基于云計算數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化城市建設(shè)研究

于鵬洲（1．天津大學(xué)管理與經(jīng)濟學(xué)部，天津，300072；2．天津市紅橋區(qū)建設(shè)管理委員會，天津，300130）

基于云計算數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化城市建設(shè)研究

于鵬洲1，2
（1．天津大學(xué)管理與經(jīng)濟學(xué)部，天津，300072；2．天津市紅橋區(qū)建設(shè)管理委員會，天津，300130）

通過對數(shù)字化城市和云計算技術(shù)的探討，提出在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計算技術(shù)的必要性，并構(gòu)建了基于云計算數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化城市建設(shè)體系結(jié)構(gòu)。從政府服務(wù)、公共安全服務(wù)、教育服務(wù)以及交通醫(yī)療服務(wù)等方面對云計算技術(shù)在數(shù)字化城市建設(shè)中的應(yīng)用進行分析，表明在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計算技術(shù)對提高城市的整體信息化水平具有十分重要的意義。

云計算；數(shù)字化城市；數(shù)據(jù)中心

1 數(shù)字城市概述

1.1 數(shù)字化城市的概念

數(shù)字化城市即將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)等多種高科技手段融合起來建立的計算機應(yīng)用管理系統(tǒng)。廣義上來看，數(shù)字化城市就是利用網(wǎng)絡(luò)與多媒體等技術(shù)平臺，將城市各方面信息資源進行有效整合，實現(xiàn)城市的信息化及信息技術(shù)的綜合應(yīng)用，數(shù)字化城市將整個城市生產(chǎn)及生活的各方面全部涵蓋，包括電子商務(wù)、公共信息服務(wù)、教育信息服務(wù)、社會保障服務(wù)、城市交通軌道管理、電子政務(wù)、城市基礎(chǔ)設(shè)施管理以及城市環(huán)境質(zhì)量檢測等等。

1.2 數(shù)字化城市發(fā)展現(xiàn)狀

國外的數(shù)字化城市經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：第一階段為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段；第二階段為城市企業(yè)內(nèi)部和政府部門內(nèi)部信息化建設(shè)階段；第三階段為城市中企業(yè)與政府間的網(wǎng)絡(luò)互連階段；最后一個階段為數(shù)字化樓宇、數(shù)字化社區(qū)及數(shù)字化城市的建設(shè)階段。當(dāng)前，美國、日本等發(fā)達國家?guī)缀跬瓿闪说谌A段的建設(shè)，開始步入第四階段。但是我國有關(guān)數(shù)字化城市的建設(shè)的理論與技術(shù)體系才處于起步階段。在我國提出建設(shè)數(shù)字化城市戰(zhàn)略規(guī)劃的有近百座城市，但大多都是基于省市信息化目標(biāo)框架下的工程。經(jīng)過階段性的信息化建設(shè)后，這些城市基本都建立了面向群眾與企業(yè)的電子政務(wù)體系，但總體數(shù)字化城市建設(shè)水平同經(jīng)濟社會發(fā)展需求之間依然存在很大的差距。我國數(shù)字化城市建設(shè)目前主要面臨以下兩方面挑戰(zhàn)：

（1）信息溢出的挑戰(zhàn)。為了使政務(wù)信息能夠更快、更及時地向公眾發(fā)布，滿足為各種業(yè)務(wù)及應(yīng)用提供服務(wù)的需求，將所有政府職能部門信息系統(tǒng)與企業(yè)的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)進行整合勢在必行。所以為了適應(yīng)海量信息存儲的需求和提供各種應(yīng)用服務(wù)選擇，建立一個海量數(shù)據(jù)中心作為信息存儲與交換的平臺十分必要。

（2）信息技術(shù)花費的挑戰(zhàn)。從全球范圍來看，逐年遞增的IT費用主要是服務(wù)器管理費用的上漲，而且這一趨勢仍在繼續(xù)。而云計算數(shù)據(jù)中心具有易擴展性、通用性強和造價低等特點，如果能夠采用云計算數(shù)據(jù)中心必將降低企業(yè)和政府的IT費用。同時，企業(yè)與政府不同級別、檔次的服務(wù)器以及裝載不同操作系統(tǒng)的物理服務(wù)器通過虛擬化后可以全部整合到云計算數(shù)據(jù)平臺中。

2 云計算概述

2.1 云計算的概念

云計算是指通過服務(wù)的方式將IT技術(shù)提供給用戶，用戶即使不了解相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與操作知識，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲得所需要的服務(wù)。云計算是在并行計算、分布式計算與網(wǎng)格計算等計算方式上發(fā)展起來的，并在虛擬化與效用計算等概念上不斷演進的結(jié)果。按云計算服務(wù)類型可以將其劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)（IaaS）、平臺層服務(wù)（PaaS）和軟件層服務(wù)（SaaS）的三層服務(wù)結(jié)構(gòu)體系。在該結(jié)構(gòu)體系中，SaaS位于構(gòu)架的最底層，PaaS位于構(gòu)架中層，IaaS位于構(gòu)架的頂層。

2.2 云計算系統(tǒng)的核心技術(shù)

（1）海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。云計算系統(tǒng)中包含大量的服務(wù)器，保證為海量用戶提供服務(wù)。所以，云計算系統(tǒng)采用了分布式方式來存儲海量數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的可靠性，避免了數(shù)據(jù)的冗余。

（2）海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)。云計算系統(tǒng)需要對呈分布狀的海量數(shù)據(jù)進行處理和分析，同時能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)源進行高效的管理。

（3）虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)可以實現(xiàn)底層硬件與高層軟件的分離，通過虛擬化技術(shù)可以將獨立單一資源劃分為若干個虛擬資源的分裂模式，也可以將多個資源整合起來形成一個虛擬資源的聚合模式。

（4）云計算平臺管理技術(shù)。通過云計算平臺管理技術(shù)可以使平臺中的大量服務(wù)器協(xié)同工作，確保快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障并及時進行恢復(fù)，有效保障規(guī)模如此龐大的系統(tǒng)能夠利用自動化與智能化手段進行可靠運營。

3 數(shù)字化城市云計算數(shù)據(jù)中心的建立

3.1 云計算數(shù)據(jù)中心的概念

云計算數(shù)據(jù)中心將IaaS和PaaS服務(wù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心，為虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施資源和公共信息集成提供服務(wù)。云計算數(shù)據(jù)中心的提供服務(wù)的方式為，通過分布式計算機系統(tǒng)，將高速互聯(lián)網(wǎng)與無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸力進行整合，把數(shù)據(jù)的計算與存儲功能交由網(wǎng)絡(luò)中的計算機機群負(fù)責(zé)。一個大型的云計算數(shù)據(jù)中心，其主要功能便是對分布式計算機進行有效管理，將基礎(chǔ)設(shè)施資源進行虛擬化，對海量數(shù)據(jù)進行自動化管理，根據(jù)用戶的需求分配IT資源，對資源進行動態(tài)的分配與管理，保證負(fù)載均衡，云計算系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心管理人員還可對軟件進行部署與安全控制。云計算數(shù)據(jù)中心可以實現(xiàn)在數(shù)據(jù)層管理數(shù)據(jù)，在平臺層為用戶提供信息服務(wù)的同時兼具數(shù)據(jù)管理的服務(wù)方式。在這種服務(wù)方式下，用戶想獲得服務(wù)支持，只需要支付相應(yīng)的費用，而無需考慮數(shù)據(jù)的存儲位置、存儲容量、資源調(diào)度方式以及系統(tǒng)安全策略等問題。云計算數(shù)據(jù)中心的核心價值在于軟件與硬件可根據(jù)需求進行擴展，可以提供無限的數(shù)據(jù)存儲空間，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化管理，還可為數(shù)據(jù)處理提供無限的計算能力。

3.2 數(shù)字化城市云計算機數(shù)據(jù)中心的部署方式

根據(jù)開放對象的不同，可以將云分為公有云、私有云與混合云三種。公有云指通過即付方式面向公眾的服務(wù)；私有云指面向企業(yè)或政府部門等的數(shù)據(jù)中心，不為公眾提供服務(wù)的方式；混合云指既包含公有云也包含私有云的一種混合構(gòu)架。目前我國的電信運營單位所部署的云數(shù)據(jù)中心，大多是采用了混合云模式。

數(shù)字化城市云計算數(shù)據(jù)中心也可以采用混合云的模式，一方面可以租用電信運營單位已部署好的云計算數(shù)據(jù)中心，另一方面混合云與數(shù)字化城市的業(yè)務(wù)類型匹配程度較高，有利于最大化實現(xiàn)云服務(wù)的效用。數(shù)字化城市屬于龐大的開放式系統(tǒng)，需要不斷地與外界進行大量的信息交換，為了實現(xiàn)城市管理的人本化服務(wù)、建立完善一站式的公眾服務(wù)平臺以滿足與公眾的業(yè)務(wù)交互，要求數(shù)字化城市的云計算數(shù)據(jù)中心不僅能夠具備私有云的特點，還要滿足公有云所能提供的服務(wù)。政府如果租用現(xiàn)有的混合云，則可以在私有云中進行數(shù)據(jù)的存儲與業(yè)務(wù)或服務(wù)的處理，當(dāng)資源需求達到高峰時，可以直接調(diào)用公有云來加強數(shù)據(jù)的處理，作為私有云的補充，而無需額外支出來購買軟硬件設(shè)備，由此可見，采用混合云的模式可以有效地實現(xiàn)云服務(wù)的效用最大化。

3.3 數(shù)字化城市云計算數(shù)據(jù)中心的層次結(jié)構(gòu)

云計算數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)可以抽象為虛擬層、數(shù)據(jù)層及平臺層三層結(jié)構(gòu)。虛擬層通過虛擬技術(shù)，將基礎(chǔ)設(shè)施、各種網(wǎng)絡(luò)及操作系統(tǒng)虛擬化，為數(shù)據(jù)層提供虛擬資源與虛擬技術(shù)，是數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)，在本文所設(shè)計的數(shù)字化城市系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，將云計算數(shù)據(jù)中心的虛擬層與數(shù)據(jù)層整合在一起，作為數(shù)字城市系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、處理與加工功能，這也是IaaS應(yīng)用服務(wù)的體現(xiàn)。平臺層為用戶提供了在互聯(lián)網(wǎng)上進行自定義開發(fā)、測試以及部署應(yīng)用服務(wù)的集成公共平臺，可以提供性能更高、更具個性化的服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將封裝的服務(wù)信息提供給最終用戶，這正是PaaS應(yīng)用服務(wù)的體現(xiàn)。云計算數(shù)據(jù)中心的平臺層對應(yīng)本文所設(shè)計的數(shù)字化城市系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成公共平臺層?？紤]到數(shù)字化城市業(yè)務(wù)靈活多變，而且業(yè)務(wù)需求變化迅速，SaaS應(yīng)用實現(xiàn)存在困難，所以在本文的云計算數(shù)據(jù)中心所對應(yīng)的數(shù)字化城市系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中沒有運用到SaaS應(yīng)用。本文所設(shè)計的基于云計算數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化城市系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 云計算在數(shù)字化城市建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 政府服務(wù)

在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計算技術(shù)可以將政府部門的日常行政工作利用網(wǎng)絡(luò)進行規(guī)劃與管理，通過一站式公共服務(wù)平臺向公眾提供所需要的服務(wù)，由此打破原有的窗口服務(wù)模式，突破人力資源的界限，使政府日常工作體系實現(xiàn)虛擬化，可以提高政府部門的信息化水平，在政府與公眾之間形成有效的聯(lián)結(jié)機制。

4.2 公共安全服務(wù)

在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計算技術(shù)可以有效建立城市安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠與城市中其他監(jiān)控系統(tǒng)進行有機結(jié)合，并同城市公安部門的安全監(jiān)控系統(tǒng)整合在一起，從而達到對全市所有重點公眾場所、重要單位、部門的有效安全監(jiān)控與管理，還可以快速地貫徹落實各種政策與安全措施，對提高城市整體安全水平具有重要作用。

4.3 教育服務(wù)

在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計算技術(shù)還可對教育教學(xué)起到重要促進作用。云計算數(shù)據(jù)平臺可以為教師在教學(xué)過程中提供強大到數(shù)據(jù)支持和超強的計算能力，有助于教學(xué)水平的提高，同時學(xué)生的學(xué)習(xí)效率也能得到提升，另外對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、分析能力、培育培養(yǎng)高素質(zhì)高水平人才也都具有重要的意義。

Research on Digital City Construction Based on Cloud Computing Data Center

Yu Pengzhou1，2
(1.Faculty of Management and Economics,Tianjin University,Tianjin,300072; 2.Tianjin Hongqiao District Construction Management Committee,Tianjin,300130)

This paper put forward the necessity of application of cloud computing in digital city construction through the discussed of cloud computing and digital city,and build the digital city construction architecture based on cloud computing data center.This paper analysis the application of cloud computing tecnology in digital city from government services,public safety services,education services,transportation and medical services and so on,and it shows application of cloud computing in digital city construction to improve the city’s information level has great significance.

Cloud Computing;Digital City;Data Center

TP393.03

A