現(xiàn)代艦船運(yùn)用云計(jì)算有關(guān)問(wèn)題的探析

吳作棟　金永明　郭煜

摘 要 時(shí)下，“云計(jì)算”正在成為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)，全球的信息技術(shù)機(jī)構(gòu)都在紛紛向云計(jì)算轉(zhuǎn)型。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式相比，“云計(jì)算”的優(yōu)勢(shì)在于虛擬化技術(shù)、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、按需部署、高靈活性、可擴(kuò)展性和可靠性高、性價(jià)比高等。本文在介紹云計(jì)算的基礎(chǔ)上，探討了“云計(jì)算”在艦船遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用、“云計(jì)算”平臺(tái)在艦船數(shù)據(jù)融合中的應(yīng)用、“云計(jì)算”在艦船網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡中的應(yīng)用等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 艦船;云計(jì)算;應(yīng)用

1概念

云計(jì)算（cloud computing）是分布式計(jì)算的一種，指的是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無(wú)數(shù)個(gè)小程序，然后，通過(guò)多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。云計(jì)算早期，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是簡(jiǎn)單的分布式計(jì)算，解決任務(wù)分發(fā)，并進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的合并。因而，云計(jì)算又稱為網(wǎng)格計(jì)算。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)（幾秒鐘）完成對(duì)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的數(shù)據(jù)的處理，從而達(dá)到強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?，F(xiàn)階段所說(shuō)的云服務(wù)，已不單是一種分布式計(jì)算，而是分布式計(jì)算、效用計(jì)算、負(fù)載均衡、并行計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、熱備份冗雜和虛擬化等計(jì)算機(jī)技術(shù)混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果[1]。

2現(xiàn)代艦船中運(yùn)用云計(jì)算的有關(guān)應(yīng)用問(wèn)題

2.1 云計(jì)算在艦船遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，艦船監(jiān)控系統(tǒng)也朝著數(shù)字化、智能化及信息化發(fā)展，同時(shí)隨著監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的急速增長(zhǎng)，如何實(shí)時(shí)從海量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中挖掘出有效信息，是現(xiàn)代艦船遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵。云計(jì)算平臺(tái)利用分布式架構(gòu)﹑云存儲(chǔ)及并行計(jì)算技術(shù)，在大數(shù)據(jù)信息處理效率方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng)需要處理海量的圖像信息，從中選取出有效信息，傳統(tǒng)的單中心處理架構(gòu)已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代艦船遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性能的要求，需要在架構(gòu)及處理算法上進(jìn)行改進(jìn)。由于并行計(jì)算﹑分布式系統(tǒng)等信息領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，基于云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)成為現(xiàn)代大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的主要技術(shù)，其原理是利用虛擬化技術(shù)把分布在不同地方的計(jì)算資源按照一定的邏輯進(jìn)行組合，并利用并行計(jì)算理論將程序進(jìn)行分解，合理分配至各邏輯資源。比如，基于Hadoop分布式的海上艦船遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，分為3層：①最底層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)利用分布式的存儲(chǔ)架構(gòu)來(lái)保存艦船遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)大量的視頻采集數(shù)據(jù)，同時(shí)為上層提供交互式查詢?nèi)肟凇＂谥虚g層是整個(gè)系統(tǒng)的核心，用來(lái)處理海量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，基于分布式計(jì)算資源處理具體算法的處理。利用數(shù)據(jù)庫(kù)接口與存儲(chǔ)層獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)為上層提供信息輸出結(jié)果。③上層應(yīng)用主要面向用戶，為不同的用戶展示所需信息。

基于云平臺(tái)的艦船遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，主要是為了解決大數(shù)據(jù)的分布式處理及并行計(jì)算，要求具有良好的實(shí)時(shí)性、大規(guī)模并發(fā)性及快速查詢性等特點(diǎn)，同時(shí)還需具有良好的擴(kuò)展性。

2.2 云計(jì)算平臺(tái)在艦船數(shù)據(jù)融合中的應(yīng)用

隨著航運(yùn)業(yè)的飛速發(fā)展及智能艦船技術(shù)的廣泛使用，艦船管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)種類以前所未有的速度增長(zhǎng)。目前艦船管理系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)的管理、分析以及查詢效率等方面面臨困境。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多樣、低價(jià)值密度的特點(diǎn)。海量數(shù)據(jù)處理效率成為充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。云計(jì)算技術(shù)憑借其穩(wěn)定高效的計(jì)算能力被廣泛應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合，提高信息共享和處理效率。

基于云計(jì)算平臺(tái)的艦船數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的整體架構(gòu)，在系統(tǒng)邏輯上大致由用戶接口層、核心功能層及云平臺(tái)層3個(gè)部分組成。①云平臺(tái)層主要有服務(wù)器集群和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)MongoDB組成，為上層提供云計(jì)算框架的硬件基礎(chǔ)。該層實(shí)現(xiàn)的功能主要是完成與外部數(shù)據(jù)的交互，完成系統(tǒng)內(nèi)分布式數(shù)據(jù)的處理和保存，以及根據(jù)上層的需求提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。②核心功能層主要包括高層次模塊設(shè)計(jì)和算法模塊的實(shí)現(xiàn)。高層次模塊由數(shù)據(jù)預(yù)處理、本體構(gòu)建融合，網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析等模塊組成。③用戶接口層主要功能包括兩部分，一個(gè)是通過(guò)界面完成和用戶之間的交互，另一個(gè)是根據(jù)用戶的需求提供可視化的服務(wù)。

目前艦船管理系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)的管理、分析以及查詢效率等方面面臨困境。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多樣、低價(jià)值密度的特點(diǎn)，同時(shí)，大數(shù)據(jù)還存在的一個(gè)問(wèn)題是空前復(fù)雜的數(shù)據(jù)異構(gòu)性。如何充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵點(diǎn)是海量數(shù)據(jù)處理效率。云計(jì)算技術(shù)能夠利用低廉的設(shè)備構(gòu)成計(jì)算和存儲(chǔ)集群，獲取穩(wěn)定高效的計(jì)算能力，云計(jì)算技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合，可以提高信息共享和處理的效率。

2.3 云計(jì)算在艦船網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡中的應(yīng)用

艦船網(wǎng)絡(luò)中大量的服務(wù)器之間需要負(fù)載均衡技術(shù)來(lái)提高計(jì)算效率、減小任務(wù)響應(yīng)時(shí)間和降低資源開(kāi)銷。云計(jì)算使得負(fù)載均衡不同于集群服務(wù)器，負(fù)載均衡是云計(jì)算中的關(guān)鍵技術(shù)之一，將云計(jì)算任務(wù)分發(fā)到不同的節(jié)點(diǎn)上，從而達(dá)到了減小任務(wù)響應(yīng)時(shí)間、提高魯棒性的目的。①在應(yīng)用云計(jì)算進(jìn)行艦船網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡測(cè)試中，除了服務(wù)CPU等硬件指標(biāo)外，任務(wù)的隊(duì)列、任務(wù)規(guī)模等都會(huì)影響到任務(wù)調(diào)度和任務(wù)響應(yīng)時(shí)間。②通過(guò)云計(jì)算將不同的服務(wù)器接入，然后需要一臺(tái)服務(wù)器作為本地調(diào)度器，通過(guò)調(diào)度器對(duì)任務(wù)進(jìn)行分配，管理站點(diǎn)內(nèi)的服務(wù)器負(fù)載，其過(guò)程為： 當(dāng)站點(diǎn)接收到發(fā)送的任務(wù)請(qǐng)求，調(diào)度器會(huì)將此任務(wù)備份，然后通過(guò)遠(yuǎn)程將任務(wù)分發(fā)到指定的站點(diǎn)，在這個(gè)過(guò)程中調(diào)度器會(huì)根據(jù)有效鄰節(jié)點(diǎn)來(lái)接收任務(wù)。③利用CloudSim云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行艦船網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡實(shí)驗(yàn)仿真，主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)是云計(jì)算系統(tǒng)中任務(wù)調(diào)度次數(shù)、完成任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

信息時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等技術(shù)對(duì)現(xiàn)代船艦的工業(yè)技術(shù)革命、裝備與性能的提升等都帶來(lái)一定的沖擊，一定程度上說(shuō)，現(xiàn)代艦船運(yùn)用云計(jì)算是必然的趨勢(shì)，通過(guò)科學(xué)的規(guī)劃與創(chuàng)新，云計(jì)算一定可以在現(xiàn)代船艦更多的領(lǐng)域發(fā)揮作用和效能。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙德福.基于云計(jì)算的船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2014，36（12）：120-124.

[2] 董雙雙.海面分布式傳感器多信息融合技術(shù)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2015，37（4）：169-172.