虛擬化和數(shù)據(jù)融合在空管數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的應(yīng)用分析

文｜石彥君

目前空管領(lǐng)域內(nèi)有眾多的信息系統(tǒng)在同時(shí)運(yùn)行，存在硬件資源利用效率低、網(wǎng)絡(luò)資源耗費(fèi)大、維護(hù)成本大、信息孤島多、數(shù)據(jù)一致性難以保證等多種問題。本文探討研究空管數(shù)據(jù)中心的虛擬化及數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用實(shí)踐，同時(shí)闡述了數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的主要方式和重要建設(shè)內(nèi)容。

空管信息數(shù)據(jù)是我國空管保障體系中重要的資源，對其進(jìn)行有效采集和利用，對于提升空管運(yùn)行和保障能力、提高國家空域資源規(guī)劃利用和空域安全水平、維護(hù)空中交通秩序、確保航空活動(dòng)的安全高效，都有著至關(guān)重要的作用。隨著空管一體化、軍民協(xié)同、無人機(jī)飛行規(guī)?；刃纶厔莸某霈F(xiàn)，西南空管原有空管信息系統(tǒng)的建設(shè)模式和技術(shù)架構(gòu)面臨著不少新的問題和挑戰(zhàn)。

云計(jì)算和虛擬化技術(shù)的發(fā)展，對計(jì)算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用產(chǎn)生了極大的影響，也促進(jìn)了IT基礎(chǔ)架構(gòu)的變革。同時(shí)隨著信息技術(shù)的發(fā)展，空管領(lǐng)域的數(shù)字化、電子化在規(guī)模和程度上都有比較大的發(fā)展，數(shù)據(jù)交互、共享和協(xié)同需求越發(fā)重要，系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的安全可靠也需要不斷強(qiáng)化。

一、傳統(tǒng)空管信息系統(tǒng)運(yùn)行情況

傳統(tǒng)的空管信息系統(tǒng)基本上都處在獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)，系統(tǒng)之間僅僅基于各自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特定數(shù)據(jù)接口和鏈路來保證必要的數(shù)據(jù)交互和通信。各個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)端和客戶端比較分散，僅有個(gè)別系統(tǒng)進(jìn)行了基本的網(wǎng)絡(luò)共享，整體上各個(gè)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流程均獨(dú)立，普遍存在以下幾個(gè)方面的主要問題。

（一）硬件資源利用效率偏低

現(xiàn)有的運(yùn)行系統(tǒng)在硬件設(shè)備上相互獨(dú)立，造成服務(wù)器、客戶端等硬件資源耗費(fèi)較多；另外，在客戶端的部署上，也基本上采用一套系統(tǒng)、一臺客戶端的策略進(jìn)行配置。

（二）網(wǎng)絡(luò)資源耗費(fèi)較大

系統(tǒng)之間存在信息互聯(lián)或讀取同步等要求，因此各信息系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)共享的實(shí)際需求。由于客戶端分布廣泛，各系統(tǒng)服務(wù)器與客戶端之間的鏈接需要占用大量的傳輸鏈路資源，出于安全性、高效性等多方面的考慮，各系統(tǒng)的傳輸鏈路相互獨(dú)立，很大程度上造成了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。

（三）維護(hù)成本較大

系統(tǒng)大多數(shù)采用C/S架構(gòu)，或者C/S模式和B/S模式混雜，另外客戶端分布較為分散，當(dāng)硬件發(fā)生故障時(shí)，維護(hù)人員疲于奔命，維護(hù)效率受到一定程度的影響。

（四）存在信息孤島

目前空管各信息系統(tǒng)安裝位置分散，在一定程度上存在信息孤島的情況。在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下，系統(tǒng)之間互聯(lián)或者數(shù)據(jù)共享存在著較大且不必要的軟硬件開銷，在一定程度上增加了系統(tǒng)的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

（五）不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)一致性難以保障

各個(gè)空管信息系統(tǒng)運(yùn)行相互獨(dú)立，只在關(guān)鍵的數(shù)據(jù)上進(jìn)行交互。對于其中一些相對固定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來說，多數(shù)情況下可以依靠初始錄入或者定期運(yùn)維更新的方式進(jìn)行，這樣難免由于錄入時(shí)間和方式的不同，或者人為疏失及程序的bug等原因，導(dǎo)致不同的系統(tǒng)使用了有差異的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而使得不同的信息系統(tǒng)生成的處理結(jié)果無法正常匹配。如果數(shù)據(jù)量巨大，當(dāng)異常情況出現(xiàn)時(shí)開展排查和修正工作也會(huì)十分困難。

二、服務(wù)器虛擬化及數(shù)據(jù)融合

（一）服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化（Server Virtualization）是指在服務(wù)器上通過將物理資源抽象成邏輯資源，從而構(gòu)建出若干相互隔離的虛擬服務(wù)器的技術(shù)。每個(gè)虛擬服務(wù)器都有邏輯上的 CPU、內(nèi)存及I/O硬件，彼此之間相互獨(dú)立，可以通過安裝不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，來實(shí)現(xiàn)在同一服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序。

（二）服務(wù)器虛擬化優(yōu)勢

1.成本優(yōu)勢

由于在物理服務(wù)器上可以構(gòu)建若干獨(dú)立的虛擬服務(wù)器，每個(gè)虛擬服務(wù)器上可以部署不同的應(yīng)用，這樣就可以在單臺物理服務(wù)器上部署多種應(yīng)用而不會(huì)沖突，從而減少物理服務(wù)器的數(shù)量需求，減少機(jī)房UPS 和空調(diào)的負(fù)荷，有效降低機(jī)房的運(yùn)維成本。

2.方便維護(hù)、遷移和災(zāi)難恢復(fù)

虛擬化技術(shù)對物理服務(wù)器進(jìn)行抽象，在不同物理服務(wù)器之間進(jìn)行遷移，不必重新安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，大大提高了維護(hù)和遷移的效率。如果發(fā)生服務(wù)器硬件故障或操作系統(tǒng)崩潰的情況，可以在極短時(shí)間內(nèi)將相關(guān)的虛擬服務(wù)器自動(dòng)遷移至其它物理服務(wù)器上，迅速恢復(fù)業(yè)務(wù)。

（三）空管信息數(shù)據(jù)融合

要解決信息孤島，保障數(shù)據(jù)的一致性和有效性，避免冗余信息的干擾，讓信息在其生命周期地充分發(fā)揮作用，就需要讓信息清晰化和有效化。我們需要對空管信息系統(tǒng)樹立起一個(gè)“大局觀”——空管信息不是割裂存在的，他們是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互作用的集合，構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體，關(guān)聯(lián)的核心是量化兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的數(shù)理關(guān)系。為更好地映射各種相互關(guān)聯(lián)的空管信息，第一步就需要把有用的空管信息進(jìn)行分析歸類，將相互作用較大和相類似的空管信息集中起來，進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃、管理和應(yīng)用，從而讓不同的空管信息系統(tǒng)協(xié)同工作起來。

為了對各種空管信息進(jìn)行融合，接下來需要有一個(gè)功能強(qiáng)大的中心系統(tǒng)對整個(gè)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、處理和發(fā)布?？展苄畔?shù)據(jù)中心正是以實(shí)現(xiàn)這樣的功能為目的建立的，具體數(shù)據(jù)流程如圖1所示。融合前需要對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)治理，主要包括的工作有數(shù)據(jù)源校驗(yàn)、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)歸檔等。數(shù)據(jù)融合是將相互孤立的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，對同類或相近數(shù)據(jù)通過算法進(jìn)行合并操作，在相關(guān)的數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián)，不斷整合數(shù)據(jù)，形成更加完整、全面，維度更豐富的數(shù)據(jù)聚合。

圖1 空管信息數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)流示意圖

三、空管信息數(shù)據(jù)中心架構(gòu)及建設(shè)內(nèi)容

空管數(shù)據(jù)中心基于多套核心交換機(jī)、防火墻、服務(wù)器、光纖存儲器構(gòu)建，由虛擬化服務(wù)器組成計(jì)算資源池。其架構(gòu)方式如圖2所示。

空管信息數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的主要內(nèi)容包括：

（一）數(shù)據(jù)源一致性的保障

當(dāng)前對于空管信息系統(tǒng)來說，存在多點(diǎn)多地多系統(tǒng)（主備保障異地備份等）的運(yùn)行狀況。針對同一業(yè)務(wù)類型來說，不同的系統(tǒng)數(shù)據(jù)的覆蓋范圍更新時(shí)間存在細(xì)微差異，因此在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的引接匯聚前要先評估數(shù)據(jù)的一致性，以免導(dǎo)致融合過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，由于各個(gè)空管信息系統(tǒng)處于獨(dú)立的狀態(tài)，同時(shí)也需要對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行處理。

（二）基于云的技術(shù)運(yùn)用

隨著系統(tǒng)規(guī)模激增，傳統(tǒng)的基于物理硬件形式的系統(tǒng)邏輯架構(gòu)，在管理和資源調(diào)度等方面的復(fù)雜度趨于明顯，云技術(shù)的運(yùn)用也就很有必要。針對空管信息系統(tǒng)特性選擇合適的云技術(shù)方案，可以采用H3C CloudOS作為云資源調(diào)度平臺。

（三）建立內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)安全

根據(jù)運(yùn)行需求，我們構(gòu)建了能夠統(tǒng)一管理和資源調(diào)配云網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)應(yīng)該配備相應(yīng)的云安全組件（虛擬防火墻、云入侵防御等）。針對安全管理需要，分別采用分級分組權(quán)限管理及其他操作進(jìn)行信息跟蹤和集中管理。

四、結(jié)束語

對于空管行業(yè)來說，如何有效利用各種信息來幫助實(shí)現(xiàn)運(yùn)行保障一直都是重要的課題。數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的正式上線運(yùn)行，逐步實(shí)現(xiàn)了對空管信息系統(tǒng)的整合和數(shù)據(jù)共享，并對未來的空管信息化和數(shù)據(jù)應(yīng)用探索提供了條件，解決了各部門基礎(chǔ)設(shè)施利用率低、重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重、應(yīng)用部署靈活性不高、運(yùn)維困難等問題，這是未來不斷探討和努力的方向之一。