云計算在智能化樓宇管理系統中的應用

常遠

摘 要：隨著科學技術的發展，云計算已成為最熱門的技術話題，它是繼互聯網之后出現的新的技術革命浪潮。《國務院關于培育和發展戰略性新興產業的決定》把“云計算”作為新一代信息技術的重要組成部分。由此可見“云計算”重要性。同時，如何在各行業使用這一技術對我們帶來的便利也是云計算技術應用的重要一環，文章從作者所從事的智能化弱電行業出發，通過項目中實際的方案設計來實踐云計算技術的相關應用。

關鍵詞：云計算；IaaS；智能化；資源池；私有云；虛擬化

中圖分類號：TP3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0182-03

Abstract： With the development of science and technology， cloud computing has become the most popular technology topic， it is a new wave of technological revolution after the Internet. The Decision of the State Council on the Cultivation and Development of Strategic Emerging Industries regards "cloud computing" as an important part of the new generation of information technology. This shows the importance of "cloud computing." At the same time， how to use this technology in various industries to bring us convenience is also an important part of the application of cloud computing technology. This paper startswith the intelligent and weak electricity industry that I am engaged in. Through the actual scheme design in the project to practice the related application of cloud computing technology.

Keywords： cloud computing； IaaS； intelligence； resource pool； private cloud； virtualization

從1984年在美國誕生了世界上第一個智能化樓宇以來，智能化樓宇在世界各地特別是在中國得到了快速、高效的發展。伴隨著計算機技術、通訊技術以及云技術的不斷發展，云計算也應用到了智能化樓宇管理中。那么什么是云呢？

云是網絡、互聯網的一種較為形象的說法。過去我們看到的許多系統圖中用類似云的圖片來表示廣域網絡，后來也用這樣的圖片來表示互聯網概念和網絡的基礎設施。而我們現在所謂的云（云計算）通俗的講是一種基于網絡技術的IT服務供給方式，按照其服務層次，可以把云計算分為IaaS（Infrastructure as a Service，基礎設施即服務）、PaaS（Platform-as-a-Service，平臺即服務）、SaaS（Software-as-a-Service，軟件即服務）三種，其中IaaS可以用我們以前常用的虛擬機技術來理解，本文主要就是從IaaS方面入手，實踐云計算在智能樓宇中的應用。

1 傳統智能化樓宇設計上的不足

在傳統的智能化樓宇集成管理建設過程中，基本上都按照每個智能化樓宇的應用系統，如樓宇自控系統、安保自動化系統、消防自動化系統等，為保證各應用系統的相互獨立穩定，都采用獨立的服務器運行，相應的安全和管理標準均各自定義，數據庫應用、界面應用等均獨立展現，即孤島架構。

孤島架構的缺點主要有：

（1）投入較高、管理復雜、維護效率低、能耗高、低可用問題、資源浪費

當前智能化樓宇信息管理硬件配置一般情況如下：

大中型樓宇應用系統：一臺服務器安裝一個智能化應用系統；對于高可靠性要求的應用服務，采用雙機熱備的服務器方式。

小型樓宇應用系統則采用一個服務器上安裝多個智能化應用系統；對于高可靠性要求的系統也可采用雙機熱備的服務器方式。

第一種情況存在嚴重資源浪費問題，在智能化樓宇的系統中，有些智能化應用系統一天的使用不多，使用模式也非常有規律，但也有一些系統需要二十四小時不間斷運行，由于不同的應用系統均要有獨立的服務器，因此大量的服務器增加了系統的維護難度同時也增加了系統的能耗成本。而對于小型樓宇的應用，由于所有的系統均存放在同一服務器下，當系統應用高峰時，資源不足問題會突顯出來，使所有的應用系統運行變的緩慢，更有甚者，可能會造成系統應用癱瘓，存在巨大的安全隱患。

（2）低可靠性問題

傳統的設計由于采用獨立機器方式，當相應的電腦主機，特別是服務器出現故障（硬件或系統故障）時，則與本服務器中相應的系統都不能使用，這樣的系統可靠性極差，但如果要實現高可靠性的設計，那么系統必須用雙機熱備的方式予以解決，但這種結構的系統一般要求的維護人員技術水平較高，而系統的建設成本也非常高昂。

2 云計算中的IaaS應用在智能化樓宇系統中的優勢體現

智能化樓宇系統中，應用系統眾多，如以BA、SA、FA、OA、CA五個自動化系統為基礎的系統應用幾十項有余，其中由于現在技術的發展，智能化樓宇系統對于設備的管理要求極高，許多系統均要求二十四小時不間斷運行，設備的運行和故障等數據也要求二十四小時不間斷采集和顯示，因此所有的服務器系統均要求熱備，這時云計算中IaaS的服務模式非常適合解決現行智能化樓宇系統中應用系統的部署方式，即利用IaaS的服務模式中的資源規模化、集中化的特點，我們可以集中部署少量的高性能、海量資源池的云計算服務器，并利用統一的云計算資源管理平臺，讓IT系統的建設和運維統一集中到云計算資源管理平臺實現，而相應的關系復雜的智能化系統中的服務器，利用云計算資源管理平臺統一部署和管理，同時，利用云計算平臺中的虛擬備機方式，實現熱備，這樣由于云計算資源管理平臺可實現資源調度，動態分配等各種先進的資源管理方式，這樣就可以實現降低硬件資源成本，靈活管理，提高智能化樓宇系統設施管理中的高效性、穩定性、可靠性等，實現系統容災與備份（網絡端系統備份，若有系統故障，啟用備用系統，不影響系統管理）。

云計算對智能化樓宇中弱電管理系統的幫助體現在：

（1）通過運行在少量的高性能海量資源的服務器上的云計算管理和應用軟件，實現多虛擬服務器的應用，從而降低系統管理難度；提升服務器配置管理效率；提高系統的可靠性和擴展性；合理分配系統的資源；提高各服務器的運行效能。

（2）通過云計算資源管理平臺，實現對所有的云計算服務器中的計算（CPU）、內存、和存儲等硬件資源進行合理化的管理和分配，并按照用戶的要求，快速對上層應用需求，進行分配和管理，快速實現用戶的IT服務部署。可實對虛擬計算（CPU）分配、虛擬內存分配、虛擬存儲分配，同時可利用鏡像實現快速的備份（如多個云計算服務器在不同地域，可實現異地備份），從而實現系統的高可用性、動態資源調度、虛擬機容災與備份等功能，令外，云計算資源管理平臺還可以為我們提供集群文件系統和虛擬交換機策略從而在文件庫系統、數據庫系統和網絡安全方面，也可以提供高可靠性的應用功能。

綜上所述云計算應用的優點是顯而易見的，下面我這里結合我公司目前在建項目簡述一下我們在云計算應用方面的設計。

3 項目概況

國金項目IBMS私有云是我公司目前針對上海國際金融中心設計的云計算應用方案。項目工程名稱原為“上海國際金融交易廣場”，包括上海國際金融中心上交所項目、上海國際金融中心中金所項目、上海國際金融中心中國結算項目三個項目。項目地處上海浦東新區張家浜河以北、楊高南路以西、世紀大道以南范圍內區域，總建筑面積為516808平方米，其中地下面積共六層（含B1M），其地下面積約為247172平方米，主要為停車庫、機電設備機房、消控管理中心、一個金融劇場、部分商業以及物業管理部門；地上部分分別為上海證券交易所（125252平方米）、中國金融期貨交易所股份有限公司（93860平方米）以及中國證券登記結算有限責任公司（269636平方米）三棟塔樓及連通三棟塔樓的廊橋，三棟主樓及廊橋的地上總建筑面積為269509平方米。

本項目有四個業主單位，分別是上交所、中金所、中結算以及竹園物業，在管理上，IBMS系統分成獨立的四個平臺，各業主單位均可通過各自獨立的系統管理各自區域的各種智能化設備和系統，但同時，在總體管理上，各平臺也要根據權限實現對整個系統的統一監控，為了保證系統的穩定和安全，各服務均要求熱備，網絡要求必須與外網隔離。本項目為上海市重點安防項目，同時，也是金融行業標志性項目，項目要求與公安平臺統一對接，實現對所有安防產品運行數據的統一監控。

4 國金項目IBMS私有云設計和實現

4.1 國金項目IBMS私有云方案設計

國金項目中，我公司的IBMS系統共有四套，其服務器分別位于上交所消控中心機房、中金所消控中心機房、中結算消控中心機房和竹園物業消控中心機房四處，4個機房，每個機房放置一臺私有云服務器，服務器中按要求配置相應的計算資源和存儲資源，同時，我們將以四處為四個節點，采用萬兆光纖環網互聯，基于OpenStack架構，實現對計算資源池化管理，對存儲資源池化處理。

系統結構包含如下：（1）配置4臺服務器；（2）4臺萬兆交換機；（3）云操作系統虛擬化平臺，將計算資源池化，提供給上層應用CPU、內存計算資源；（4）云系統將服務器本地磁盤虛擬化，提供上層應用存儲空間，提供高效的存儲資源；（5）私有云系統配置為兩副本模式，即每臺服務器利用本身的資源均虛擬出二臺服務器，分別用做本地服務處理系統和一個異地副本系統，這樣整個私有云平臺可實現異備能力，保證數據的高可靠性；（6）管理員可通過云管理平臺系統，對計算、網絡和存儲等虛擬資源進行集中調度和管理。

國金項目IBMS私有云的分布式云計算中心不再是一個物理數據計算中心，而是一個分布式的云計算系統，通過四個業主單位的四個云計算機房，并利用高速萬兆光網，將所有數據計算中心的物理資源連接成為一個資源整體，并通過一個統一的云計算資源管理平臺，實現跨數據計算中心管理、跨數據計算中心資源調度和災備設計，并實現多個物理數據中心的邏輯統一，這一設計的關鍵技術包括實現統一資源池系統的云操作系統、全數據計算中心統一資源管理與調度的運營運維管理系統。

使用云計算的設計項目有如下特點：

（1）硬件分布式部署、多機房容災。4個機房，每個機房放置一臺服務器，兩副本模式，可容忍任一機房完全故障損毀，系統不中斷、數據不丟失，無需應用層復雜配置。

（2）萬兆光纖環網互聯。一臺萬兆互聯交換機，用作機房互聯；采用環網，縮短環網的收斂時間并消除網絡大小的影響，拓撲收斂速度快（低于50ms）。

（3）計算資源池化。服務器均安裝云操作系統虛擬化系統，將4臺服務器的CPU和內存計算資源池化，提供給應用CPU、內存資源；工作負載可靈活調度、按需擴展；4套IBMS系統可完整地托管在云資源池中。

（4）存儲資源池化。通過云系統分布式存儲軟件，將4臺服務器硬盤作為一個存儲池，提供給應用存儲資源；采用2副本和SSD技術，保障數據高可靠性和高性能。

4.2 國金項目IBMS私有云方案實現

國金項目IBMS私有云服務器是云計算平臺的核心，服務器上有非常海量的計算（CPU）資源、內存資源、存儲資源，同時可通過板卡自由擴展。這些私有云服務器提供了云計算平臺的“計算”功能、內存資源、存儲資源。這些私有云服務器是資源分配的母體，它們組成了所謂的統一的資源池。在這個計算資源池上，通過安裝虛擬化軟件，使得其所有資源能以虛擬機的方式提供給相應的系統，被不同的應用使用。經過多方考慮我們最終選用了華為的FusionSphere云操作系統、華為的RH2288 云服務器以及華為S6720-EI萬兆交換機來實現我們的設計。

方案說明：

本方案總計4臺華為RH2288 服務器，4臺華為S6720-EI萬兆交換機以及8塊SFP+10光模，其中硬件計算資源為48*4=192C，內存240G*4=960G，存儲為2T*4=8T。

為保證私有云系統的管理和維護，主要管理軟件以及管理用資源有（4*2）8套FusionSphereR5服務器軟件，8套FusionStorageR3存儲虛擬化服務器軟件，其中2臺虛擬化資源管理服務器，2臺云管理服務器，2臺存儲管理服務器，這6臺服務器均一用一備，由于平臺系統分為4個域，因此設置4臺domain 0服務器。

其中虛擬化資源管理服務器采用4核5G內存80G硬盤，私有云管理用服務器占用4核8G內存80G硬盤，存儲虛擬化服務器采用4核8G內存80G硬盤，domain 0服務器采用6核8G內存不需要存儲空間，因此管理系統用的總資源占用為48核202G內存480G存儲。

總設計方案的實際應用系統資源為144核、758G內存、7.52T存儲。同時，相應的華為RH2288 服務器可支持擴展。

5 國金項目IBMS私有云運行效果

目前國金項目IBMS私有云正在上線中，已通過的測試可實現以下功能：

硬件分布式部署、多機房容災，當上交所IBMS系統服務器人工關機或網卡禁用操作時，位于中金所的備份服務器會自動接管上交所相應的服務器業務功能，同時，管理系統會自動報警提示用戶重啟并同步相應的服務器數據。

計算資源池化以及存儲資源池化，在中金所，業主要求提供一臺分項計量系統用的服務器，我們通過管理平臺系統，快速的在中金所服務器的資源池中設置了一臺8核16G以及200G的一臺服務器，從而快速通過云系統為滿足了用戶相應的要求。中結算的用戶的BA系統與我們的IBMS系統平臺采用BACNET接口對接，原有的系統設計中，我們是通過一臺實體的服務器實現的，這臺服務器功能單一，在實際實施過程中，我們通過云平臺設置了一個一核二線程，2G內存，32G存儲的一臺ubuntu服務器，在上面運行我們相應的BACNET通訊網關服務，由于這一虛擬設備管理方便，啟動速度快，這一設計不但節省了我們相應的硬件配置，同時也極大提高了我們IBMS系統的反應速度。

集中的設備計算、內存、存儲資源可視化管理，在竹園控制中心機房，我們可以通過管理平臺系統了解目前所有計算資源的分布和使用情況，同時可快速上線服務器以及對不使用的服務進行資源重繪，在這個平臺中，所有的資源將會以最合理的方式配置在一起，最大限度的發揮出所有服務器資源的功效。

總結如下：（1）實現國金項目IBMS私有云的設計需求，以虛擬數據中心方式靈活分配資源；（2）可視化、一鍵式部署實現IBMS系統分鐘級上線；（3）針對不同系統提供差異化服務能力，并實現端到端的業務；（4）計算、存儲、網絡和安全資源虛擬化，基礎設施按需部署，提高資源利用率；（5）多數據中心統一管理、物理資源和虛擬化資源統一管理、異構資源統一管理、運營與運維統一管理，提升數據中心管理效率。

6 結束語

綜上所訴，結合我們在智能化樓宇管理系統中的設計、施工及使用經驗，云計算在智能化樓宇管理系統將會有廣大的應用前景，本次設計雖然只是應用在IBMS系統上，但云計算在智能化樓宇方面可以推廣到更深的層次，在整個弱電系統中，相應的服務器眾多，而單一功能的專業服務器占了非常大的數量，而這些服務器一般要求響應速度快，有后備能力，定期管理和維護，因此，采用云計算的方式我們可以實現對所有的云計算服務器中的計算（CPU）、內存、和存儲等硬件資源進行合理化的管理和分配，并按照用戶的要求，快速對上層應用需求，進行分配和管理，快速實現用戶的IT服務部署。可實對虛擬計算（CPU）分配、虛擬內存分配、虛擬存儲分配，同時可利用鏡像實現快速的備份（如多個云計算服務器在不同地域，可實現異地備份），從而實現系統的高可用性、動態資源調度、虛擬機容災與備份等功能，另外，云計算資源管理平臺還可以為我們提供集群文件系統和虛擬交換機策略從而在文件庫系統、數據庫系統和網絡安全方面，也可以提供高可靠性的應用功能。

參考文獻：

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