2013年,厦门大学集装箱数据中心成功验收并即将投入运营,这将是集装箱数据中心在全球真正意义上应用于海上航船环境的首例。集装箱数据中心在提高科考效率、保障数据安全性等方面效用显著。为深入研究集装箱数据中心在海洋科考等领域的应用前景,计世资讯数据中心研究中心拜访了厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室副主任兼数据中心负责人王海黎博士,研究了解该校在船载式集装箱数据中心领域的探索历程及收获。

厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室(以下简称实验室)是国内在海洋科学研究领域少数几个国家重点实验室之一,担负着国家海洋环境基础研究及多学科综合观测的重要任务。实验室的主攻方向为海洋生物地球化学过程及其与海洋生态系统相互作用,需要在全球范围内进行现代化远洋科考,获取大量的第一手现场观测数据。海洋科考对于信息化技术具有极高要求。一方面,海洋环境变化快,需观测的海洋参数种类多、频率高,观测数据量大;另一方面,海洋科学研究一般采用迭代模式,观测所得数据需要实时或准实时地输入数值模型进行验证,在与实测数据进行对比的过程中不断调整、优化数值模型,这对数据的实时处理能力要求极高。

目前,实验室主要靠租赁科考船进行远洋科考,而我国科考船很多建设于上世纪八、九十年代,信息化基础设施薄弱,较难满足现代化远洋科考需求。海上风浪大、环境复杂多变,盐雾湿气对设备的腐蚀损伤极大,在这类科考船上很难保证大型IT设备在海洋环境中的正常运转。另一方面,有些科考船通信设施简陋,部分船只甚至不能支持有效的海事卫星数据传输,更难以保证IT设备安全、可靠、快速、低成本部署。此外,每次观测航次结束后,需要靠岸才能进行高通量数据处理,也间接限制了海洋科考活动海域,难以推进更具探索意义的海上科研活动。

自2011年,实验室开始寻找一种灵活方便、高效计算、安全性高的技术解决方案。经过多方调研论证、考察,实验室领导决定创新性地在科考船上搭载集装箱式数据中心。经过与各解决方案厂商进行细致沟通对比、公开招标,实验室最后决定采用IBM公司的集装箱式数据中心解决方案。标准制式的集装箱数据中心可以灵活快速地搭载于不同的科考船上,高集成度、高性能的数据中心可充分满足现有数据处理和存储需求,集中式存储和冗余备份系统充分保障数据的高共享性和安全性。

(1)20英尺集装箱能满足科考人员实时高性能运算、大容量存储需求

集装箱数据中心采用标准20英尺标准制式,将供配电、UPS、精密空调、消防、动力、门禁控制、刀片服务器、存储等集于一体,高性能、集约化的设计大大节省了船体空间;箱体设计配置CPU总数超过80个,运算峰值超过2T FLOPS,总内存超过192GB,磁盘存储总量超过80TB,可满足实验室海上长达数月的运算和存储需求。科考人员通过对观测到的各类数据进行实时处理并共享,实时在线地支持多学科交叉与融合,获取高质量的科研成果。

(2)抗风浪、防腐、防潮,保障5级大浪下正常运转并达到IP55防护等级

海洋环境风浪大、湿度高、盐雾多,天气变化快,较陆地环境应用更为恶劣。箱体的机架上安装了导轨系统和自感应阻尼系统,移动停止后可自动固定物体,有效防止船体晃动时机架对人员造成危害。为减少船体振动对IT设备造成伤害,机架设有减振系统,可保障在5级大浪(有义浪高:2.5~4米,风力6级)环境下的正常运转;针对海洋环境湿气、盐雾对IT设备的腐蚀问题,集装箱的箱体和内部设备表面采用了海上防盐水腐蚀油漆的涂料,箱框架和特殊的外形与门整合在一起,满足IP55防护等级;在换气方面,箱体内安装有新风系统,并设置加/除湿过滤器。针对独特使用环境设计的安全保障,可通过冲击、防尘、水浸、噪声、隔热、密封、电磁干扰、防火阻燃等多项认证。

(3)采用双机热备,供电、制冷双冗余架构,确保数据中心高安全性

为保证海洋科考的数据安全,集装箱内提供有双机热备方案,针对供电和制冷系统均采用了双冗余架构。集装箱采用设备、环境、视频的远程监控系统,KVM远程管理系统,避免人员频繁进出机房,提升数据中心的可控性。

(4)协同共享提升数据使用效率,实现高共享性和高可用性

现代化海洋科考往往是多项目组协同配合,数据存储于各项目组自带IT设备中,共享性和安全性问题突出。集装箱数据中心采用集中式数据存储,各研究小组按角色权限从数据中心获取相关数据,有效避免了分散式存储的数据丢失风险,各研究小组可利用数据中心进行资源共享和交叉分析;集装箱箱体外侧加装海事卫星通讯天线,使海上研究团队和陆地研究团队保持实时沟通。

表1 海洋科考中应用集装箱数据中心与传统科考对比

据王海黎博士介绍,厦门大学集装箱数据中心已完成验收并将于近期在厂商配合下出海首航。科考人员将可在科考船上完成水体、大气、深海极端环境等多种环境的探测活动,可对收集的海量数据进行实时分析,并利用海事通讯接口与陆地工作组进行协同共享,这将极大提高实验室在全球远洋科考技术方面的实力。随着海洋科考的不断深入,实验室未来考虑自建新型科考船,部署更为先进的集装箱式数据中心,完成海洋集装箱数据中心应用指南,为我国海洋产业信息化的应用发展做出更为卓越的先驱性贡献。

我国是海洋大国,在海洋有着广泛的战略利益,海洋事业的发展关乎国家根本利益。在《国家“十二五”海洋科学和技术发展规划纲要》所提到的发展任务中,第一项就是“强化海洋调查探测研究、提高海洋认知能力”。在未来我国综合国力不断增强,海洋利益的关注度日益提高背景下,海洋产业的发展将更为迅速。可以预见,未来在海上进行实时数据处理需求将快速增长,集装箱数据中心在海洋产业中的应用价值更为突出。

除了远洋科考外,军事、制造、传媒、资源勘探、云计算等行业对于便于移动、快速部署的集装箱数据中心也具有旺盛的需求。随着各行业信息化建设的不断深入,全球化进程的快速推进,各行业的业务对信息化依赖程度也将越来越高,集装箱式数据中心的快速部署、定制化能力强、易于扩展等优势将日趋显著,在国内的应用前景也将更加广泛。

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