核電工程設計平臺同步協同應用

曾志華，易德龍，李巖

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核電工程設計平臺同步協同應用

曾志華，易德龍，李巖

（中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124）

目前核電業務呈多路線、多基地的發展趨勢，加上核電工程設計工作量巨大、專業分工精細的特點，使得異地間的相關專業在核電工程設計中出現越來越多的交叉設計，導致各專業間的提資頻率越來越密集。如何縮短各地之間工程設計數據的同步時間，甚至做到工程設計數據實時同步，是核電工程異地協同設計領域值得研究的問題。從系統驗證的角度出發，利用現有流行的虛擬化技術對核電工程專業設計同步協同進行一次深入探索和驗證，在原有設計平臺架構的基礎上增加一套輔助接入平臺，實現遠程用戶接入并進行核電工程協同設計。研究成果對后續設計生產平臺升級與優化具有指導性意義。

核設計平臺；虛擬化；核電工程；同步協同

1 引言

目前核電工程設計平臺大多基于C/S架構，異地各設計團隊只能依靠異步方式進行設計協同。這種異步協同方式存在一定時間的數據差異，使用同一模型庫的設計人員達到一定的數量時，這種數據差異比較突出，數據時效性不是很強。同時這種異步方式在專業設計初期就要求專業分工精準，以便創建相應的模型庫。因此，這種方式導致相同區域的設計人員只能做相同的模型，交叉設計或者異地相關專業協助就變得比較困難。面對數據實時性較強的專業用戶需求，在實施優化網絡策略、增加互聯網鏈路帶寬和增加加速設備等措施后，用戶體驗依然較差。因此，在現有互聯鏈路傳輸技術條件下，如何解決異地核電專業設計軟件的數據實時同步問題，以彌補傳統設計平臺的不足，是亟需解決的難題。

2 傳統設計平臺

傳統的核電設計平臺采用星型架構部署方式，異地用戶分別連接本地的衛星端服務器進行設計工作，衛星端利用異步數據同步的方式定期與主服務器進行同步。目前，這種傳統架構的核電設計平臺在設計生產過程中存在不足，主要表現在以下幾個方面：設計人員區域移動和任務分配存在明顯的局限性；跨區域數據協同存在時延；部署時間長和管理難度大。這些問題導致設計人員不能及時地使用異地數據，增大了出錯概率，同時也增加了溝通成本，降低了工作效率。而導致目前這種傳統設計平臺不足的主要原因：傳統設計生產平臺的專業軟件非常多，而大多數采用C/S架構設計；大多數專業設計軟件不支持分布式部署、多線程及斷點續傳技術，導致傳統協同設計平臺不能實現數據實時同步。

3 平臺體系架構

3.1 平臺架構

針對傳統設計平臺無法實現數據實時同步的不足，利用當前領先的信息資源池化技術和應用發布方法，設計一套基于云平臺的核電工程設計平臺架構，如圖1所示。在本方案中的遠程用戶參與協同設計過程中，寬帶鏈路中并不傳輸設計數據，只傳送屏幕變化量和鍵盤鼠標的控制數據，減少互聯鏈路的數據傳輸量，避免帶寬爭用；桌面系統和應用全部運行在數據中心，通過策略等手段，可以禁止異地用戶在協同設計時對涉密數據下載或保存到本地，保證設計數據等涉密數據的安全性；可以快速地部署最新系統和應用軟件，依托資源共享，降低了工程設計中的軟硬件費用；桌面系統托管于數據中心，在數據中心進行集中的部署和運維管理，降低管理的復雜性。因此，本方案彌補了傳統設計平臺在多專業、多區域設計過程的不足。

采用基于硬件的企業級虛擬化技術作為底層的虛擬化架構，該架構能在底層硬件將服務器劃分成若干虛擬機，同時支持集群調度、負載均衡、熱遷移等功能，為系統的升級擴展提供良好的技術支持。遠程設計人員通過終端接入應用發布平臺進行設計工作。

3.2 架構的優勢與不足

從平臺架構分析，基于虛擬平臺的三維設計生產平臺具有以下優勢：利用云計算發布技術實現了設計生產平臺的后臺數據同源特性，實現了各專業實時提供資料的需求；基于“互聯網+”的核電三維設計平臺，使三維協同設計平臺應用范圍延伸，并可快速部署；設計軟件與虛擬化平臺的結合，提高了資源利用率。特別是專業顯卡分片及復用，進一步提高了設計資源利用率，同時有效地降低了遠程傳輸的數據量，提高了帶寬的傳輸效率。

圖1中的架構依托于現有傳統設計生產平臺的一個優化方案，主要目的是解決現有平臺不能滿足實時數據同步的應用需求。此平臺架構雖然很好地解決了用戶需求的問題，但在管理和技術上存在以下不足：設計生產平臺的業務連續性保障依靠互聯網鏈路的可靠性，一旦鏈路出現故障，將導致整個異地設計協同團隊的設計生產任務癱瘓；本平臺的引入增加了設計生產平臺的復雜性和維護難度，同時，整個設計生產的負載壓力將出現在虛擬平臺；由于本方案是基于現有設計生產平臺的虛擬應用平臺，增加了相應的軟硬件資源，提高了設計生產平臺的成本。

4 平臺部署與實現

此次研究針對遠程設計用戶在不影響本地用戶現有設計模式的情況下，如何實現異地三維設計數據實時同步。在方案中利用現有虛擬化技術對硬件資源進行池化，按照用戶的崗位性質分配資源，滿足核電工程設計對信息設備的需求，同時也最大化了資源利用率和設備性能。

（1）GPU虛擬化技術

GPU性能是圖形圖像處理中的關鍵指標，vGPU的性能和產品兼容性等也是本次研究的重要技術之一。利用GPU虛擬化的3種模式特征，同時結合核電工程設計中的用戶需求，通過對用戶專業性質梳理，精細劃分設計用戶需求。原則上平面設計用戶采用GPU虛擬模式，三維設計用戶采用GPU共享模式，虛擬仿真用戶采用GPU穿透模式。這種用戶需求和技術模式相結合的方式能最大化資源和性能的平衡，也能滿足用戶對顯卡的功能和性能需求。

（2）桌面交付

虛擬桌面交付控制負責新虛擬桌面的注冊以及將虛擬桌面的請求指向可用的系統。用戶通過整合的Web接口組件間接與控制器進行交互。通過Web網站，或者通過本地安裝的接收器，將虛擬桌面交付給用戶。

（3）應用交付

應用交付控制負責識別用戶，并將其擁有的應用交付給虛擬桌面。應用交付是基于用戶需求實現用戶桌面個性化的第一部分。通過將應用與基本桌面鏡像分離，所需的桌面鏡像數量大大減少，這就簡化了維護過程。用戶可以自定義自己的個性化工作環境，系統會自動保存用戶設置，無論用戶接入哪個桌面，都可使用保存的個性化設置。用戶個性化不僅具有漫游特性，而且使虛擬桌面的裝載更加迅速。

（4）用戶接入方式

為充分利用整合平臺的優勢，同時盡量規避平臺缺陷等特征，可以根據項目特點確定用戶接入平臺的方式。對于人數少的聯合設計團隊、設計代表、分支機構等異地用戶采用接入虛擬應用平臺方式進行設計協同，對獨立模型設計的聯合設計團隊和分支機構采用異步方式進行設計協同。本地區域的設計用戶因與數據中心處于同一局域網內，在速度和傳輸安全上均可保證，因此，本地用戶可以直接訪問三維設計平臺進行設計協同。

根據不同類型的設計用戶采取靈活的接入模式，實現多樣化的設計協同模式，滿足設計專業對生產平臺的個性化、多樣化需求。

（5）數據安全與平臺可靠性

方案設計中，所有異地用戶的數據傳輸都通過SSL/TLS加密，遠程數據傳輸過程只是傳輸屏幕的變化量和鍵盤鼠標等，并不傳送實體數據，以保證傳輸過程的數據安全。設計數據存儲在數據中心，設計過程中數據不落地，加強了核心數據的安全。平臺中硬件設備均采用雙機模式，可以有效消除單點隱患。同時在設計中大量采用虛擬化技術，標準化各種軟硬件配置，這種設計使得各個系統和應用在故障狀態下能快速恢復，也可以做到自動恢復。

5 運行測試

5.1 測試環境

硬件資源為2臺x86服務器，每臺服務器配置2路6核2.80 GHz的CPU，內存64 GB，每臺服務器配置2張Nvidia Grid K2圖形顯卡。采用虛擬化技術將2臺物理機虛擬成多臺虛擬機，將Nvidia K2物理顯卡虛擬成多塊虛擬顯卡（K200、K240Q）的組合，結合本平臺發布帶vGPU共享模式的Windows 7虛擬桌面。用戶在深圳、上海兩地通過終端訪問虛擬桌面進行工程設計。

5.2 測試結果

通過對不同設計生產應用系統的測試，大部分軟件均未發現兼容性問題。實驗中選取了生產平臺比較常用、模型數據庫比較大的三維設計軟件進行平臺性能測試。數據在50 MHz互聯網專線條件下接入虛擬平臺，表1是本地用戶和遠程用戶等多人同時對同一模型庫進行設計，通過收取問卷的方式獲得的測試結果。用戶在設計模型加載和寫入過程中沒有長時間的等待，設計過程中的拖拽操作無明顯的拖尾現象，用戶表示能接受這種遠程設計模式。

表1 Nvidia K2虛擬K240Q測試

6 結束語

本次研究是對傳統設計生產平臺的功能擴展和加強，有效地實現了異地設計用戶的實時協同需求。在實現用戶方便、安全、高效地參與核電設計工作的同時也保護了現有設計平臺投資。在現有鏈路技術條件下，絕大多數企業網中基于C/S架構的應用系統，其異地協同都是一道技術難題，而虛擬化技術是目前異地協同解決方案中比較優秀的方案。但方案中的不足也是制約企業大規模應用的關鍵因素。綜上所述，通過互聯網、虛擬化、云計算技術建立核電工程設計平臺，不僅可以實現設計資源合理有效的分配，提高設計軟硬件的利用率，也能實現異地之間設計數據同步協同、提升用戶設計體驗，實現不同專業間的實時提供資料需求。

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Synchronous collaborative application of nuclear power engineering design platform

ZENG Zhihua, YI Delong, LI Yan

China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen 518124, China

At present, the nuclear power business shows the development trend of multi-route, multi-base development trend. Coupled with the huge workload of nuclear power engineering design and the fine division of labor characteristics, the relevant professional in different places appears more and more cross-design in the nuclear power engineering design, resulting in the frequency of funding becoming more and more dense between the various professional. How to shorten the synchronization time of engineering design data between different places, and even achieve real-time synchronization of engineering design data is worth to study in the field of collaborative design of nuclear power projects. From the point of view of system verification, the existing popular virtualization technology was used to carry out an in-depth exploration and verification on the synergetic synergy of nuclear power engineering design, and a set of auxiliary access platform was added on the basis of the original design platform structure to realize remote user access and collaborative design of nuclear power projects. The research results have guiding significance for the follow-up design and production platform upgrade and optimization.

nuclear design platform, virtualization, nuclear power engineering, synchronized collaboration

TM623

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017054

2016?12?14；

2017?02?20

曾志華（1974-），男，中廣核工程有限公司工程師，主要研究方向為云計算技術、分布式存儲、自動化運維等。

易德龍（1983-），男，中廣核工程有限公司工程師，主要研究方向為應用/桌面虛擬化、自動化運維等。

李巖（1984-），男，中廣核工程有限公司工程師，主要研究方向為自動化運維、業務平臺產品支撐等。