能源云平台绿色数据中心的构建

2021-11-23狄广义

中国新技术新产品 2021年17期

狄广义

（国能网信科技（北京）有限公司，北京 100011）

0 引言

云计算是近几年兴起的互联网现代化技术之一[1]。云计算为科研提供了一种新的资源使用和计算模式，可以为互联网用户提供动态、可拓展的计算资源和储存能力的大规模分布式计算集合[2]。在云计算技术的支持下，各类作业储存在资源池，应用系统可针对业务需求获取计算能力、储存及技术软件服务，云计算平台也结合需要动态地进行部署、配置或取消。云计算的资源更加虚拟化，其储存效率突出，具有较高的可扩展性，便于在科研工作中应用[3]。云计算系统按需配置资源，系统弹性、可用服务突出，可实现快速、动态布置资源的目标，并结合业务需求灵活地进行升级、扩充。

1 构建能源云平台背景

1.1 政策支持

自“数字中国”战略提出以来，中央和地方均高度重视数字产业发展，特别是国务院国资委下发《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》和《关于推进“上云用数赋智”行动，培育新经济发展实施方案》，要求加快推进产业数字化转型[4]。国内能源行业明确提出打造能源类企业数字化转型示范，数字战略及相关政策使能源企业的数字化发展迎来历史机遇。

1.2 技术支持

能源革命和数字革命的深度融合以及在技术上深度的发展，为各能源企业的发展提供了新的发展方向[5]。新兴数字技术（例如“云、大、物、移、智、链”等）的出现，为能源企业的行业发展带来了新的机遇，能源行业的发展模式、行业发展的思维以及业态都受到新兴数字技术的影响，其结构都发生了一定的转变[6]。云平台和智能终端的建设，大幅度提升了信息接入网络的速度，并能够通过数字技术对能源企业或者行业进行智能监测，实现对企业生产或发展的远程运维操控，还可以对发展趋势进行精准预测，提高对未发生灾害的应对能力。

1.3 复杂数据信息处理技术

随着科学技术的飞速发展，大数据被广泛用于半结构化和非结构化数据中，通过分类、清洗和过滤可以将其完全转化为结构化数据。同时，在云平台的开发和运行过程中，非结构化数据信息也可以有效地存储在分布式系统中。

首先，它是一个分布式文件系统。分布式文件系统将相应的信息数据有效地存储在物理存储点中，完成对这些数据信息的统一分发和管理，并为用户提供相应的访问接口，有效地摆脱、减少对原始文件系统的约束。

其次，它是分布式数据库。随着科学技术的飞速发展，在当今的大数据时代，人们对数据的查询、管理和存储的要求越来越高，分布式数据系统开始在建设社会的各个领域中应用，图像数据库也广泛地应用于各个领域。

最后，它是一个关系数据库系统。结构化数据对云平台的发展和运行具有重要影响，因此，相关人员在构建云平台时，应更加重视对数控信息的处理和存储，更加有效地执行相关任务。因此，在存储数据时，负责人必须综合考虑数据和信息的特点，确定合适的存储方式。

2 能源云平台的构建

2.1 集团云平台总体架构

集团云平台的建设涵盖了3个数据中心，分别为集团生产云数据中心、集团同城灾备云中心和集团异地灾备云中心，其中异地灾备云中心为完全新建的数据中心，其余2个数据中心为现有的生产数据中心[7]。集团云平台围绕集团数据中心的地域分布进行规划设计，具体划分原则如下：不同地域处于不同的Region，即包头和北京各1个Region，不同的Region内包括1套云平台的软硬件基础设施，要求对多Region的云进行统一管理，逻辑上形成1个分布式云数据中心，每个Region内的云架构根据业务上云及云容灾的需求进行设计和适配，最终实现应用于两地三中心灾备的云平台架构，如图1所示。

图1 两地三中心架构

集团云平台的建设主要分3个阶段进行:1）第一阶段主要形成拟静态优化设计、流固耦合及参数化设计等关键技术，建设机电一体化方针平台、虚拟现实实验室及先关技术知识体系和管理体系，并采购相关软硬件。2）第二阶段主要是建设新工业设计体系、多学科协调方针体系及相关技术知识体系与管理体系。3）第三阶段是设计云平台，并与ERP系统及PLM系统进行融合，在推广前端支撑平台中使用。

集团生产云数据中心中规划了2个AZ，分别为AZ1和AZ2，分别部署X86和ARM资源池，其中X86资源池用于运行生产业务，ARM资源池用于运行创新业务；集团同城灾备云中心规划了2个AZ，分别为AZ3和AZ4，同样部署X86和ARM资源池，其中X86资源池用于运行生产业务，ARM资源池用于运行创新业务；集团异地灾备云中心规划了1个AZ，即AZ5，部署X86资源池，在运行生产业务异地容灾系统中使用。

门户、CRM等共8个业务在集团生产数据中心中运行，通过云服务器高可用技术服务在同城灾备云中心中实现容灾；全面预算、移动办公等共7个业务在集团同城灾备中心中运行，通过CSHA在集团生产云数据中心中实现容灾，从而在北京同城2个数据中心实现相互容灾；OA、4A和门户共3个应用通过CSDR实现异地容灾。

2.2 集团云平台基础设施总体架构

基础设施包括网络、计算和存储，3个数据中心基础设施规划设计如下。

在集团生产云数据中心部署X86服务器和ARM服务器作为计算节点，同时部署分布式对象存储、分布式文件存储、分布式块存储和集中式存储，其中集中式存储用于为X86服务器提供存储空间，并为集团同城灾备云中心的集中式存储配置存储层双活，以提供云服务器高可用服务；分布式块存储主要为ARM服务器提供存储空间；数据库直接部署在云上，以支撑业务系统的运营。

在集团同城灾备云中心部署X86服务器和ARM服务器作为计算节点，同时部署集中式存储和分布式块存储，其中集中式存储用于为X86服务器提供存储空间，并为集团生产云数据中心的集中式存储配置存储双活，以提供云服务器高可用服务；分布式块存储为ARM服务器提供存储空间；数据库直接部署在云上，以支撑业务系统的运营。

在异地灾备云中心部署X86服务器作为计算节点，部署集中式存储用于复制集团生产云数据中心、集团同城灾备云中心的集中式存储配置存储层数据，以提供云服务器容灾技术服务；数据库直接部署在云上，以支撑业务系统的运营。

3个数据中心部分别部署备份一体机，将生产中心和同城灾备中心的数据备份后复制至异地的备份一体机，实现数据级的容灾。

2.3 功能实现

利用数据分析和关系树的方法建立分类模型。分析灾害信息数据不同属性间的关联性，最终选择数据中关联性最强的若干个特征属性。通过聚类分析、关键词提取进行数据分析，得到相应的数据模型[8]。随后对训练得到的模型进行测试分析，并根据测试指标来判断所建立模型的可靠性和准确性。

2.3.1 数据关系树搜索建模方法

该系统采用的建模方法为关系树搜索法[5]，该方法以拓扑的形式对不同的数据类型进行建模。

2.3.1.1 初始化

初始化状态，参数设置情况如下，首先B（B为结点数据）=∞，其次当前水平记为L=0；当前节点记为p=0。

2.3.1.2 p=0的展开情况

把p=0的直接子结点与当前水平（L=0）进行结合计算，将计算得到的数据储存在数据库中，用D（x，M）来表示。

2.3.1.3 结果检验

《液化烃球罐紧急切断阀选型设计规定》中规定: 当罐区有可靠的仪表空气系统时，应选用气动紧急切断阀；当罐区无仪表空气系统、但有负荷分级为一级负荷的电力电源系统时，应选用电液执行机构或电动执行机构驱动的紧急切断阀。在实际应用中，电动控制阀响应动作慢，且不能实现故障安全状态，因此不建议作为紧急切断阀使用，在无仪表气源的情况下优先选用电液控制阀。当切断阀的执行机构为气动型时，首选故障安全型单作用气缸执行机构；若采用气动双作用气缸执行机构时应配储气罐；若必须采用电动型执行机构时，其电源应采用负荷分级为一级负荷中特别重要的电力电源供电。

分析目录表中记录的结点数据，剔除标准为D（x，M）>B+r（r为新节点数据）。

2.3.1.4 回溯

目录表中的结点检验完毕后，则可以返回上一层进行操作，将数据参数设置为L=L-1。

如果L=0，则算法终止；如果L≠0，则转回结果检验；如果活动表中有结点，则继续第五步（选择最近结点）。

2.3.1.5 最近结点选择

选择活动表中的D（x，M）最小结点，将其记作p′，作为当前结点并进行下一步操作，当当前水平L为最终水平时，则转第六步（最终结果检验）进行数据操作，如果L=L+1，就将操作转换到第二步（p=0的展开情况）。

2.3.1.6 最终结果检验

利用算法进行检验，检验逻辑如下：以当前结点p′为起始点，检验其包括的每个节点x[i]，如果检验结果为D（x，M）>D（x[i]，M）+B，那么得到的结果可以保留，继续进行检验；如果数据结果为D（x，x[i]），且D（x，x[i]）

2.3.2 信息图形展示数据统计交叉覆盖法建模方法

设训练集为K=（a1，a2，…，ak），K分为S个子集K=（k1，k2，…，ks），对训练集进行预处理。训练过程中构造第i类学习样本ki的球形领域的步骤如下：1）如果序列样本集为空，则转回第五步（选择最近结点）；否则，令j=1，任取ki中一个时间序列设为ai。2）按照公式（1）~公式（3）计算d（X），作以ai为中心，阈值为H=d（X）的覆盖时间序列为C（j）3）通过求解球形领域的重心和平移领域的中心位置，使C（j）可以覆盖更多的样本点。4）从ki中将C（j）删除，如果样本集非空且j=j+1，则任取尚未被覆盖的样本点设为ai，转回第二步（p=0的展开情况）。5）迭代终止。

式中：d（X）为阈值；ai为Ki中第i个时间序列；Ki为第i个训练集；x为某一节点。

2.3.3 信息追溯树搜索定位建模方法

在关系树中，其分支结点的主要内容可以总结为3点，分别是累计评分、实时情况以及被访问次数。

2.3.3.1 选择

从根节点开始，向搜索树下端不断搜索需要被拓展的节点，对每个节点进行检查分析，检查结果一共存在3种情况，分别是该节点以结束拓展可能、该节点的所有动作已经被拓展以及该节点有可行动作且没有被拓展。

搜索到已结束的节点时，就在该节点继续进行操作。节点的被访问次数在选择的过程中会不断增加，在完成对所有节点的检查之后，可以在搜索树的地段部分找到一个节点进行拓展操作。

2.3.3.2 拓展

需要拓展的结点是通过数据筛查发现的，其中将其迫切需要被拓展的节点记作父节点，需要拓展但未进行拓展的动作记为A，以此创建父节点下新的子节点，进行下一步模拟操作。

2.3.3.3 模拟

成功和失败的评分记为1或0，随机进行模拟，模拟结束时间为当结点的评分成为结论时，此时便可以停止模拟操作。

2.3.3.4 反向传播

在对不同的子节点进行模拟后，会进行最终的累计评分操作，在父节点到根节点的整个路径上（包括所有结点累计评分操作）都以该模拟结果数据为依据，在选择数据结果的过程中，当出现结论时，最终的评分以发现的结论为最新评分结果，在不停地模拟更迭的过程中，随着数据模拟评分的改变，以评分最好的子节点作为决策依据，也就是将最新的评分结果作为最终定论。

2.4 图形数据库的设计方案

合理设计有关的scada 结构，其中主要设置前置机处理、实时性数据库系统管理、用户界面、报表工具软件、核心scada、数据库工具、图形编辑工具软件以及计算工具软件，设计期间必须给予重视，改善有关的系统结构。

图形在数据库中的储存可以以2种方式进行，2种方式有其不同的优点，一种是操作简单的整图记录，将1个完整的图形作为1条记录，然后将其储存在数据库中，但是其缺点也很明显，数据的冗余度比其他方式高，缺乏灵活性。另一种方式是将图形中的子元素摘除，以子元素的形式进行储存，该操作方式的优点是冗余度较低且灵活性较高，能满足基于OMS系统调配管理的需求。

3 集团云平台建设利用现状

目前已构建成熟稳定、安全可靠、开放兼容以及具备大规模资源管理和调度能力的IAAS云平台体系，完成了两地（北京、包头）三中心云化建设及统一云运营运维管理的任务。基于IAAS云平台架构实现了两地三中心完善的“灾备及服务”云架构，提升了应对突发灾难场景的数据恢复能力和关键业务接替能力，满足监管安全合规的要求，可以保障系统整体数据的安全。

形成具备120台网络设备、320台物理服务器、2 000台虚拟机、5套分布式存储以及6套集中式存储设备的云平台基础设施规模。使包括一体化管控系统、生产指挥协调调度系统、商旅平台系统以及OA系统等在内的75套系统在云平台上运行的任务。