灌區水資源配水及優化配置管理系統數據中心設計概述

馬錦敏　石文河　孫衛強　楊昕

【摘要】本文通過提供針對灌區數據中心規劃、架構設計、建設實施全方位的服務，為灌區提供由內到外統一的數據架構平臺服務，數據集成平臺將改變數據庫建設模式單一、重復建設、各自為陣的信息孤島狀態，解決傳統數據中心不斷上升的基礎架構成本、維護成本、能源需求，以及資源交付速度慢、系統建設周期長，業務彈性差等諸多問題，滿足灌區業務策略、業務發展的需要，提高灌區管理效率，實現灌區水資源優化調度。

【關鍵詞】灌區；優化配置；數據中心

1、總體設計原則

灌區管理局數據中心建設包括數據模型、數據資源、數據交換服務、數據標準化處理等核心內容，該數據中心一方面是灌區管理局信息化的信息資源中心，另一方面是作各應用系統之間進行數據交換和集成的一個基礎公共平臺。為了確保這一系統的可靠性、安全性和系統的擴展性，本文在進行數據中心設計時遵循了如下原則：

1）成熟性與先進性

不僅要保證具有先進性，而且要保證技術方向的正確性。在網絡設備、服務器等硬件設備方面以及應用系統方面，采取當今國際上成熟、主流并領先的產品和技術。

2）安全性和可靠性

關鍵設備或設備核心部件全部設計了集群方式、或雙機熱備冗余方式，系統設計實現上，能夠避免單點故障導致系統整體或重要功能的喪失。

3）實用性和擴展性

數據中心的建設既要充分體現現階段業務的特點，充分利用現有資源，合理配置系統軟硬件；又要著眼建成后實際的使用與未來技術發展方向，具有良好的擴充能力，能夠滿足業務近期、中期甚至長期時間范圍數據快速增長的需要。。

4）標準性和開放性

在實施過程中，盡可能遵循通用的國際或行業標準，各組成部分之間有良好的兼容性。從長遠來看，也便于系統的升級和移植或運行其他應用軟件。

2、數據中心總體架構

數據中心建設是數據建設的核心，灌區管理局的數據中心整體主要包括七個方面內容：基礎設施、信息資源、數據管理、應用系統、運維管理體系、安全防護體系和技術標準體系。總體架構圖如下：

灌區管理局的數據建設將“以各類統一的數據模型為核心，以數據中心基礎設施建設為基礎，以應用系統建設為手段，以運維管理為支撐，以安全防護為保障”，著重建設具備“高可用性、高應用頻率和效率、高度集中共享和高度可管理性”的數據中心。

3、數據體系架構

下圖3-1是對灌區管理局數據中心數據體系架構的設計，其中數據體系建設是核心內容，。

灌區管理局數據體系架構分為四個層次一個支持體系：數據資源層、數據處理層、數據加工存貯層以及數據集成層，支持體系是信息資源標準體系。

4、信息資源標準體系建設

4.1 信息資源標準體系建設原則

信息資源標準體系的建設首先應參照國家標準、水利行業標準中的有關分類標準體系進行編碼，保持與行業一致的基礎代碼標準，以滿足行業內數據交換和共享的需要；同時，還要建立灌區管理局內部自己的基礎代碼標準體系，實現灌區管理局內部系統的數據整合。信息資源標準體系要體現科學化、標準化、規范化、合理化，建立信息資源標準時應滿足以下原則：

1）實用性：對于基礎性標準必須嚴格采用國家標準和水利行業標準；

2）唯一性：在分類編碼標準中，每一個編碼對象僅應有一個代碼，一個代碼只唯一表示一個編碼對象。

3）簡明性：編碼結構應盡量簡單，長度應盡量簡短。

4）可擴充性：在標準中應留有適當的余量，使標準有良好的延展性。

4.2 信息資源標準體系架構

信息資源標準體系是數據中心總體架構中的基礎部分，關系著數據的完整性、規范性和一致性，決定著行業數據中心建設的質量與效果。所有進入數據中心的數據應符合相應的信息資源標準。

信息資源標準體系主要包括行業數據元標準、信息分類及編碼標準、數據交換標準等。信息資源標準體系結構圖4-1如下：

4.3 信息資源庫建設

4.3.1 信息資源的內容架構

根據目前灌區管理局及其下屬管理站信息化情況，信息資源庫內容主要由以下構成：信息資源庫主要有財務、人力資源、設備設施資產、生產信息、工程建設、安全信息、空間信息庫以及決策支持類信息。

其數據來源主要是來灌區管理局及其下屬管理站的應用系統或數據中心。這些信息資源庫建設是指從數據的采集開始，經由錄入、處理、解釋、轉換、審核、傳輸、加載、應用、質量跟蹤控制、維護、歸檔入庫的全過程。信息資源庫的建設需要建立數據標準、數據規范、數據共享和交換機制。

4.3.2 信息資源的數據模型

1 設計思路

數據模型是信息資源的使用和存貯的體現，是數據標準體系的重要實現途徑，為了解決和避免灌區管理局的現在或未來縱向應用可能導致的信息孤島，本文采用面向主題領域統一建模的方式。

2 模型架構

模型架構分為兩個層次，根據信息獨立性和通用性，建立相對獨立而又具有通用性的基礎公用數據模型：空間數據模型、防汛基礎數據模型、主數據模型；根據不同的業務領域建立完整性一體化數據模型：面向生產管理、財務/支撐管理、項目管理，這些模型的建立是在業務領域進行業務建模后，為保障業務信息化整體性，并集成基礎公用數據模型而形成的。

經過整體模型的設計后各個主題模型可為業務領域中中所有應用功能的設計和實現提供基礎，能實現結構化數據、二維圖形、三維圖形以及其他非結構化數據一體化，實現灌區管理局所有信息資源的一致描述和互連。

5、數據集成平臺建設

5.1 數據集成平臺設計目標

數據集成體系是水務行業統一的、具有一致性和可擴展性的數據交換及服務共享平臺，滿足灌區管理局及其下屬管理站二級數據交換和服務共享，以及各級單位（盈江灌區管理局等）橫向應用系統間的數據交換和信息共享需求。

因此，數據交換體系的建設目標，就是基于數據交換標準、數據元標準，建設灌區管理局內的統一數據交換平臺，該平臺必須達到以下目標：

基于方案規劃的總體設計思路“統一標準、統一平臺、統一數據庫、統一網絡”的要求，建設灌區管理局的統一數據集成服務體系。

滿足灌區管理局與下屬分中心的數據交換需求

滿足灌區管理局內部多應用系統之間的數據交換與信息共享

滿足灌區管理局與其它政府機關的數據交換需求

5.2 數據集成平臺總體設計

5.3 數據集成平臺設計方法

5.3.1 以SOA為核心的設計方法

數據集成平臺采用基于ESB總線的產品來實現。未來擴展時，新系統可通過服務的方式納入到ESB總線中統一進行管理，從而實現系統的平滑升級。

基于可擴展的以服務為核心的系統架構具有以下優勢：

業務優勢

服務使流程更精確并帶來業務的靈活性；

可以迅速創建業務流程和復合的應用程序，以便響應市場變化；

使用服務來改善客戶服務，而不必擔心底層復雜的 IT 基礎架構；

IT優勢

借助安全、易管理的集成環境，成為響應能力更強的 IT組織；

通過使用預裝的、可重復使用的服務構建模塊，縮短開發和部署周期；

使用通用服務來降低復雜性和維護成本；

是增強而不是替換現有的 IT 系統；

5.3.2 基于J2EE多層分布式架構

平臺在技術實現上，采用先進的、基于J2EE技術路線的三層/多層分布式應用體系架構，以保障系統具有良好的擴展性和穩定性。

5.3.3 數據集成平臺總體架構

數據集成平臺在縱向考慮灌區管理局與下級分中心進行二級交換。

數據交換考慮到需要雙向傳輸，在系統架構上采用服務器-服務器結構，各下級分中心的數據集成服務器節點通過與單位內業務系統接口獲取業務數據，轉換為標準、規范、統一的數據，發送給灌區管理局集成平臺服務器節點，由該節點對數據進行解析和校驗后將業務數據匯總到數據中心。

5.4 數據集成平臺功能設計

5.4.1 功能架構