高速公路路段管理中心超融合IT架构应用研究

李 旭 辉

(广东赛达交通科技股份有限公司，广东 广州 510023)

1 现状分析

某高速公路路段管理中心建于21世纪初，迄今已有十多年了。路段管理中心机房计算机系统承担着该路段公司所用业务管理系统：收费管理系统、交通监控系统、电力监控系统、隧道监控系统、道路养护系统、机电运维系统、资产管理系统、公司Web网站系统、OA系统、财务管理系统、公路养护及设备运维系统等计算机应用管理系统，如图1所示。

随着企业应用业务的增加，IT系统已经成为企业维持营运的核心生产要素。现有的公路路段管理中心传统IT基础架构为每一个业务管理系统，一般采用单独的一套服务器计算机系统接入网络，不同业务系统之间服务器各自物理独立。但不同建设期的企业业务管理系统，随着企业发展商业智能和大数据应用需求，这种传统的烟囱式建设的各个业务系统一方面成为信息孤岛，另一方面每新实施一个业务管理系统面临着要新购入服务器等计算机硬件设备，这种孤岛式的企业数据中心IT基础架构的弊端显而易见。

首先，服务器资源等硬件设备获取、部署周期长，而且硬件采购成本高。每次新业务实施，都需要针对服务器等计算机硬件系统进行选型、采购、上架安装、网络配置、操作系统和应用软件安装等；如从现有硬件资源分配和复用，则需要涉及系统业务和业务软件的安装、网络策略的调整、数据的迁移以及业务系统环境的搭建等，系统安装配置复杂繁琐且涉及面广，无法快速满足需求响应，严重影响系统上线进度。

其次，应用的可靠性、可用性低，只有收费管理系统个别关键性应用采用双机热备，大多数应用服务器为单机，如果某台服务器宕机，相应的业务中断；而且当硬件需要维护或升级或故障时，业务服务会面临中断，业务的连续性得不到保障。另外，传统架构应急事件处理能力差，突发事件处理时间长且效率低。

再次，IT信息化建设是一个不断扩容，长期持续的工程，不同时期建设的业务系统，异构环境难以整合；运维难度大，运维的成本高。部署实施新业务系统，或升级、迁移现有业务系统，无法做到根据实际需要出发分配现有资源，而且相应各业务系统越来越难以维护，稍有不慎就有造成业务服务中断的风险。

最后，现有系统资源利用率低，机房空间有限。由于各业务系统的服务器多为单机模式，一台服务器的CPU、内存、硬盘空间的资源要么负荷高，要么大量被闲置。

现有路段管理中心传统的IT架构暴露出的问题，已经难以满足当前不断增长的“互联网+”数据大爆炸时代。例如，当前正如火如荼进行的全国今年年底前基本实现取消高速公路省界站收费系统的改造，涉及到路段管理中心计算机资源的分配以及新旧业务系统的切换，采用传统的IT基础架构，给业务的升级改造带来诸多不便。

2 云计算的超融合IT架构

我们知道，传统IT架构下，每个业务应用系统都会配置一套计算机硬件设备，包括服务器、网络、存储设备；管理中心计算机系统的资源是根据业务系统独立分配的，形成各不同业务系统的资源孤岛。而所谓超融合数架构就是在同一套单元设备，可以是一体化设备，也可以是多节点x86服务器设备组成的集群，包括CPU计算资源、网络资源、存储资源全部实现虚拟化、池化，而且利用统一的云管理平台实现数据冗余、备份、负载均衡、快照技术、节点漂移等功能[1,2]，系统具有更高的可用性，从而保障业务服务的持续性。

路段管理中心而言，采用传统IT架构时，主要从满足要实施的业务角度去考虑采购IT设备，而采用超融合IT架构后，在已有超融合基础架构的产品的基础上，以满足业务的性能的角度，按需分配资源；这种架构在扩展上灵活而高效，扩展节点数基本是无限的，可以实现横向扩展，随着业务的增长而添加资源。

超融合IT架构的核心是通过云管理平台软件定义的方式，在一个集成系统中将所有业务应用的服务器、网络、存储等资源虚拟化为统一的资源池，实现自动化运维，减少人为操作，大大降低运维成本和风险。

超融合架构将机房内原有的服务器、存储、存储网络等硬件设备简化整合成单一的一体化设备，大大简化了机房内的设备空间，也大大简化了运维工作。相比传统的IT架构，可节约宝贵的机房机柜资源、节省硬件设备耗电，节能减排。

采用超融合架构后，对资源的利用率和扩容能力大大增加。管理中心设备采购从现有业务和未来业发展的总体需求出发，筹划统一的资源池管理，提前采购，提前部署，不再以业务系统项目为单元进行考虑。系统部署采用工具软件自动化部署，自动运维，传统的单点故障采用管理平台的动态漂移功能得以避免，系统实现高可用性，保障了业务的连续性，使IT基础设施满足了企业业务不断应用发展的能力[3,4]。

3 系统方案设计

3.1 业务资源分析

将路段管理中心适合部署到超融合的系统进行统一梳理资源需求，建设基于超融合IT架构的路段管理中心，对业务系统资源进行有效整合，通过超融合系统的云管理平台进行统一管理，实现在一个界面完成对路段管理中心所有计算机系统资源的管理、分配和运维分析等操作。

进行系统设计时，需要针对路段管理中心的收费管理系统、交通监控系统、电力监控系统、隧道监控系统、道路养护系统、机电运维系统、资产管理系统、公司Web网站系统、OA系统、财务管理系统、公路养护及设备运维系统等各业务管理系统分别计算所需要的CPU、内存、硬盘空间、网络带宽、操作系统类型等硬件、软件资源进行统计，可以得出超融合系统满足最基本需求的CPU、内存和存储容量。为了保证数据的冗余性和可靠性，通常分布式存储都是多副本的，常见的为3副本，所以在配置超融合系统物理硬盘容量时，需要将实际数据容量至少乘以3倍。当然，还需要考虑日后业务的扩展需求。

超融合系统资源需求设计，最核心的是要考虑提高资源利用率，充分发挥超融合架构的优势，在保证各业务系统性能的前提下合理分配计算、存储和网络等虚拟化资源，最大程度的提高超融合服务器设备的利用率。

3.2 超融合IT架构总体设计

在硬件方面选择一体化超融合机，一台2U高的融合一体机包含4个节点(x86服务器)。

在软件方面，采用商业成熟的VMware vSphere底层虚拟化软件+分布式存储软件+云管理平台软件建设计算、分布式存储和网络等虚拟化资源池，通过平台管理软件定义的资源池为分布式架构，具备高可用性，实现无单点故障、无单点瓶颈、横向弹性扩展、性能线性增长等。

如图2为基于超融合一体机的超融合IT架构总体设计。一体化机4个节点机中的每台物理机均分别实现4路万兆网络接口分别接入两台万兆数据交换机，实现万兆交换网络数据链路冗余。云管理平台包含云服务资源管理、云运维管理和云服务管理三方面的功能，在同一个Web界面实现对资源的管理、弹性调度、操作维护等云平台统一管理功能。通过云管理平台将一体机的计算、存储、网络等方面物理资源虚拟化为动态可调整的虚拟资源供创建的虚拟机VM使用。根据实际业务资源需求创建的虚拟机，提供高可用性，资源弹性按需分配，将充分保障业务系统的连续性与不同业务虚拟机之间的安全隔离。

具体实施时，该高速公路路段管理中心项目设计采用2U高4节点超融合一体机，其中每个节点的具体配置为：双路12CPU,512G内存、12T硬盘、8口万兆网卡。另外，采用2台万兆交换机作为数据交换网络用。

另外，对于路段管理中心服役超过10年以上的旧服务器，利旧价值不大，进行淘汰处理，不建议继续使用，可以避免潜在的安全隐患及降低机房整体能耗成本。

该高速公路路段管理中心实施超融合IT架构后，系统架构简化，利用统一的云管理平台一个Web界面实现统一的监控、管理和运维。各个业务系统的资源需求根据实际负荷可弹性调度分配，良好的扩展能力和高可用性，保障了业务上线部署时只需按需分配资源快速便捷。

4 结语

随着IT技术的高速发展，高速公路路段管理中心计算机系统从传统的IT基础架构向超融合IT架构演变已是大势所趋。超融合IT架构的采用无论对旧业务的迁移、扩容还是新业务的部署上线，都只需根据统一的云管理平台进行资源的弹性分配，大大简化了IT架构，对计算机信息系统的管理、运维、业务扩展扩容方面相较传统的IT基础架构都带来优势。