#浅谈云计算与智慧城市架构建设

浅谈云计算和智慧城市架构建设

一、前言

关于云计算

云计算是一种基于网络的支持异构设施和资源流转的服务供给模型，它提供给客户可自治的服务。云计算支持异构的基础资源和异构的多任务体系，可以实现资源的按需分配、按量计费，达到按需索取的目标，最终促进资源规模化，促使分工的专业化，有利于降低单位资源成本，促进网络业务创新。

关于智慧城市

智慧城市是以多使用、多行业、复杂系统组成的综合体。多个使用系统之间存在信息共享、交互的需求。各不同的使用系统需要共同抽取数据综合计算和呈现综合结果。如此众多繁复的系统需要多个强大的信息处理中心进行各种信息的处理。

要从根本上支撑庞大系统的安全运行，需要考虑基于云计算的网络架构，建设智慧城市云计算数据中心。在满足上述需求的同时云计算数据中心具备传统数据中心、单使用系统建设无法比拟的优势：随需应变的动态伸缩能力(基于云计算基础架构平台，动态添加使用系统)以及极高的性能投资比(相对传统的数据中心，硬件投资至少下降30%以上)。

二、云计算使用于智慧城市的优势

平台层的统一和高效能

通过架构即服务(Iaas)的构建模式，将传统数据中心不同架构、

不同品牌、不同型号的服务器进行整合，通过云操作系统的调度，向使用系统提供一个统一的运行支撑平台。

同时，借助于云计算平台的虚拟化基础架构，可以有效的进行资源切割、资源调配和资源整合，按照使用需求来合理分配计算、存储资源，最优化效能比例。

大规模基础软硬件管理

基础软硬件管理，主要负责大规模基础软件、硬件资源的监控和管理，为云计算中心操作系统的资源调度等高级使用提供了决策信息，是云计算中心操作系统的资源管理的基础。基础软件资源，包括单机操作系统、中间件、数据库等。基础硬件资源，则包括网络环境下的三大主要设备，即：计算(服务器)、存储(存储设备)和网络(交换机、路由器等设备)。基础软硬件管理中心，可以对基础软件、硬件资源进行资产管理;可以实现基础硬件的状态监控和性能监控;能够对异常情况触发报警，提醒用户及时维护问题设备;能够对基础软硬件资源进行长期的统计分析，为高层次的资源调度提供决策依据。

业务/资源调度管理

云计算数据中心的突出特点，是具备大量的基础软硬件资源，实现了基础资源的规模化。可以提高资源的利用率，降低单位资源的成本。业务/资源调度中心可以实现资源的多用户共享，有效提高资源的利用率。且可以根据业务的负载情况，自动将资源调度到需要的地方。

业务/资源调度中心是云计算数据中心操作系统的高级使用模

式，也是云计算数据中心低碳、绿色的开展业务的必然要求。

安全控制管理

一个产业、一个国家的竞争力可以有很多，而在信息时代下，数据已成为产业、国家的核心竞争力。云计算，实现了计算和存储的分离，实现了众多用户对同一基础资源的共享使用。但同时，众多用户共享同一资源，也对数据安全提出了更高的挑战。

在云计算环境下，基础资源的集中规模化管理，使得客户端的安全问题更多的转移到数据中心。从专业化角度，最终用户可以借助云数据中心的安全机制实现业务的安全性，而不用为此耗费自己过多的资源和精力。但同时，对云计算中心而言，需要直接对更多用户的安全负责。具体而言，云计算安全涉及以下几个主要方面：数据访问风险、数据存放地风险、信息管理风险、数据隔离风险、法律调查支持风险、持续发展和迁移风险等等。

云计算数据中心的安全控制，可以从基础软硬件安全设计、云计算中心操作系统架构、策略、认证、加密等多方面进行综合防控，保证云计算数据中心的信息安全。

节能降耗管理

建设节约型社会，是经济社会可持续发展的物质基础，是保障经济安全和国家安全的重要举措。对于云计算数据中心，面对规模巨大的基础软、硬件资源，实现这些基础资源的绿色、节能运维管理，是资源供应商业务的必然需求，也是云计算发展的初衷之一。

当前，业界普遍的情况，设备采购是以保证各项业务峰值需要为

依据的。为此，用户往往采购了大量的设备。但实际运行过程中，设备负载普遍较低，通常仅在20%左右。特别在低负载时段，服务器的利用率更为低下。长期的低利用率，造成了大量资源的浪费和能源的无谓损耗。

云计算数据中心，实现了资源的多租户使用。通过业务的历史统计信息，配合业务/资源调度管理，可以有效提高资源的利用率。在典型使用中，采用节能技术的云计算数据中心，可以将资源负载提高到80%，除去资源调度过程中的损耗，可以将资源的有效负载提高2倍。当前中国服务器保有量在200余万台，如果能够较为普遍的采用云计算节能技术，则可以降低65%左右的能源损耗。以服务器平均能耗200瓦/小时计，全年可节约160亿千瓦时的电能，相当于葛洲坝电站2009年全年的发电量。

而在夜间，数据中心整体负载降低情况下，则可将空闲资源转入休眠模式，从而在最大程度上实现数据中心绿色、低碳的节能运营。

三、云计算使用于智慧城市建设的意义

促进现代服务业的发展

发展现代服务业，带动产业结构调整，是我国信息技术产业所肩负的重要历史使命。云计算，使计算和信息服务走向社会化、集约化、专业化，让更多的人能够以低成本享受到我们的信息技术和信息资源服务，是促进我国现代服务业发展的重要信息技术。

现代服务业是从工业、农业、服务业三个产业角度抽出的，它是一种利用高新技术，特别是信息通信技术和垫带管理理念的一种新的

服务业态，云计算正是上述所提的新的业态。可见，云计算是现代服务业的一个交集关系，一方面它属现代服务业，另一方面它也可以为其它工业、农业和传统服务业做计算服务，共同形成全面的支撑关系，可见云计算作为现代服务业中一员可提供一切需要计算服务的请求。

现代服务业中各种计算服务都可以采用“云”计算的解决方案。云计算将进一步推动现代服务业的发展，而现代服务业的不断增长的需求又会促进云计算服务的更大的使用和技术上进步。

推动区域社会和经济更快发展

云计算作为一种计算模式，其重要特征就是资源整合，能够提供更强大的使用支撑能力，进一步推动区域信息化建设发展，为区域社会和经济更快更好地发展提供有力保障。

经过多年的建设，传统的无线城市在电子政务、电子商务等方面已经形成了多个使用平台，积累的大量的数据。但是这些平台之间是相互独立的，形成多个数据孤岛，并且普遍存在设备利用率低、管理维护成本高等问题。云计算中心的建设，使我们能够有效整合计算资源和数据，支撑更大规模的使用，处理更大规模的数据，并且能够对数据进行深度挖掘，从而为政府决策、企业发展、公众服务提供更好的平台。

对于中小企业，传统的IT模式需要在硬件设备上投入大量资金，而没能在预期时间内获取相应的收益，将面临很大的商业风险;面对迅速增长的市场机遇，则可能因为无法满足用户需求而错失市场机遇。在云计算环境下，用户可以随时根据业务规模，租借相应的硬件

设备资源，可以灵活的适应业务变化，有效规避风险，更好的把握机遇。因而，云计算能够更好的降低中小企业风险，促进中小企业高效、健康发展。

降低区域信息化的总体成本

云计算通过资源整合、统一管理和高效的资源流转，可以有效降低区域信息化的总体成本，从而降低信息化门槛，使得更多的单位和企业愿意通过信息化提高工作效率。

首先，降低投资成本。通常情况下，IT资源投资规划，往往是依照业务高峰负载时的需求进行采购，是一种负载最大化的规划形式。但在日常使用中，绝大多数时间里，IT资源的负载只有20%左右，导致大量的资源在低负荷中，被闲置浪费。云计算的突出特点，在于实现IT资源共享。可以在保证数据隔离的情况下，实现多个业务对物理资源的共享，即在实现安全性的前提下，有效提高物理资源的利用率。因而，采用云计算方案构建数据中心，可以将IT物理资源的利用率提高到80%以上，有效降低物理设备的投资规模，是更为高效的投资规划方向。

其次，提高利用率，降低日常运营成本。在白天业务高峰时，IT 物理资源负载较高。而在夜间，IT物理资源负载很低。但为了保证业务的连续性，IT物理资源往往需要不间断运行，由此，在夜间负载很低时，IT物力资源也耗费了大量的电能。云计算，可以实现有效的绿色节能。在夜间负载低时，能够实现业务的不间断转移，可以有效将业务转移到部分IT物理资源上，而将其他空闲的物理资源关

机或转入节能模式。经过实际验证，夜间，云计算可将80%的业务转移到20%的物理资源上，从而节约70%左右的电能。

最后，降低管理维护成本。传统的IT系统，服务器分散，大量的计算任务在桌面进行，每个单位和企业都要拿出相当的人力、物力进行IT系统的日常维护，包括硬件维修、软件升级、修补漏洞、查杀病毒等，甚至个人电脑重装系统都要浪费大量时间。云计算通过资源集中和统一管理，降低了这些单位和企业的日常维护工作量，大量的工作都转移到后台由专业人员完成，从而有效降低了管理维护成本。

为数据安全提供保障

云计算通过将数据集中存放，降低了数据在个人手中遗失或者泄露的风险。同时，云计算中心还采用了多种安全手段和容灾备份手段，保证数据不会丢失，也不会被非法篡改。

四、智慧城市的架构设计

随着业务的快速发展，政府和企业(泛指运营商、企业和行业用户)的业务使用和数据正在从分散部署走向大集中，作为业务承载体的IT设施的部署模型随之发生翻天覆地的变化，互联互通已经不能满足流程整合后的业务持续发展的需求。

网络是连接所有数据中心IT组件的唯一通用实体，构建坚实的网络基础设施将为数据中心业务永续、管理和运维提供保障。

通常来讲，用户的业务可分为多个子系统，彼此之间会有数据共享、业务互访、数据访问控制和隔离的需求，根据业务相关性和流程

需要，需要采用模块化设计，实现低耦合、高内聚，保证系统和数据的安全性、可靠性、灵活扩展性、易于管理。

考虑基于Iaas架构进行设计，以云计算数据中心为核心，打造独立于多个使用系统的公共云，通过各类不同的云，如市政云、交通云、教育云、安全云、社区云、旅游云为各类上层使用提供支持，其架构能后续扩展支持其它云。

云计算数据中心网络总体架构图

市政云模块

市政平台能提供移动办公、移动执法、视频监控、公众服务等业务的移动通信网络的接入通道服务，集成包括3G移动宽带、短信、彩信、位置服务等移动通信资源，对委办各局的使用接入进行统一管理，并负责移动智能政务的网络安全、身份认证、运行监控，负责城市综合多媒体信息的发布。

平台的建设目标包括以下六个方面：

? 建立统一的移动智能政务接入管理平台

? 建立统一的移动智能政务访问门户

? 建立统一的移动智能政务安全认证平台

? 建设统一的政务无线网关(短信、彩信、位置服务)

? 建设和智能政务外网安全连接的3G通信网络通道

? 建设统一的城市综合多媒体信息系统

交通云模块

? 交通拥挤造成了巨大的时间浪费，加大了环境污染当前，面对当今世界全球化、信息化发展趋势，传统的交通技术和手段已不适应经济社会发展的要求。智能交通系统将是交通事业发展的必然选择，更是交通事业的一场革命。

? 结合目前城市交通现状和需求，为提升百姓出行幸福指数，重点在公共交通领域打造高质量服务的城市智能公交系统。

? 智能公交解决方案，将无线技术和ITS的理念结合，为市民提供便民服务：

–公交调度指挥和车队管理

–公交出行信息服务

–公交安保服务

教育云模块：好的教学课要打破时间、空间的限制，实时共享给其它学校的教师，并且能进行实时的互动、交流，以较快提升整个城市的教师水平。

安全云模块

随着城市区域不断扩大、人口增加及流动因素也随之扩大，公安警力的增长速度逐渐不能满足实际需求，而很多城市早期对城市视频

监控系统的监控点分布少、覆盖区域小、盲点多、清晰度差;各自的管理相对分散，居民小区或行业之间的信息汇总、资源共享较少。公安工作移动性、突发行、紧急性等特点，使得一线部门需要实时和公安数据中心交换信息。从上述需求看，结合城市里的已经部署的高清视频监控系统，整合各种资源以适应城市应急保障制度，配备具有移动性能特点的“警务通”系统，通过数字视频集中管理系统化科技手段打造“平安城市” 。智慧城市规划使用中“平安城市”属于此模块。

社区云模块：“数字社区”将根据需求导向、科学规划、着眼使用、注重实效的建设原则，进一步明确建设内容，规划进度安排，展望实施效益，以确保“数字社区”建设科学、有序、快速建设。“数字社区”具有高技术含量和先进的物联网及信息技术的使用集中体现。通过采用现代传感技术、数字信息处理技术、数字通信技术、计算机技术、多媒体技术和网络技术，实现社区内各种信息的采集、处理、传输、显示和高度集成共享，实现社区自动化、智能化监控，实现社区生活和工作安全、舒适、高效。进行精密设计、优化集成建设代表国内一流水平的数字化及智能化系统工程。数字社区满足社区广大人民群众的实际需求，建立一套极为完善的数字社区综合信息平台，充分体现端州鲜明的时代特征