基于智慧校园的数据中心建设研究

信息与电脑China Computer & Communication数据库技术

基于智慧校园的数据中心建设研究

夏开峰

（江苏联合职业技术学院 无锡交通分院，江苏 无锡　214151）

摘　要：经过多年发展，数字化校园的建设积累的大量数据并没有得到优化整理，一定程度上变成了“冗余数据”，这是数据资源的极大浪费。基于此，笔者就江苏省无锡交通高等职业技术学校智慧校园项目中数据中心的建设过程进行研究，先分析了数据中心的建设背景，然后着重阐述了数据中心的建设内容，最后就如何建立一个高效的、能够完成高强度信息资源处理任务的数据中心进行了探究。

关键词：智慧校园；数据中心；数据处理

中图分类号：TP308　　文献标识码：A　　文章编号：1003-9767（2019）22-127-04

Research on the Construction of Data Center Based on Intelligent Campus

Xia Kaifeng

Abstract: The construction of digital campus has been developed for many years, A large amount of data has been accumulated,

(Wuxi Traffic Branch, Jiangsu Union Technical Institute, Wuxi Jiangsu 214151, China)

but it has not been optimized to a certain extent become a “redundant data”, this is a great waste of data resources. Based on this, the technology. First, analyzes the background of the construction of the data center, then focus on the construction of the data center, explore how to build a data center that is efficient and capable of high-intensity information resource processing.

Key words: intelligent campus; data center; data processing

author studies the construction process of data center in the intelligent campus project of Jiangsu Wuxi institute of communications

0　建设背景

目前，江苏省无锡交通高等职业技术学校的数据中心基础环境建设采用的是传统的建设方式，即分别采购机柜、空调、UPS、网络设备、存储、服务器以及应用软件，再进行设备、系统的整合和集成。随着逐年的信息化建设和投入，数据中心基础建设存在一些问题与不足，主要体现在以下几个方面。

（1）信息化建设前期采用的是传统的方式建设思路，即每新上线一个应用，部署一套硬件设备，部署大量的物理设备，而设备资源利用率却参差不齐，部分设备资源使用率较高，导致应用响应较慢，用户体验不佳；部分设备资源使用率较低，但又不能共享使用，无法动态调度和集中管控。

（2）每个业务系统都部署一套硬件设备，导致设备间相互独立，无法实现硬件层面的冗余和应用的高利用，一旦某套硬件设备出现故障，承载的应用就无法正常使用，若故障设备短期内无法修复，将直接影响学校相关教学任务的正常开展。

（3）支撑学校关键业务系统的诸多设备已使用多年，电子元器件呈现不同程度的老化和衰退，硬件的稳定性和可靠性难以保障。同时大部分主机设备已过质保期，购买备件、单次维修或采用整体维保方式，成本均很高。

（4）随着智慧校园项目的不断推进，后期仍会有大量应用需上线和落地，现有基础架构的资源配置，无法满足新应用上线对计算资源和存储资源的需求，以及新应用快速部署上线的项目周期需求。

（5）数据中心机房未按照数据中心建设标准建设，在机房配电、防雷接地、机房环境控制、门禁安防、机柜及综合布线、UPS系统、精密空调系统和气体灭火系统等方面未达到有关标准。

1　建设内容

根据学校智慧校园项目的建设需求，数据中心应能实现快速及时处理教学资源等数据，还需要保障这些信息资源的

基金项目：江苏省职业技术教育学会2019—2020年度职业教育研究课题“职业学校智慧校园建设研究——以无锡交通高职校为例”（项目编号：XHZDZZ2019014）成果之一。

作者简介：夏开峰(1982—)，男，江苏盐城人，本科，讲师。研究方向：计算机科学与技术。

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安全，所以数据中心承担的压力就特别大。为了更好地发挥数据中心的作用，本研究将数据中心建设分成数据中心机房建设和超融合数据中心建设两个部分。1.1　数据中心机房建设

数据中心机房建设将依据标准数据中心建设要求，建成的中心机房效果如图1所示。

线的方式。

管理应用能耗管理告警管理

容量管理工单管理

温度云图视图管理

3D视图报表管理

北向接口资产管理

平台采集器传感器服务器

数据集中采集设备

数据库/OS平台系统接口Web UIUcense

环境设备制冷设备动力设备安防设备楼宇设备

漏水温湿度烟感空调冷水机组PDFUPSPDU

门禁视频消防电梯照明

解决方案图2　机房环境监控系统架构

（7）UPS系统

机房的UPS系统是整个机房系统中最为重要的几个系统

图1　数据中心机房效果图

之一，UPS需要考虑一定的冗余容量，拟配置UPS系统容量为30 kV·A，备机时间为1小时。

（8）精密空调系统

为了提高空调的制冷效率和减低机房PUE值，拟购置2台列间精密空调，功率为25 kW，2台的模式为一用一备的方式，2台空调均匀分布在机柜组中，为了使精密空调和机柜的外观协调一致，精密空调的品牌与机柜品牌一致，精密空调工作示意图如图3所示。

（1）机房区域划分及基础装修

数据中心机房建设拟采取异地重新建设的模式，将数中心机房的功能区划分为主机房、操作间、配电间和预留区域四个部分。通过轻钢龙骨和防火玻璃材料进行隔断，满足区域划分、安全控制和美观大方等多个方面的要求。对机房顶面、机房墙面、机房地板和机房的照明和墙面插座进行基础装修，达到节能、防尘、防磁和美观的目的。

（2）机房配电

机房配电包括机房内所有需要供电的设备、需要使用的电缆桥架、供配电电缆和机房总配电和电力列头柜，机柜的配电电缆使用上走线桥架方式，末端采用工业连接器的方式接入机柜的PDU。

（3）防雷接地

机房作为整个建筑的二级配电单元，需要独立设置防雷接地系统。机房接地系统针对的是机房的安全问题，尤为重要，为机房建设的必建项目。

（4）机房环境监控

机房环境监控可针对机房内部的环境、电力使用情况、空调、UPS、消防等系统设计一整套环境监控平台，所有以上系统都可以在软件平台上监控，并且可以将监控的异常情况通过邮件、短信的方式通知到运维人员，真正建成无人值守的机房，系统架构如图2所示。

（5）门禁安防

机房外部大门使用甲级防盗门，并与校园人脸识别系统对接，内部门禁采用第二道单独的门禁，机房内部使用单独的视频监控系统。

（6）机柜和综合布线

将根据学校实际需求配备相应的机柜。综合布线应设计从网络列头柜到每个服务器的铜缆或光缆线路，便于从服务器跳接到网络设备。与机柜的强电接入一致，同样采用上走

图3　精密空调工作示意图

（9）气体灭火系统

机房气体灭火采用七氟丙烷无管网系统，包括七氟丙烷钢瓶和灭火报警系统，在设备间和配电池分别设置独立的七氟丙烷钢瓶，灭火报警系统用于探测火灾和触发钢瓶灭火，一旦报警系统探测到火灾情况，七氟丙烷在短时间喷射出气体湮灭整个房间来灭火。1.2　超融合数据中心建设

超融合数据中心建设将依据现在主流超融合一体机的架构，超融合一体机会将计算、存储、网络、管理无缝融合。

（1）超融合系统架构

超融合基础设施系统以通用的X86架构服务器作为基础硬件支撑，通过上层的分布式存储软件+虚拟化软件，构建高性能、高可用、可灵活扩展的计算资源、存储资源、网络资源。辅以统一的平台管理软件，对整个超融合系统进行统

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一的监控、维护、管理，如图4所示。

业务应用VDIPrecision MarketingWebService Big dataBI analysisCritical appanalysis4台计算服务器、1台管理服务器、3台交换机组成。计算服务器会为上层软件提供所需的计算、存储、网络资源。分布式存储作为一种与计算融合的存储软件，通过在通用服务器上部署该软件，可以将所有服务器的本机磁盘组织成一个虚

计算资源计算虚拟化统一管理平台拟存储资源池，在某些使用场景完全替换外置SAN。分布式存储软件使计算和存储高度融合，达到高性能、高可靠、高性价比的要求。虚拟化软件实现硬件资源的虚拟化，以及对虚拟资源、硬件资源的集中管理，提供基础备份、容灾、多资源池（含异构）管理、轻量级运营、云基础服务、基础设施性能可视化、性能管理等能力。统一管理平台的管理系统

存储资源存储虚拟化物理硬件图4　超融合系统架构图

实现整个系统的统一管理，功能包括资源管理、性能监控、告警管理、操作日志管理、权限管理、硬件管理、健康检查和日志收集等。网管平台则集中监控超融合系统内所有的硬件设备，简化硬件日常运维管理压力。组建构成如表1所示。

（2）超融合系统组成

超融合系统由硬件设备、分布式存储软件、虚拟化软件、统一管理平台、网管平台5部分组成。其中硬件设备主要由

组件HCI硬件设备分布式存储软件虚拟化软件统一管理平台网管软件

表1　超融合系统组成表

简介

硬件组件，为超融合系统提供物理的计算、存储、网络物理资源；需要与分布式块储软件、虚拟化软件配合使用；

软件组件，管理HCI服务器上的存储资源，向超融合系统提供存储资源。

软件组件，负责物理资源虚拟化，向超融合系统提供虚拟机服务。

软件组件，作为超融合系统的管理软件，管理其中的虚拟化资源、硬件资源，提供系统监控管理、运维管理和服务目录管理等功能。

软件组件，管理其中的硬件资源，提供系统监控管理、运维管理等功能。

除了以上硬件方面的基础保障外，由于数据中心还承担着大量数据的存储、交换、处理等，使相关的数据不仅受到了来自外界环境的威胁，同样也可能受到网络安全风险的威胁，因此，对于它的网络安全保障工作同样重要，即需要对数据中心的网络数据进行加密。目前较为常见的两种加密方式是Paillier加密方案和ELGamal加密方案[1]，Paillier加密方案是当前应用较为广泛的一种公钥体制的同态加密技术应用方案，下面是java实现Pailler的解释[2]。

import java.math.*;import java.util.*;public class Paillier{

private BigInteger p, q, lambda;public BigInteger n;public BigInteger nsquare;/**

随机选取一个整数g, g属于小于n的平方中的整数集,且g满足：g的λ次方对n的平方求模后减1后再除与n，最后再将其与n求最大公约数，且最大公约数等于1。

/

private BigInteger g;private int bitLength;

public Paillier(int bitLengthVal, int certainty){

KeyGeneration(bitLengthVal, certainty);}

public Paillier(){

KeyGeneration(512, 64);}

public void KeyGeneration(int bitLengthVal, int certainty){

bitLength = bitLengthVal;

p = new BigInteger(bitLength / 2, certainty, new Random());

q = new BigInteger(bitLength / 2, certainty, new Random());

n = p.multiply(q);nsquare = n.multiply(n);

g = new BigInteger( String.valueOf( (int) ( Math.random()100 ) ));

lambda = p.subtract(BigInteger.ONE).multiply(q.subtract(BigInteger.ONE))

.divide(p.subtract(BigInteger.ONE).gcd(q.subtract(BigInteger.ONE)));

//检验g是否符合公式的要求，gcd (L(g^lambda mod nsquare), n) = 1.

if (g.modPow(lambda,nsquare).

subtract(BigInteger.ONE).divide(n).gcd(n).intValue() != 1){

System.out.println(“g is not good. Choose g again.”);System.exit(1);

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}}/

@param m 明文m

@param r 随机的一个整数r @return 返回密文 加密/

信息与电脑China Computer & Communication2019年第22期

return (u1.subtract(BigInteger.ONE).divide(n)).multiply(u2.subtract(BigInteger.ONE).divide(n).modInverse(n)).mod(n);

}

2　建设效益

智慧校园建设的核心是数据中心的建设。数据中心以提供服务为宗旨,可以解决智慧校园建设中硬件资源紧张、资源利用率不足、多个应用系统相互独立、信息孤岛现象严重、数据原始积累欠缺、高排放高能耗等问题[3]。数据中心建设推进了教学的智慧化、管理的智慧化、科研的智慧化、生活的智慧化、以及服务的智慧化等进程，应用服务的融合和集成实现了校园各类信息的获取、共享及服务，最终实现教育信息化和智能化的目标。

public BigInteger Encryption(BigInteger m, BigInteger r) {

return g.modPow(m, nsquare).multiply(r.modPow(n, nsquare)).mod(nsquare);

}

public BigInteger Encryption(BigInteger m) {

BigInteger r = new BigInteger(bitLength, new Random());return g.modPow(m, nsquare).multiply(r.modPow(n, nsquare)).mod(nsquare);

}/

利用私钥lamada对密文c进行解密返回明文m

公式m = ( L((c^lambda) mod nsquare) / L((g^lambda) mod nsquare) ) mod n

/

public BigInteger Decryption(BigInteger c){

BigInteger u1 = c.modPow(lambda, nsquare);BigInteger u2 = g.modPow(lambda, nsquare);

3　结　语

我国各大职业院校智慧校园的建设工作虽然还不太全面，但随着信息技术与物联网技术的发展，智慧校园这个系统工程一定会日趋完善，江苏省无锡交通高等职业技术学校智慧校园项目中数据中心的建设不论是硬件上还是软件上都是可行的，是一个安全的、高效的、能够完成高强度信息资源处理任务的数据中心。

参考文献

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（上接第126页）

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