基于云計算數據中心的數字化城市建設研究

于鵬洲（1．天津大學管理與經濟學部，天津，300072；2．天津市紅橋區建設管理委員會，天津，300130）

基于云計算數據中心的數字化城市建設研究

于鵬洲1，2
（1．天津大學管理與經濟學部，天津，300072；2．天津市紅橋區建設管理委員會，天津，300130）

通過對數字化城市和云計算技術的探討，提出在數字化城市建設中應用云計算技術的必要性，并構建了基于云計算數據中心的數字化城市建設體系結構。從政府服務、公共安全服務、教育服務以及交通醫療服務等方面對云計算技術在數字化城市建設中的應用進行分析，表明在數字化城市建設中應用云計算技術對提高城市的整體信息化水平具有十分重要的意義。

云計算；數字化城市；數據中心

1 數字城市概述

1.1 數字化城市的概念

數字化城市即將網絡技術、信息技術與數字化技術等多種高科技手段融合起來建立的計算機應用管理系統。廣義上來看，數字化城市就是利用網絡與多媒體等技術平臺，將城市各方面信息資源進行有效整合，實現城市的信息化及信息技術的綜合應用，數字化城市將整個城市生產及生活的各方面全部涵蓋，包括電子商務、公共信息服務、教育信息服務、社會保障服務、城市交通軌道管理、電子政務、城市基礎設施管理以及城市環境質量檢測等等。

1.2 數字化城市發展現狀

國外的數字化城市經歷了四個發展階段：第一階段為網絡基礎設施建設階段；第二階段為城市企業內部和政府部門內部信息化建設階段；第三階段為城市中企業與政府間的網絡互連階段；最后一個階段為數字化樓宇、數字化社區及數字化城市的建設階段。當前，美國、日本等發達國家幾乎完成了第三階段的建設，開始步入第四階段。但是我國有關數字化城市的建設的理論與技術體系才處于起步階段。在我國提出建設數字化城市戰略規劃的有近百座城市，但大多都是基于省市信息化目標框架下的工程。經過階段性的信息化建設后，這些城市基本都建立了面向群眾與企業的電子政務體系，但總體數字化城市建設水平同經濟社會發展需求之間依然存在很大的差距。我國數字化城市建設目前主要面臨以下兩方面挑戰：

（1）信息溢出的挑戰。為了使政務信息能夠更快、更及時地向公眾發布，滿足為各種業務及應用提供服務的需求，將所有政府職能部門信息系統與企業的業務信息系統進行整合勢在必行。所以為了適應海量信息存儲的需求和提供各種應用服務選擇，建立一個海量數據中心作為信息存儲與交換的平臺十分必要。

（2）信息技術花費的挑戰。從全球范圍來看，逐年遞增的IT費用主要是服務器管理費用的上漲，而且這一趨勢仍在繼續。而云計算數據中心具有易擴展性、通用性強和造價低等特點，如果能夠采用云計算數據中心必將降低企業和政府的IT費用。同時，企業與政府不同級別、檔次的服務器以及裝載不同操作系統的物理服務器通過虛擬化后可以全部整合到云計算數據平臺中。

2 云計算概述

2.1 云計算的概念

云計算是指通過服務的方式將IT技術提供給用戶，用戶即使不了解相關網絡技術與操作知識，也可以通過互聯網獲得所需要的服務。云計算是在并行計算、分布式計算與網格計算等計算方式上發展起來的，并在虛擬化與效用計算等概念上不斷演進的結果。按云計算服務類型可以將其劃分為基礎設施層服務（IaaS）、平臺層服務（PaaS）和軟件層服務（SaaS）的三層服務結構體系。在該結構體系中，SaaS位于構架的最底層，PaaS位于構架中層，IaaS位于構架的頂層。

2.2 云計算系統的核心技術

（1）海量數據存儲技術。云計算系統中包含大量的服務器，保證為海量用戶提供服務。所以，云計算系統采用了分布式方式來存儲海量數據，保證了數據的可靠性，避免了數據的冗余。

（2）海量數據管理技術。云計算系統需要對呈分布狀的海量數據進行處理和分析，同時能夠對海量數據源進行高效的管理。

（3）虛擬化技術。虛擬化技術可以實現底層硬件與高層軟件的分離，通過虛擬化技術可以將獨立單一資源劃分為若干個虛擬資源的分裂模式，也可以將多個資源整合起來形成一個虛擬資源的聚合模式。

（4）云計算平臺管理技術。通過云計算平臺管理技術可以使平臺中的大量服務器協同工作，確保快速準確地發現系統故障并及時進行恢復，有效保障規模如此龐大的系統能夠利用自動化與智能化手段進行可靠運營。

3 數字化城市云計算數據中心的建立

3.1 云計算數據中心的概念

云計算數據中心將IaaS和PaaS服務應用到數據中心，為虛擬化的基礎設施資源和公共信息集成提供服務。云計算數據中心的提供服務的方式為，通過分布式計算機系統，將高速互聯網與無線通信網絡傳輸力進行整合，把數據的計算與存儲功能交由網絡中的計算機機群負責。一個大型的云計算數據中心，其主要功能便是對分布式計算機進行有效管理，將基礎設施資源進行虛擬化，對海量數據進行自動化管理，根據用戶的需求分配IT資源，對資源進行動態的分配與管理，保證負載均衡，云計算系統數據中心管理人員還可對軟件進行部署與安全控制。云計算數據中心可以實現在數據層管理數據，在平臺層為用戶提供信息服務的同時兼具數據管理的服務方式。在這種服務方式下，用戶想獲得服務支持，只需要支付相應的費用，而無需考慮數據的存儲位置、存儲容量、資源調度方式以及系統安全策略等問題。云計算數據中心的核心價值在于軟件與硬件可根據需求進行擴展，可以提供無限的數據存儲空間，能夠實現數據的自動化管理，還可為數據處理提供無限的計算能力。

3.2 數字化城市云計算機數據中心的部署方式

根據開放對象的不同，可以將云分為公有云、私有云與混合云三種。公有云指通過即付方式面向公眾的服務；私有云指面向企業或政府部門等的數據中心，不為公眾提供服務的方式；混合云指既包含公有云也包含私有云的一種混合構架。目前我國的電信運營單位所部署的云數據中心，大多是采用了混合云模式。

數字化城市云計算數據中心也可以采用混合云的模式，一方面可以租用電信運營單位已部署好的云計算數據中心，另一方面混合云與數字化城市的業務類型匹配程度較高，有利于最大化實現云服務的效用。數字化城市屬于龐大的開放式系統，需要不斷地與外界進行大量的信息交換，為了實現城市管理的人本化服務、建立完善一站式的公眾服務平臺以滿足與公眾的業務交互，要求數字化城市的云計算數據中心不僅能夠具備私有云的特點，還要滿足公有云所能提供的服務。政府如果租用現有的混合云，則可以在私有云中進行數據的存儲與業務或服務的處理，當資源需求達到高峰時，可以直接調用公有云來加強數據的處理，作為私有云的補充，而無需額外支出來購買軟硬件設備，由此可見，采用混合云的模式可以有效地實現云服務的效用最大化。

3.3 數字化城市云計算數據中心的層次結構

云計算數據中心的結構可以抽象為虛擬層、數據層及平臺層三層結構。虛擬層通過虛擬技術，將基礎設施、各種網絡及操作系統虛擬化，為數據層提供虛擬資源與虛擬技術，是數據層的基礎，在本文所設計的數字化城市系統結構中，將云計算數據中心的虛擬層與數據層整合在一起，作為數字城市系統的數據層。數據層實現數據的存儲、處理與加工功能，這也是IaaS應用服務的體現。平臺層為用戶提供了在互聯網上進行自定義開發、測試以及部署應用服務的集成公共平臺，可以提供性能更高、更具個性化的服務，通過網絡服務器將封裝的服務信息提供給最終用戶，這正是PaaS應用服務的體現。云計算數據中心的平臺層對應本文所設計的數字化城市系統結構的集成公共平臺層。考慮到數字化城市業務靈活多變，而且業務需求變化迅速，SaaS應用實現存在困難，所以在本文的云計算數據中心所對應的數字化城市系統結構中沒有運用到SaaS應用。本文所設計的基于云計算數據中心的數字化城市系統層次結構如圖1所示。

4 云計算在數字化城市建設中的應用

4.1 政府服務

在數字化城市建設中應用云計算技術可以將政府部門的日常行政工作利用網絡進行規劃與管理，通過一站式公共服務平臺向公眾提供所需要的服務，由此打破原有的窗口服務模式，突破人力資源的界限，使政府日常工作體系實現虛擬化，可以提高政府部門的信息化水平，在政府與公眾之間形成有效的聯結機制。

4.2 公共安全服務

在數字化城市建設中應用云計算技術可以有效建立城市安全監控系統，該系統能夠與城市中其他監控系統進行有機結合，并同城市公安部門的安全監控系統整合在一起，從而達到對全市所有重點公眾場所、重要單位、部門的有效安全監控與管理，還可以快速地貫徹落實各種政策與安全措施，對提高城市整體安全水平具有重要作用。

4.3 教育服務

在數字化城市建設中應用云計算技術還可對教育教學起到重要促進作用。云計算數據平臺可以為教師在教學過程中提供強大到數據支持和超強的計算能力，有助于教學水平的提高，同時學生的學習效率也能得到提升，另外對于提高學生的學習能力、分析能力、培育培養高素質高水平人才也都具有重要的意義。

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