IDC 在海洋石油平臺的應(yīng)用

武 岳 王 偉 李志剛 李婷婷 王智勇

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

1 基本概念

1.1 IDC

IDC 是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center）的縮寫，它通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)存儲集中化、中心化，處理和發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備提供運行維護(hù)的設(shè)施以及相關(guān)的服務(wù)體系。工業(yè)IDC 一般由以下部分組成：冗余的高性能服務(wù)器、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)磁盤陣列區(qū)、可堆疊的交換機(jī)以及UPS 電源。

1.2 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)定義了計算機(jī)的計算單元由以前的真實存在發(fā)展到在虛擬的基礎(chǔ)上運行。虛擬化技術(shù)可以在一定范圍內(nèi)將硬件的容量任意擴(kuò)大，并且可以快速簡便的將軟件重新配置。虛擬化技術(shù)還可以將真實的單CPU 虛擬成多CPU 并行，并且多個操作系統(tǒng)可以在一個平臺上同時運行，這樣在多個操作系統(tǒng)中就可以分別運行不同的程序，避免了某些程序之間的相互沖突，從而顯著提高計算機(jī)的工作效率。虛擬化技術(shù)的其他優(yōu)勢也為我們帶來了便利：

（1）兼并服務(wù)器：該技術(shù)可將多個效率低下的虛擬服務(wù)器進(jìn)行重組兼并。（2）均衡負(fù)載：可在每個真實服務(wù)器中設(shè)置負(fù)載均衡器，當(dāng)一臺服務(wù)器的負(fù)載過高時，可將部分負(fù)載遷移到其他服務(wù)器中去。（3）服務(wù)器動態(tài)遷移：這個技術(shù)是前兩個技術(shù)的根基，但是卻不只僅僅限于前兩個技術(shù)。（4）服務(wù)器克?。嚎寺〖夹g(shù)是把一臺服務(wù)器的環(huán)境配置好了后可以通過克隆技術(shù)使其他的機(jī)子都達(dá)到和這臺機(jī)子一樣的效果。（5）災(zāi)難數(shù)據(jù)恢復(fù)：可事先對服務(wù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬快照，當(dāng)不可逆的災(zāi)難發(fā)生時，可將數(shù)據(jù)損失降到最低。（6）虛擬快照：虛擬快照技術(shù)是將虛擬機(jī)此時的狀態(tài)像照片一樣保存下來。（7）虛擬化技術(shù)的可用性：在虛擬化技術(shù)中，可以設(shè)置主從服務(wù)器，兩臺服務(wù)器使完全鏡像的，當(dāng)主服務(wù)器宕機(jī)時，從服務(wù)器自動啟動繼續(xù)提供服務(wù)，當(dāng)主服務(wù)器恢復(fù)時，再將服務(wù)自動切換到主服務(wù)器上來。（8）虛擬化技術(shù)的安全性：虛擬化技術(shù)的VMM可以可快速追蹤到異常事件、后門程序、木馬程序等惡意程序。

1.3 瘦客戶端

瘦客戶端（Thin Client）指的是在本地操作員站只配備網(wǎng)絡(luò)接收終端、顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤等設(shè)備，舍棄了物理服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)接收端通過以太網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行連接，相當(dāng)于在本地桌面上打開了一個瀏覽器對服務(wù)器進(jìn)行訪問，不同的瘦客戶端可以同時訪問不同的虛擬服務(wù)器。

2 IDC 在石油平臺中控系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文在設(shè)計過程中將工業(yè)數(shù)據(jù)中心定位為可擴(kuò)展解決方案，其性能高于小型單一離線服務(wù)器解決方案（5VM 以下），但低于企業(yè)級數(shù)據(jù)中心提供商的解決方案（100 或100VM以上）。經(jīng)過多方比對，最終選定羅克韋爾的IDC 產(chǎn)品E2000 系列。

在具體實現(xiàn)中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲、集中備份以及充分利用工業(yè)數(shù)據(jù)中心資源、虛擬機(jī)可動態(tài)在線從一臺物理服務(wù)器遷移到另一臺物理服務(wù)器上的特性等，配置一套ISCSI 存儲陣列產(chǎn)品，同時配置匯聚型交換機(jī)，組成標(biāo)準(zhǔn)的SAN 集中存儲架構(gòu)。由工業(yè)數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)出來的虛擬服務(wù)器的封裝文件都存放在SAN 存儲陣列上，通過共享的SAN 存儲架構(gòu)，可以最大化的發(fā)揮虛擬架構(gòu)的優(yōu)勢，進(jìn)行在線遷移正在運行的虛擬機(jī)，進(jìn)行動態(tài)的虛擬服務(wù)器資源管理，和基于虛擬機(jī)快照技術(shù)集中整合備份等，而且為以后的容災(zāi)、擴(kuò)容打下基礎(chǔ)。

2.1 IDC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

羅克韋爾的IDC 產(chǎn)品E2000 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

（1）DZM 區(qū)：即防火墻區(qū)域，可在此處加裝網(wǎng)絡(luò)防火墻，以保障IDC 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。（2）堆疊交換機(jī)：此處安裝冗余的控制型交換機(jī)并且交換機(jī)具有堆疊擴(kuò)展功能。（3）存儲服務(wù)器與存儲擴(kuò)展區(qū)：對磁盤存儲空間進(jìn)行管理，并且陣列的磁盤空間可以任意擴(kuò)展。（4）冗余主機(jī)：兩臺高性能物理主機(jī)提供云服務(wù)。（5）電源分配區(qū)：電源分配區(qū)采用高穩(wěn)定性電源模塊，為交換機(jī)、主機(jī)、防火墻、存儲服務(wù)器等提供交流220V 電源。（6）UPS 區(qū)：可選配UPS 不間斷電源,保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。E2000 型號的IDC最多支持制作60 臺虛擬機(jī)，最多可加裝3 臺物理主機(jī)提供云服務(wù)，最多可擴(kuò)展75 塊磁盤。

2.2 IDC 配置方案

針對石油平臺中控系統(tǒng)的需要，配置服務(wù)器/ 瀏覽器（B/S）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即一套IDC 系統(tǒng)和5 個瘦客戶端，具體配置如下：

根據(jù)所需軟件的不同功能，可將虛擬機(jī)劃分為服務(wù)器虛擬機(jī)、客戶端虛擬機(jī)以及其它虛擬機(jī)，各虛擬機(jī)的主要功能可參考表，數(shù)量不限于此。

2.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

中控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是連接各下位控制系統(tǒng)和上位監(jiān)控/數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的中心。中控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為兩個層次，一個是控制層網(wǎng)絡(luò)，一個是上位監(jiān)控和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

控制層網(wǎng)絡(luò)是PMS/PCS/ESD/FGS 等下位控制系統(tǒng)的一個匯聚網(wǎng)絡(luò)，控制數(shù)據(jù)可以在這個網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行交換；并且控制層網(wǎng)絡(luò)也是連接上位監(jiān)控和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口，所有的監(jiān)控數(shù)據(jù)最終都將集中到數(shù)據(jù)層。

控制層網(wǎng)絡(luò)采用AB Stratix 8000 系列交換機(jī)，冗余配置二臺交換機(jī)，具有千兆接口連接上層網(wǎng)絡(luò)。

上位監(jiān)控和數(shù)據(jù)層網(wǎng)絡(luò)，核心采用CISCO 思科的24 口千兆堆疊交換機(jī)（3850 系列）二臺組成。數(shù)據(jù)層網(wǎng)絡(luò)的高性能交換機(jī)，在一體化系統(tǒng)中處理多種復(fù)雜業(yè)務(wù)，通過VLAN 技術(shù)，劃分多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，既保證數(shù)據(jù)快速通暢，又保證數(shù)據(jù)安全隔離。數(shù)據(jù)層網(wǎng)絡(luò)包括的邏輯網(wǎng)絡(luò)有：和控制層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通訊接口，共享存儲連接，安全發(fā)布網(wǎng)絡(luò)等。

通過上述邏輯網(wǎng)絡(luò)，中控以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括了4 個連接功能：（1）冗余連接下位的各個控制器，完成數(shù)據(jù)采集和下達(dá)任務(wù)。（2）擴(kuò)展操作站，實現(xiàn)操作監(jiān)視。（3）連接互聯(lián)網(wǎng)，滿足對外發(fā)布需求。（4）系統(tǒng)維護(hù)和功能軟件的管理。

3 應(yīng)用效果分析

目前，渤海某石油平臺的中控系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用了IDC 系統(tǒng)，該IDC 系統(tǒng)于2018 年8 月投入運行，至今無故障運行3600小時。

通過應(yīng)用IDC 系統(tǒng)以及虛擬化技術(shù)，該石油平臺的中控系統(tǒng)達(dá)成了以下目標(biāo)：

（1）大大降低項目成本：通過將多個物理服務(wù)器整合為一臺物理服務(wù)器，節(jié)省了60%的軟硬件成本；物理服務(wù)器的利用率也從10%～20%提高到70%～85%；將運營成本降低了65%～75%，包括控制室的面積、耗電量、網(wǎng)線、機(jī)柜、冷氣空調(diào)和人力成本等。（2）提高了石油平臺的運營效率：縮短了硬件和網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)時間，以前的服務(wù)器從安裝到搭建再到提供服務(wù)往往需要20 個小時左右，再采用IDC 及虛擬化技術(shù)后，這一時間被控制在1 小時之內(nèi)，這樣每年可節(jié)省1000 人/小時；在系統(tǒng)的維護(hù)時間方面也得到了大幅縮減，以前的系統(tǒng)維護(hù)要提前數(shù)天乃至數(shù)周進(jìn)行準(zhǔn)備工作，并且需要平臺停產(chǎn)維護(hù)，維護(hù)時間要好幾個小時才能完成，不但影響生產(chǎn)，而且對維護(hù)人員的工作壓力很大，采用IDC 及虛擬化技術(shù)后，可以實現(xiàn)行不中斷生產(chǎn)的硬件維護(hù)和升級。（3）系統(tǒng)的安全性得到保障：在傳統(tǒng)的中控系統(tǒng)中，容易受到計算機(jī)病毒的威脅，這些病毒往往來自U 盤或是由于控制網(wǎng)絡(luò)誤連接到外網(wǎng)造成的。采用IDC 系統(tǒng)，所有數(shù)據(jù)通過防火墻經(jīng)以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，并且在交換機(jī)層，通過劃分局域網(wǎng)的方式將控制網(wǎng)和外接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離，有效的阻止了計算機(jī)病毒的威脅，大大提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

近幾年，IDC 系統(tǒng)已被廣大用戶所接受，它將中控系統(tǒng)的上位部分固定不變的硬件設(shè)備轉(zhuǎn)化為可以動態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡化管理，提高系統(tǒng)可用性，節(jié)約投資，降低綜合運維成本，增強(qiáng)中控系統(tǒng)對擴(kuò)容或其他未知改變的適應(yīng)力。一種技術(shù)都會有優(yōu)勢和劣勢，但是隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信IDC 系統(tǒng)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的各種不足和問題都會得以改進(jìn)和解決。