云計(jì)算在水利信息化建設(shè)中的應(yīng)用探討

□ 宋 博 □ 石 菡

（1河南省水利信息中心；2河南省電力計(jì)量中心）

0 前言

水利是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。興水利，治水患，促經(jīng)濟(jì)，保民生。水利關(guān)系著國(guó)家命脈，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響巨大。近年來(lái)在治水實(shí)踐中逐步得出的可持續(xù)發(fā)展水利思路為水利事業(yè)的發(fā)展指明了方向,即以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化。所謂水利信息化,就是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù),提高水利信息資源的應(yīng)用水平和共享程度,從而全面提高水利建設(shè)的效能及效益。新中國(guó)成立以來(lái)，水利建設(shè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但水利基礎(chǔ)設(shè)施還比較薄弱，地區(qū)間發(fā)展也不平衡，要實(shí)現(xiàn)水利整體的現(xiàn)代化任務(wù)還很艱巨。以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化是我國(guó)水利發(fā)展的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略，是新時(shí)期國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)水利行業(yè)的迫切需求，利用現(xiàn)有的信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段改造優(yōu)化水利傳統(tǒng)行業(yè)，提高資源效率。云計(jì)算作為大數(shù)據(jù)時(shí)代的產(chǎn)物已經(jīng)在很多的行業(yè)得到了大量的應(yīng)用，目前在水利行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段。

圖1 “云計(jì)算”結(jié)構(gòu)圖

1 云計(jì)算的原理與應(yīng)用

1.1 什么是云計(jì)算

云計(jì)算（cloudcomputing）是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說(shuō)法。云計(jì)算的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單的概括為:數(shù)據(jù)資源，大數(shù)據(jù)處理服務(wù)和用戶終端等，如圖1所示。

1.2 云計(jì)算的特點(diǎn)

云計(jì)算的程序運(yùn)行不是靠一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接的多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的群來(lái)共同完成的。這樣就有效地實(shí)現(xiàn)了分布運(yùn)算的功能，提高了整體效率，降低了系統(tǒng)硬件的要求。虛擬化是云計(jì)算的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)虛擬化的平臺(tái)，可以大大減少服務(wù)器的數(shù)量，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益和安全管理的提升都有幫助，通過(guò)公用的資源庫(kù)為不同平臺(tái)的系統(tǒng)搭建統(tǒng)一的運(yùn)行管理環(huán)境，根據(jù)不同需要來(lái)分配調(diào)用資源。具體特點(diǎn)包括:

第一，提供簡(jiǎn)單易用的服務(wù)，用戶不需要進(jìn)行復(fù)雜的操作就能夠?qū)崿F(xiàn)透明的服務(wù)機(jī)制。

第二，資源整合促使效率提高，節(jié)約成本。通過(guò)虛擬化的平臺(tái)有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、接口、桌面等的整合，使得多個(gè)分散的資源整合為一體。

第三，用冗余方式保證可靠性。分布式存儲(chǔ)和冗余計(jì)算的應(yīng)用保證了業(yè)務(wù)的連續(xù)進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)恢復(fù)更加便捷。

第四，可能性能大幅提升。云計(jì)算構(gòu)架擁有海量的存儲(chǔ)和高速的計(jì)算能力，這些可以提供更為靈活的可用性能。

第五，云計(jì)算系統(tǒng)中有單個(gè)或幾個(gè)節(jié)點(diǎn)失效后，系統(tǒng)能夠排除這些不可用節(jié)點(diǎn)，而不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2 目前水利信息化存在的問(wèn)題

水利作為一個(gè)自身情況復(fù)雜、地區(qū)差異性大的行業(yè)，在實(shí)現(xiàn)信息化的途徑上面臨很多的困難。水利行業(yè)的數(shù)據(jù)不僅涉及到大江大河等大流域的大數(shù)據(jù)，也包含村里的每一口井和每一個(gè)坑塘，這就要求在數(shù)據(jù)整合和處理方面有很高的靈活性和可用性。目前的水利信息化發(fā)展過(guò)程中存在著以下幾點(diǎn)不足:

2.1 平臺(tái)整合統(tǒng)一困難

各級(jí)水利部門都建設(shè)有自己的系統(tǒng)平臺(tái)，不同的水利項(xiàng)目建立的平臺(tái)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，不能夠有效地實(shí)現(xiàn)資源的互聯(lián)互通，同時(shí)也造成了硬件資源的大量浪費(fèi)。

2.2 既有數(shù)據(jù)系統(tǒng)維護(hù)難

在一個(gè)新的系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)之初往往忽視了以后的運(yùn)行和維護(hù)問(wèn)題，隨著系統(tǒng)的交付，缺少專業(yè)人員的維護(hù)和管理，使得很多系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后崩潰癱瘓，不得不廢棄或新建立系統(tǒng)來(lái)替代。

2.3 大數(shù)據(jù)的處理對(duì)系統(tǒng)的要求越來(lái)越高

目前遙感技術(shù)、雨水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、GIS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、水利普查及空間信息查詢系統(tǒng)等一大批數(shù)據(jù)量大、對(duì)運(yùn)算處理能力要求高的系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行都是對(duì)傳統(tǒng)信息管理模式的挑戰(zhàn)，建設(shè)云計(jì)算的信息處理平臺(tái)已經(jīng)勢(shì)在必行。

物流銀行面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)可以通過(guò)嚴(yán)格信貸審查來(lái)進(jìn)行控制，因此，要對(duì)服務(wù)對(duì)象進(jìn)行嚴(yán)格管理，尤其要重視中小企業(yè)的資質(zhì)審查。物流銀行管理人員要對(duì)企業(yè)質(zhì)押擔(dān)保進(jìn)行核查，其中還款來(lái)源問(wèn)題是調(diào)查和評(píng)估的重點(diǎn)。同時(shí)了解企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行綜合考慮。所服務(wù)企業(yè)的產(chǎn)品、技術(shù)能力、市場(chǎng)占有率、經(jīng)營(yíng)管理情況等也是重點(diǎn)審查內(nèi)容，必須予以客觀的評(píng)價(jià)，嚴(yán)格實(shí)施管理流程。

2.4 專業(yè)人員缺乏

水利信息化需要大量掌握水利知識(shí)和信息化技術(shù)的復(fù)合型人才，建立一支穩(wěn)定可靠的人才隊(duì)伍是重中之重，特別是在基層，人員流動(dòng)性大，更需要專業(yè)的水利信息管理人員。

3 云計(jì)算在水利信息化建設(shè)中的應(yīng)用

云計(jì)算近年來(lái)在水利信息化建設(shè)中的應(yīng)用已具備雛形，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和虛擬化技術(shù)，云計(jì)算實(shí)現(xiàn)了水利部門間信息的共享和業(yè)務(wù)的協(xié)同。云計(jì)算的應(yīng)用包括云安全、云存儲(chǔ)、云教育、云視頻、云桌面等方面的應(yīng)用，但在水利信息化的應(yīng)用中，較多運(yùn)用的是云存儲(chǔ)和云桌面。

云存儲(chǔ)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供可配置的虛擬化的存儲(chǔ)及相關(guān)數(shù)據(jù)的服務(wù)。云存儲(chǔ)的內(nèi)涵是存儲(chǔ)虛擬化和存儲(chǔ)自動(dòng)化。水利行業(yè)的信息種類多，各級(jí)信息分屬于不同的管理單位，云存儲(chǔ)能夠有效地實(shí)現(xiàn)信息的共享，特別是諸如防汛、山洪、水污染突發(fā)事件時(shí)，云存儲(chǔ)能提供統(tǒng)一有效的信息支持，為上級(jí)決策提供依據(jù)。

云桌面，基于分布式云計(jì)算存儲(chǔ)技術(shù)，集成互聯(lián)網(wǎng)精華應(yīng)用，依托高度加密算法，為互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)層次用戶提供最簡(jiǎn)便、最豐富、最安全、最貼心的服務(wù)。水利行業(yè)信息化建設(shè)中的主要業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為水利信息公眾服務(wù)、防汛抗旱、水資源管理、水資源保護(hù)、水土保持監(jiān)測(cè)與管理、水利工程建設(shè)與管理、農(nóng)村水電及電氣信息化管理、水利規(guī)劃設(shè)計(jì)管理、水利專業(yè)數(shù)字圖書館、水文業(yè)務(wù)、灌區(qū)信息化及其他特色的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

4 水利廳服務(wù)器虛擬化案例分析

4.1 需求分析

河南省水利廳作為河南省關(guān)鍵的政府部門，近幾年隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，服務(wù)器的數(shù)量也越來(lái)越多，這對(duì)機(jī)房建設(shè)和人員管理都帶來(lái)了很大的壓力。在保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠的前提下，提高經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)化資源配置的問(wèn)題就顯得格外突出。在現(xiàn)有的機(jī)房環(huán)境中添加新的服務(wù)器不僅占用有限的空間，還會(huì)消耗更多的電量和資源，整體的運(yùn)行效率將下降，針對(duì)基礎(chǔ)架構(gòu)的虛擬化整合勢(shì)在必行。在這種環(huán)境下，虛擬化和云計(jì)算技術(shù)就體現(xiàn)了整合與管理的綜合優(yōu)勢(shì)。通過(guò)虛擬化技術(shù)不但提升了服務(wù)器的可靠性，減少了系統(tǒng)因故障造成宕機(jī)的時(shí)間，同時(shí)提高了整個(gè)系統(tǒng)的相應(yīng)時(shí)間和效率。由于采用了大容量的存儲(chǔ)設(shè)備，多個(gè)服務(wù)器可以共享磁盤設(shè)備，克服了單個(gè)操作系統(tǒng)多次重復(fù)安裝的資源占用問(wèn)題，提高了整個(gè)系統(tǒng)的利用率。

4.2 部署方案

河南省水利廳信息中心現(xiàn)有設(shè)備包括十幾臺(tái)較新配置的G7機(jī)架服務(wù)器和少量刀片服務(wù)器。同時(shí)，整個(gè)數(shù)據(jù)中心劃分了兩個(gè)安全區(qū)。主要系統(tǒng)運(yùn)行在生產(chǎn)區(qū)，有11個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)部署在DMZ區(qū)，其中有2～3個(gè)應(yīng)用需要先連接到防止DDOS攻擊的設(shè)備上，再連接到網(wǎng)絡(luò)。為了遵循充分利用現(xiàn)有投資、安全穩(wěn)妥的原則，本次虛擬化和云計(jì)算改造建議充分對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器有選擇的利用。利用現(xiàn)有服務(wù)器里面，較新配置的G7服務(wù)器可以作為本次虛擬化和云計(jì)算托管運(yùn)行的平臺(tái)，通過(guò)添加CPU、內(nèi)存和外設(shè)等硬件組件，將可以滿足本次項(xiàng)目的需要。因此，在服務(wù)器方面不需要購(gòu)置新的服務(wù)器。為了充分利用現(xiàn)有硬件，并發(fā)揮其性能與計(jì)算能力，建議將較舊的服務(wù)器進(jìn)行部件升級(jí)，統(tǒng)一配置為CPU滿配（即:四顆物理CPU）、內(nèi)存加配到64G、添加HBA卡用以訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備；同時(shí)，刀片服務(wù)器也進(jìn)行升級(jí)，統(tǒng)一配置為CPU滿配（即:兩顆物理CPU）、內(nèi)存加配到32G、添加HBA卡用以訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備；通過(guò)配置VMware虛擬架構(gòu)套件，可以生產(chǎn)多個(gè)虛擬的服務(wù)器，每一個(gè)虛擬的服務(wù)器都等同于單臺(tái)的服務(wù)器，可以獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)多個(gè)操作系統(tǒng)的安裝運(yùn)行和應(yīng)用軟件的使用，這樣就可以充分利用現(xiàn)有服務(wù)器資源，在服務(wù)器層面實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合。針對(duì)整個(gè)環(huán)境，需要單獨(dú)配置一套vCenter-Server標(biāo)準(zhǔn)版控制臺(tái)軟件進(jìn)行管理；該軟件可以直接部署到vSphere上面的虛擬機(jī)里。在該方案中，在數(shù)據(jù)中心建立兩個(gè)集群，集群一為生產(chǎn)區(qū)域的應(yīng)用系統(tǒng)使用，通過(guò)多臺(tái)G7機(jī)架服務(wù)器搭建；集群二為DMZ區(qū)的其他應(yīng)用系統(tǒng)使用，通過(guò)刀片服務(wù)器搭建。同時(shí)，這兩個(gè)集群使用相同的管理網(wǎng)絡(luò)，由vCenter-Server進(jìn)行統(tǒng)一管理和策略的定制。為了滿足vCenterServer的高可用，該方案建議采用vCenterHeartbeat方案，對(duì)vCenter-Server的服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行高可用性管理和監(jiān)控。如圖2所示。

圖2 vCenterServer圖

4.3 方案實(shí)施后的效果

虛擬化實(shí)施后，一方面減少了物理服務(wù)器的數(shù)量，提高了設(shè)備和存儲(chǔ)的使用效率，降低了硬件成本；另一方面對(duì)于整個(gè)機(jī)房的空間、布線、耗電制冷和人員管理等軟環(huán)境的要求也大幅降低。

4.3.2 系統(tǒng)安全性能提升

虛擬化技術(shù)使得多個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)脫離原本的單臺(tái)物理服務(wù)器的限制，降低了系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率，提升了系統(tǒng)的安全性和連續(xù)性。

4.3.3 虛擬化平臺(tái)具有更廣泛的兼容性

不再擔(dān)心老舊的操作系統(tǒng)是否兼容的問(wèn)題，利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)可以方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新功能，實(shí)現(xiàn)維護(hù)和升級(jí)等一系列問(wèn)題。統(tǒng)一的存儲(chǔ)設(shè)備把分散的數(shù)據(jù)集中管理，通過(guò)備份便于容災(zāi)和系統(tǒng)恢復(fù)的調(diào)用,同時(shí)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)還提升了應(yīng)用平臺(tái)的靈活性和兼容性。

5 結(jié)語(yǔ)

云計(jì)算有效地實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)和應(yīng)用的整合，不僅提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，而且使得信息管理的方式更加便捷和靈活。隨著云計(jì)算技術(shù)在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)也不斷被認(rèn)可；如資源共享、統(tǒng)一協(xié)調(diào)、節(jié)約成本等。目前云計(jì)算還處于起步階段，它將改變用戶對(duì)計(jì)算資源的使用方式，隨著云計(jì)算的發(fā)展，將來(lái)會(huì)有更多的平臺(tái)和服務(wù)出現(xiàn)，推動(dòng)云計(jì)算的應(yīng)用和發(fā)展。

云計(jì)算將會(huì)在水利信息化建設(shè)中發(fā)揮更多的積極作用，解決現(xiàn)有系統(tǒng)中存在的需求和信息資源不足，資源共享困難，整體服務(wù)效率不高等問(wèn)題。水利現(xiàn)代化需要高效可靠的信息化處理和管理水平，高效的信息化平臺(tái)搭建需要云計(jì)算技術(shù)提供的大數(shù)據(jù)和高可靠的虛擬化平臺(tái)。在不久的將來(lái)。一定會(huì)有越來(lái)越多的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于水利管理中，云計(jì)算將在水利信息化建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。