云计算在智能化楼宇管理系统中的应用

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　　摘 要：随着科学技术的发展，云计算已成为最热门的技术话题，它是继互联网之后出现的新的技术革命浪潮。《国务院关于培育和发展战略性新兴产业的决定》把“云计算”作为新一代信息技术的重要组成部分。由此可见“云计算”重要性。同时，如何在各行业使用这一技术对我们带来的便利也是云计算技术应用的重要一环，文章从作者所从事的智能化弱电行业出发，通过项目中实际的方案设计来实践云计算技术的相关应用。
　　关键词：云计算；IaaS；智能化；资源池；私有云；虚拟化
　　中图分类号：TP3 文献标志码：A 文章编号：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
　　从1984年在美国诞生了世界上第一个智能化楼宇以来，智能化楼宇在世界各地特别是在中国得到了快速、高效的发展。伴随着计算机技术、通讯技术以及云技术的不断发展，云计算也应用到了智能化楼宇管理中。那么什么是云呢？
　　云是网络、互联网的一种较为形象的说法。过去我们看到的许多系统图中用类似云的图片来表示广域网络，后来也用这样的图片来表示互联网概念和网络的基础设施。而我们现在所谓的云（云计算）通俗的讲是一种基于网络技术的IT服务供给方式，按照其服务层次，可以把云计算分为IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）、PaaS（Platform-as-a-Service，平台即服务）、SaaS（Software-as-a-Service，软件即服务）三种，其中IaaS可以用我们以前常用的虚拟机技术来理解，本文主要就是从IaaS方面入手，实践云计算在智能楼宇中的应用。
　　1 传统智能化楼宇设计上的不足
　　在传统的智能化楼宇集成管理建设过程中，基本上都按照每个智能化楼宇的应用系统，如楼宇自控系统、安保自动化系统、消防自动化系统等，为保证各应用系统的相互独立稳定，都采用独立的服务器运行，相应的安全和管理标准均各自定义，数据库应用、界面应用等均独立展现，即孤岛架构。
　　孤岛架构的缺点主要有：
　　（1）投入较高、管理复杂、维护效率低、能耗高、低可用问题、资源浪费
　　当前智能化楼宇信息管理硬件配置一般情况如下：
　　大中型楼宇应用系统：一台服务器安装一个智能化应用系统；对于高可靠性要求的应用服务，采用双机热备的服务器方式。
　　小型楼宇应用系统则采用一个服务器上安装多个智能化应用系统；对于高可靠性要求的系统也可采用双机热备的服务器方式。
　　第一种情况存在严重资源浪费问题，在智能化楼宇的系统中，有些智能化应用系统一天的使用不多，使用模式也非常有规律，但也有一些系统需要二十四小时不间断运行，由于不同的应用系统均要有独立的服务器，因此大量的服务器增加了系统的维护难度同时也增加了系统的能耗成本。而对于小型楼宇的应用，由于所有的系统均存放在同一服务器下，当系统应用高峰时，资源不足问题会突显出来，使所有的应用系统运行变的缓慢，更有甚者，可能会造成系统应用瘫痪，存在巨大的安全隐患。
　　（2）低可靠性问题
　　传统的设计由于采用独立机器方式，当相应的电脑主机，特别是服务器出现故障（硬件或系统故障）时，则与本服务器中相应的系统都不能使用，这样的系统可靠性极差，但如果要实现高可靠性的设计，那么系统必须用双机热备的方式予以解决，但这种结构的系统一般要求的维护人员技术水平较高，而系统的建设成本也非常高昂。
　　2 云计算中的IaaS应用在智能化楼宇系统中的优势体现
　　智能化楼宇系统中，应用系统众多，如以BA、SA、FA、OA、CA五个自动化系统为基础的系统应用几十项有余，其中由于现在技术的发展，智能化楼宇系统对于设备的管理要求极高，许多系統均要求二十四小时不间断运行，设备的运行和故障等数据也要求二十四小时不间断采集和显示，因此所有的服务器系统均要求热备，这时云计算中IaaS的服务模式非常适合解决现行智能化楼宇系统中应用系统的部署方式，即利用IaaS的服务模式中的资源规模化、集中化的特点，我们可以集中部署少量的高性能、海量资源池的云计算服务器，并利用统一的云计算资源管理平台，让IT系统的建设和运维统一集中到云计算资源管理平台实现，而相应的关系复杂的智能化系统中的服务器，利用云计算资源管理平台统一部署和管理，同时，利用云计算平台中的虚拟备机方式，实现热备，这样由于云计算资源管理平台可实现资源调度，动态分配等各种先进的资源管理方式，这样就可以实现降低硬件资源成本，灵活管理，提高智能化楼宇系统设施管理中的高效性、稳定性、可靠性等，实现系统容灾与备份（网络端系统备份，若有系统故障，启用备用系统，不影响系统管理）。 　　云计算对智能化楼宇中弱电管理系统的帮助体现在：
　　（1）通过运行在少量的高性能海量资源的服务器上的云计算管理和应用软件，实现多虛拟服务器的应用，从而降低系统管理难度；提升服务器配置管理效率；提高系统的可靠性和扩展性；合理分配系统的资源；提高各服务器的运行效能。
　　（2）通过云计算资源管理平台，实现对所有的云计算服务器中的计算（CPU）、内存、和存储等硬件资源进行合理化的管理和分配，并按照用户的要求，快速对上层应用需求，进行分配和管理，快速实现用户的IT服务部署。可实对虚拟计算（CPU）分配、虚拟内存分配、虚拟存储分配，同时可利用镜像实现快速的备份（如多个云计算服务器在不同地域，可实现异地备份），从而实现系统的高可用性、动态资源调度、虚拟机容灾与备份等功能，令外，云计算资源管理平台还可以为我们提供集群文件系统和虚拟交换机策略从而在文件库系统、数据库系统和网络安全方面，也可以提供高可靠性的应用功能。
　　综上所述云计算应用的优点是显而易见的，下面我这里结合我公司目前在建项目简述一下我们在云计算应用方面的设计。
　　3 项目概况
　　国金项目IBMS私有云是我公司目前针对上海国际金融中心设计的云计算应用方案。项目工程名称原为“上海国际金融交易广场”，包括上海国际金融中心上交所项目、上海国际金融中心中金所项目、上海国际金融中心中国结算项目三个项目。项目地处上海浦东新区张家浜河以北、杨高南路以西、世纪大道以南范围内区域，总建筑面积为516808平方米，其中地下面积共六层（含B1M），其地下面积约为247172平方米，主要为停车库、机电设备机房、消控管理中心、一个金融剧场、部分商业以及物业管理部门；地上部分分别为上海证券交易所（125252平方米）、中国金融期货交易所股份有限公司（93860平方米）以及中国证券登记结算有限责任公司（269636平方米）三栋塔楼及连通三栋塔楼的廊桥，三栋主楼及廊桥的地上总建筑面积为269509平方米。
　　本项目有四个业主单位，分别是上交所、中金所、中结算以及竹园物业，在管理上，IBMS系统分成独立的四个平台，各业主单位均可通过各自独立的系统管理各自区域的各种智能化设备和系统，但同时，在总体管理上，各平台也要根据权限实现对整个系统的统一监控，为了保证系统的稳定和安全，各服务均要求热备，网络要求必须与外网隔离。本项目为上海市重点安防项目，同时，也是金融行业标志性项目，项目要求与公安平台统一对接，实现对所有安防产品运行数据的统一监控。
　　4 国金项目IBMS私有云设计和实现
　　4.1 国金项目IBMS私有云方案设计
　　国金项目中，我公司的IBMS系统共有四套，其服务器分别位于上交所消控中心机房、中金所消控中心机房、中结算消控中心机房和竹园物业消控中心机房四处，4个机房，每个机房放置一台私有云服务器，服务器中按要求配置相应的计算资源和存储资源，同时，我们将以四处为四个节点，采用万兆光纤环网互联，基于OpenStack架构，实现对计算资源池化管理，对存储资源池化处理。
　　系统结构包含如下：（1）配置4台服务器；（2）4台万兆交换机；（3）云操作系统虚拟化平台，将计算资源池化，提供给上层应用CPU、内存计算资源；（4）云系统将服务器本地磁盘虚拟化，提供上层应用存储空间，提供高效的存储资源；（5）私有云系统配置为两副本模式，即每台服务器利用本身的资源均虚拟出二台服务器，分别用做本地服务处理系统和一个异地副本系统，这样整个私有云平台可实现异备能力，保证数据的高可靠性；（6）管理员可通过云管理平台系统，对计算、网络和存储等虚拟资源进行集中调度和管理。
　　国金项目IBMS私有云的分布式云计算中心不再是一个物理数据计算中心，而是一个分布式的云计算系统，通过四个业主单位的四个云计算机房，并利用高速万兆光网，将所有数据计算中心的物理资源连接成为一个资源整体，并通过一个统一的云计算资源管理平台，实现跨数据计算中心管理、跨数据计算中心资源调度和灾备设计，并实现多个物理数据中心的逻辑统一，这一设计的关键技术包括实现统一资源池系统的云操作系统、全数据计算中心统一资源管理与调度的运营运维管理系统。
　　使用云计算的设计项目有如下特点：
　　（1）硬件分布式部署、多机房容灾。4个机房，每个机房放置一台服务器，两副本模式，可容忍任一机房完全故障损毁，系统不中断、数据不丢失，无需应用层复杂配置。
　　（2）万兆光纤环网互联。一台万兆互联交换机，用作机房互联；采用环网，缩短环网的收敛时间并消除网络大小的影响，拓扑收敛速度快（低于50ms）。
　　（3）计算资源池化。服务器均安装云操作系统虚拟化系统，将4台服务器的CPU和内存计算资源池化，提供给应用CPU、内存资源；工作负载可灵活调度、按需扩展；4套IBMS系统可完整地托管在云资源池中。
　　（4）存储资源池化。通过云系统分布式存储软件，将4台服务器硬盘作为一个存储池，提供给应用存储资源；采用2副本和SSD技术，保障数据高可靠性和高性能。
　　4.2 国金项目IBMS私有云方案实现
　　国金项目IBMS私有云服务器是云计算平台的核心，服务器上有非常海量的计算（CPU）资源、内存资源、存储资源，同时可通过板卡自由扩展。这些私有云服务器提供了云计算平台的“计算”功能、内存资源、存储资源。这些私有云服务器是资源分配的母体，它们组成了所谓的统一的资源池。在这个计算资源池上，通过安装虚拟化软件，使得其所有资源能以虚拟机的方式提供给相应的系统，被不同的应用使用。经过多方考虑我们最终选用了华为的FusionSphere云操作系统、华为的RH2288 云服务器以及华为S6720-EI万兆交换机来实现我们的设计。
　　方案说明：
　　本方案总计4台华为RH2288 服务器，4台华为S6720-EI万兆交换机以及8块SFP+10光模，其中硬件计算资源为48*4=192C，内存240G*4=960G，存储为2T*4=8T。 　　为保证私有云系统的管理和维护，主要管理软件以及管理用资源有（4*2）8套FusionSphereR5服务器软件，8套FusionStorageR3存储虚拟化服务器软件，其中2台虚拟化资源管理服务器，2台云管理服务器，2台存储管理服务器，这6台服务器均一用一备，由于平台系统分为4个域，因此设置4台domain 0服务器。
　　其中虚拟化资源管理服务器采用4核5G内存80G硬盘，私有云管理用服务器占用4核8G内存80G硬盘，存储虚拟化服务器采用4核8G内存80G硬盘，domain 0服务器采用6核8G内存不需要存储空间，因此管理系统用的总资源占用为48核202G内存480G存储。
　　总设计方案的实际应用系统资源为144核、758G内存、7.52T存储。同时，相应的华为RH2288 服务器可支持扩展。
　　5 国金项目IBMS私有云运行效果
　　目前国金项目IBMS私有云正在上线中，已通过的测试可实现以下功能：
　　硬件分布式部署、多机房容灾，当上交所IBMS系统服务器人工关机或网卡禁用操作时，位于中金所的备份服务器会自动接管上交所相应的服务器业务功能，同时，管理系统会自动报警提示用户重启并同步相应的服务器数据。
　　计算资源池化以及存储资源池化，在中金所，业主要求提供一台分项计量系统用的服务器，我们通过管理平台系统，快速的在中金所服务器的资源池中设置了一台8核16G以及200G的一台服务器，从而快速通过云系统为满足了用户相应的要求。中结算的用户的BA系统与我们的IBMS系统平台采用BACNET接口对接，原有的系统设计中，我们是通过一台实体的服务器实现的，这台服务器功能单一，在实际实施过程中，我们通过云平台设置了一个一核二线程，2G内存，32G存储的一台ubuntu服务器，在上面运行我们相应的BACNET通讯网关服务，由于这一虚拟设备管理方便，启动速度快，这一设计不但节省了我们相应的硬件配置，同时也极大提高了我们IBMS系统的反应速度。
　　集中的设备计算、内存、存储资源可视化管理，在竹园控制中心机房，我们可以通过管理平台系统了解目前所有计算资源的分布和使用情况，同时可快速上线服务器以及对不使用的服务进行资源重绘，在这个平台中，所有的资源将会以最合理的方式配置在一起，最大限度的发挥出所有服务器资源的功效。
　　总结如下：（1）实现国金项目IBMS私有云的设计需求，以虚拟数据中心方式灵活分配资源；（2）可视化、一键式部署实现IBMS系统分钟级上线；（3）针对不同系统提供差异化服务能力，并实现端到端的业务；（4）计算、存储、网络和安全资源虚拟化，基础设施按需部署，提高资源利用率；（5）多数据中心统一管理、物理资源和虚拟化资源统一管理、异构资源统一管理、运营与运维统一管理，提升数据中心管理效率。
　　6 結束语
　　综上所诉，结合我们在智能化楼宇管理系统中的设计、施工及使用经验，云计算在智能化楼宇管理系统将会有广大的应用前景，本次设计虽然只是应用在IBMS系统上，但云计算在智能化楼宇方面可以推广到更深的层次，在整个弱电系统中，相应的服务器众多，而单一功能的专业服务器占了非常大的数量，而这些服务器一般要求响应速度快，有后备能力，定期管理和维护，因此，采用云计算的方式我们可以实现对所有的云计算服务器中的计算（CPU）、内存、和存储等硬件资源进行合理化的管理和分配，并按照用户的要求，快速对上层应用需求，进行分配和管理，快速实现用户的IT服务部署。可实对虚拟计算（CPU）分配、虚拟内存分配、虚拟存储分配，同时可利用镜像实现快速的备份（如多个云计算服务器在不同地域，可实现异地备份），从而实现系统的高可用性、动态资源调度、虚拟机容灾与备份等功能，另外，云计算资源管理平台还可以为我们提供集群文件系统和虚拟交换机策略从而在文件库系统、数据库系统和网络安全方面，也可以提供高可靠性的应用功能。
　　参考文献：
　　[1]丁伦.基于云计算的管理平台在建筑智能化中的应用[J].数字通信世界，2018（10）：187.
　　[2]王莹.云计算在智能化城市体系中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（10）：143.
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