引言

    信息集成是消除企業(yè)內(nèi)信息孤島、實(shí)現(xiàn)信息共享、提供決策支持的核心技術(shù)，而數(shù)據(jù)中心是信息集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值，一直是近年來的研究熱點(diǎn)，也是電力企業(yè)在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃中力爭(zhēng)解決的重點(diǎn)問題之一。

    為了實(shí)現(xiàn)信息共享和應(yīng)用集成，電力企業(yè)正在研究建立智能變電站數(shù)據(jù)中心、電力調(diào)度中心統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)、配電網(wǎng)信息集成平臺(tái)以及企業(yè)信息平臺(tái)等。國家電網(wǎng)公司在公司總部和各個(gè)網(wǎng)省公司構(gòu)筑了由數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換、應(yīng)用集成、企業(yè)門戶等部分組成的一體化企業(yè)級(jí)信息集成平臺(tái)，并于2011年5月在北京、上海、西安建設(shè)了集中式信息系統(tǒng)災(zāi)備中心，以保障數(shù)據(jù)安全。電力數(shù)據(jù)中心和災(zāi)備中心作為電力企業(yè)信息資源的存儲(chǔ)、處理和備份中心，對(duì)于實(shí)現(xiàn)信息的縱向貫通和橫向共享起到至關(guān)重要的作用，但是，目前的電力數(shù)據(jù)中心還遠(yuǎn)未達(dá)到智能電網(wǎng)與新一代數(shù)據(jù)中心所要求的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算、自動(dòng)化管理、節(jié)能環(huán)保與高可用性的水平。

    電力數(shù)據(jù)中心目前日均新增數(shù)據(jù)記錄5000萬余條，還尚未完全接入企業(yè)資源計(jì)劃、調(diào)度自動(dòng)化、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、空間地理、氣象等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，特別是隨著可再生能源以及分布式電源的不斷接入，電力數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量將劇增，對(duì)海量智能電網(wǎng)信息的存儲(chǔ)與處理將提出更高的要求。數(shù)據(jù)量的劇增，將造成電力數(shù)據(jù)中心規(guī)模的增大，帶來的問題是碳排放和耗電量的不斷激增，全球權(quán)威機(jī)構(gòu)Gartner調(diào)查顯示，信息技術(shù)行業(yè)每年的二氧化碳排放量約為3500萬t，占全球總排放量的2％，數(shù)據(jù)中心成為碳排放大戶，而數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的資源利用率普遍很低，平均在10％～30％之間，因此綠色高效與高可用性已經(jīng)成為電力數(shù)據(jù)中心應(yīng)重點(diǎn)解決的問題之一。另外，目前電力數(shù)據(jù)中心采用總部與網(wǎng)省公司的兩級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，面對(duì)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)大集中的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)進(jìn)一步聚合數(shù)據(jù)資源，解決數(shù)據(jù)交換瓶頸問題，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控管理平臺(tái)，降低管理成本。

    自從Google首次提出云計(jì)算概念后，亞馬遜、微軟和雅虎等公司相繼提出了各自的云計(jì)算解決方案，美國、韓國、中國等政府相繼宣布了國家云計(jì)算發(fā)展戰(zhàn)略，將云計(jì)算提升到前所未有的高度，云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為近年來國內(nèi)外的熱點(diǎn)研究問題。由于云計(jì)算可以滿足新一代數(shù)據(jù)中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)與計(jì)算的業(yè)務(wù)需求，并能提供豐富的應(yīng)用服務(wù)，數(shù)據(jù)中心已成為云計(jì)算發(fā)展最快的領(lǐng)域，部分大型企業(yè)相繼開展各自云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的研發(fā)，例如中國移動(dòng)的“大云”、中國電信的“e云”與中國聯(lián)通的“互聯(lián)云”等。

    本文在分析現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)中心的邏輯結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上，研究了服務(wù)器虛擬化與虛擬機(jī)的實(shí)時(shí)遷移，并對(duì)現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器等資源進(jìn)行虛擬化，提高資源利用率。設(shè)計(jì)了基于Hadoop的電力數(shù)據(jù)中心云計(jì)算平臺(tái)，為智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘與輔助支持等高級(jí)應(yīng)用提供海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理與高性能計(jì)算環(huán)境。為保障現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)中心向云計(jì)算平穩(wěn)過渡，提出分階段的過渡策略。

1 現(xiàn)有的電力數(shù)據(jù)中心

    現(xiàn)有電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心的核心功能主要包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)訪問，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心的邏輯結(jié)構(gòu)

    數(shù)據(jù)獲取層通過提取、轉(zhuǎn)換和加載（ETL）提取來自安全生產(chǎn)、營銷管理、物資管理、財(cái)務(wù)資金、人力資源、協(xié)同辦公、項(xiàng)目管理以及綜合管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為規(guī)范的、無冗余的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，加載到主題數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理層對(duì)主題數(shù)據(jù)庫進(jìn)一步進(jìn)行ETL，生成多維度的分析性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)倉庫中，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼和元數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)訪問層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)展現(xiàn)界面，實(shí)現(xiàn)查詢統(tǒng)計(jì)、聯(lián)機(jī)分析處理（OLAP）、數(shù)據(jù)挖掘與輔助決策等功能。

    各個(gè)網(wǎng)省公司和直屬單位的數(shù)據(jù)中心根據(jù)國家電網(wǎng)公司的典型設(shè)計(jì)，在滿足基本功能和關(guān)鍵指標(biāo)的基礎(chǔ)之上，根據(jù)自身的安全生產(chǎn)與設(shè)備管理等業(yè)務(wù)特點(diǎn)與需要來進(jìn)行建設(shè)。由于各個(gè)省的業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在較大的差異性，數(shù)據(jù)中心在建設(shè)過程中，服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、電力、監(jiān)控和環(huán)境調(diào)節(jié)等設(shè)備以及數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫等軟件系統(tǒng)難以避免地存在較大差別，同時(shí)，軟件、硬件、數(shù)據(jù)、資源與安全的管理和維護(hù)上采用不同的技術(shù)和管理工具，眾多的管理工具及設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致管理復(fù)雜甚至管理功能的缺失，使得數(shù)據(jù)中心管理與維護(hù)成本高。

    現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)中心滿足不了未來智能電網(wǎng)對(duì)海量全景信息存儲(chǔ)、共享與處理的需要。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，電力數(shù)據(jù)中心必須涵蓋智能電網(wǎng)中各個(gè)新系統(tǒng)所需要的全部海量數(shù)據(jù)，很難存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫甚至數(shù)據(jù)倉庫中。智能電網(wǎng)需要數(shù)據(jù)中心提供更豐富的信息服務(wù)，并為數(shù)據(jù)挖掘與輔助決策提供高性能的分布式計(jì)算環(huán)境。

2 基于云計(jì)算的新一代電力數(shù)據(jù)中心

    2．1 電力企業(yè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)

    采用云計(jì)算技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的電力數(shù)據(jù)中心進(jìn)行改進(jìn)，建立面向智能電網(wǎng)的新一代電力數(shù)據(jù)中心，其基礎(chǔ)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 電力企業(yè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)

    在基礎(chǔ)設(shè)施層，利用虛擬機(jī)監(jiān)視器或虛擬化平臺(tái)對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件資源進(jìn)行虛擬化，屏蔽各個(gè)網(wǎng)省公司和直屬單位千差萬別的硬件資源，以虛擬機(jī)為單位進(jìn)行統(tǒng)一的自動(dòng)化管理，包括資源抽象、資源監(jiān)控、資源部署、負(fù)載管理與安全管理等，一方面可以提高資源利用率，另一方面使管理維護(hù)人員擺脫對(duì)服務(wù)器等硬件資源、操作系統(tǒng)與中間件的繁重管理工作，專注于虛擬機(jī)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的維護(hù)，從而簡化數(shù)據(jù)中心的管理與維護(hù)工作。

    在云計(jì)算平臺(tái)層，以虛擬機(jī)為單位構(gòu)建Ｗeb服務(wù)器集群、應(yīng)用服務(wù)器集群與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器集群，作為數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行環(huán)境。采用云計(jì)算的分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)分析工具實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的大規(guī)模存儲(chǔ)，為數(shù)據(jù)挖掘與輔助決策等高級(jí)應(yīng)用提供高性能的分布式計(jì)算環(huán)境。利用現(xiàn)有的企業(yè)服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、營銷管理、空間地理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及新能源等智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用集成。

    云計(jì)算作為一門新興技術(shù)，將其應(yīng)用于電力數(shù)據(jù)中心需要解決以下關(guān)鍵問題。

    2．2 服務(wù)器虛擬化與虛擬機(jī)的實(shí)時(shí)遷移

    服務(wù)器是電力數(shù)據(jù)中心最主要的硬件資源，其資源利用率直接影響電力數(shù)據(jù)中心性能。Gartner的調(diào)查報(bào)告指出，當(dāng)前企業(yè)數(shù)據(jù)中心的絕大多數(shù)x86服務(wù)器只運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用，服務(wù)器的中央處理器（CPU）利用率平均為5％～20％。出于可靠性和性能的考慮，目前電力數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)系統(tǒng)多是分別運(yùn)行在不同的物理服務(wù)器之上，例如項(xiàng)目管理與綜合管理系統(tǒng)分別運(yùn)行在各自獨(dú)立的物理服務(wù)器上，很多情況下服務(wù)器資源利用率低。在新型電力數(shù)據(jù)中心，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行虛擬化，將一個(gè)服務(wù)器虛擬成若干個(gè)虛擬機(jī)，以提高服務(wù)器的資源利用率，圖3給出了一個(gè)電力數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化的示例。

圖3 電力數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化示例  

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：基于云計(jì)算的電力數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)(上)

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