基于云计算数据中心的数字化城市建设研究

于鹏洲（1．天津大学管理与经济学部，天津，300072；2．天津市红桥区建设管理委员会，天津，300130）

基于云计算数据中心的数字化城市建设研究

于鹏洲1，2
（1．天津大学管理与经济学部，天津，300072；2．天津市红桥区建设管理委员会，天津，300130）

通过对数字化城市和云计算技术的探讨，提出在数字化城市建设中应用云计算技术的必要性，并构建了基于云计算数据中心的数字化城市建设体系结构。从政府服务、公共安全服务、教育服务以及交通医疗服务等方面对云计算技术在数字化城市建设中的应用进行分析，表明在数字化城市建设中应用云计算技术对提高城市的整体信息化水平具有十分重要的意义。

云计算；数字化城市；数据中心

1 数字城市概述

1.1 数字化城市的概念

数字化城市即将网络技术、信息技术与数字化技术等多种高科技手段融合起来建立的计算机应用管理系统。广义上来看，数字化城市就是利用网络与多媒体等技术平台，将城市各方面信息资源进行有效整合，实现城市的信息化及信息技术的综合应用，数字化城市将整个城市生产及生活的各方面全部涵盖，包括电子商务、公共信息服务、教育信息服务、社会保障服务、城市交通轨道管理、电子政务、城市基础设施管理以及城市环境质量检测等等。

1.2 数字化城市发展现状

国外的数字化城市经历了四个发展阶段：第一阶段为网络基础设施建设阶段；第二阶段为城市企业内部和政府部门内部信息化建设阶段；第三阶段为城市中企业与政府间的网络互连阶段；最后一个阶段为数字化楼宇、数字化社区及数字化城市的建设阶段。当前，美国、日本等发达国家几乎完成了第三阶段的建设，开始步入第四阶段。但是我国有关数字化城市的建设的理论与技术体系才处于起步阶段。在我国提出建设数字化城市战略规划的有近百座城市，但大多都是基于省市信息化目标框架下的工程。经过阶段性的信息化建设后，这些城市基本都建立了面向群众与企业的电子政务体系，但总体数字化城市建设水平同经济社会发展需求之间依然存在很大的差距。我国数字化城市建设目前主要面临以下两方面挑战：

（1）信息溢出的挑战。为了使政务信息能够更快、更及时地向公众发布，满足为各种业务及应用提供服务的需求，将所有政府职能部门信息系统与企业的业务信息系统进行整合势在必行。所以为了适应海量信息存储的需求和提供各种应用服务选择，建立一个海量数据中心作为信息存储与交换的平台十分必要。

（2）信息技术花费的挑战。从全球范围来看，逐年递增的IT费用主要是服务器管理费用的上涨，而且这一趋势仍在继续。而云计算数据中心具有易扩展性、通用性强和造价低等特点，如果能够采用云计算数据中心必将降低企业和政府的IT费用。同时，企业与政府不同级别、档次的服务器以及装载不同操作系统的物理服务器通过虚拟化后可以全部整合到云计算数据平台中。

2 云计算概述

2.1 云计算的概念

云计算是指通过服务的方式将IT技术提供给用户，用户即使不了解相关网络技术与操作知识，也可以通过互联网获得所需要的服务。云计算是在并行计算、分布式计算与网格计算等计算方式上发展起来的，并在虚拟化与效用计算等概念上不断演进的结果。按云计算服务类型可以将其划分为基础设施层服务（IaaS）、平台层服务（PaaS）和软件层服务（SaaS）的三层服务结构体系。在该结构体系中，SaaS位于构架的最底层，PaaS位于构架中层，IaaS位于构架的顶层。

2.2 云计算系统的核心技术

（1）海量数据存储技术。云计算系统中包含大量的服务器，保证为海量用户提供服务。所以，云计算系统采用了分布式方式来存储海量数据，保证了数据的可靠性，避免了数据的冗余。

（2）海量数据管理技术。云计算系统需要对呈分布状的海量数据进行处理和分析，同时能够对海量数据源进行高效的管理。

（3）虚拟化技术。虚拟化技术可以实现底层硬件与高层软件的分离，通过虚拟化技术可以将独立单一资源划分为若干个虚拟资源的分裂模式，也可以将多个资源整合起来形成一个虚拟资源的聚合模式。

（4）云计算平台管理技术。通过云计算平台管理技术可以使平台中的大量服务器协同工作，确保快速准确地发现系统故障并及时进行恢复，有效保障规模如此庞大的系统能够利用自动化与智能化手段进行可靠运营。

3 数字化城市云计算数据中心的建立

3.1 云计算数据中心的概念

云计算数据中心将IaaS和PaaS服务应用到数据中心，为虚拟化的基础设施资源和公共信息集成提供服务。云计算数据中心的提供服务的方式为，通过分布式计算机系统，将高速互联网与无线通信网络传输力进行整合，把数据的计算与存储功能交由网络中的计算机机群负责。一个大型的云计算数据中心，其主要功能便是对分布式计算机进行有效管理，将基础设施资源进行虚拟化，对海量数据进行自动化管理，根据用户的需求分配IT资源，对资源进行动态的分配与管理，保证负载均衡，云计算系统数据中心管理人员还可对软件进行部署与安全控制。云计算数据中心可以实现在数据层管理数据，在平台层为用户提供信息服务的同时兼具数据管理的服务方式。在这种服务方式下，用户想获得服务支持，只需要支付相应的费用，而无需考虑数据的存储位置、存储容量、资源调度方式以及系统安全策略等问题。云计算数据中心的核心价值在于软件与硬件可根据需求进行扩展，可以提供无限的数据存储空间，能够实现数据的自动化管理，还可为数据处理提供无限的计算能力。

3.2 数字化城市云计算机数据中心的部署方式

根据开放对象的不同，可以将云分为公有云、私有云与混合云三种。公有云指通过即付方式面向公众的服务；私有云指面向企业或政府部门等的数据中心，不为公众提供服务的方式；混合云指既包含公有云也包含私有云的一种混合构架。目前我国的电信运营单位所部署的云数据中心，大多是采用了混合云模式。

数字化城市云计算数据中心也可以采用混合云的模式，一方面可以租用电信运营单位已部署好的云计算数据中心，另一方面混合云与数字化城市的业务类型匹配程度较高，有利于最大化实现云服务的效用。数字化城市属于庞大的开放式系统，需要不断地与外界进行大量的信息交换，为了实现城市管理的人本化服务、建立完善一站式的公众服务平台以满足与公众的业务交互，要求数字化城市的云计算数据中心不仅能够具备私有云的特点，还要满足公有云所能提供的服务。政府如果租用现有的混合云，则可以在私有云中进行数据的存储与业务或服务的处理，当资源需求达到高峰时，可以直接调用公有云来加强数据的处理，作为私有云的补充，而无需额外支出来购买软硬件设备，由此可见，采用混合云的模式可以有效地实现云服务的效用最大化。

3.3 数字化城市云计算数据中心的层次结构

云计算数据中心的结构可以抽象为虚拟层、数据层及平台层三层结构。虚拟层通过虚拟技术，将基础设施、各种网络及操作系统虚拟化，为数据层提供虚拟资源与虚拟技术，是数据层的基础，在本文所设计的数字化城市系统结构中，将云计算数据中心的虚拟层与数据层整合在一起，作为数字城市系统的数据层。数据层实现数据的存储、处理与加工功能，这也是IaaS应用服务的体现。平台层为用户提供了在互联网上进行自定义开发、测试以及部署应用服务的集成公共平台，可以提供性能更高、更具个性化的服务，通过网络服务器将封装的服务信息提供给最终用户，这正是PaaS应用服务的体现。云计算数据中心的平台层对应本文所设计的数字化城市系统结构的集成公共平台层。考虑到数字化城市业务灵活多变，而且业务需求变化迅速，SaaS应用实现存在困难，所以在本文的云计算数据中心所对应的数字化城市系统结构中没有运用到SaaS应用。本文所设计的基于云计算数据中心的数字化城市系统层次结构如图1所示。

4 云计算在数字化城市建设中的应用

4.1 政府服务

在数字化城市建设中应用云计算技术可以将政府部门的日常行政工作利用网络进行规划与管理，通过一站式公共服务平台向公众提供所需要的服务，由此打破原有的窗口服务模式，突破人力资源的界限，使政府日常工作体系实现虚拟化，可以提高政府部门的信息化水平，在政府与公众之间形成有效的联结机制。

4.2 公共安全服务

在数字化城市建设中应用云计算技术可以有效建立城市安全监控系统，该系统能够与城市中其他监控系统进行有机结合，并同城市公安部门的安全监控系统整合在一起，从而达到对全市所有重点公众场所、重要单位、部门的有效安全监控与管理，还可以快速地贯彻落实各种政策与安全措施，对提高城市整体安全水平具有重要作用。

4.3 教育服务

在数字化城市建设中应用云计算技术还可对教育教学起到重要促进作用。云计算数据平台可以为教师在教学过程中提供强大到数据支持和超强的计算能力，有助于教学水平的提高，同时学生的学习效率也能得到提升，另外对于提高学生的学习能力、分析能力、培育培养高素质高水平人才也都具有重要的意义。

Research on Digital City Construction Based on Cloud Computing Data Center

Yu Pengzhou1，2
(1.Faculty of Management and Economics,Tianjin University,Tianjin,300072; 2.Tianjin Hongqiao District Construction Management Committee,Tianjin,300130)

This paper put forward the necessity of application of cloud computing in digital city construction through the discussed of cloud computing and digital city,and build the digital city construction architecture based on cloud computing data center.This paper analysis the application of cloud computing tecnology in digital city from government services,public safety services,education services,transportation and medical services and so on,and it shows application of cloud computing in digital city construction to improve the city’s information level has great significance.

Cloud Computing;Digital City;Data Center

TP393.03

A