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超融合·云架构——大数据推动风电监控中心登顶云端

随着国内风力发电技术的迅速发展,装机容量不断扩大的同时,基于云计算、物联网、智能控制等新技术的持续助力,风力发电机组的智能化程度越来越高,运维能力不断提升。与此同时,风电场监控中心功能更复杂,处理数据体量更大,传输速度要求更高,集成难度增加。然而,传统风电机组监控系统的数据中心部署方式由于其安全性较差、计算资源利用率低、计算效率慢,成为制约大数据、云计算等新技术运用的物理瓶颈,从而无法适应当前风电场监控中心提前预警、主动运维的新需求。

为了适应当前业务的复杂性和今后业务的发展需求,运达股份组建的信息化团队经过详细周密的调研后,选择了超融合基础架构(hyper-converged infrastructure,简称“HCI”)对其承载业务的数据中心基础架构进行了革新,并以其极简、稳定、安全、高可靠等特点为风电场监控系统各个环节提供服务支撑。

虚拟共享——超融合架构的主要特征

运达股份通过对8个风场67台服务器进行抽样调查,部署的各类业务系统平均CPU利用率为6%,内存利用率为33%,三年内硬盘空间利用率为30.1%,资源综合利用率太低。因此,相对于增加服务器,扩充存储容量,更好的选择是提高资源综合利用率。

运达股份所选择的超融合架构打破传统方式,将物理计算资源(CPU、内存)、存储空间统一集成在单个x86服务器节点内,若干台服务器节点通过简单的叠加,实现所有资源的统一管理、共享分配,其技术架构如图1所示。通过软件定义的方式实现计算资源虚拟化、存储空间虚拟化、网络虚拟化和安全虚拟化。

计算虚拟化:用户非常方便地新建、弹性调整、删除、备份和快照一台云主机。

存储空间虚拟化:将多台物理机的存储资源融合为一个大的存储池,然后再进行适当划分以便资源共享。

网络虚拟化:利用NFV(network function virtualization)实现云主机所处网络的自由定义,包括新增交换机、路由器、防火墙以及不同的网络策略。

安全虚拟化:实现分布式防火墙策略的制定、底层杀毒软件植入以及态势感知的监控。

总而言之,超融合架构下,所有资源,包括CPU、内存、网络,由设备专有通过虚拟技术变成资源共享,就像共享单车,所有的单车不属于某个人专用,而放在一个集体的平台上,随取随用,按需使用,提高资源利用率,减少资源闲置。

极简·高效·稳定·安全——超融合架的应用效能

超融合架构平台将配置的服务器组合成为私有云,硬件共享,软件扩能,用有限的资源去满足更多的业务需求,极大地提高了服务器综合效能。

计算虚拟化通过在每台服务器内安装虚拟化软件,构成计算资源池,再通过超融合平台虚拟化若干云主机,以供不同的用户和应用程序灵活使用。在单个服务器上面同时运行多个相互隔离的云主机,云主机可以通过集群调度的方式实现热迁移(在不同的物理服务器之间将副本进行启机,实现云主机无缝迁移到另一台物理服务器)。通过在不同的物理服务器之间存储不同的云主机配置文件,当某主机宕机时,在其他物理服务器上也能够自动启机,实现云主机的高可用性。

存储空间虚拟化将所有物理服务器的物理磁盘变成逻辑资源池,实现分布式存储。数据分散存储到不同的磁盘上,磁盘读写效率成倍提升;此外,基于超融合平台的资源调度算法实现云主机及其逻辑磁盘的双备份或三备份,这些备份分散到不同服务器的不同磁盘上,即使某单片磁盘或者某单台物理服务器发生故障都不会影响数据的安全。

网络虚拟化可以在超融合网络架构里只用到二层交换机,其他的网络设备全部通过在服务器内建虚拟化服务的方式来实现,极大简化物理部署,非常容易运维与排故。由于这些虚拟的网络设备置于HA(high available)的平台内,如果一台服务器宕机了,其他服务器马上就会接管,可靠性高于传统网络设备。

安全虚拟化将传统的防火墙、态势感知设备虚拟化成不同的模块,实现2~7层的全方位防护,未知威胁、潜在木马病毒和勒索病毒都可以被云化的态势感知平台提前感知到。对云主机而言,通过部署杀毒软件的代理端来实现主机内部的安全;网络上,将云主机之间进行适当隔离,保证云主机之间的按需通信。

超融合架构风电监控中心

基于超融合架构搭建的风电场监控系统助力浙江运达风电股份有限公司步入智慧运营阶段,进一步优化风场运维效益与质量,最终实现业务数字化转型和创新,进而推动业务模式创新、业务流程优化、服务体验的重构以及企业竞争力的增强。

以运达股份某风场监控中心应用超融合架构为例,该风电场共有24台单机容量为2MW的风电机组,其监控中心包含风电机组信息搜集和监控系统、大部件振动状态监测系统、全场风功率调节系统和风功率预测系统,出于运行安全考虑,这些系统全部实现双机热备。

极简可靠的网络配置如果按照传统数据中心部署方式成本很高,采用超融合方案则大大简化了硬件配置,且还能实现互为备份和资源冗余,如表1所示。超融合方案在服务器数量、总体配置、占用机柜和能耗上都有明显优势,而且所有云主机都利用HA实现了热备能力,这是传统模式很难做到的。

高效稳定的计算性能超融合架构相较于传统部署方式的功能优势是显而易见的,由于性能可靠,能完全胜任各类业务的承载。以核心关注点之一的虚拟存储性能为例进行性能测试说明。

利用Iometer软件进行实际读写测试。共测试了单云主机单磁盘、单云主机6虚拟磁盘、集群(15云主机3虚拟磁盘)3种负载,每种负载情况分为不同块大小的17种工况,每种工况又分6种IO深度,共进行了306项测试。测试结果表明,在各种工况下的平均波动率在0.02%,平均时延小于0.56ms,平均最大时延小于30ms,其中在4k/15主机的情况下最高IOPS (input/output operations per second)达到了386318ps。整体性能较优。

安全立体的网络防护采用超融合架构后的风电场网络架构以防火墙为中心,左边是安全Ⅰ区,右边是安全Ⅱ区。安全Ⅰ区的物理出口连接的是工业以太网核心交换机,安全Ⅱ区物理出口连接的是正向/反向隔离装置。防火墙、服务器、交换机、网络隔离装置的配置策略与传统方式完全相同。超融合架构下的风电场完全满足了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的技术要求。

超融合网络架构图

运达股份风电场监控中心采用超融合架构,计算性能比较好,资源利用率高,通过HA实现了所有业务服务的热备计算,通过数据自动备份实现了所有数据的备份安全,通过虚拟化网络实现了网络结构的灵活设置,通过安全虚拟化实现了分布式防火墙和底层的杀毒软件植入。这些措施,极大提高了监控中心业务整体的安全性与系统部署的生产效率。该架构的实施为风电行业风电场发展的智慧化奠定了顺畅的信息通道基础。

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▓来源:中国风电新闻网

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