【摘要】近年来，随着信息化、数字化、物联网等新技术在智慧矿山建设上的应用，煤炭集团传统的数据中心在规模、带宽、扩展性以及成本方面存在很大不足，已经适应不了新形势下的应用需求。本文针对基于云计算技术的数据中心相关感念及技术进行分析，探讨面向云计算数据中心网络体系、数据存储、容灾备份的规划与设计。
【关键词】云计算；煤炭；规划；设计
1前言
“十二五”时期是我国煤炭工业提高科学化发展水平，加大结构调整力度，转变发展方式的关键时期，信息化、数字化、物联网等新技术在智慧矿山建设上得到了快速的应用和发展。近年来，云计算技术的蓬勃发展为整个IT行业带来了巨大变革，以传统方式构建的数据中心已经不能满足现在新形势下日益增长的高性能及高性价比需求，我国各大型煤炭行业集团公司信息化水平不断提高，对高密度服务器及高度自动化管理系统的需求不断增长，建设云有必要建设以云计算技术为基础的新一代数据中心。
2云数据中心的概念及关键技术
云数据中心是指以客户为中心，以服务为导向，基于高效、低能耗的IT与网络基础架构，利用云计算技术，自动化地按需提供各类云计算服务的新一代数据中心。云数据中心对传统数据中心进行了升级，代表了未来有关数据中心技术的演进方向。
2.1云数据中心的特点
（1）资源池化。云数据中心的资源池由其IT资源和网络资源构成，功能是去耦合逻辑资源和物理资源，用户不需要关注底层的物理设备，仅对逻辑资源进行相关操作就可以了。（2）智能高效。云数据中心通过统一的管理平台对资源监控、部署与调度、业务生命周期进行自动化的智能管理，集群设备成本比较低，利用虚拟化、分布式计算技术，高效实现对数据的承载、存储和处理。（3）面向服务。云数据中心建立以服务为导向的整体架构，由提供资源转为提供服务，用户选择服务时通过服务目录，对底层实际资源透明。（4）按需供给。云数据中心的底层基础架构以资源池化为基础实现资源的动态伸缩，计费功能细粒化。另外根据上层应用的发展趋势，智能地规划底层物理设备的容量。（5）绿色低碳。云数据中心通过虚拟化绿色节能技术和模块化的设计，可以降低设备的投入成本与运营维护成本实现PUE（PowerUsageEffectiveness）值的绿色低碳运营。
2.2云数据中心的关键技术
云数据中心的关键技术主要是在IT基础设施的虚拟化技术。虚拟化的定义是指计算原件不是在真实的基础上运行而是在虚拟的基础上，是为了简化管理、优化资源设计的解决方案，其本质是实现底层物理设备与逻辑资源的去耦合。（1）服务器虚拟化。虚拟化可以使彼此独立的操作系统和应用软件在相同的一套硬件上运行，同质、高效、资源受控是服务器虚拟化的主要特点。为了提高资源配置的灵活性，根据需求弹性虚拟化后的虚拟机可以增加或减少对其分配的硬件资源；为了提高资源利用率，降低能耗，可以同时在单个物理服务器上运行多个虚拟机；整个系统的硬件配置、操作系统和应用通过虚拟化技术封装在文件里，可以快速部署系统、发布软件和备份系统，系统的可靠性和扩展性强，在不同服务器上动态迁移时业务不中断。（2）存储虚拟化。通过虚拟化技术对存储服务或存储系统的内部功能进行抽象、隔离或隐藏，分离存储或数据的管理与网络资源、服务器、应用的管理，在系统的多个层面可以实现存储虚拟化，比如通过建立类似HSM（分级存储管理）系统，一起解决对系统异构问题。（3）网络虚拟化。以前传统的虚拟专用网是通过VPN或VLAN的方式在公用网络上建立的，近年来，“多对一”特征的计算虚拟化对现有网络提出了和底层虚拟机相感知、相适配的新要求，使传统的网络具备了大二层网络、虚拟交换机、虚拟网卡以及虚拟化动态感知的功能。
3云数据中心网络规划与设计
随着我国煤炭行业两化融合工作的推广，信息化建设作为促进煤炭企业安全高效发展的重点工程来抓，近年来，信息技术已初步应用于矿井安全、生产、经营管理等各业务领域，国内给大型煤炭集团本着“总体规划、分步实施、重点突破、务求实效”的工作方针，着力将公司信息化建设向信息扩展、高度集成、综合应用、自动控制、预测预报、智能决策的方向全面发展。现以我国某大型煤炭集团总部业务应用的需求为例，对其数据中心网络进行重新规划与设计，按照功能将划分为七大区：核心业务交换区、核心业务区、办公区、互联网接入区、运维管理区、广域网接入区、外联业务区。二级板块及其下属子公司可参考建立符合自身情况的局域网络。核心区提供各分区模块互连；运维管理区是企业的IT运营中心；外联业务区是企业对外业务、互联网业务部署区域。数据中心网络如下图（图1）。
4云数据中心数据安全规划与设计
4.1数据存储方式
集团数据存储量巨大，生产数据、安全数据、业务数据以及测试数据等需要进行频繁的快速读写，为保证这种应用的需求，该集团希望在数据中心的数据存储方式上既要保证存储的可扩展性还要保证数据的快速访问，同时也要考虑对新服务器的快速部署，数据中心存储方式设计为IPSAN的存储方式。数据中心数据采取的存储方式主要有DAS、NAS、SAN三种，根据集团公司对数据存储的要求，采取SAN的存储方式。SAN是存储区域网络（StorageAreaNetwork），是将服务器与一个或多个网络存储设备通过专用高速网络连接起来，采用数据块方式进行数据存储，因此其数据存储速度比DAS、NAS快。SAN主要有IPSAN和FCSAN两种形式（分别使用IP和光纤通道）。光纤通道是一种高性能、高成本技术，可以为网络存储用户提供高速、高可靠性及安全稳定的传输，实现不同主机互连、企业之间共享存储系统。IPSAN继承了FCSAN技术的优点，并且通过IP，利用廉价的以太网设备，如就交换机、路由器、线缆实现低风险、低成本的SAN存储。ISCSI是实现IPSAN的最重要的技术，是运行在TCP/IP之上的块模块协议，因此它可将IP网络和块模块的优势很好的结合起来，且使IPSAN的成本低于FCSAN。所以，数据中心建设设计为IPSAN的存储方式。
4.2两地三中心容灾备份
为增强该集团业务应用系统、重要数据的可用性，抵抗灾难发生时带来的风险，集团公司按照国家的要求需要建设两地三中心的容灾备份方案。两地三中心是指主数据中心、同城灾备及异地灾备中心。两地三中心机房为业务应用系统提供基础配套设施，数据中心架构采取的网络互联拓扑方案如下图（图2）。本地主数据中心通过双机热备、本地备份、CDP这些在线/近线的数据保护手段完成机房内事件的灾备。同城灾备中心是指在一个城市中部署的灾备中心，为了保证业务的连续性，对集团公司的数据在同一个城市进行实时备份和业务倒换。同城实时数据备份和业务倒换可以保证灾备中心数据和主数据中心数据完全一致，数据保护级别达到最高，对核心和关键业务尤其适用，如RPO、RTO要求接近于零的业务应用。异地灾备中心是在灾害地质半径之外较远的城市部署的灾备中心，能消除地震、异常天气等灾害对存储业务数据的破坏，构建异地灾备系统可以采用MSTP、WDM等技术。异地灾备系统采用两套设备和主备路由保护等物理隔离方式，可以实现业务网络、核心单板“双重”保护，确保异地灾备网络的私有性和安全性。
5结语
数据中心是安全生产、经营管理等数据大集中而形成的集成IT应用环境，是各种业务的提供中心，是企业信息化建设的基础。云计算技术能极大地提高网络工作效率、企业安全生产管理水平，在煤炭集团企业应用前景十分广泛，公司在对云数据中心部署实施应用的同时，还要加强对安全的管理，避免云计算环境中的各种风险。
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作者：刘景勇 郑杰 单位：河南能源化工集团新疆公司 中煤能源新疆煤电化有限公司
