虛擬化和數據融合在空管數據中心建設中的應用分析

文｜石彥君

目前空管領域內有眾多的信息系統在同時運行，存在硬件資源利用效率低、網絡資源耗費大、維護成本大、信息孤島多、數據一致性難以保證等多種問題。本文探討研究空管數據中心的虛擬化及數據融合的應用實踐，同時闡述了數據中心架構的主要方式和重要建設內容。

空管信息數據是我國空管保障體系中重要的資源，對其進行有效采集和利用，對于提升空管運行和保障能力、提高國家空域資源規劃利用和空域安全水平、維護空中交通秩序、確保航空活動的安全高效，都有著至關重要的作用。隨著空管一體化、軍民協同、無人機飛行規模化等新趨勢的出現，西南空管原有空管信息系統的建設模式和技術架構面臨著不少新的問題和挑戰。

云計算和虛擬化技術的發展，對計算機科學和應用產生了極大的影響，也促進了IT基礎架構的變革。同時隨著信息技術的發展，空管領域的數字化、電子化在規模和程度上都有比較大的發展，數據交互、共享和協同需求越發重要，系統及數據的安全可靠也需要不斷強化。

一、傳統空管信息系統運行情況

傳統的空管信息系統基本上都處在獨立運行的狀態，系統之間僅僅基于各自系統結構的特定數據接口和鏈路來保證必要的數據交互和通信。各個系統的服務端和客戶端比較分散，僅有個別系統進行了基本的網絡共享，整體上各個系統的邏輯結構和數據流程均獨立，普遍存在以下幾個方面的主要問題。

（一）硬件資源利用效率偏低

現有的運行系統在硬件設備上相互獨立，造成服務器、客戶端等硬件資源耗費較多；另外，在客戶端的部署上，也基本上采用一套系統、一臺客戶端的策略進行配置。

（二）網絡資源耗費較大

系統之間存在信息互聯或讀取同步等要求，因此各信息系統之間存在數據共享的實際需求。由于客戶端分布廣泛，各系統服務器與客戶端之間的鏈接需要占用大量的傳輸鏈路資源，出于安全性、高效性等多方面的考慮，各系統的傳輸鏈路相互獨立，很大程度上造成了網絡資源的浪費。

（三）維護成本較大

系統大多數采用C/S架構，或者C/S模式和B/S模式混雜，另外客戶端分布較為分散，當硬件發生故障時，維護人員疲于奔命，維護效率受到一定程度的影響。

（四）存在信息孤島

目前空管各信息系統安裝位置分散，在一定程度上存在信息孤島的情況。在實際運行環境下，系統之間互聯或者數據共享存在著較大且不必要的軟硬件開銷，在一定程度上增加了系統的安全運行風險。

（五）不同系統間數據一致性難以保障

各個空管信息系統運行相互獨立，只在關鍵的數據上進行交互。對于其中一些相對固定的基礎數據來說，多數情況下可以依靠初始錄入或者定期運維更新的方式進行，這樣難免由于錄入時間和方式的不同，或者人為疏失及程序的bug等原因，導致不同的系統使用了有差異的基礎數據，從而使得不同的信息系統生成的處理結果無法正常匹配。如果數據量巨大，當異常情況出現時開展排查和修正工作也會十分困難。

二、服務器虛擬化及數據融合

（一）服務器虛擬化

服務器虛擬化（Server Virtualization）是指在服務器上通過將物理資源抽象成邏輯資源，從而構建出若干相互隔離的虛擬服務器的技術。每個虛擬服務器都有邏輯上的 CPU、內存及I/O硬件，彼此之間相互獨立，可以通過安裝不同的操作系統和應用程序，來實現在同一服務器上同時運行多個不同的操作系統及應用程序。

（二）服務器虛擬化優勢

1.成本優勢

由于在物理服務器上可以構建若干獨立的虛擬服務器，每個虛擬服務器上可以部署不同的應用，這樣就可以在單臺物理服務器上部署多種應用而不會沖突，從而減少物理服務器的數量需求，減少機房UPS 和空調的負荷，有效降低機房的運維成本。

2.方便維護、遷移和災難恢復

虛擬化技術對物理服務器進行抽象，在不同物理服務器之間進行遷移，不必重新安裝操作系統和應用系統，大大提高了維護和遷移的效率。如果發生服務器硬件故障或操作系統崩潰的情況，可以在極短時間內將相關的虛擬服務器自動遷移至其它物理服務器上，迅速恢復業務。

（三）空管信息數據融合

要解決信息孤島，保障數據的一致性和有效性，避免冗余信息的干擾，讓信息在其生命周期地充分發揮作用，就需要讓信息清晰化和有效化。我們需要對空管信息系統樹立起一個“大局觀”——空管信息不是割裂存在的，他們是一個相互關聯、相互作用的集合，構成了一個有機的整體，關聯的核心是量化兩個數據之間的數理關系。為更好地映射各種相互關聯的空管信息，第一步就需要把有用的空管信息進行分析歸類，將相互作用較大和相類似的空管信息集中起來，進行統一的規劃、管理和應用，從而讓不同的空管信息系統協同工作起來。

為了對各種空管信息進行融合，接下來需要有一個功能強大的中心系統對整個信息數據進行采集、存儲、處理和發布。空管信息數據中心正是以實現這樣的功能為目的建立的，具體數據流程如圖1所示。融合前需要對獲取的數據進行數據治理，主要包括的工作有數據源校驗、數據清洗、數據預處理、數據質量控制和數據歸檔等。數據融合是將相互孤立的業務系統數據進行梳理，對同類或相近數據通過算法進行合并操作，在相關的數據之間建立關聯，不斷整合數據，形成更加完整、全面，維度更豐富的數據聚合。

圖1 空管信息數據中心數據流示意圖

三、空管信息數據中心架構及建設內容

空管數據中心基于多套核心交換機、防火墻、服務器、光纖存儲器構建，由虛擬化服務器組成計算資源池。其架構方式如圖2所示。

空管信息數據中心架構的主要內容包括：

（一）數據源一致性的保障

當前對于空管信息系統來說，存在多點多地多系統（主備保障異地備份等）的運行狀況。針對同一業務類型來說，不同的系統數據的覆蓋范圍更新時間存在細微差異，因此在實現數據的引接匯聚前要先評估數據的一致性，以免導致融合過程中出現錯誤，由于各個空管信息系統處于獨立的狀態，同時也需要對數據格式進行處理。

（二）基于云的技術運用

隨著系統規模激增，傳統的基于物理硬件形式的系統邏輯架構，在管理和資源調度等方面的復雜度趨于明顯，云技術的運用也就很有必要。針對空管信息系統特性選擇合適的云技術方案，可以采用H3C CloudOS作為云資源調度平臺。

（三）建立內部網絡結構和網絡安全

根據運行需求，我們構建了能夠統一管理和資源調配云網絡資源，同時應該配備相應的云安全組件（虛擬防火墻、云入侵防御等）。針對安全管理需要，分別采用分級分組權限管理及其他操作進行信息跟蹤和集中管理。

四、結束語

對于空管行業來說，如何有效利用各種信息來幫助實現運行保障一直都是重要的課題。數據中心系統的正式上線運行，逐步實現了對空管信息系統的整合和數據共享，并對未來的空管信息化和數據應用探索提供了條件，解決了各部門基礎設施利用率低、重復建設嚴重、應用部署靈活性不高、運維困難等問題，這是未來不斷探討和努力的方向之一。