基于云计算平台的后勤信息系统架构研究

陈 杨,朱卫国

(92117部队,北京100072)

基于云计算平台的后勤信息系统架构研究

陈 杨,朱卫国

(92117部队,北京100072)

对新时期后勤信息系统的建设需求进行了分析,后勤信息系统建设正面临着面向服务的高级后勤信息能力需求、面向大数据的海量多模式数据实时共享需求和面向能力重组的灵活敏捷平台支撑需求。介绍了云计算的核心思想和技术优势,搭建了包含云计算基础设施服务层、云计算平台服务层和云计算软件服务层等三层标准云计算服务模式的后勤信息系统总体架构,并分析了其四种常见的部署方式。

后勤信息系统 云计算 体系架构

0 引 言

近年来,以后勤信息系统为核心的后勤信息化建设呈现出良好的发展势头,逐步向规模化、标准化、体系化建设模式发展,有力地推动了后勤现代化建设。当前,以转型需求为牵引,深入开展“核高基”、云计算、物联网等新技术与后勤信息化重大工程的集成创新研究,对提高后勤信息系统的自主可控水平,解决当前后勤信息化建设主要矛盾和问题,实现以先进科技驱动后勤向信息化转型,具有十分重要的意义。

1 后勤信息系统建设基本需求

1.1 面向服务的高级后勤信息能力需求

随着部队用户对后勤信息的需求越来越多样化,当前后勤信息系统已不再局限于固定的应用对象和有限的需求实体中,其应用模式已经向跨组织、综合网络和移动终端等应用并存的复合模式发展。后勤信息系统需要有高度动态、高度延展的支撑体系来满足部队可能出现的爆发式需求增长,需要有能力为部队用户提供个性化内容和服务,需要满足海量用户具有个体特征的“实时、实地、实景”的实时性、感知性需求[1]。

新时期后勤信息系统的通信(数据流动和交换)能力、存储(数据保有)能力及计算(数据处理)能力不同于传统的信息系统的基础信息能力。信息化条件下的局部作战是一体化联合作战,跨组织、跨网络的后勤海量用户访问支持,后勤保障需求、保障资源等的实时数据采集和处理,以及后勤保障行动决策所需的海量数据存储和分析,都需要后勤信息系统提供高度动态、高度延展的信息能力保障。该信息能力是面向服务的、按需供给的,是高可靠性、高可用性的高级后勤信息能力。

1.2 面向大数据的海量多模式数据实时共享需求

新时期后勤信息系统,是面向智能服务的后勤信息系统,具有更透彻的感知能力、更全面的认知能力和更智慧的处理能力,最重要的特征之一就是对数据的挖掘与应用。后勤信息系统需要构建面向后勤决策的大数据中心建设,通过构造基于统一空间的基础大数据集,对多维数据进行关联分析和快速检索,深度挖掘数据资源,面向任务驱动后勤决策产品生成和主动推送,实现由传统的基于日常业务的应用模式向基于数据分析的决策模式转变,由单纯的数据资源集散地向综合的后勤决策产品生产地转变,由需求型数据资源订购向主动性的后勤决策产品推送转变。

新时期后勤信息系统,需要对各层、各类的业务应用提供统一的数据支持,针对不同的业务应用对数据格式和数据访问模式的不同需求,实现面向大数据的多格式、多模式海量数据的统一管理,高效流通,实时共享。

1.3 面向能力重组的灵活敏捷平台支撑需求

快速应对战场环境以及部队用户需求的快速演变,是后勤信息系统实现保障打赢的关键。无论是平时、战时后勤保障,还是数据驱动的后勤决策都面临战场态势变化,需要后勤信息系统快速响应的问题。这就需要后勤信息系统在现有业务功能的基础上,具备迅速重新组合提供后勤新服务的能力。同时,为了良好地支撑这些重组的新服务,后勤信息系统还需要根据这些新服务的运行和支撑特性,敏捷地调整自身的能力提供和服务管理功能。

但是在传统的竖井式信息系统架构中,通常只能实现根据对各业务应用的容量需求,来规划资源和能力的分配,难以实现灵活动态的能力保障来应对快速多变的多样化军事任务需求。而且业务应用只能作为实现业务功能的单元,任何业务功能需求的改变都会导致业务应用的修改,或者业务应用集成的重构。此外,传统的后勤信息系统应用集成模式无论对数据容量、数据流量及数据流动的实时性,都有明显的功能限制,这样的架构已经无法满足后勤能力重组的快速响应的需求。

新时期后勤信息系统需要一种新的信息系统架构来支撑自身业务的发展。这种架构必须提供聚合大规模分布式系统中离散通信、存储和处理能力,并以灵活、可靠、透明的形式提供给上层平台和应用；必须提供针对海量多格式、多模式数据的跨系统、跨平台、跨应用的统一支撑平台；还必须提供高度敏捷的高可用、实时响应的系统平台,支持快速变化的功能目标、系统环境和应用配置。

2 云计算概念和应用意义

2.1 云计算的概念

云计算(Cloud Computing)是并行计算(Parallel Computing)、分布式计算(Distributed Computing)和网格计算(Grid Computing)的融合和发展,云计算也是虚拟化(Virtualization)、效用计算(Utility Computing)、面向服务架构(SOA)等概念混合演进的结果。云计算将计算资源分布在由大量计算机构成的资源池上,而非本地计算机或远程服务器中,各类用户根据需求通过网络访问中心服务器和存储系统。在远程的数据中心里,成千上万台计算机和服务器连接成一片计算机云。利用这些“云”,并借助IaaS (基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等方式,用户通过终端接入数据中心,按自己的需求进行业务处理和运算[2]。

2.2 云计算在后勤信息系统中应用的意义

云计算“集约化、共享化、动态化”原则,及其突出的信息管理、分布计算、分散存储、网络协作以及软、硬件资源等服务统一调度的能力,可有效解决传统型后勤信息系统高投入、难管理、低效率、高能耗、低可用等问题,有助于满足后勤信息系统面向跨组织、跨网络的应用需求。基于云计算构建我军后勤信息系统具有如下意义:

1)提高后勤保障能力。基于云计算平台的后勤信息系统可提供海量的数据存储和“无限量”的计算能力,提升后勤信息处理与存储能力；可全面实现后勤计算资源统一管控,整合全军数据资源,迅速生成通用战场保障态势,获得更快速的后勤决策支持；可提高协作、信息共享、态势感知和自组织能力,为战场上任何相关需求提供更高级的后勤能力支持,实现后勤保障资源的综合服务、全域共享。

2)提高后勤信息系统应用开发和部署速度。基于云计算平台的后勤信息系统可极大缩短后勤信息系统软硬件获取周期,加快研发速度；可提供标准化的平台,促进后勤信息化装备标准化发展。

3)减少基础设施建设、后勤信息系统开发和维护开销。基于云计算平台的后勤信息系统可减少软硬件资源建设和维护费用,提供数据的利用率,避免重复建设带来的浪费。

4)提高后勤信息安全。基于云计算平台的后勤信息系统可在统一的安全指导下开展开发和部署,可提供更为安全统一的防护机制,大大提升后勤信息安全程度。

3 基于云计算平台的后勤信息系统总体架构

通过对新时期后勤信息系统建设需求和云计算优势的分析,文中认为应充分考虑我军后勤信息化建设现状,结合当前和未来一个时期后勤信息化建设重点工程,借鉴当前云计算的模式和架构,搭建基于云计算平台的后勤信息系统架构。基于云计算平台的后勤信息系统架构是一个包含云计算基础设施服务层、云计算平台服务层和云计算软件服务层共三层的标准云计算架构,如图1所示。

图1 基于云计算平台的后勤信息系统架构Fig.1 Logistical information system framework based on cloud computing

3.1 后勤信息系统IaaS层

后勤信息系统云计算基础设施服务层,简称IaaS层,主要包括后勤基础设施设备层、虚拟化平台、虚拟数据中心层和云计算管理层。IaaS层为后勤信息系统中各类应用系统提供信息传输、业务承载和信息服务,实现信息资源高度共享,战场、保障资源实时交换,为联合指挥后勤保障、体系对抗和作战及保障单元随遇接入提供基础支撑,进而实现后勤信息资源的全域共享以及满足后勤信息系统互操作及端对端的能力要求。

1)后勤基础设施设备层。后勤基础设施设备层是后勤信息系统的基础支撑平台,需要在国家和军队网络基础设施之上运行,并配以高性能固定/移动服务器集群、海量存储设备、后勤保障设施设备和战场环境传感设备等实现战场和保障信息资源的获取、更新、存储、处理、交换等服务。

2)虚拟化平台。虚拟化平台是后勤信息系统在IaaS层中,将后勤基础设施设备中大量的存储、计算和网络等资源通过虚拟化技术抽象成为“池化”资源。“池化”资源主要包括存储资源、计算资源、网络资源、内存资源和虚拟机等。“池化”资源为后勤信息资源弹性和按需供应提供了基础,云计算平台通过自动化切割和重新部署响应的“池化”资源,可满足个性化的用户需要。

3)虚拟数据中心层。虚拟数据中心层是战场和后勤信息资源共享的核心,是IaaS实现的关键。在技术结构上,云计算环境下的虚拟数据中心通过服务、存储网络整合、服务器高可用集群、虚拟服务器动态迁移等基础,实现云计算数据中心服务的弹性、动态等关键需求,其数据中心基础网络具有超高速交换、统一交换、虚拟化交换、透明化交换等特性。在内容上,虚拟数据中心层包含的可以是具体的数据库,也可以是由不同异构数据库形成的虚拟数据仓库。数据库包含常规数据信息和各专业数据信息,虚拟数据中心通过信息采集、数字化和标准化处理,从而形成了面向不同应用的数据云。如标准规范数据、武器装备数据、保障方案数据、战场环境数据、分析评估数据,以及面向总部、各军区、军兵种的数据云。

4)云计算管理层。云计算管理层实现对云的管理功能,包括资源配置管理、IT运维管理、任务管理和用户管理等。资源配置管理负责均衡地使用云资源节点,检测节点的故障并试图恢复或屏蔽,并对资源的使用情况进行监视统计。IT运维管理对整个云系统运行环境、业务系统进行维护和管理。任务管理负责执行用户提交的任务,包括完成用户任务的部署和管理、任务调度、任务执行、任务生命周期管理等。用户管理包括提供用户交互接口、管理和识别用户身份、创建用户程序的执行环境、对用户的使用进行统计等。

3.2 后勤信息系统PaaS层

后勤信息系统云计算平台层,简称PaaS层,主要包括数据管理平台、分布式计算平台、后勤指控系统平台等。PaaS层通过提供API来实现服务,部队用户通过API与平台互动,PaaS层提供了从基础设施到应用的服务,不仅实现了软件与武器平台、后勤装备的铰链,还依托统一格式的数据链路和专用的指控、物流等平台,从技术上构建和完善了后勤指挥关系和保障链路,进而为联合作战一体化后勤保障提供了技术平台和手段。

1)数据管理平台。数据管理平台通过对IaaS层虚拟数据中心进行管理,实现数据分发服务、重复数据删除服务、数据备份服务、数据容灾服务、数据安全管理、多源数据整合、智能检索和智能路由等功能,可提供面向后勤保障活动全过程的数据共享服务。部队用户通过数据管理平台对数据资源进行操作,可破解需求、资源和环境等数据迷雾,获得实时、唯一、准确的数据,切实做到“一数一源”。

2)分布式计算平台。分布式计算平台可以使部队用户实现计算资源基于异构机群的高效率按需分配,达成未来战场环境下,用户对海量数据的采集和分析决策所需的巨量计算资源和计算效率的需求。

3)后勤指控系统平台。后勤指控系统平台主要用于后勤信息系统相应系统的软件集成和数据集成,它提供各类通用和专用组件或构件,可以为部队用户提供全过程的后勤信息处理服务。它主要包括原有各类后勤信息系统平台和构件库、满足云计算技术要求的智能服务平台、用户代理终端服务平台等,如基于SOA的应用基础平台、后勤指挥平台、物流平台、后勤模拟训练平台、开放测试平台等。通过该类平台,后勤用户向下可形成后勤末端的“一张网”,向上可支撑起后勤指挥链、管理链、服务链和保障链“四条链”,切实形成后勤信息系统业务协同、一体联动和一体化后勤保障能力。

3.3 后勤信息系统SaaS层

后勤信息系统云计算软件服务层,简称SaaS层,主要包括工具类应用组件、后勤业务应用组件和其他应用组件。SaaS层是各种云计算应用服务的集成,直接面向最终应用,是后勤信息系统提供各种服务的前端,也是用户使用云计算共享体系的界面。部队用户通过各种终端登录服务门户,使用相关应用系统,不用关心应用如何实现,以及运行在什么样的硬件平台上,也不用考虑运维等问题。同时SaaS会提供自助服务功能,用户可以进行个性化的配置。用户可以选择使用的周期,不用时可以随时关闭。SaaS往往与PaaS平台相配合,PaaS一方面提供自主服务,也能够对SaaS运行提供支持。

1)工具类应用组件。工具类应用组件不涉及流程,通常包括Office、杀毒软件、CAD、Photoshop、邮件系统等,该类组件为部队用户日常办公提供软件支持。

2)后勤业务类应用组件。后勤业务类应用组件主要包括后勤各项专业勤务的相关软件,该类组件为部队用户完成后勤主要业务提供软件支持。

3)其他应用组件。该类组件主要包括辅助决策服务、综合显示服务、集成控制服务、指挥控制服务、地理信息服务、标图服务、战场管理服务、战场环境分析服务、后勤保障效能评估服务、后勤保障计划评估服务等,该类组件为部队用户辅助完成后勤保障活动的各种应用服务提供软件支持。

基于云计算平台的后勤信息系统体系架构除了包括IaaS、PaaS和SaaS三层关键架构之外,还包括服务门户、云服务平台和云安全平台等内容。服务门户主要为部队用户使用IaaS、PaaS和SaaS时提供自助服务、远程安全访问和调度策略等；云服务平台主要为云计算后勤信息系统提供容量规划、打包等服务；云安全平台为云计算后勤系统提供身份验证、授权和审计等服务。

4 后勤信息系统云计算平台的部署方式

后勤信息系统云计算平台包括四种部署方式,分别为公有云、私有云、混合云和社区云,如图2所示。私有云就是一个部队或组织自己建设其内部使用的云计算平台,如师级单位、基地、场站等；社区云是由数个有共同业务关系或目标任务的部队机构组织共同构建的云计算业务；公有云就是由专门的云服务提供部门部署的云计算平台,可设置在总部,不具备建设云计算平台条件的部队用户可以通过网络直接使用；混合云则是包含了两种以上类型的云计算形式。公有云的计算资源是最富裕的,其次是社区云,私有云的计算资源最少,往往当资源不足时,采用混合云的部署方式。

图2 云计算的四种部署方式及演进Fig.2 Deployment and evolution of cloud computing

因此,依据总部、军区、军兵种、部队各级后勤指挥机构所担负的不同任务,一是可在总部、各军区、军兵种机关采用公有云+私有云的混合云模式。其中,公有云负责向不具备云建设条件的部队用户提供服务,其优势是所应用的程序、服务及相关数据都存放在总部公有云的提供处,部队自己无需做相应的投资和建设。私有云负责向总部、军区、军兵种机关内部用户的提供服务,其优势是采取的数据中心集中化模式可解决内外数据安全性问题。二是师以下部队用户可采用私有云+借用上级公有云的建设模式。部队建设的私有云若不能满足自身需要,或者在后勤业务需求变化起伏,又不值得为此去扩展云计算中心规模的情况下,可以借用上级公有云提供的部分资源,形成混合云。三是在进行战区方向、任务方向、或军兵种主导的联合作战或其他多样化非传统军事行动的急时、战时等情况时,受命部队可采用社区云的方式,在共同的作战方向或共同的任务中,快速搭建社区云,来共享一个云计算平台,支持临时组建和撤销,实现计算能力和后勤信息资源的快速形成,充分满足平战转换、跨组织、跨网络等一体化联合作战的后勤保障需要。

5 结 语

云计算的出现和成熟,为后勤信息化建设提供了新的思路和方法,未来信息化战争中信息的全面获取和快速提取、处理、分析和分发等问题都可以通过云计算获得很好的解决,但是目前相关研究还不够深入,必须抓住机遇,加强后勤信息系统云计算技术研究,在信息化后勤的转型变革中把握主动权。

[1] 李昭锐,吴学智,何如龙.浅析云计算的军事应用[J].通信技术,2011,44(09):120-122.

LI Zhao-rui,WU Xue-zhi,HE Ru-long.Cloud Computing in Military Application[J].Communication Technology,2011,44(09):120-122.

[2] 王庆波,金涬,何乐,等.虚拟化与云计算[M].北京:电子工业出版社,2010:137.

WANG Qing-bo,JIN Xing,HE Le,et al.Virtualization and Cloud Computing[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2010:137.

CHEN Yang(1982-),male,Ph.D.,engineer,mainly engaged in the research of logistics information,military logistics.

朱卫国(1973—),男,高级工程师,主要研究方向为后勤信息化。

ZHUWei-guo(1973-),male,senior engineer,mainly engaged in logistics information.

Logistical Information System Framework based on Cloud Computing Platform

CHEN Yang1,ZHU Wei-guo1
(1.Unit 92117 of PLA,Beijing 100072,China)

This paper analyzes the construction demand of logistical information system for the new period. The construction of logistical information system is confronted with three types of demands:the demand for high-ranking service-oriented logistical information capabilities,the demand for real-time information sharing of big data in multiple modes,and the demand for supporting swift and flexible platform by rebuilding abilities.The core idea of cloud computing,including its technical advantages,is described in the paper.Based on cloud computing platform,the overall framework of logistical information system is proposed and constructed,which includes three standard service modes of cloud computing:infrastructure service layer,software service layer,and platform service layer.Meanwhile,four common deployments of cloud computing platform are analyzed in the paper.

logistical information system；cloud computing；system framework

TP391

A

1002-0802(2014)03-0290-06

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.03.012

陈 杨(1982—),男,博士,工程师,主要研究方向为后勤信息化,军事物流；