◎譚振軍

前言

隨著MES 的深入應(yīng)用，每一套裝置都需要一臺(tái)MES BUFFER 服務(wù)器給MES 服務(wù)器傳遞數(shù)據(jù)。儀表車(chē)間每升級(jí)一套裝置的DCS 就需要一臺(tái)BUFFER 服務(wù)器以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與之配套，各裝置DCS 相對(duì)獨(dú)立，儀表車(chē)間沒(méi)有對(duì)IP 進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，有幾套裝置OPC 服務(wù)器IP 地址相同，導(dǎo)致與之相連的BUFFER 服務(wù)器無(wú)法整合到一起進(jìn)行虛擬化，使用Vlan 技術(shù)、Trunk 技術(shù)成功解決了這一難題，實(shí)現(xiàn)了BUFFER 服務(wù)器的虛擬化，在這個(gè)基礎(chǔ)之上利用虛擬平臺(tái)技術(shù)建立雙鏈路多服務(wù)器云計(jì)算平臺(tái)。

一、原MES 網(wǎng)絡(luò)情況

1.MES 取數(shù)過(guò)程。

MES 通過(guò)儀表DCS 的OPC 接口將采集的數(shù)據(jù)傳遞給BUFFER 服務(wù)器，BUFFER 服務(wù)器再將數(shù)據(jù)通過(guò)防火墻傳遞給MES 服務(wù)器子網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)，MES 通過(guò)各種應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和展示，用戶通過(guò)信息網(wǎng)對(duì)MES 系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)。

2.網(wǎng)絡(luò)連接情況。

儀表OPC 接口連接一臺(tái)接入交換機(jī)，然后通過(guò)光纖連接至服務(wù)器機(jī)房，再用一臺(tái)交換機(jī)進(jìn)行接收并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)連接至BUFFER 服務(wù)器第一塊網(wǎng)卡，BUFFER 服務(wù)器的第二塊網(wǎng)卡連接至MES 核心交換機(jī)，再通過(guò)防火墻與信息網(wǎng)相連。TOP結(jié)構(gòu)如圖-1：

圖-1：原MES 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3.存在的問(wèn)題。

問(wèn)題一：系統(tǒng)不具備可擴(kuò)展性，服務(wù)器利用率低，資源浪費(fèi)。每套裝置都需要一臺(tái)交換機(jī)和BUFFER 服務(wù)器，如果有10 套裝置則需要10 臺(tái)交換機(jī)和10 臺(tái)服務(wù)器，不具備可擴(kuò)展性。

問(wèn)題二：部分裝置BUFFER 服務(wù)器IP 地址相同，存在IP 沖突，由于儀表車(chē)間不允許信息中心修改OPC 服務(wù)器地址，導(dǎo)致無(wú)法將所有BUFFER 機(jī)虛擬化到一個(gè)私有云中。

二、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造與服務(wù)器虛擬化及云計(jì)算實(shí)現(xiàn)

1.優(yōu)化整合目標(biāo)。

（1）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，將所有BUFFER 服務(wù)器整合到一個(gè)私有云，實(shí)現(xiàn)虛擬化。

（2）將服務(wù)器端交換機(jī)整合成一個(gè)交換機(jī)，減少交換機(jī)的使用，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

（3）形成雙設(shè)備雙鏈路冗余的云計(jì)算平臺(tái)，具備穩(wěn)定性、高可用性、可擴(kuò)展性。

2.網(wǎng)絡(luò)鏈路聚合。

BUFFER 服務(wù)器虛擬化的關(guān)鍵是圖-1 中與OPC 服務(wù)器相連的子網(wǎng)能使用一根物理網(wǎng)線連接，如果各個(gè)裝置是不同的子網(wǎng)，使用路由連接是很容易做到的。但是有部分裝置OPC 服務(wù)器在一個(gè)子網(wǎng)，甚至IP 地址完全相同，因此無(wú)法使用路由連接。

該問(wèn)題可簡(jiǎn)化成如何使兩臺(tái)IP 地址完全相同的服務(wù)器如何虛擬化到同一臺(tái)物理服務(wù)器。這個(gè)問(wèn)題最后反復(fù)測(cè)試可以用最簡(jiǎn)單的Trunk 和VLAN 實(shí)現(xiàn)。具體方法如下：

圖-2：相同IP 地址服務(wù)器虛擬化

在圖-2 中假設(shè)裝置1 和裝置2 的OPC 服務(wù)器地址都是192.168.1.1，BUFFER 服務(wù)器IP 也都是192.168.1.2.使用VLAN 分割網(wǎng)絡(luò)，使用Trunk 聚合到一條物理鏈路。

假定裝置1 子網(wǎng)對(duì)應(yīng)VLAN10，裝置2 對(duì)應(yīng)VLAN20。在交換機(jī)1 上創(chuàng)建VLAN10，將連接對(duì)應(yīng)端口劃入VLAN10；在交換機(jī)2上創(chuàng)建VLAN20，將連接對(duì)應(yīng)端口劃入VLAN20。

在MES 匯聚交換機(jī)中創(chuàng)建VLAN10、VLAN20，與交換機(jī)1 連接的端口劃入VLAN10，與交換機(jī)2 連接的端口劃入VLAN20；與BUFFER 服務(wù)器連接端口設(shè)為T(mén)runk，端口允許VLAN10、VLAN20。

BUFFER 服務(wù)器物理機(jī)網(wǎng)卡設(shè)置為T(mén)runk 模式，然后在虛擬服務(wù)器1 上使用虛擬網(wǎng)卡，虛擬網(wǎng)卡VLAN 號(hào)設(shè)置為10，IP 地址配置192.168.1.2，虛擬服務(wù)器2 的VLAN 號(hào)設(shè)置為20，IP 地址也配置為192.168.1.2。

該方式巧妙使用VLAN 隔離網(wǎng)絡(luò)，使用Trunk 聚合，使得相同IP 地址服務(wù)器虛擬化到一臺(tái)物理服務(wù)器得以實(shí)現(xiàn)。

3.全部裝置BUFFER 虛擬化實(shí)現(xiàn)。

使用2.2 中的方法將多套裝置匯聚到一臺(tái)交換機(jī)，然后與物理BUFFER 服務(wù)器連接的端口配置成Trunk 端口。

物理服務(wù)器需要3 塊網(wǎng)卡，其中2 塊配置網(wǎng)絡(luò)冗余連接DCS網(wǎng)絡(luò)，1 塊連接MES 網(wǎng)絡(luò)，對(duì)物理服務(wù)器磁盤(pán)做好RAID，安裝好系統(tǒng)軟件，配置好虛擬化角色及2 臺(tái)虛擬交換機(jī)，1 臺(tái)虛擬交換機(jī)連接聚合的DCS 網(wǎng)絡(luò)，另1 臺(tái)交換機(jī)連接MES 網(wǎng)絡(luò)，虛擬平臺(tái)可以用微軟的Hyper-V 也可用用Vmware 的ESXI，開(kāi)啟網(wǎng)卡虛擬VLAN 功能。

在虛擬平臺(tái)創(chuàng)建完成一套裝置的虛擬機(jī)后，可以保存為模板，新增加裝置時(shí)只需要復(fù)制一臺(tái)完成網(wǎng)絡(luò)及其他必要配置就可以輕松完成部署。

完成后只用一臺(tái)物理BUFFER 服務(wù)器和一臺(tái)匯聚交換機(jī)就完成了服務(wù)器端的全部功能。完成后拓?fù)鋱D如圖-3。

圖-3：改造后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

4.穩(wěn)定、高可用性、可擴(kuò)展性云取數(shù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)化整合完成后并未實(shí)現(xiàn)消除BUFFER 服務(wù)器單點(diǎn)故障的問(wèn)題。因此需要進(jìn)一步優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)BUFFER 服務(wù)器形成雙設(shè)備雙鏈路冗余，提高穩(wěn)定性、高可用性、提供可擴(kuò)展性。

實(shí)現(xiàn)方法：使用物理服務(wù)器開(kāi)啟雙物理網(wǎng)卡綁定成一個(gè)虛擬網(wǎng)卡，該虛擬網(wǎng)卡開(kāi)啟VLAN 功能。物理網(wǎng)卡雙上聯(lián)至匯聚交換機(jī)的TRUNK 端口，從而保證了鏈路冗余。增加一臺(tái)BUFFER 服務(wù)器采用同樣配置雙上聯(lián)至匯聚交換機(jī)，從而保證了服務(wù)器冗余。如果裝置太多，兩臺(tái)服務(wù)器性能不夠，可以使用多臺(tái)物理服務(wù)器搭建云取數(shù)平臺(tái)。

具備高可用性云取數(shù)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D-4。

圖-4：高可用性云取數(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

三、結(jié)論

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)化DCS 取數(shù)網(wǎng)，將分散的多臺(tái)交換機(jī)和存在相同IP 地址的多臺(tái)BUFFER 服務(wù)器進(jìn)行虛擬化，消滅了數(shù)十臺(tái)普通計(jì)算機(jī)擔(dān)任的BUFFER 服務(wù)器，分別優(yōu)化整合至一臺(tái)交換機(jī)和一臺(tái)服務(wù)器，不僅節(jié)約了資源還提高了穩(wěn)定性。然后使用虛擬化平臺(tái)技術(shù)將系統(tǒng)優(yōu)化成雙鏈路多服務(wù)器的云計(jì)算平臺(tái)，保證了高可用性。對(duì)于新裝置，只需要在取數(shù)云平臺(tái)上使用模板建立虛擬機(jī)即可輕松部署，服務(wù)器端無(wú)需新增軟硬件資源，具備可擴(kuò)展性。