狄廣義

（國能網(wǎng)信科技（北京）有限公司，北京 100011）

0 引言

云計算是近幾年興起的互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代化技術(shù)之一[1]。云計算為科研提供了一種新的資源使用和計算模式，可以為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供動態(tài)、可拓展的計算資源和儲存能力的大規(guī)模分布式計算集合[2]。在云計算技術(shù)的支持下，各類作業(yè)儲存在資源池，應用系統(tǒng)可針對業(yè)務需求獲取計算能力、儲存及技術(shù)軟件服務，云計算平臺也結(jié)合需要動態(tài)地進行部署、配置或取消。云計算的資源更加虛擬化，其儲存效率突出，具有較高的可擴展性，便于在科研工作中應用[3]。云計算系統(tǒng)按需配置資源，系統(tǒng)彈性、可用服務突出，可實現(xiàn)快速、動態(tài)布置資源的目標，并結(jié)合業(yè)務需求靈活地進行升級、擴充。

1 構(gòu)建能源云平臺背景

1.1 政策支持

自“數(shù)字中國”戰(zhàn)略提出以來，中央和地方均高度重視數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展，特別是國務院國資委下發(fā)《關(guān)于加快推進國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》和《關(guān)于推進“上云用數(shù)賦智”行動，培育新經(jīng)濟發(fā)展實施方案》，要求加快推進產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型[4]。國內(nèi)能源行業(yè)明確提出打造能源類企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型示范，數(shù)字戰(zhàn)略及相關(guān)政策使能源企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展迎來歷史機遇。

1.2 技術(shù)支持

能源革命和數(shù)字革命的深度融合以及在技術(shù)上深度的發(fā)展，為各能源企業(yè)的發(fā)展提供了新的發(fā)展方向[5]。新興數(shù)字技術(shù)（例如“云、大、物、移、智、鏈”等）的出現(xiàn)，為能源企業(yè)的行業(yè)發(fā)展帶來了新的機遇，能源行業(yè)的發(fā)展模式、行業(yè)發(fā)展的思維以及業(yè)態(tài)都受到新興數(shù)字技術(shù)的影響，其結(jié)構(gòu)都發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)變[6]。云平臺和智能終端的建設，大幅度提升了信息接入網(wǎng)絡的速度，并能夠通過數(shù)字技術(shù)對能源企業(yè)或者行業(yè)進行智能監(jiān)測，實現(xiàn)對企業(yè)生產(chǎn)或發(fā)展的遠程運維操控，還可以對發(fā)展趨勢進行精準預測，提高對未發(fā)生災害的應對能力。

1.3 復雜數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)

隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)被廣泛用于半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中，通過分類、清洗和過濾可以將其完全轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。同時，在云平臺的開發(fā)和運行過程中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息也可以有效地存儲在分布式系統(tǒng)中。

首先，它是一個分布式文件系統(tǒng)。分布式文件系統(tǒng)將相應的信息數(shù)據(jù)有效地存儲在物理存儲點中，完成對這些數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一分發(fā)和管理，并為用戶提供相應的訪問接口，有效地擺脫、減少對原始文件系統(tǒng)的約束。

其次，它是分布式數(shù)據(jù)庫。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，在當今的大數(shù)據(jù)時代，人們對數(shù)據(jù)的查詢、管理和存儲的要求越來越高，分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)開始在建設社會的各個領(lǐng)域中應用，圖像數(shù)據(jù)庫也廣泛地應用于各個領(lǐng)域。

最后，它是一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對云平臺的發(fā)展和運行具有重要影響，因此，相關(guān)人員在構(gòu)建云平臺時，應更加重視對數(shù)控信息的處理和存儲，更加有效地執(zhí)行相關(guān)任務。因此，在存儲數(shù)據(jù)時，負責人必須綜合考慮數(shù)據(jù)和信息的特點，確定合適的存儲方式。

2 能源云平臺的構(gòu)建

2.1 集團云平臺總體架構(gòu)

集團云平臺的建設涵蓋了3個數(shù)據(jù)中心，分別為集團生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心、集團同城災備云中心和集團異地災備云中心，其中異地災備云中心為完全新建的數(shù)據(jù)中心，其余2個數(shù)據(jù)中心為現(xiàn)有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心[7]。集團云平臺圍繞集團數(shù)據(jù)中心的地域分布進行規(guī)劃設計，具體劃分原則如下：不同地域處于不同的Region，即包頭和北京各1個Region，不同的Region內(nèi)包括1套云平臺的軟硬件基礎(chǔ)設施，要求對多Region的云進行統(tǒng)一管理，邏輯上形成1個分布式云數(shù)據(jù)中心，每個Region內(nèi)的云架構(gòu)根據(jù)業(yè)務上云及云容災的需求進行設計和適配，最終實現(xiàn)應用于兩地三中心災備的云平臺架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 兩地三中心架構(gòu)

集團云平臺的建設主要分3個階段進行:1） 第一階段主要形成擬靜態(tài)優(yōu)化設計、流固耦合及參數(shù)化設計等關(guān)鍵技術(shù)，建設機電一體化方針平臺、虛擬現(xiàn)實實驗室及先關(guān)技術(shù)知識體系和管理體系，并采購相關(guān)軟硬件。2） 第二階段主要是建設新工業(yè)設計體系、多學科協(xié)調(diào)方針體系及相關(guān)技術(shù)知識體系與管理體系。3） 第三階段是設計云平臺，并與ERP系統(tǒng)及PLM系統(tǒng)進行融合，在推廣前端支撐平臺中使用。

集團生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心中規(guī)劃了2個AZ，分別為AZ1和AZ2，分別部署X86和ARM資源池，其中X86資源池用于運行生產(chǎn)業(yè)務，ARM資源池用于運行創(chuàng)新業(yè)務；集團同城災備云中心規(guī)劃了2個AZ，分別為AZ3和AZ4，同樣部署X86和ARM資源池，其中X86資源池用于運行生產(chǎn)業(yè)務，ARM資源池用于運行創(chuàng)新業(yè)務；集團異地災備云中心規(guī)劃了1個AZ，即AZ5，部署X86資源池，在運行生產(chǎn)業(yè)務異地容災系統(tǒng)中使用。

門戶、CRM等共8個業(yè)務在集團生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心中運行，通過云服務器高可用技術(shù)服務在同城災備云中心中實現(xiàn)容災；全面預算、移動辦公等共7個業(yè)務在集團同城災備中心中運行，通過CSHA在集團生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心中實現(xiàn)容災，從而在北京同城2個數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)相互容災；OA、4A和門戶共3個應用通過CSDR實現(xiàn)異地容災。

2.2 集團云平臺基礎(chǔ)設施總體架構(gòu)

基礎(chǔ)設施包括網(wǎng)絡、計算和存儲，3個數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設施規(guī)劃設計如下。

在集團生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心部署X86服務器和ARM服務器作為計算節(jié)點，同時部署分布式對象存儲、分布式文件存儲、分布式塊存儲和集中式存儲，其中集中式存儲用于為X86服務器提供存儲空間，并為集團同城災備云中心的集中式存儲配置存儲層雙活，以提供云服務器高可用服務；分布式塊存儲主要為ARM服務器提供存儲空間；數(shù)據(jù)庫直接部署在云上，以支撐業(yè)務系統(tǒng)的運營。

在集團同城災備云中心部署X86服務器和ARM服務器作為計算節(jié)點，同時部署集中式存儲和分布式塊存儲，其中集中式存儲用于為X86服務器提供存儲空間，并為集團生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心的集中式存儲配置存儲雙活，以提供云服務器高可用服務；分布式塊存儲為ARM服務器提供存儲空間；數(shù)據(jù)庫直接部署在云上，以支撐業(yè)務系統(tǒng)的運營。

在異地災備云中心部署X86服務器作為計算節(jié)點，部署集中式存儲用于復制集團生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心、集團同城災備云中心的集中式存儲配置存儲層數(shù)據(jù)，以提供云服務器容災技術(shù)服務；數(shù)據(jù)庫直接部署在云上，以支撐業(yè)務系統(tǒng)的運營。

3個數(shù)據(jù)中心部分別部署備份一體機，將生產(chǎn)中心和同城災備中心的數(shù)據(jù)備份后復制至異地的備份一體機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)級的容災。

2.3 功能實現(xiàn)

利用數(shù)據(jù)分析和關(guān)系樹的方法建立分類模型。分析災害信息數(shù)據(jù)不同屬性間的關(guān)聯(lián)性，最終選擇數(shù)據(jù)中關(guān)聯(lián)性最強的若干個特征屬性。通過聚類分析、關(guān)鍵詞提取進行數(shù)據(jù)分析，得到相應的數(shù)據(jù)模型[8]。隨后對訓練得到的模型進行測試分析，并根據(jù)測試指標來判斷所建立模型的可靠性和準確性。

2.3.1 數(shù)據(jù)關(guān)系樹搜索建模方法

該系統(tǒng)采用的建模方法為關(guān)系樹搜索法[5]，該方法以拓撲的形式對不同的數(shù)據(jù)類型進行建模。

2.3.1.1 初始化

初始化狀態(tài)，參數(shù)設置情況如下，首先B（B為結(jié)點數(shù)據(jù)）=∞，其次當前水平記為L=0；當前節(jié)點記為p=0。

2.3.1.2 p=0的展開情況

把p=0的直接子結(jié)點與當前水平（L=0）進行結(jié)合計算，將計算得到的數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中，用D（x，M）來表示。

2.3.1.3 結(jié)果檢驗

《液化烴球罐緊急切斷閥選型設計規(guī)定》中規(guī)定: 當罐區(qū)有可靠的儀表空氣系統(tǒng)時，應選用氣動緊急切斷閥；當罐區(qū)無儀表空氣系統(tǒng)、但有負荷分級為一級負荷的電力電源系統(tǒng)時，應選用電液執(zhí)行機構(gòu)或電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動的緊急切斷閥。在實際應用中，電動控制閥響應動作慢，且不能實現(xiàn)故障安全狀態(tài)，因此不建議作為緊急切斷閥使用，在無儀表氣源的情況下優(yōu)先選用電液控制閥。當切斷閥的執(zhí)行機構(gòu)為氣動型時，首選故障安全型單作用氣缸執(zhí)行機構(gòu)；若采用氣動雙作用氣缸執(zhí)行機構(gòu)時應配儲氣罐；若必須采用電動型執(zhí)行機構(gòu)時，其電源應采用負荷分級為一級負荷中特別重要的電力電源供電。

分析目錄表中記錄的結(jié)點數(shù)據(jù)，剔除標準為D（x，M）>B+r（r為新節(jié)點數(shù)據(jù)）。

2.3.1.4 回溯

目錄表中的結(jié)點檢驗完畢后，則可以返回上一層進行操作，將數(shù)據(jù)參數(shù)設置為L=L-1。

如果L=0，則算法終止；如果L≠0，則轉(zhuǎn)回結(jié)果檢驗；如果活動表中有結(jié)點，則繼續(xù)第五步（選擇最近結(jié)點）。

2.3.1.5 最近結(jié)點選擇

選擇活動表中的D（x，M）最小結(jié)點，將其記作p′，作為當前結(jié)點并進行下一步操作，當當前水平L為最終水平時，則轉(zhuǎn)第六步（最終結(jié)果檢驗）進行數(shù)據(jù)操作，如果L=L+1，就將操作轉(zhuǎn)換到第二步（p=0的展開情況）。

2.3.1.6 最終結(jié)果檢驗

利用算法進行檢驗，檢驗邏輯如下：以當前結(jié)點p′為起始點，檢驗其包括的每個節(jié)點x[i]，如果檢驗結(jié)果為D（x，M）>D（x[i]，M）+B，那么得到的結(jié)果可以保留，繼續(xù)進行檢驗；如果數(shù)據(jù)結(jié)果為D（x，x[i]），且D（x，x[i]）

2.3.2 信息圖形展示數(shù)據(jù)統(tǒng)計交叉覆蓋法建模方法

設訓練集為K=（a1，a2，…，ak），K分為S個子集K=（k1，k2，…，ks），對訓練集進行預處理。訓練過程中構(gòu)造第i類學習樣本ki的球形領(lǐng)域的步驟如下：1） 如果序列樣本集為空，則轉(zhuǎn)回第五步（選擇最近結(jié)點）；否則，令j=1，任取ki中一個時間序列設為ai。2） 按照公式（1）~公式（3）計算d（X），作以ai為中心，閾值為H=d（X）的覆蓋時間序列為C（j）3） 通過求解球形領(lǐng)域的重心和平移領(lǐng)域的中心位置，使C（j）可以覆蓋更多的樣本點。4） 從ki中將C（j）刪除，如果樣本集非空且j=j+1，則任取尚未被覆蓋的樣本點設為ai，轉(zhuǎn)回第二步（p=0的展開情況）。5） 迭代終止。

式中：d（X）為閾值；ai為Ki中第i個時間序列；Ki為第i個訓練集；x為某一節(jié)點。

2.3.3 信息追溯樹搜索定位建模方法

在關(guān)系樹中，其分支結(jié)點的主要內(nèi)容可以總結(jié)為3點，分別是累計評分、實時情況以及被訪問次數(shù)。

2.3.3.1 選擇

從根節(jié)點開始，向搜索樹下端不斷搜索需要被拓展的節(jié)點，對每個節(jié)點進行檢查分析，檢查結(jié)果一共存在3種情況，分別是該節(jié)點以結(jié)束拓展可能、該節(jié)點的所有動作已經(jīng)被拓展以及該節(jié)點有可行動作且沒有被拓展。

搜索到已結(jié)束的節(jié)點時，就在該節(jié)點繼續(xù)進行操作。節(jié)點的被訪問次數(shù)在選擇的過程中會不斷增加，在完成對所有節(jié)點的檢查之后，可以在搜索樹的地段部分找到一個節(jié)點進行拓展操作。

2.3.3.2 拓展

需要拓展的結(jié)點是通過數(shù)據(jù)篩查發(fā)現(xiàn)的，其中將其迫切需要被拓展的節(jié)點記作父節(jié)點，需要拓展但未進行拓展的動作記為A，以此創(chuàng)建父節(jié)點下新的子節(jié)點，進行下一步模擬操作。

2.3.3.3 模擬

成功和失敗的評分記為1或0，隨機進行模擬，模擬結(jié)束時間為當結(jié)點的評分成為結(jié)論時，此時便可以停止模擬操作。

2.3.3.4 反向傳播

在對不同的子節(jié)點進行模擬后，會進行最終的累計評分操作，在父節(jié)點到根節(jié)點的整個路徑上（包括所有結(jié)點累計評分操作）都以該模擬結(jié)果數(shù)據(jù)為依據(jù)，在選擇數(shù)據(jù)結(jié)果的過程中，當出現(xiàn)結(jié)論時，最終的評分以發(fā)現(xiàn)的結(jié)論為最新評分結(jié)果，在不停地模擬更迭的過程中，隨著數(shù)據(jù)模擬評分的改變，以評分最好的子節(jié)點作為決策依據(jù)，也就是將最新的評分結(jié)果作為最終定論。

2.4 圖形數(shù)據(jù)庫的設計方案

合理設計有關(guān)的scada 結(jié)構(gòu)，其中主要設置前置機處理、實時性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理、用戶界面、報表工具軟件、核心scada、數(shù)據(jù)庫工具、圖形編輯工具軟件以及計算工具軟件，設計期間必須給予重視，改善有關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖形在數(shù)據(jù)庫中的儲存可以以2種方式進行，2種方式有其不同的優(yōu)點，一種是操作簡單的整圖記錄，將1個完整的圖形作為1條記錄，然后將其儲存在數(shù)據(jù)庫中，但是其缺點也很明顯，數(shù)據(jù)的冗余度比其他方式高，缺乏靈活性。另一種方式是將圖形中的子元素摘除，以子元素的形式進行儲存，該操作方式的優(yōu)點是冗余度較低且靈活性較高，能滿足基于OMS系統(tǒng)調(diào)配管理的需求。

3 集團云平臺建設利用現(xiàn)狀

目前已構(gòu)建成熟穩(wěn)定、安全可靠、開放兼容以及具備大規(guī)模資源管理和調(diào)度能力的IAAS云平臺體系，完成了兩地（北京、包頭）三中心云化建設及統(tǒng)一云運營運維管理的任務。基于IAAS云平臺架構(gòu)實現(xiàn)了兩地三中心完善的“災備及服務”云架構(gòu)，提升了應對突發(fā)災難場景的數(shù)據(jù)恢復能力和關(guān)鍵業(yè)務接替能力，滿足監(jiān)管安全合規(guī)的要求，可以保障系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)的安全。

形成具備120臺網(wǎng)絡設備、320臺物理服務器、2 000臺虛擬機、5套分布式存儲以及6套集中式存儲設備的云平臺基礎(chǔ)設施規(guī)模。使包括一體化管控系統(tǒng)、生產(chǎn)指揮協(xié)調(diào)調(diào)度系統(tǒng)、商旅平臺系統(tǒng)以及OA系統(tǒng)等在內(nèi)的75套系統(tǒng)在云平臺上運行的任務。

3.1 生產(chǎn)云平臺內(nèi)存使用率

生產(chǎn)云平臺內(nèi)存使用率較高，已經(jīng)達到了擴容預警值，計算資源分配及使用現(xiàn)狀見表1。

表1 生產(chǎn)云平臺內(nèi)存使用率

3.2 存儲資源塊存儲使用率

存儲資源塊存儲使用率較高，生產(chǎn)核心存儲分配率已達206.76%，存儲資源分配及使用現(xiàn)狀見表2。

表2 存儲資源塊存儲使用率

4 結(jié)語

綜上所述，在建設能源云平臺以及應用綠色數(shù)據(jù)的過程中，構(gòu)建了集團一體化管控、集團辦公自動化、基石以及數(shù)據(jù)湖等共計75套系統(tǒng)。

采用關(guān)系樹建模的方式，實現(xiàn)應對突發(fā)災難場景的數(shù)據(jù)恢復能力和關(guān)鍵業(yè)務接替能力，并保護云平臺系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，同時保障數(shù)據(jù)信息的安全。

形成具有120臺網(wǎng)絡設備、320臺物理服務器、2 000臺虛擬機、5套分布式存儲以及6套集中式存儲設備的云平臺基礎(chǔ)設施規(guī)模。完成包括一體化管控系統(tǒng)、生產(chǎn)指揮協(xié)調(diào)調(diào)度系統(tǒng)、商旅平臺系統(tǒng)以及OA系統(tǒng)等在內(nèi)的75套系統(tǒng)在云平臺上運行的任務。

目前已構(gòu)建成熟穩(wěn)定、安全可靠、開放兼容以及具備大規(guī)模資源管理和調(diào)度能力的IAAS云平臺體系，完成了兩地（北京、包頭）三中心云化建設及統(tǒng)一云運營運維管理。