馬小龍

（國家能源集團陜西神延煤炭有限責任公司，陜西 榆林 719000）

煤礦使用云計算技術通常采取從外圍系統(tǒng)開始逐步遷移的實施路線[1－4]。輔助性業(yè)務系統(tǒng)安全等級較低，系統(tǒng)問題不會導致巨大的業(yè)務風險。普遍考慮將渠道類系統(tǒng)、客戶營銷系統(tǒng)和經營管理等輔助性系統(tǒng)嘗試使用云計算，從而提升系統(tǒng)管理的靈活性，降低運營成本，同時也大幅提升了相關的用戶體驗。不同類型的煤礦對云計算的應用路徑也存在較大差異，不能一概而論。比如中大型煤企由于傳統(tǒng)信息化基礎設施投入大，有專職技術部門，安全要求更加謹慎等原因，一般選擇沿用采購軟硬件產品自行搭建混合云并獨立運維。而小型煤企由于資金、人力等原因一般不會選擇混合云部署模型，更傾向選擇行業(yè)云。中大型煤企在傳統(tǒng)核心架構云化演進過程中主要關注如何提升系統(tǒng)上線的速度、降低成本和提升運維效率。

1 煤礦云化建設方案

1.1 基礎設施云建設關鍵技術及架構

煤礦云服務主要分為基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）；IaaS 服務涉及服務器虛擬化、分布式存儲軟件、云平臺軟件、SDN 控制器；PaaS 服務通常覆蓋Docker 容器、應用管理、開發(fā)測試DevOps、微服務框架Spring Cloud[5-7]。從生態(tài)能力、技術可控、后期運維角度考慮，對關鍵技術采用開源路線，如：Openstack 技術、KVM 技術、SDN 技術、Ceph 技術、容器技術等。

從煤礦云對業(yè)務平臺支撐的角度出發(fā)，云平臺采用“1＋2＋N”的整體架構[8-10]，即：1 個基礎設施層，2個云服務能力層（IaaS＋PaaS），N 個業(yè)務中心（開發(fā)測試云、生產云、互聯網煤礦云、行業(yè)云）。通過基礎設施層和云服務能力層構建出支撐業(yè)務單元所需的云資源，根據業(yè)務單元的不同屬性，可基于云平臺能力衍生出開發(fā)測試云、生產云、互聯網煤礦云、行業(yè)云；根據不同場景煤礦云的業(yè)務要求，可采用物理隔離或邏輯隔離方式來資源的隔離性。煤礦云架構全景圖如圖1。

圖1 煤礦云架構全景圖

1.1.1 基礎設施層

基礎設施層包括運行云平臺所需的云數據中心機房運行環(huán)境，以及計算、存儲、網絡、安全等設備。云中心機房的部署按照分區(qū)設計，可分為數據庫區(qū)、業(yè)務應用區(qū)、存儲區(qū)、系統(tǒng)管理區(qū)、網絡出口區(qū)和安全防護區(qū)等區(qū)域。

1.1.2 IaaS 服務層

云服務能力層包含基礎服務IaaS 層和平臺服務PaaS 層。通過云計算虛擬化技術對底層硬件資源進行抽象，有效的屏蔽因底層硬件的差異化所產生的運維問題，通過云平臺異構資源管理能力實現資源的統(tǒng)一服務、統(tǒng)一調度、統(tǒng)一運維。主要包括x86計算資源與小型機資源的統(tǒng)一管理，分布式存儲與FC 存儲的統(tǒng)一管理，SDN 網絡虛擬化與云平臺融合、安全資源池與云平臺融合。

典型的IaaS 服務功能包括云主機、云存儲（云數據盤、對象存儲）、云數據庫服務、云防火墻、云負載均衡和云網絡（租戶子網/IP/域名等）。IaaS 層服務向PaaS 層提供開放API 接口調用。

煤礦云平臺對計算中心內基礎架構整合、應用整合，從業(yè)務邏輯方面分析，可以分為處理域業(yè)務、分析域業(yè)務、管理域業(yè)務、開發(fā)測試業(yè)務、云管理平臺等，按照煤礦云平臺業(yè)務的具體需求特點，規(guī)劃了差異性的資源池，有效的支持煤礦業(yè)務發(fā)展要求。云計算中心內資源池總體邏輯框架被分為了5 大池區(qū)：業(yè)務資源池、專用PaaS 資源池、云管理區(qū)、安全資源池、存儲資源池。IaaS 服務覆蓋計算服務、存儲服務、網絡服務、云安全服務、云運維服務、云運營、云容災服務。

1.1.3 PaaS 服務層

PaaS 對底層的集群管理和資源調度進行了平臺化抽象，全方位支持應用創(chuàng)建、編譯、集成、編排、部署和運行的每1 個環(huán)節(jié)，提供1 個高效、高可用的應用運行環(huán)境?；贒okcer 容器服務能力可以更好的支撐敏態(tài)類應用，也可以支撐基于微服務框架開發(fā)的應用，在PaaS 平臺融入云原生所涉及的ServerLess 等技術能力，構建云原生應用。

PaaS 平臺應對煤礦行業(yè)的具體需求，以容器服務和虛擬機作為運行環(huán)境，以數據庫和中間件作為支撐，提供應用管理、微服務治理、DevOps、大數據等核心場景能力，向下對接IaaS 平臺的基礎資源，向上以平臺方式提供服務。

1.2 云容災方案

從煤礦云信息化建設發(fā)展來看，最重要的是數據，因此將數據保護放在首位。在煤礦云數據中心中部署備份平臺，實現對業(yè)務系統(tǒng)及數據的集中備份保護；采用全局的源端重復數據刪除實現對整體云計算平臺下的虛擬機和物理機進行數據保護，降低帶寬使用率與提高VTL 介質空間的使用率。災備平臺在單個數據中心內采用多個災備平臺節(jié)點，可根據業(yè)務數據量情況部署，每個災備平臺節(jié)點都采用軟件模式部署在服務器上，都具備災備計算能力與網絡吞吐能力，后端備份介質統(tǒng)一采用虛擬帶庫VTL，VTL 可根據實際情況接入到網絡中，實現與災備平臺的鏈路互通，實現本地數據保護。

將設備進行初始化后，在每個需要進行備份保護的物理業(yè)務平臺系統(tǒng)上安裝備份客戶端代理程序，虛擬化平臺則采用無代理備份模式，然后針對每業(yè)務系統(tǒng)及其數據類型、數據量大小、數據重要程度等，分別制定合理的備份策略，策略制定完成后，將自動按照調度計劃定期定時或者實時地備份相關數據。安全技術功能服務組件框架如圖2。

圖2 安全技術功能服務組件框架

1.3 云安全方案

隨著煤礦建設一體化云平臺，需要針對云平臺的安全體系進行規(guī)劃。依據國家等級保護要求和行業(yè)監(jiān)管的安全防護要求，基于煤礦現有安全體系之上針對云環(huán)境下的技術安全進行補充和完善，實現統(tǒng)一云平臺統(tǒng)一安全管理。參考業(yè)界云平臺安全技術架構方法結合現有的安全技術，提出煤礦統(tǒng)一云平臺安全技術架構框架。每個定義的安全技術功能服務組件，都能夠形成獨立安全服務平臺，用于實現煤礦統(tǒng)一云平臺的安全目標。

1.4 云運維管理平臺

隨著煤礦云平臺的建設，網絡環(huán)境日趨復雜，業(yè)務系統(tǒng)規(guī)模日趨龐大、架構日趨復雜，基礎設施越來越多，對云平臺的穩(wěn)定性、可靠性要求也越來越高。為應對云平臺引入給運維工作帶來的變化與挑戰(zhàn)，建議從組織、流程、工具運維管理三要素的視角全面考慮應對的措施，使現有運維管理體系能夠應對云環(huán)境下運維管理的挑戰(zhàn)。

煤礦云平臺運維管理平臺主要由監(jiān)控管理模塊、運維流程模塊、運維報表模塊、運維管理門戶模塊4 部分組成。

1）監(jiān)控管理模塊是整個煤礦云平臺運維管理平臺的基礎，監(jiān)控管理模塊應實現對云平臺的安全設備、網絡設備、服務器、存儲、操作系統(tǒng)、數據庫、中間件、應用系統(tǒng)、虛擬化等IT 基礎設施和機房等的統(tǒng)一監(jiān)控和管理。

2）運維流程模塊提供對運維服務管理流程的統(tǒng)一定制和集中管理功能，用來定義流程的活動以及各流程之間的聯系和接口，理清運維部門與業(yè)務部門之間的關系，提供運維服務與業(yè)務整合的途徑，提高運維工作質量、降低服務成本。

3）運維報表模塊應具備運維報表生成的靈活性和呈現的多樣性，能滿足煤礦云平臺運行狀況展現的需求，通過它能夠有序地展現運維監(jiān)控和流程相關的所有管理指標，通過報表設計器生成各種運維數據分析報告和圖表，全面地呈現信息系統(tǒng)的設備資源、告警統(tǒng)計、安全告警、運行狀況等，為故障診斷、領導決策提供科學的、可量化的決策依據。

4）運維管理門戶為運維平臺提供精準數據視圖支撐，煤礦云平臺運維管理門戶應具備將日常運維過程中關鍵云資源的關鍵性能指標、云計算中心拓撲圖、業(yè)務運行總覽、業(yè)務狀態(tài)信息、資產配置總覽、運維流程工單視圖、集中告警視圖等數據進行集中展現，并支持分角色、分帳號工作臺，滿足不同崗位人員數據關注需求。

2 虛擬化在智能礦山建設中的應用與發(fā)展

2.1 虛擬化管理技術

虛擬化技術將計算、存儲等物理資源池化，為用戶提供彈性擴展的資源，解決了硬件資源利用率低、業(yè)務部署周期長、運維管理復雜等問題。數據中心服務器建設引入虛擬化技術，將物理資源劃分為不同性能的邏輯單元，并構成計算、存儲資源池，靈活為各業(yè)務系統(tǒng)提供所需資源。通過精簡服務器的數量，整合IT 基礎設施資源，精簡IT 操作，提高管理效率，達到提高物理資源利用率和降低整體成本的目的。同時，利用先進的云管理理念，建立安全的、可審核的IT 系統(tǒng)環(huán)境，為業(yè)務部門提供成本更低、服務水平更高的基礎架構，從而能夠針對業(yè)務部門的需求做出快速的響應。

服務器虛擬化之所以能夠在數據中心快速廣泛應用，其根本原因是能夠使用更少的資源承載更多的應用。IT 管理員只需要管理少數物理服務器，就可以使數據中心更有效率，同時，更少的服務器意味著更低的能耗、更少的占地面積與制冷成本。歸根結底，服務器虛擬化為數據中心帶來了更優(yōu)的ROI（Return On Investment，投資回報率）。除了服務器虛擬化本身技術帶來的高ROI 之外，虛擬化性能監(jiān)控同樣可以更多的ROI 價值。

2.2 虛擬化架構

虛擬化架構由CVK 和CVM 2 個核心組件組成。

1）CVK（Cloud Virtualization Kernel）。虛擬化內核平臺：運行在基礎設施層和上層客戶操作系統(tǒng)之間的虛擬化內核軟件。針對上層客戶操作系統(tǒng)對底層硬件資源的訪問，CVK 用于屏蔽底層異構硬件之間的差異性，消除上層客戶操作系統(tǒng)對硬件設備以及驅動的依賴，同時增強了虛擬化運行環(huán)境中的硬件兼容性、高可靠性、高可用性、可擴展性、性能優(yōu)化等功能。

2）CVM（Cloud Virtualization Manager）。虛擬化管理系統(tǒng)：主要實現對數據中心內的計算、網絡和存儲等硬件資源的軟件虛擬化管理，對上層應用提供自動化服務。其業(yè)務范圍包括：虛擬計算、虛擬網絡、虛擬存儲、高可用性（HA）、動態(tài)資源調度（DRS）、虛擬機容災與備份、虛擬機模板管理、集群文件系統(tǒng)、虛擬交換機策略等。

2.3 云計算和虛擬化技術在智能礦山中的發(fā)展

隨著煤礦建設向數字化和智能化轉型，利用虛擬化技術可以實現物理資源和資源池的動態(tài)共享，提高了資源利用率、使用靈活性和安全性，大大降低了企業(yè)成本。針對煤礦采煤系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、掘進系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)，露天煤礦穿爆、礦卡無人駕駛、災害預警、生產及輔助等系統(tǒng)終端采集的數據量龐大，系統(tǒng)分散，管理維護成本高的缺點，可以通過云平臺實現數據的存儲、融合，最終實現實時查詢、實時監(jiān)測、無人值守、分析預警等功能，幫助管理人員快速準確地做出決策。

3 結語

云計算、虛擬化技術為智能礦山業(yè)務系統(tǒng)搭建提供了一種優(yōu)質、快速、低成本的解決方案，其使用業(yè)務場景也越來越廣泛，目前已經在煤炭行業(yè)開始了廣泛應用，隨著國家加快煤礦智能化建設步伐，云計算、虛擬化技術必將不斷迭代提升，助力煤礦智能化建設開啟新征程。