基于云計算平臺的后勤信息系統架構研究

陳 楊,朱衛國

(92117部隊,北京100072)

基于云計算平臺的后勤信息系統架構研究

陳 楊,朱衛國

(92117部隊,北京100072)

對新時期后勤信息系統的建設需求進行了分析,后勤信息系統建設正面臨著面向服務的高級后勤信息能力需求、面向大數據的海量多模式數據實時共享需求和面向能力重組的靈活敏捷平臺支撐需求。介紹了云計算的核心思想和技術優勢,搭建了包含云計算基礎設施服務層、云計算平臺服務層和云計算軟件服務層等三層標準云計算服務模式的后勤信息系統總體架構,并分析了其四種常見的部署方式。

后勤信息系統 云計算 體系架構

0 引 言

近年來,以后勤信息系統為核心的后勤信息化建設呈現出良好的發展勢頭,逐步向規模化、標準化、體系化建設模式發展,有力地推動了后勤現代化建設。當前,以轉型需求為牽引,深入開展“核高基”、云計算、物聯網等新技術與后勤信息化重大工程的集成創新研究,對提高后勤信息系統的自主可控水平,解決當前后勤信息化建設主要矛盾和問題,實現以先進科技驅動后勤向信息化轉型,具有十分重要的意義。

1 后勤信息系統建設基本需求

1.1 面向服務的高級后勤信息能力需求

隨著部隊用戶對后勤信息的需求越來越多樣化,當前后勤信息系統已不再局限于固定的應用對象和有限的需求實體中,其應用模式已經向跨組織、綜合網絡和移動終端等應用并存的復合模式發展。后勤信息系統需要有高度動態、高度延展的支撐體系來滿足部隊可能出現的爆發式需求增長,需要有能力為部隊用戶提供個性化內容和服務,需要滿足海量用戶具有個體特征的“實時、實地、實景”的實時性、感知性需求[1]。

新時期后勤信息系統的通信(數據流動和交換)能力、存儲(數據保有)能力及計算(數據處理)能力不同于傳統的信息系統的基礎信息能力。信息化條件下的局部作戰是一體化聯合作戰,跨組織、跨網絡的后勤海量用戶訪問支持,后勤保障需求、保障資源等的實時數據采集和處理,以及后勤保障行動決策所需的海量數據存儲和分析,都需要后勤信息系統提供高度動態、高度延展的信息能力保障。該信息能力是面向服務的、按需供給的,是高可靠性、高可用性的高級后勤信息能力。

1.2 面向大數據的海量多模式數據實時共享需求

新時期后勤信息系統,是面向智能服務的后勤信息系統,具有更透徹的感知能力、更全面的認知能力和更智慧的處理能力,最重要的特征之一就是對數據的挖掘與應用。后勤信息系統需要構建面向后勤決策的大數據中心建設,通過構造基于統一空間的基礎大數據集,對多維數據進行關聯分析和快速檢索,深度挖掘數據資源,面向任務驅動后勤決策產品生成和主動推送,實現由傳統的基于日常業務的應用模式向基于數據分析的決策模式轉變,由單純的數據資源集散地向綜合的后勤決策產品生產地轉變,由需求型數據資源訂購向主動性的后勤決策產品推送轉變。

新時期后勤信息系統,需要對各層、各類的業務應用提供統一的數據支持,針對不同的業務應用對數據格式和數據訪問模式的不同需求,實現面向大數據的多格式、多模式海量數據的統一管理,高效流通,實時共享。

1.3 面向能力重組的靈活敏捷平臺支撐需求

快速應對戰場環境以及部隊用戶需求的快速演變,是后勤信息系統實現保障打贏的關鍵。無論是平時、戰時后勤保障,還是數據驅動的后勤決策都面臨戰場態勢變化,需要后勤信息系統快速響應的問題。這就需要后勤信息系統在現有業務功能的基礎上,具備迅速重新組合提供后勤新服務的能力。同時,為了良好地支撐這些重組的新服務,后勤信息系統還需要根據這些新服務的運行和支撐特性,敏捷地調整自身的能力提供和服務管理功能。

但是在傳統的豎井式信息系統架構中,通常只能實現根據對各業務應用的容量需求,來規劃資源和能力的分配,難以實現靈活動態的能力保障來應對快速多變的多樣化軍事任務需求。而且業務應用只能作為實現業務功能的單元,任何業務功能需求的改變都會導致業務應用的修改,或者業務應用集成的重構。此外,傳統的后勤信息系統應用集成模式無論對數據容量、數據流量及數據流動的實時性,都有明顯的功能限制,這樣的架構已經無法滿足后勤能力重組的快速響應的需求。

新時期后勤信息系統需要一種新的信息系統架構來支撐自身業務的發展。這種架構必須提供聚合大規模分布式系統中離散通信、存儲和處理能力,并以靈活、可靠、透明的形式提供給上層平臺和應用；必須提供針對海量多格式、多模式數據的跨系統、跨平臺、跨應用的統一支撐平臺；還必須提供高度敏捷的高可用、實時響應的系統平臺,支持快速變化的功能目標、系統環境和應用配置。

2 云計算概念和應用意義

2.1 云計算的概念

云計算(Cloud Computing)是并行計算(Parallel Computing)、分布式計算(Distributed Computing)和網格計算(Grid Computing)的融合和發展,云計算也是虛擬化(Virtualization)、效用計算(Utility Computing)、面向服務架構(SOA)等概念混合演進的結果。云計算將計算資源分布在由大量計算機構成的資源池上,而非本地計算機或遠程服務器中,各類用戶根據需求通過網絡訪問中心服務器和存儲系統。在遠程的數據中心里,成千上萬臺計算機和服務器連接成一片計算機云。利用這些“云”,并借助IaaS (基礎設施即服務)、PaaS(平臺即服務)、SaaS(軟件即服務)等方式,用戶通過終端接入數據中心,按自己的需求進行業務處理和運算[2]。

2.2 云計算在后勤信息系統中應用的意義

云計算“集約化、共享化、動態化”原則,及其突出的信息管理、分布計算、分散存儲、網絡協作以及軟、硬件資源等服務統一調度的能力,可有效解決傳統型后勤信息系統高投入、難管理、低效率、高能耗、低可用等問題,有助于滿足后勤信息系統面向跨組織、跨網絡的應用需求。基于云計算構建我軍后勤信息系統具有如下意義:

1)提高后勤保障能力。基于云計算平臺的后勤信息系統可提供海量的數據存儲和“無限量”的計算能力,提升后勤信息處理與存儲能力；可全面實現后勤計算資源統一管控,整合全軍數據資源,迅速生成通用戰場保障態勢,獲得更快速的后勤決策支持；可提高協作、信息共享、態勢感知和自組織能力,為戰場上任何相關需求提供更高級的后勤能力支持,實現后勤保障資源的綜合服務、全域共享。

2)提高后勤信息系統應用開發和部署速度。基于云計算平臺的后勤信息系統可極大縮短后勤信息系統軟硬件獲取周期,加快研發速度；可提供標準化的平臺,促進后勤信息化裝備標準化發展。

3)減少基礎設施建設、后勤信息系統開發和維護開銷。基于云計算平臺的后勤信息系統可減少軟硬件資源建設和維護費用,提供數據的利用率,避免重復建設帶來的浪費。

4)提高后勤信息安全。基于云計算平臺的后勤信息系統可在統一的安全指導下開展開發和部署,可提供更為安全統一的防護機制,大大提升后勤信息安全程度。

3 基于云計算平臺的后勤信息系統總體架構

通過對新時期后勤信息系統建設需求和云計算優勢的分析,文中認為應充分考慮我軍后勤信息化建設現狀,結合當前和未來一個時期后勤信息化建設重點工程,借鑒當前云計算的模式和架構,搭建基于云計算平臺的后勤信息系統架構。基于云計算平臺的后勤信息系統架構是一個包含云計算基礎設施服務層、云計算平臺服務層和云計算軟件服務層共三層的標準云計算架構,如圖1所示。

圖1 基于云計算平臺的后勤信息系統架構Fig.1 Logistical information system framework based on cloud computing

3.1 后勤信息系統IaaS層

后勤信息系統云計算基礎設施服務層,簡稱IaaS層,主要包括后勤基礎設施設備層、虛擬化平臺、虛擬數據中心層和云計算管理層。IaaS層為后勤信息系統中各類應用系統提供信息傳輸、業務承載和信息服務,實現信息資源高度共享,戰場、保障資源實時交換,為聯合指揮后勤保障、體系對抗和作戰及保障單元隨遇接入提供基礎支撐,進而實現后勤信息資源的全域共享以及滿足后勤信息系統互操作及端對端的能力要求。

1)后勤基礎設施設備層。后勤基礎設施設備層是后勤信息系統的基礎支撐平臺,需要在國家和軍隊網絡基礎設施之上運行,并配以高性能固定/移動服務器集群、海量存儲設備、后勤保障設施設備和戰場環境傳感設備等實現戰場和保障信息資源的獲取、更新、存儲、處理、交換等服務。

2)虛擬化平臺。虛擬化平臺是后勤信息系統在IaaS層中,將后勤基礎設施設備中大量的存儲、計算和網絡等資源通過虛擬化技術抽象成為“池化”資源。“池化”資源主要包括存儲資源、計算資源、網絡資源、內存資源和虛擬機等。“池化”資源為后勤信息資源彈性和按需供應提供了基礎,云計算平臺通過自動化切割和重新部署響應的“池化”資源,可滿足個性化的用戶需要。

3)虛擬數據中心層。虛擬數據中心層是戰場和后勤信息資源共享的核心,是IaaS實現的關鍵。在技術結構上,云計算環境下的虛擬數據中心通過服務、存儲網絡整合、服務器高可用集群、虛擬服務器動態遷移等基礎,實現云計算數據中心服務的彈性、動態等關鍵需求,其數據中心基礎網絡具有超高速交換、統一交換、虛擬化交換、透明化交換等特性。在內容上,虛擬數據中心層包含的可以是具體的數據庫,也可以是由不同異構數據庫形成的虛擬數據倉庫。數據庫包含常規數據信息和各專業數據信息,虛擬數據中心通過信息采集、數字化和標準化處理,從而形成了面向不同應用的數據云。如標準規范數據、武器裝備數據、保障方案數據、戰場環境數據、分析評估數據,以及面向總部、各軍區、軍兵種的數據云。

4)云計算管理層。云計算管理層實現對云的管理功能,包括資源配置管理、IT運維管理、任務管理和用戶管理等。資源配置管理負責均衡地使用云資源節點,檢測節點的故障并試圖恢復或屏蔽,并對資源的使用情況進行監視統計。IT運維管理對整個云系統運行環境、業務系統進行維護和管理。任務管理負責執行用戶提交的任務,包括完成用戶任務的部署和管理、任務調度、任務執行、任務生命周期管理等。用戶管理包括提供用戶交互接口、管理和識別用戶身份、創建用戶程序的執行環境、對用戶的使用進行統計等。

3.2 后勤信息系統PaaS層

后勤信息系統云計算平臺層,簡稱PaaS層,主要包括數據管理平臺、分布式計算平臺、后勤指控系統平臺等。PaaS層通過提供API來實現服務,部隊用戶通過API與平臺互動,PaaS層提供了從基礎設施到應用的服務,不僅實現了軟件與武器平臺、后勤裝備的鉸鏈,還依托統一格式的數據鏈路和專用的指控、物流等平臺,從技術上構建和完善了后勤指揮關系和保障鏈路,進而為聯合作戰一體化后勤保障提供了技術平臺和手段。

1)數據管理平臺。數據管理平臺通過對IaaS層虛擬數據中心進行管理,實現數據分發服務、重復數據刪除服務、數據備份服務、數據容災服務、數據安全管理、多源數據整合、智能檢索和智能路由等功能,可提供面向后勤保障活動全過程的數據共享服務。部隊用戶通過數據管理平臺對數據資源進行操作,可破解需求、資源和環境等數據迷霧,獲得實時、唯一、準確的數據,切實做到“一數一源”。

2)分布式計算平臺。分布式計算平臺可以使部隊用戶實現計算資源基于異構機群的高效率按需分配,達成未來戰場環境下,用戶對海量數據的采集和分析決策所需的巨量計算資源和計算效率的需求。

3)后勤指控系統平臺。后勤指控系統平臺主要用于后勤信息系統相應系統的軟件集成和數據集成,它提供各類通用和專用組件或構件,可以為部隊用戶提供全過程的后勤信息處理服務。它主要包括原有各類后勤信息系統平臺和構件庫、滿足云計算技術要求的智能服務平臺、用戶代理終端服務平臺等,如基于SOA的應用基礎平臺、后勤指揮平臺、物流平臺、后勤模擬訓練平臺、開放測試平臺等。通過該類平臺,后勤用戶向下可形成后勤末端的“一張網”,向上可支撐起后勤指揮鏈、管理鏈、服務鏈和保障鏈“四條鏈”,切實形成后勤信息系統業務協同、一體聯動和一體化后勤保障能力。

3.3 后勤信息系統SaaS層

后勤信息系統云計算軟件服務層,簡稱SaaS層,主要包括工具類應用組件、后勤業務應用組件和其他應用組件。SaaS層是各種云計算應用服務的集成,直接面向最終應用,是后勤信息系統提供各種服務的前端,也是用戶使用云計算共享體系的界面。部隊用戶通過各種終端登錄服務門戶,使用相關應用系統,不用關心應用如何實現,以及運行在什么樣的硬件平臺上,也不用考慮運維等問題。同時SaaS會提供自助服務功能,用戶可以進行個性化的配置。用戶可以選擇使用的周期,不用時可以隨時關閉。SaaS往往與PaaS平臺相配合,PaaS一方面提供自主服務,也能夠對SaaS運行提供支持。

1)工具類應用組件。工具類應用組件不涉及流程,通常包括Office、殺毒軟件、CAD、Photoshop、郵件系統等,該類組件為部隊用戶日常辦公提供軟件支持。

2)后勤業務類應用組件。后勤業務類應用組件主要包括后勤各項專業勤務的相關軟件,該類組件為部隊用戶完成后勤主要業務提供軟件支持。

3)其他應用組件。該類組件主要包括輔助決策服務、綜合顯示服務、集成控制服務、指揮控制服務、地理信息服務、標圖服務、戰場管理服務、戰場環境分析服務、后勤保障效能評估服務、后勤保障計劃評估服務等,該類組件為部隊用戶輔助完成后勤保障活動的各種應用服務提供軟件支持。

基于云計算平臺的后勤信息系統體系架構除了包括IaaS、PaaS和SaaS三層關鍵架構之外,還包括服務門戶、云服務平臺和云安全平臺等內容。服務門戶主要為部隊用戶使用IaaS、PaaS和SaaS時提供自助服務、遠程安全訪問和調度策略等；云服務平臺主要為云計算后勤信息系統提供容量規劃、打包等服務；云安全平臺為云計算后勤系統提供身份驗證、授權和審計等服務。

4 后勤信息系統云計算平臺的部署方式

后勤信息系統云計算平臺包括四種部署方式,分別為公有云、私有云、混合云和社區云,如圖2所示。私有云就是一個部隊或組織自己建設其內部使用的云計算平臺,如師級單位、基地、場站等；社區云是由數個有共同業務關系或目標任務的部隊機構組織共同構建的云計算業務；公有云就是由專門的云服務提供部門部署的云計算平臺,可設置在總部,不具備建設云計算平臺條件的部隊用戶可以通過網絡直接使用；混合云則是包含了兩種以上類型的云計算形式。公有云的計算資源是最富裕的,其次是社區云,私有云的計算資源最少,往往當資源不足時,采用混合云的部署方式。

圖2 云計算的四種部署方式及演進Fig.2 Deployment and evolution of cloud computing

因此,依據總部、軍區、軍兵種、部隊各級后勤指揮機構所擔負的不同任務,一是可在總部、各軍區、軍兵種機關采用公有云+私有云的混合云模式。其中,公有云負責向不具備云建設條件的部隊用戶提供服務,其優勢是所應用的程序、服務及相關數據都存放在總部公有云的提供處,部隊自己無需做相應的投資和建設。私有云負責向總部、軍區、軍兵種機關內部用戶的提供服務,其優勢是采取的數據中心集中化模式可解決內外數據安全性問題。二是師以下部隊用戶可采用私有云+借用上級公有云的建設模式。部隊建設的私有云若不能滿足自身需要,或者在后勤業務需求變化起伏,又不值得為此去擴展云計算中心規模的情況下,可以借用上級公有云提供的部分資源,形成混合云。三是在進行戰區方向、任務方向、或軍兵種主導的聯合作戰或其他多樣化非傳統軍事行動的急時、戰時等情況時,受命部隊可采用社區云的方式,在共同的作戰方向或共同的任務中,快速搭建社區云,來共享一個云計算平臺,支持臨時組建和撤銷,實現計算能力和后勤信息資源的快速形成,充分滿足平戰轉換、跨組織、跨網絡等一體化聯合作戰的后勤保障需要。

5 結 語

云計算的出現和成熟,為后勤信息化建設提供了新的思路和方法,未來信息化戰爭中信息的全面獲取和快速提取、處理、分析和分發等問題都可以通過云計算獲得很好的解決,但是目前相關研究還不夠深入,必須抓住機遇,加強后勤信息系統云計算技術研究,在信息化后勤的轉型變革中把握主動權。

[1] 李昭銳,吳學智,何如龍.淺析云計算的軍事應用[J].通信技術,2011,44(09):120-122.

LI Zhao-rui,WU Xue-zhi,HE Ru-long.Cloud Computing in Military Application[J].Communication Technology,2011,44(09):120-122.

[2] 王慶波,金涬,何樂,等.虛擬化與云計算[M].北京:電子工業出版社,2010:137.

WANG Qing-bo,JIN Xing,HE Le,et al.Virtualization and Cloud Computing[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2010:137.

CHEN Yang(1982-),male,Ph.D.,engineer,mainly engaged in the research of logistics information,military logistics.

朱衛國(1973—),男,高級工程師,主要研究方向為后勤信息化。

ZHUWei-guo(1973-),male,senior engineer,mainly engaged in logistics information.

Logistical Information System Framework based on Cloud Computing Platform

CHEN Yang1,ZHU Wei-guo1
(1.Unit 92117 of PLA,Beijing 100072,China)

This paper analyzes the construction demand of logistical information system for the new period. The construction of logistical information system is confronted with three types of demands:the demand for high-ranking service-oriented logistical information capabilities,the demand for real-time information sharing of big data in multiple modes,and the demand for supporting swift and flexible platform by rebuilding abilities.The core idea of cloud computing,including its technical advantages,is described in the paper.Based on cloud computing platform,the overall framework of logistical information system is proposed and constructed,which includes three standard service modes of cloud computing:infrastructure service layer,software service layer,and platform service layer.Meanwhile,four common deployments of cloud computing platform are analyzed in the paper.

logistical information system；cloud computing；system framework

TP391

A

1002-0802(2014)03-0290-06

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.03.012

陳 楊(1982—),男,博士,工程師,主要研究方向為后勤信息化,軍事物流；