集；綜合服務(wù)組件提供基礎(chǔ)的綜合管理、工作應(yīng)用、用戶管理、權(quán)限管理、訪問控制和身份認(rèn)證等服務(wù)。資源管理組件為審計(jì)資源層提供目錄管理、數(shù)據(jù)采集、資源整理等服務(wù)。

（3）SaaS層是針對審計(jì)業(yè)務(wù)框架的軟件服務(wù)集合，實(shí)現(xiàn)供電企業(yè)審計(jì)業(yè)務(wù)的核心功能，為客戶端提供業(yè)務(wù)支撐。根據(jù)供電企業(yè)的業(yè)務(wù)需要，形成各項(xiàng)審計(jì)應(yīng)用服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的云部署。其內(nèi)容主要包括審計(jì)項(xiàng)目管理、審計(jì)業(yè)務(wù)流程、審計(jì)質(zhì)量控制、審計(jì)數(shù)據(jù)分析、審計(jì)案例瀏覽以及其它審計(jì)應(yīng)用等服務(wù)。此外，在客戶端方面，審計(jì)師只要使用帶有瀏覽器程序的電子設(shè)備便可登入系統(tǒng)。云審計(jì)系統(tǒng)還擁有高可靠性的云安全環(huán)境，對系統(tǒng)和數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的防病毒檢測和處理，確保審計(jì)數(shù)據(jù)的安全性。

4.云審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程

基于大數(shù)據(jù)背景，云審計(jì)系統(tǒng)可以將各供電企業(yè)的審計(jì)數(shù)據(jù)整合為海量的審計(jì)資源池，構(gòu)成審計(jì)數(shù)據(jù)的采集、導(dǎo)入、分析、展示平臺，使審計(jì)業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)處理過程。

（1）云審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

云審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法必須非常全面，充分考慮審計(jì)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性、多樣性和異構(gòu)性。常見的數(shù)據(jù)采集方法有兩類，一類是復(fù)制采集，從被審計(jì)單位導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫信息或整個(gè)數(shù)據(jù)庫的備份，用移動硬盤或優(yōu)盤拷貝的方式，上傳到云審計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行處理；另一類是在線采集，與被審計(jì)單位的業(yè)務(wù)系統(tǒng)制定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，不間斷地連續(xù)采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)流的動態(tài)監(jiān)控。在線采集方式具有時(shí)效性強(qiáng)、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，今后將成為主流的數(shù)據(jù)采集方式。

（2）云審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入

在供電企業(yè)各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)之間的結(jié)構(gòu)和類型千差萬別。在進(jìn)行分析之前，應(yīng)先將這些數(shù)據(jù)有效地導(dǎo)入系統(tǒng)，把重要數(shù)據(jù)如重要指標(biāo)、近期變化數(shù)量等置入高性能存儲器中，把不常用的次要數(shù)據(jù)置入一般存儲器，并去除不需要的冗余數(shù)據(jù)。

（3）云審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析

云審計(jì)系統(tǒng)中集成了大量審計(jì)分析程序，利用分布式計(jì)算集群對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析和分類統(tǒng)計(jì)，以滿足審計(jì)師的分析需求。云審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析具有以下幾方面的特點(diǎn)：一是審計(jì)分析程序的可構(gòu)造性。各種審計(jì)分析程序以模塊化的方式提供給審計(jì)師，可以進(jìn)行任意調(diào)整。審計(jì)師不再需要進(jìn)行原始編程，只要在云審計(jì)系統(tǒng)中將程序模塊像搭積木一樣進(jìn)行組合和排列，就可以完成分析程序的編輯，從而達(dá)到各種分析目的。二是注重對數(shù)據(jù)的全面分析。在傳統(tǒng)審計(jì)中，由于審計(jì)師無法將所有信息和資料都看完，于是經(jīng)常采用審計(jì)抽樣的技術(shù)方法。但是在大數(shù)據(jù)處理時(shí)代，抽取樣本檢查和全部數(shù)據(jù)檢查這兩種方式，在云審計(jì)系統(tǒng)面前的區(qū)別，只不過在時(shí)間上相差數(shù)秒鐘或數(shù)分鐘而已。當(dāng)審計(jì)師能夠在很短的時(shí)間內(nèi)處理完全部的數(shù)據(jù)時(shí)，就會減少對審計(jì)抽樣方式的依賴。三是注重?cái)?shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度分析。在以往的審計(jì)中，對被審計(jì)單位工作數(shù)據(jù)的檢查，只是對特定的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的統(tǒng)計(jì)和復(fù)核。在云審計(jì)系統(tǒng)中，還可以從該項(xiàng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的其它數(shù)據(jù)，對審計(jì)目標(biāo)加以驗(yàn)證。例如在審查工程費(fèi)用時(shí)，可以同時(shí)檢查物流部門的工程物資數(shù)據(jù)、監(jiān)理機(jī)構(gòu)的監(jiān)理信息、工地用電記錄等等，對工程的合理性和真實(shí)性進(jìn)行多方位分析。四是實(shí)現(xiàn)對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)指的是圖片、視頻、音頻等無法結(jié)構(gòu)化的信息。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在以往的信息化技術(shù)中也是一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儾幌衲切┍砀袷降臄?shù)據(jù)一樣容易抽取和篩選。而在云審計(jì)系統(tǒng)中，圖片、視頻、文檔也能做到自動摘要、分類處理和聚類分析，這就充分拓展了審計(jì)師的分析視野。五是實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的深度挖掘。供電企業(yè)的審計(jì)數(shù)據(jù)挖掘可以從各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域入手，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)上進(jìn)行基于各種算法的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)高級別數(shù)據(jù)分析的需求，例如對業(yè)務(wù)情況進(jìn)行一段時(shí)間內(nèi)的趨勢分析、計(jì)算業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率等等。

（4）云審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示

數(shù)據(jù)展示將實(shí)現(xiàn)可視化，能夠直觀地將數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、變化和疑點(diǎn)呈現(xiàn)出來，將難以閱讀的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榻缑媲逦?、易于理解的圖表。進(jìn)而使審計(jì)師能夠與這些能講故事的數(shù)據(jù)進(jìn)行交流，對數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行多維度分析，從中找到審計(jì)問題出現(xiàn)的基本規(guī)律和深度原因。

篇（5）

中圖分類號： TN911?34； TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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)。人們通過手機(jī)、掌上電腦等簡易的終端設(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)量劇增和多平臺共存的局面，光靠原有的硬件基礎(chǔ)絕對無法滿足形勢的發(fā)展，而增加投入勢必會增加企業(yè)的運(yùn)營成本，租用第三方運(yùn)營平臺將成為一種發(fā)展趨勢。

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法比擬的。本文以云計(jì)算為平臺，研究了基于云平臺的視頻點(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，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年由美國國家標(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、應(yīng)用和服務(wù)）并提高其可用性的模式，這些資源來自一個(gè)共享的、可配置的資源池，并能夠以最省力和無人干預(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、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是可以無限擴(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，而無需維護(hù)和購買任何發(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，用戶通過簡易的互聯(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，包括SDK、文檔、測試環(huán)境和部署環(huán)境等。平臺的部署和運(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)算或存儲資源來裝載相關(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，對于計(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)播平臺的基本架構(gòu)，其拓?fù)鋱D如圖1所示。用戶通過Web交互服務(wù)器向視頻點(diǎn)播系統(tǒng)發(fā)出業(yè)務(wù)請求，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、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)請求轉(zhuǎn)交給后臺的云核心服務(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)塊的具體存儲位置，對內(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)器通過與各集群主控服務(wù)器進(jìn)行交互控制，對集群中的所有節(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)播請求，檢索資源狀態(tài)信息表，獲取資源的具置，然后通過集群主控服務(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。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，再由服務(wù)器對客戶端進(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 心跳檢測技術(shù)

在任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件異常檢測總是極其重要的。云系統(tǒng)采用心跳檢測[10]技術(shù)來控制系統(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)將不會發(fā)給它們?nèi)魏涡碌腎/O請求。對于宕機(jī)的虛擬機(jī)，系統(tǒng)將不斷進(jìn)行檢測并通過虛擬機(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)與心跳檢測技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，當(dāng)系統(tǒng)在特定時(shí)間內(nèi)仍無法檢測到某數(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的數(shù)據(jù)塊情況，掌握各節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，通過平衡資源狀態(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)越的存儲位置；若現(xiàn)有的資源過于集中，可采用數(shù)據(jù)塊遷移方法，重新分配合適的存儲位置，平衡整個(gè)文件存儲系統(tǒng)。

3 結(jié) 語

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)將面對內(nèi)容繁雜、平臺多樣、業(yè)務(wù)量激增等局面，這對傳統(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。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳旭文，林若波.基于P2P的多原VOD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].測控技術(shù)，2012，31（8）：27?30.

[2] MELL P，GRANCE T. NIST SD 800?145 the NIST definition of cloud computing [S]. Gaithersburg，MD： NIST Special Publication，2011.

[3] 吳朱華.云計(jì)算核心技術(shù)剖析[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[4] GROSSMAN R L.The case for cloud computing [J]. IEEE Computer Society，IT Professional， 2009（11）：23?27.

[5] 周洪波.云計(jì)算技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)模式[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[6] HADOOP W T. 權(quán)威指南[M].曾大聃，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[7] 劉鵬，黃宜華，陳衛(wèi)衛(wèi).實(shí)戰(zhàn)Hadoop：開啟通向云計(jì)算的捷徑[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

篇（6）

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software-Defined Networking，SDN）采用了控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)，能夠在控制平面上邏輯集中可編程控制器并掌握全局網(wǎng)絡(luò)的各種狀態(tài)信息，抽象后通過開放接口提供給應(yīng)用層，它擁有靈活調(diào)整與實(shí)驗(yàn)部署能力，能夠?qū)崿F(xiàn)基于應(yīng)用的開放式網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。

1 技術(shù)背景與基本架構(gòu)

1.1 技術(shù)背景

SDN始于2006年斯坦福大學(xué)的CleanSlate研究課題，2009年，Mckeown教授正式提出SDN概念，核心思想是通過分層將數(shù)據(jù)與控制解耦合，以此消除現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的局限性，實(shí)現(xiàn)可編程網(wǎng)絡(luò)控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離。SDN的開放可編程性提供主動網(wǎng)絡(luò)（Active Network），能夠通過簡單轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)設(shè)備來動態(tài)執(zhí)行報(bào)文中所攜帶的應(yīng)用程序，這也使得SDN能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的靈活管控。另外，SDN的4D架構(gòu)也將可編程的決策平面從數(shù)據(jù)平面中完全分離出來，它提高了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的管理能力。

SDN技術(shù)在學(xué)術(shù)界的理論拓展以及企業(yè)的廣泛推廣使其快速成長，諸如美國的GENI、Internet、歐盟的SPARC和日本的JGN2Plus都先后開展了基于SDN的技術(shù)研究與工作部署。在電信領(lǐng)域等方面，德國電信、Google、微軟、Yahoo等公司聯(lián)合成立了開放網(wǎng)絡(luò)基金會組織（ONF），希望將SDN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化定制工作快速推廣。SDN技術(shù)理念打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行模式及格局，受到了來自于世界各地科研機(jī)構(gòu)與商業(yè)領(lǐng)域的青睞，逐步成為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化體系的技術(shù)標(biāo)桿，也體現(xiàn)出作為潛力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)際價(jià)值。

1.2 基本架構(gòu)

在互聯(lián)網(wǎng)及軟件學(xué)術(shù)領(lǐng)域，SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)擁有狹義與廣義兩種定義，從廣義來看，SDN表示向上層應(yīng)用最大限度開放資源接口，進(jìn)而幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的編程控制與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)流程；而從狹義角度來講，SDN是指符合ONF定義的開放架構(gòu)，并要求在控制器的控制條件下基于OpenFlow協(xié)議來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)功能。其中所存在的區(qū)別就在于狹義SDN嚴(yán)格規(guī)定要采用OpenFlow，而廣義SDN則不僅僅局限于OpenFlow，它還可以采用諸如Netconf、XMPP等等其它控制接口或協(xié)議，如圖1。

總體而言，SDN框架應(yīng)該滿足以下兩點(diǎn)設(shè)計(jì)思想：

（1）實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的控制層面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面分離，提高網(wǎng)絡(luò)管理的控制能力；

（2）提高硬件平臺的可編程性，實(shí)現(xiàn)快速配置，滿足靈活的應(yīng)用需求。

而無論哪個(gè)組織提出的SDN體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)其實(shí)是一致的，SDN概念下的數(shù)據(jù)控制相分離的網(wǎng)絡(luò)具有開放性和可編程性，科研人員及運(yùn)營人員可以通過PC、手機(jī)/PAD、Web網(wǎng)頁以及未來可能出現(xiàn)的各種途徑進(jìn)行全網(wǎng)部署，部署工作僅僅是應(yīng)用的簡單定制開發(fā)及配置?？梢灶A(yù)見，針對SDN架構(gòu)的業(yè)務(wù)應(yīng)用研究，是未來研究發(fā)展的重要方向。

2 SDN的應(yīng)用及未來發(fā)展

2.1 SDN在數(shù)據(jù)中心及云計(jì)算方面的應(yīng)用

SDN轉(zhuǎn)發(fā)控制分離特性賦予其在流量工程方面的天然優(yōu)勢，在2012年，谷歌公司就推出了B4項(xiàng)目，該項(xiàng)目充分展示了SDN的優(yōu)越性，它利用OpenFlow技術(shù)將包括美國、比利時(shí)、芬蘭、新加坡、臺灣等12個(gè)國家的數(shù)據(jù)中心連接起來，促成了全球首個(gè)廣域商用SDN體系?；贠penFlow技術(shù)的流量工程實(shí)施應(yīng)用后，數(shù)據(jù)中心的平均鏈路利用率從30%躥升到70%，甚至某些鏈路在繁忙時(shí)利用率達(dá)到100%，該項(xiàng)目的成功也為SDN在全世界信息領(lǐng)域的推廣奠定了信心基礎(chǔ)。有理由相信，未來數(shù)據(jù)中心在軟件定義的框架下，能夠?qū)υ朴?jì)算實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源和存儲資源提供重新整合的發(fā)展機(jī)會，使各項(xiàng)資源能夠協(xié)同控制，進(jìn)而有效提升資源利用效率和服務(wù)質(zhì)量。

2.2 SDN在無線接入網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

SDN在無線接入網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也已相當(dāng)廣泛，通過利用可編程物理層與介質(zhì)層來共同構(gòu)建無線接入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面，該數(shù)據(jù)平面可以同時(shí)兼容多個(gè)技術(shù)制式的網(wǎng)絡(luò)，例如WIFI、3/4G-LTE、GSM等。當(dāng)這些數(shù)據(jù)技術(shù)平面被接入到SDN后，就可以通過向上接口來實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)應(yīng)用的支撐，通過業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對用戶的集中式業(yè)務(wù)邏輯控制和移動性管理，從而能夠解決網(wǎng)間無縫切換以及單鏈路丟包嚴(yán)重等問題，研究結(jié)果也表明可以明顯提升此類應(yīng)用的流暢度和視頻清晰度，大大提高用戶的體驗(yàn)效果與質(zhì)量。

2.3 SDN在光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

光網(wǎng)絡(luò)的集中控制涉及設(shè)備集中控制機(jī)制，通過它來設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)策略可以實(shí)現(xiàn)編程控制等技術(shù)的自我突破。將SDN應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)中，就可以構(gòu)建出面向業(yè)務(wù)的新一代光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，例如SDON（Software-Defined Optical Networks），可以通過控制與傳送平面解耦來屏蔽光網(wǎng)絡(luò)中所存在的物理技術(shù)細(xì)節(jié)，并利用集中控制策略來提高光網(wǎng)絡(luò)的智能調(diào)度與協(xié)同控制機(jī)能。在2013年4月，ONF就成立了光傳送工作組OTWG（Optical Transport Working Group）。通過基于SDON架構(gòu)和OpenFlow協(xié)議來實(shí)現(xiàn)多廠商的互操作。在2014年底，中國電信協(xié)調(diào)華為、中興等企業(yè)基于OpenFlow實(shí)現(xiàn)了SDON互通，也使得該業(yè)務(wù)能夠在未來的發(fā)展中可以充分融合到企業(yè)通信與合作應(yīng)用體系當(dāng)中。

3 結(jié)語

軟件定義網(wǎng)絡(luò)通過抽象將控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，能夠很好地解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中如配置復(fù)雜度、控制方式等諸多現(xiàn)實(shí)問題，同時(shí)，可編程網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究也為SDN奠定了理論依據(jù)，使得應(yīng)用層面可以直接調(diào)用接口而無須關(guān)心控制層乃至底層硬件，較好的開放性使其可以根據(jù)需求靈活定制各種應(yīng)用，能夠在未來信息發(fā)展中應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)。目前，更多的研究人員基于軟件定義技術(shù)拓展出了新一代技術(shù)的各種應(yīng)用方向及思路，同時(shí)也應(yīng)該意識到，應(yīng)用的多樣化使得北向接口呈現(xiàn)多樣性，如何實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一還需要業(yè)界進(jìn)一步推動。

篇（7）

2.云計(jì)算特點(diǎn)結(jié)合上述定義以及云計(jì)算的應(yīng)用背景，其特點(diǎn)可歸納為：（1）資源租用化：云計(jì)算提供對計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、軟件等多種IT基礎(chǔ)設(shè)施資源的租用化服務(wù)，用戶不需要自己擁有和維護(hù)這些資源。（2）共享資源池：資源以共享資源池的方式統(tǒng)一管理。利用虛擬化技術(shù)，將資源分享給不同用戶，資源的存儲、分配與管理對用戶透明。（3）彈性化服務(wù)：服務(wù)的規(guī)?？煽焖偕炜s，以自動適應(yīng)負(fù)載的變化。（4）按需化服務(wù)：以服務(wù)的形式為用戶提供應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)存儲、基礎(chǔ)設(shè)施等資源，并可根據(jù)用戶需求自動分配，不需系統(tǒng)管理員干預(yù)。（5）服務(wù)可計(jì)費(fèi)：監(jiān)控用戶的資源使用量，并根據(jù)資源使用情況對服務(wù)計(jì)費(fèi)。（6）泛在式接入：用戶可以利用各種終端設(shè)備（PC、筆記本、移動終端等）隨時(shí)隨地訪問云計(jì)算服務(wù)。

3.云計(jì)算優(yōu)勢云計(jì)算是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上把所有硬件、軟件結(jié)合起來，充分利用和調(diào)動現(xiàn)有一切信息資源，通過架構(gòu)一種新型服務(wù)模式結(jié)構(gòu)，為人們提供不同層次、不同需求的低成本、高效率的智能化信息服務(wù)模式。與傳統(tǒng)的IT服務(wù)相比，其優(yōu)勢主要集中在：（1）資源使用靈活：以并行計(jì)算為核心，按需調(diào)度計(jì)算任務(wù)、分配計(jì)算資源，并提供從數(shù)據(jù)整合處理、計(jì)算模型設(shè)定到計(jì)算結(jié)果輸出等完整的數(shù)據(jù)處理服務(wù)，為用戶提供靈活可靠的平臺。（2）提高設(shè)施利用率：通過虛擬化技術(shù)，在不增加新的計(jì)算能力前提下，有效提高硬件利用率。（3）節(jié)約成本：配置簡單，資源即取即用，無需花費(fèi)大量的時(shí)間搭建、維護(hù)計(jì)算環(huán)境，以服務(wù)的方式使用及存儲資源，按需取用，按需付費(fèi)，不需購買大量設(shè)備。（4）管理統(tǒng)一：通過云計(jì)算的統(tǒng)一整合，轉(zhuǎn)變原來IT管理一對多模式，實(shí)現(xiàn)物理資源池化的機(jī)制，通過云平臺統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理入口。

二、云計(jì)算的服務(wù)類型及關(guān)鍵技術(shù)

1.云計(jì)算的服務(wù)類型云計(jì)算核心服務(wù)分為3種類型：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、平臺即服務(wù)、軟件即服務(wù)。其基本架構(gòu)如圖1所示：IaaS為用戶提供硬件基礎(chǔ)設(shè)施部署服務(wù)，如處理能力、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)組件等，用戶可以根據(jù)需求向IaaS提供基礎(chǔ)的配置信息，以及運(yùn)行于基礎(chǔ)設(shè)施的程序代碼和用戶數(shù)據(jù)。IaaS采用虛擬化技術(shù)向用戶提供高可靠性、可伸縮、可擴(kuò)展的服務(wù)。典型服務(wù)，如AmazonEC2、Rackspace。PaaS為用戶提供應(yīng)用程序的計(jì)算平臺和解決方案堆棧的服務(wù)。PaaS模式的重要應(yīng)用場景之一是向用戶交付一個(gè)支撐應(yīng)用運(yùn)行的應(yīng)用運(yùn)行平臺。用戶不必關(guān)注底層的網(wǎng)絡(luò)、存儲和操作系統(tǒng)?；赑aaS模式構(gòu)建應(yīng)用運(yùn)行平臺，需要具備：提供應(yīng)用需求接口的能力、提供快速構(gòu)建應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境的能力、提供實(shí)時(shí)動態(tài)滿足應(yīng)用需求的能力。典型服務(wù)，如：GoogleAPPEngine、Hadoop。SaaS是基于云計(jì)算平臺所開發(fā)的應(yīng)用程序服務(wù)。軟件系統(tǒng)各個(gè)模塊可以由每個(gè)用戶自己定制、配置、組裝和測試，得到滿足客戶自身需要的軟件系統(tǒng)?？梢栽诖硕ㄖ茲M足遠(yuǎn)程教育需要的遠(yuǎn)程教育教學(xué)平臺，而不必考慮系統(tǒng)的維護(hù)和管理，終端用戶可將桌面應(yīng)用遷移至互聯(lián)網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)泛在訪問。典型服務(wù)，如：GoogleApps，ZohoOffice。

2.云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算的目標(biāo)是以低成本的方式提供高可靠、高可用、規(guī)?？缮炜s的個(gè)性化服務(wù)。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要虛擬化、海量數(shù)據(jù)存儲與處理、平臺管理與調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)加以支撐。（1）虛擬化技術(shù)：虛擬化技術(shù)是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上運(yùn)行，它可以擴(kuò)大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程，減少軟件虛擬機(jī)相關(guān)開銷、支持更廣泛的操作系統(tǒng)。通過虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，它包括將單個(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。虛擬化技術(shù)目前主要應(yīng)用在CPU、操作系統(tǒng)、服務(wù)器等多個(gè)方面，是提高服務(wù)效率的最佳解決方案。虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算資源池化和按需服務(wù)的基礎(chǔ)。（2）海量數(shù)據(jù)存儲與處理技術(shù)：云計(jì)算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，同時(shí)為大量用戶服務(wù)，因此云計(jì)算系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，用冗余存儲的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性。這種方式保證了分布式數(shù)據(jù)的高可用、高可靠和經(jīng)濟(jì)性，即為同一份數(shù)據(jù)存儲多個(gè)副本，如GFS。另外，由于海量數(shù)據(jù)資源部署在大規(guī)模硬件基礎(chǔ)上，因此海量數(shù)據(jù)的處理分析需要抽象化處理，并要求其編程模型支持規(guī)模擴(kuò)展，屏蔽底層細(xì)節(jié)，如Google提出的并行程序編程模型MapReduce。（3）平臺管理與調(diào)度技術(shù)：由于資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多并分布在不同地點(diǎn)，同時(shí)運(yùn)行著上百種應(yīng)用，如何有效管理服務(wù)器，保證整個(gè)系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。云計(jì)算系統(tǒng)的平臺管理與調(diào)度技術(shù)能夠保證大量服務(wù)器協(xié)同工作，方便進(jìn)行業(yè)務(wù)部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過自動化、智能化手段實(shí)現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運(yùn)營。（4）節(jié)能環(huán)保技術(shù)：云計(jì)算數(shù)據(jù)中心規(guī)模龐大，為保證設(shè)備正常工作，需要消耗大量的電能。因此，實(shí)施綠色環(huán)保的節(jié)能技術(shù)，不僅可以降低云計(jì)算中心的能耗，而且可以減少二氧化碳的排放。（5）安全管理技術(shù)：由于云計(jì)算的海量數(shù)據(jù)特性（TP甚至PB級），使得傳統(tǒng)的安全機(jī)制難以滿足安全需求，因此云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)成為關(guān)鍵技術(shù)之一。

三、基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育平臺建設(shè)

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展起來的教育新模式，它打破了時(shí)空限制，使學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)、隨地獲取學(xué)習(xí)資源，其優(yōu)勢在于資源利用最大化、教學(xué)形式多樣化、學(xué)習(xí)行為自主化、學(xué)習(xí)形式交互化、教學(xué)管理自動化。目前，無論是電大開放教育、高校網(wǎng)絡(luò)教育還是遠(yuǎn)程教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，其平臺建設(shè)都是采用B/S工作模式，這種方式具有技術(shù)成熟、管理簡單、資源集中、訪問便捷等優(yōu)點(diǎn)。但隨著用戶規(guī)模的擴(kuò)充，學(xué)習(xí)需求的多樣化、軟硬件更新速度加劇等諸多因素的影響，傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程教育平臺的缺點(diǎn)逐漸顯示出來，如：資源重復(fù)建設(shè)、軟硬件投入大、系統(tǒng)擴(kuò)充能力弱、可配置性差、集中訪問時(shí)對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器壓力大等。

1.基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)為遠(yuǎn)程教育的發(fā)展注入了新的活力，為遠(yuǎn)程教育帶來了更高層次的變化，也為學(xué)習(xí)者獲取更好的教學(xué)支持服務(wù)提供了技術(shù)支撐。本文提出基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育平臺建設(shè)方案，其架構(gòu)如圖2所示。從圖2可知，基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育平臺基本架構(gòu)由物理資源池、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層和遠(yuǎn)程教育應(yīng)用層組成。它應(yīng)包含從事遠(yuǎn)程教育所必須的一切軟硬件計(jì)算資源，這些計(jì)算資源經(jīng)過虛擬化后，向遠(yuǎn)程教育機(jī)構(gòu)、學(xué)生提供以租用計(jì)算資源為形式的服務(wù)。遠(yuǎn)程教育云區(qū)別于其他云的關(guān)鍵技術(shù)在于遠(yuǎn)程教育應(yīng)用層，它體現(xiàn)遠(yuǎn)程教育主要的業(yè)務(wù)邏輯，由一組經(jīng)拓展的遠(yuǎn)程教育程序組成。遠(yuǎn)程教育應(yīng)用層主要包括：(1)遠(yuǎn)程教育管理程序。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育教學(xué)和管理的業(yè)務(wù)，包含遠(yuǎn)程教學(xué)平臺、教務(wù)管理系統(tǒng)、OA管理系統(tǒng)、作業(yè)管理系統(tǒng)、考試管理系統(tǒng)、虛擬實(shí)驗(yàn)室等；(2)遠(yuǎn)程教育應(yīng)用程序。包含流媒體播放軟件、文檔閱讀軟件、在線交互程序、電子郵件等程序；(3)遠(yuǎn)程教育中間件。遠(yuǎn)程教育機(jī)構(gòu)可以通過中間件系統(tǒng)快速開發(fā)出適合自己應(yīng)用的遠(yuǎn)程教育程序。構(gòu)建基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育平臺，其優(yōu)勢包括：（1）物理層方面:由于云服務(wù)提供商能提供跨平臺、運(yùn)算能力強(qiáng)大、資源豐富統(tǒng)一的通信平臺，因此，無需購買本地服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，僅需投入少數(shù)管理終端及云接入設(shè)備即可。其次，因所有的服務(wù)都由云端提供，無需考慮服務(wù)器運(yùn)行的可靠性、可用性、安全性、完整性，大大降低維護(hù)、升級等工作量，從而節(jié)省大量的人力、物力。（2）應(yīng)用層方面:教師能夠輕松構(gòu)建自己的個(gè)性化教學(xué)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生高級思維能力和群體智慧發(fā)展，提高教育質(zhì)量。通過網(wǎng)上視頻教學(xué)、實(shí)時(shí)課堂、在線作業(yè)、在線測評、虛擬實(shí)驗(yàn)室、在線答疑等功能，為學(xué)生提供教學(xué)輔導(dǎo)。（3）資源建設(shè)方面：基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育平臺能夠充分發(fā)揮云計(jì)算的特點(diǎn)，統(tǒng)籌使用各地軟、硬件資源，提供強(qiáng)大的遠(yuǎn)程教學(xué)能力和資源提供能力，各地遠(yuǎn)程教育機(jī)構(gòu)能夠統(tǒng)一部署資源，有效避免資源的重復(fù)建設(shè)。資源訪問者不需要知道資源位于何處，系統(tǒng)使用統(tǒng)一的資源列表提供最合理的服務(wù)，不再受地域、時(shí)間的限制。對于任意的一個(gè)資源訪問者，系統(tǒng)可以自動分析IP、確定路由，尋找離他最近的資源并建立連接。（4）客戶端：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，學(xué)習(xí)者可以通過配置各種標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器的終端（如PC、iPAD、手機(jī)等）使用遠(yuǎn)程教育云提供的各種資源和服務(wù)，師生之間能更加快捷地采用協(xié)同模式開展教學(xué)活動，真正做到泛在學(xué)習(xí)。

2.國內(nèi)遠(yuǎn)程教育云平臺建設(shè)模式

目前，國內(nèi)遠(yuǎn)程教育主要由電大系統(tǒng)、普通高校網(wǎng)院、遠(yuǎn)程教育公共服務(wù)體系、遠(yuǎn)程培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等組成，其運(yùn)作模式都是自成體系，各自為陣，很難統(tǒng)一。其缺點(diǎn)顯而易見，其一，造成軟硬件資源的極大浪費(fèi)，重復(fù)建設(shè)情況嚴(yán)重。其二，由于地區(qū)、觀念、師資等因素差異導(dǎo)致教育教學(xué)平臺建設(shè)質(zhì)量參差不齊，教育教學(xué)發(fā)展不均衡。其三，教育模式不能有效統(tǒng)一，學(xué)分不能互認(rèn)，學(xué)分銀行建設(shè)很難有效推進(jìn)。隨著國家開放大學(xué)的掛牌成立，建立終生教育的立交橋有望取得突破，而云計(jì)算技術(shù)作為催化劑可以加速這一趨勢的發(fā)展。中央電大校長楊志堅(jiān)在2012年中國遠(yuǎn)程教育大會上發(fā)表的《選擇適應(yīng)與追求卓越》上提到：云計(jì)算越來越成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的一個(gè)必然選擇和趨勢，我們要去迎接、擁抱新技術(shù)，推進(jìn)國家開放大學(xué)教育信息化建設(shè)，利用新技術(shù)改變現(xiàn)有的教育方式。中央電大作為我國遠(yuǎn)程教育的領(lǐng)頭羊，其具有成為建設(shè)遠(yuǎn)程教育云平臺的物質(zhì)條件和內(nèi)在動力。因此，筆者認(rèn)為國內(nèi)遠(yuǎn)程教育云平臺建設(shè)，可以以政府為主導(dǎo)、國家開放大學(xué)具體實(shí)施、高校和教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)共同參與建設(shè)的方法進(jìn)行。一方面，基于云計(jì)算技術(shù)建立的網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境可以作為一種基礎(chǔ)設(shè)施，供任何遠(yuǎn)程教育辦學(xué)機(jī)構(gòu)使用，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。另一方面，云計(jì)算中虛擬化、按需服務(wù)等概念使得原有各級電大系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施都能充分利用，并與新增的基礎(chǔ)設(shè)施一起通過資源調(diào)度管理后對外集成服務(wù)。因此，可以建立國家級、分部級、學(xué)院級等多級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在用戶邊緣采用內(nèi)容緩存以減少網(wǎng)絡(luò)流量為用戶提供高可靠、高體驗(yàn)的遠(yuǎn)程教育服務(wù)。

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)算平臺的初步總體設(shè)計(jì)，并搭建仿真測試平臺，測試結(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：TP392 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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)新行動計(jì)劃”信息技術(shù)領(lǐng)域項(xiàng)目（13511504700） 。

作者簡介：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

近年來我國民航事業(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13.66%。華東區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人口密度大，以全國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，對軟硬件資源要求高。以上海虹橋、浦東兩個(gè)機(jī)場為例，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。

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，利用自動拓?fù)湓O(shè)計(jì)算法（merge-MST）設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，采用Hadoop開源管理軟件實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，最后通過仿真手段驗(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、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、塔臺客戶端和公司機(jī)場客戶端，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，以塔臺電子進(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，其存儲和查詢效率已不能滿足需求。

2 云計(jì)算平臺及其架構(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。其后臺大量采用虛擬機(jī)，并通過互聯(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)存儲中心；對用戶端的設(shè)備要求低，支持手機(jī)、平板電腦等無線通信設(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）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，程序員無需關(guān)心數(shù)據(jù)塊的分配和調(diào)度，該部分工作由平臺自動完成。

2) 數(shù)據(jù)存儲管理

云計(jì)算采用分布式的方法存儲和管理數(shù)據(jù)，并利用冗余存儲保證數(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對應(yīng)一個(gè)索引號（Index）。作為對比，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，大多采用列存儲的數(shù)據(jù)管理模式?，F(xiàn)有技術(shù)中最主流的是Google的BigTable，Google對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)對象又可分為存儲虛擬化、計(jì)算虛擬化、應(yīng)用級虛擬化等等。

將虛擬化的技術(shù)應(yīng)用到云計(jì)算平臺，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)請求檢測和接納控制模塊、計(jì)價(jià)模塊、會計(jì)模塊、VM監(jiān)視器模塊、分發(fā)器模塊和服務(wù)請求監(jiān)視器模塊；

3) 虛擬機(jī)（VMs）：為實(shí)現(xiàn)在一臺物理機(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、存儲設(shè)備及路由器等。

基于云計(jì)算平臺的華東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]的仿真手段對三種算法進(jìn)行比較，考慮7、10、15、25個(gè)節(jié)點(diǎn)的場景，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)測試與應(yīng)用

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

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；塔臺電子進(jìn)程單系統(tǒng)則協(xié)助塔臺管制員管制飛機(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 測試結(jié)果

通過編寫程序，在測試環(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試，平均日最大處理?xiàng)l目數(shù)量如表4所示。

測試結(jié)果表明：云計(jì)算平臺計(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

本文針對華東地區(qū)巨大的航班吞吐量，提出了一套基于云計(jì)算平臺的CDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。通過測試驗(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)。

參考文獻(xiàn)

Vaquero L, Rodero-Marino L.Caceres J. et al. A break in theclouds: towards a cloud defi nition[J]. SIGCOMM ComputerCommunication Review. 2009,3(1): 50-55.

UC Berkeley 可靠自適應(yīng)分布式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室, 姚宏宇譯. 云端之上——Berkeley對云計(jì)算的看法. 2009.

J. Dean, S. Ghemawat, MapReduce: Simplified DataProcessing on Large Cluster[C], OSDI’04, Sixth Symposiumon Operating System Design and Implementation, SanFrancisco, CA, December, 2004.

Sanjay Ghemawat, Howard Gobioff, Shun-Tak Leung.The Google File System[C]. Proceedings of 19th ACMSymposium on Operating Systems Principles. 2003, 37(5):20~43.

R. Buyya, C.S. Yeo, S. Venugopal, Market-OrientedCloud Computing: Vision, Hype, and Reality for DeliveringIT Services as Computing Utilities [C], The 10th IEEEInternational Conference on High Performance Computingand Communications.

S. Pierre, G. Legault, A Genetic Algorithm for DesigningDistribute Computer Network Topologies[J], IEEE Trans.Man, Systems, and Cybernetics, 28(2), 1998: 249-258.

E. Szlachcic, Fault Tolerant Topological Design for ComputerNetworks[C], Proceedings of the international Conferenceon Dependability of Computer Systems, DepCos-RELCOMEX’06.

F.M. Shao, X. Shen, and P.H. Ho. Reliability Optimization ofDistributed Access Networks with Constrained Total Cost[J],IEEE Trans. Reliability, 2005,54:412-430.

篇（9）

使用者定義IT

如今，在許多IT廠商的會上，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動和社交化已經(jīng)成了必提的影響IT變革的四大要素。在這四大因素的作用下，IT系統(tǒng)越來越龐大和復(fù)雜，而用戶對IT系統(tǒng)的要求也水漲船高，希望IT資源隨時(shí)可用。為了應(yīng)對新應(yīng)用、新技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)，很多用戶有些疲于奔命，不斷嘗試對IT系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，虛擬化、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段都被派上了用場。但是在嘗試變革的過程中，一些用戶的精力過于集中在如何解決眼前的技術(shù)問題上，在埋頭苦干的時(shí)候，并沒有抬起頭來看一看未來IT的發(fā)展趨勢。其實(shí)，無論是IT廠商還是用戶，在這個(gè)IT變革的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上都應(yīng)該把眼光放得更長遠(yuǎn)些，將技術(shù)變革的趨勢與應(yīng)用的需求更緊密地結(jié)合在一起。

在“應(yīng)用定義IT”、“軟件定義一切”等一系列新概念被熱炒后，HDS公司提出了自己對IT變革的看法――業(yè)務(wù)定義IT。軟件定義IT也好，業(yè)務(wù)定義IT也罷，其本質(zhì)是相同的，都在強(qiáng)調(diào)用戶的需求和應(yīng)用的重要性。HDS高級副總裁兼亞太地區(qū)總經(jīng)理Neville Vincent解釋說：“業(yè)務(wù)定義IT就是從用戶的商業(yè)需求出發(fā)，重新審視IT能為其業(yè)務(wù)的發(fā)展提供哪些積極有效的服務(wù)。IT服務(wù)必須與用戶的業(yè)務(wù)需求緊密聯(lián)系起來。”

利用業(yè)務(wù)定義IT可以更好地保證IT服務(wù)的移動性、經(jīng)濟(jì)性，并使用戶獲得更佳的洞察力。Neville Vincent舉了中國某大型汽車銷售商的例子。該銷售商不僅要掌握每個(gè)省的汽車銷售情況，而且要具體了解每個(gè)商的銷售數(shù)字，還要對多年的歷史銷售數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，這就需要借助大數(shù)據(jù)分析工具。掌握第一手的銷售數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析對銷售策略進(jìn)行調(diào)整，從而提升競爭力，這就是該汽車銷售商的首要業(yè)務(wù)需求，也是IT在不斷演進(jìn)的過程中必須解決的實(shí)際問題。業(yè)務(wù)定義IT其實(shí)就是這么簡單。

Neville Vincent小結(jié)說：“IT是由使用者決定的。用戶希望不受時(shí)間和空間的限制，只要需要，就能獲得所需的信息。這在以前是不可想象的，而現(xiàn)在則成了IT努力的方向?！?/p>

業(yè)務(wù)永不中斷

業(yè)務(wù)定義IT并不是一句空話，其技術(shù)基礎(chǔ)就是永續(xù)IT云架構(gòu)。對于云計(jì)算架構(gòu)，人們已經(jīng)十分熟悉，而HDS公司在云架構(gòu)之前加上了“永續(xù)”二字，著重強(qiáng)調(diào)的是IT架構(gòu)的可用性必須得到有效提升和保障，即使是在數(shù)據(jù)遷移的過程中，業(yè)務(wù)的連續(xù)性也不會受到影響，不會產(chǎn)生意外宕機(jī)。

如上文所述，業(yè)務(wù)定義IT可以改善業(yè)務(wù)的移動性、經(jīng)濟(jì)性和洞察力，而確保這些改變的實(shí)現(xiàn)，就需要IT云架構(gòu)始終可用，并且保持自動化和敏捷性。這三點(diǎn)恰好也是HDS賦予永續(xù)IT云架構(gòu)的關(guān)鍵內(nèi)涵。為了保證永續(xù)IT云架構(gòu)的落地，HDS此次了一系列新產(chǎn)品和新的版本升級，比如VSP G1000、存儲虛擬化操作系統(tǒng)（SVOS）、Command Suite v8、Unified Compute Platform等。

“在云計(jì)算方面，我們提供的是私有云和混合云解決方案。在公有云方面，我們主要是配合合作伙伴的工作，而自己不會提供公有云服務(wù)?！盢eville Vincent告訴記者。在HDS的云計(jì)算框架中，基礎(chǔ)架構(gòu)云、內(nèi)容云和信息云三部分今年都會有更新，而永續(xù)IT云架構(gòu)是HDS云平臺的基礎(chǔ)與核心。比如，VSP G1000和存儲虛擬化操作系統(tǒng)進(jìn)一步充實(shí)了HDS的基礎(chǔ)架構(gòu)云解決方案。雖然作為軟件定義存儲的代表，VSP G1000本身就極具賣點(diǎn)，不過在Neville Vincent的眼里，HDS還是以端到端平臺解決方案取勝，并在全面服務(wù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)方案的差異化。以VSP G1000為代表的存儲基礎(chǔ)架構(gòu)、內(nèi)容平臺和管理軟件等構(gòu)成了HDS的差異化解決方案。

“為了推出永續(xù)IT云架構(gòu)方案，我們已經(jīng)準(zhǔn)備了一年。我們相信，永續(xù)IT云架構(gòu)方案一定能夠在亞太市場上取得成功?！盢eville Vincent希望內(nèi)容移動性解決方案、永續(xù)IT云架構(gòu)方案和整合方案今年能夠增長一倍，而作為平臺方案重要支撐的數(shù)據(jù)保護(hù)解決方案和文件管理方案也是HDS關(guān)注的重點(diǎn)。

存儲虛擬化的演進(jìn)

HDS永續(xù)IT云架構(gòu)最大的亮點(diǎn)就是存儲虛擬化操作系統(tǒng)和VSP G1000，兩者軟硬結(jié)合，相得益彰。HDS 產(chǎn)品規(guī)劃副總裁兼信息技術(shù)平臺部（ITPD）總工程師Michael Hay介紹說，存儲虛擬化操作系統(tǒng)是HDS首個(gè)用獨(dú)立軟件方式實(shí)現(xiàn)虛擬化功能的系統(tǒng)，它采用通用的軟件架構(gòu)，能夠跨越HDS的整個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)產(chǎn)品組合，同時(shí)增強(qiáng)服務(wù)器虛擬化的效能。存儲虛擬化操作系統(tǒng)使得用戶可以擁有更多選擇、更大的靈活性和一個(gè)簡約的基礎(chǔ)架構(gòu)，能夠?qū)鹘y(tǒng)數(shù)據(jù)中心平滑遷移至軟件定義的數(shù)據(jù)中心。

存儲虛擬化操作系統(tǒng)兼具軟件定義存儲的靈活性和HDS企業(yè)級存儲軟件的成熟功能，在閃存優(yōu)化、高級存儲虛擬化、自動分層、平滑數(shù)據(jù)遷移等方面實(shí)現(xiàn)了新的突破，且無需外置設(shè)備就能提供多系統(tǒng)和多數(shù)據(jù)中心的雙活功能。

在存儲虛擬化方面，HDS是基于存儲控制器虛擬化方式的成功代表。HDS使用基于存儲控制器的虛擬化，將存儲控制器與磁盤存儲系統(tǒng)分離。這種方法將邏輯視圖與物理資產(chǎn)分離，可以虛擬化其他廠商的存儲系統(tǒng)。而存儲虛擬化操作系統(tǒng)是在存儲硬件平臺上的一個(gè)軟件層，它利用軟件定義存儲的思路，將軟件與硬件相分離，充分發(fā)揮了軟件的靈活性與管理的方便性。Michael Hay表示，未來HDS的存儲平臺都將支持存儲虛擬化操作系統(tǒng)。

VSP G1000是運(yùn)行存儲虛擬化操作系統(tǒng)的理想硬件平臺。VSP G1000可以實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)展，具有超過48GB/s的可用帶寬和超過120萬次操作/秒的NFS操作性能。 在各項(xiàng)配置和性能指標(biāo)上，VSP G1000全面超越了以前的VSP系列，比如IOPS提高3倍多，緩存容量和HNAS集群節(jié)點(diǎn)數(shù)量都增加一倍，能效提高10%以上。Michael Hay表示，VSP系列與VSP G1000有不同的市場定位，兩者將并存。

簡化管理是最大賣點(diǎn)

篇（10）

[9] 無錫市政府.無錫市人民政府辦公室印發(fā)關(guān)于更大力度吸引物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)高層次人才三年行動計(jì)劃的通知[EB/OL].， 2013-5-4.

Study on the Operation Mechanism of Internet

of Things Industry Ecosystem Based on System Dynamics

GUO Jinfei REN Licheng ZHANG Yongyun