現代艦船運用云計算有關問題的探析

吳作棟　金永明　郭煜

摘 要 時下，“云計算”正在成為信息技術產業發展的戰略重點，全球的信息技術機構都在紛紛向云計算轉型。與傳統的網絡應用模式相比，“云計算”的優勢在于虛擬化技術、動態可擴展、按需部署、高靈活性、可擴展性和可靠性高、性價比高等。本文在介紹云計算的基礎上，探討了“云計算”在艦船遠程實時監控系統中的應用、“云計算”平臺在艦船數據融合中的應用、“云計算”在艦船網絡負載均衡中的應用等內容。

關鍵詞 艦船;云計算;應用

1概念

云計算（cloud computing）是分布式計算的一種，指的是通過網絡“云”將巨大的數據計算處理程序分解成無數個小程序，然后，通過多部服務器組成的系統進行處理和分析這些小程序得到結果并返回給用戶。云計算早期，簡單地說，就是簡單的分布式計算，解決任務分發，并進行計算結果的合并。因而，云計算又稱為網格計算。通過這項技術，可以在很短的時間內（幾秒鐘）完成對數以萬計的數據的處理，從而達到強大的網絡服務。現階段所說的云服務，已不單是一種分布式計算，而是分布式計算、效用計算、負載均衡、并行計算、網絡存儲、熱備份冗雜和虛擬化等計算機技術混合演進并躍升的結果[1]。

2現代艦船中運用云計算的有關應用問題

2.1 云計算在艦船遠程實時監控系統中的應用

隨著現代信息技術的發展，艦船監控系統也朝著數字化、智能化及信息化發展，同時隨著監控數據的急速增長，如何實時從海量監控數據中挖掘出有效信息，是現代艦船遠程實時監控系統的關鍵。云計算平臺利用分布式架構﹑云存儲及并行計算技術，在大數據信息處理效率方面具有很大的優勢。

現代化監控系統需要處理海量的圖像信息，從中選取出有效信息，傳統的單中心處理架構已越來越不能滿足現代艦船遠程監控系統對于實時性能的要求，需要在架構及處理算法上進行改進。由于并行計算﹑分布式系統等信息領域技術的發展，基于云計算平臺的數據處理架構成為現代大數據處理平臺的主要技術，其原理是利用虛擬化技術把分布在不同地方的計算資源按照一定的邏輯進行組合，并利用并行計算理論將程序進行分解，合理分配至各邏輯資源。比如，基于Hadoop分布式的海上艦船遠程實時監控系統，分為3層：①最底層的數據存儲利用分布式的存儲架構來保存艦船遠程實時監控系統大量的視頻采集數據，同時為上層提供交互式查詢入口。②中間層是整個系統的核心，用來處理海量的監控數據，基于分布式計算資源處理具體算法的處理。利用數據庫接口與存儲層獲取數據，同時為上層提供信息輸出結果。③上層應用主要面向用戶，為不同的用戶展示所需信息。

基于云平臺的艦船遠程監控系統，主要是為了解決大數據的分布式處理及并行計算，要求具有良好的實時性、大規模并發性及快速查詢性等特點，同時還需具有良好的擴展性。

2.2 云計算平臺在艦船數據融合中的應用

隨著航運業的飛速發展及智能艦船技術的廣泛使用，艦船管理系統中的數據和數據種類以前所未有的速度增長。目前艦船管理系統在大數據的管理、分析以及查詢效率等方面面臨困境。大數據具有數據量大、數據類型多樣、低價值密度的特點。海量數據處理效率成為充分發揮大數據優勢的關鍵。云計算技術憑借其穩定高效的計算能力被廣泛應用于大數據處理。數據融合技術能夠實現異構數據的融合，提高信息共享和處理效率。

基于云計算平臺的艦船數據融合系統的整體架構，在系統邏輯上大致由用戶接口層、核心功能層及云平臺層3個部分組成。①云平臺層主要有服務器集群和分布式數據庫MongoDB組成，為上層提供云計算框架的硬件基礎。該層實現的功能主要是完成與外部數據的交互，完成系統內分布式數據的處理和保存，以及根據上層的需求提供相應的數據。②核心功能層主要包括高層次模塊設計和算法模塊的實現。高層次模塊由數據預處理、本體構建融合，網絡關系分析等模塊組成。③用戶接口層主要功能包括兩部分，一個是通過界面完成和用戶之間的交互，另一個是根據用戶的需求提供可視化的服務。

目前艦船管理系統在大數據的管理、分析以及查詢效率等方面面臨困境。大數據具有數據量大、數據類型多樣、低價值密度的特點，同時，大數據還存在的一個問題是空前復雜的數據異構性。如何充分發揮大數據優勢的關鍵點是海量數據處理效率。云計算技術能夠利用低廉的設備構成計算和存儲集群，獲取穩定高效的計算能力，云計算技術被廣泛應用于大數據處理。數據融合技術能夠實現異構數據的融合，可以提高信息共享和處理的效率。

2.3 云計算在艦船網絡負載均衡中的應用

艦船網絡中大量的服務器之間需要負載均衡技術來提高計算效率、減小任務響應時間和降低資源開銷。云計算使得負載均衡不同于集群服務器，負載均衡是云計算中的關鍵技術之一，將云計算任務分發到不同的節點上，從而達到了減小任務響應時間、提高魯棒性的目的。①在應用云計算進行艦船網絡負載均衡測試中，除了服務CPU等硬件指標外，任務的隊列、任務規模等都會影響到任務調度和任務響應時間。②通過云計算將不同的服務器接入，然后需要一臺服務器作為本地調度器，通過調度器對任務進行分配，管理站點內的服務器負載，其過程為： 當站點接收到發送的任務請求，調度器會將此任務備份，然后通過遠程將任務分發到指定的站點，在這個過程中調度器會根據有效鄰節點來接收任務。③利用CloudSim云計算平臺進行艦船網絡負載均衡實驗仿真，主要的評價指標是云計算系統中任務調度次數、完成任務的響應時間[2]。

3結束語

信息時代，互聯網、大數據、云計算、區塊鏈等技術對現代船艦的工業技術革命、裝備與性能的提升等都帶來一定的沖擊，一定程度上說，現代艦船運用云計算是必然的趨勢，通過科學的規劃與創新，云計算一定可以在現代船艦更多的領域發揮作用和效能。

參考文獻

[1] 趙德福.基于云計算的船舶動態監控系統設計[J].艦船科學技術，2014，36（12）：120-124.

[2] 董雙雙.海面分布式傳感器多信息融合技術[J].艦船科學技術，2015，37（4）：169-172.