于鵬洲（1．天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津，300072；2．天津市紅橋區(qū)建設(shè)管理委員會(huì)，天津，300130）

基于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化城市建設(shè)研究

于鵬洲1，2
（1．天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津，300072；2．天津市紅橋區(qū)建設(shè)管理委員會(huì)，天津，300130）

通過對(duì)數(shù)字化城市和云計(jì)算技術(shù)的探討，提出在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的必要性，并構(gòu)建了基于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化城市建設(shè)體系結(jié)構(gòu)。從政府服務(wù)、公共安全服務(wù)、教育服務(wù)以及交通醫(yī)療服務(wù)等方面對(duì)云計(jì)算技術(shù)在數(shù)字化城市建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，表明在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)對(duì)提高城市的整體信息化水平具有十分重要的意義。

云計(jì)算；數(shù)字化城市；數(shù)據(jù)中心

1 數(shù)字城市概述

1.1 數(shù)字化城市的概念

數(shù)字化城市即將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)等多種高科技手段融合起來建立的計(jì)算機(jī)應(yīng)用管理系統(tǒng)。廣義上來看，數(shù)字化城市就是利用網(wǎng)絡(luò)與多媒體等技術(shù)平臺(tái)，將城市各方面信息資源進(jìn)行有效整合，實(shí)現(xiàn)城市的信息化及信息技術(shù)的綜合應(yīng)用，數(shù)字化城市將整個(gè)城市生產(chǎn)及生活的各方面全部涵蓋，包括電子商務(wù)、公共信息服務(wù)、教育信息服務(wù)、社會(huì)保障服務(wù)、城市交通軌道管理、電子政務(wù)、城市基礎(chǔ)設(shè)施管理以及城市環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)等等。

1.2 數(shù)字化城市發(fā)展現(xiàn)狀

國外的數(shù)字化城市經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：第一階段為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段；第二階段為城市企業(yè)內(nèi)部和政府部門內(nèi)部信息化建設(shè)階段；第三階段為城市中企業(yè)與政府間的網(wǎng)絡(luò)互連階段；最后一個(gè)階段為數(shù)字化樓宇、數(shù)字化社區(qū)及數(shù)字化城市的建設(shè)階段。當(dāng)前，美國、日本等發(fā)達(dá)國家?guī)缀跬瓿闪说谌A段的建設(shè)，開始步入第四階段。但是我國有關(guān)數(shù)字化城市的建設(shè)的理論與技術(shù)體系才處于起步階段。在我國提出建設(shè)數(shù)字化城市戰(zhàn)略規(guī)劃的有近百座城市，但大多都是基于省市信息化目標(biāo)框架下的工程。經(jīng)過階段性的信息化建設(shè)后，這些城市基本都建立了面向群眾與企業(yè)的電子政務(wù)體系，但總體數(shù)字化城市建設(shè)水平同經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求之間依然存在很大的差距。我國數(shù)字化城市建設(shè)目前主要面臨以下兩方面挑戰(zhàn)：

（1）信息溢出的挑戰(zhàn)。為了使政務(wù)信息能夠更快、更及時(shí)地向公眾發(fā)布，滿足為各種業(yè)務(wù)及應(yīng)用提供服務(wù)的需求，將所有政府職能部門信息系統(tǒng)與企業(yè)的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)進(jìn)行整合勢(shì)在必行。所以為了適應(yīng)海量信息存儲(chǔ)的需求和提供各種應(yīng)用服務(wù)選擇，建立一個(gè)海量數(shù)據(jù)中心作為信息存儲(chǔ)與交換的平臺(tái)十分必要。

（2）信息技術(shù)花費(fèi)的挑戰(zhàn)。從全球范圍來看，逐年遞增的IT費(fèi)用主要是服務(wù)器管理費(fèi)用的上漲，而且這一趨勢(shì)仍在繼續(xù)。而云計(jì)算數(shù)據(jù)中心具有易擴(kuò)展性、通用性強(qiáng)和造價(jià)低等特點(diǎn)，如果能夠采用云計(jì)算數(shù)據(jù)中心必將降低企業(yè)和政府的IT費(fèi)用。同時(shí)，企業(yè)與政府不同級(jí)別、檔次的服務(wù)器以及裝載不同操作系統(tǒng)的物理服務(wù)器通過虛擬化后可以全部整合到云計(jì)算數(shù)據(jù)平臺(tái)中。

2 云計(jì)算概述

2.1 云計(jì)算的概念

云計(jì)算是指通過服務(wù)的方式將IT技術(shù)提供給用戶，用戶即使不了解相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與操作知識(shí)，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲得所需要的服務(wù)。云計(jì)算是在并行計(jì)算、分布式計(jì)算與網(wǎng)格計(jì)算等計(jì)算方式上發(fā)展起來的，并在虛擬化與效用計(jì)算等概念上不斷演進(jìn)的結(jié)果。按云計(jì)算服務(wù)類型可以將其劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)層服務(wù)（PaaS）和軟件層服務(wù)（SaaS）的三層服務(wù)結(jié)構(gòu)體系。在該結(jié)構(gòu)體系中，SaaS位于構(gòu)架的最底層，PaaS位于構(gòu)架中層，IaaS位于構(gòu)架的頂層。

2.2 云計(jì)算系統(tǒng)的核心技術(shù)

（1）海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。云計(jì)算系統(tǒng)中包含大量的服務(wù)器，保證為海量用戶提供服務(wù)。所以，云計(jì)算系統(tǒng)采用了分布式方式來存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的可靠性，避免了數(shù)據(jù)的冗余。

（2）海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)。云計(jì)算系統(tǒng)需要對(duì)呈分布狀的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，同時(shí)能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)源進(jìn)行高效的管理。

（3）虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)底層硬件與高層軟件的分離，通過虛擬化技術(shù)可以將獨(dú)立單一資源劃分為若干個(gè)虛擬資源的分裂模式，也可以將多個(gè)資源整合起來形成一個(gè)虛擬資源的聚合模式。

（4）云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)。通過云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)可以使平臺(tái)中的大量服務(wù)器協(xié)同工作，確?？焖贉?zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障并及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)，有效保障規(guī)模如此龐大的系統(tǒng)能夠利用自動(dòng)化與智能化手段進(jìn)行可靠運(yùn)營。

3 數(shù)字化城市云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建立

3.1 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的概念

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心將IaaS和PaaS服務(wù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心，為虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施資源和公共信息集成提供服務(wù)。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的提供服務(wù)的方式為，通過分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將高速互聯(lián)網(wǎng)與無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸力進(jìn)行整合，把數(shù)據(jù)的計(jì)算與存儲(chǔ)功能交由網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)機(jī)群負(fù)責(zé)。一個(gè)大型的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，其主要功能便是對(duì)分布式計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效管理，將基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行虛擬化，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化管理，根據(jù)用戶的需求分配IT資源，對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分配與管理，保證負(fù)載均衡，云計(jì)算系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心管理人員還可對(duì)軟件進(jìn)行部署與安全控制。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心可以實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)層管理數(shù)據(jù)，在平臺(tái)層為用戶提供信息服務(wù)的同時(shí)兼具數(shù)據(jù)管理的服務(wù)方式。在這種服務(wù)方式下，用戶想獲得服務(wù)支持，只需要支付相應(yīng)的費(fèi)用，而無需考慮數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置、存儲(chǔ)容量、資源調(diào)度方式以及系統(tǒng)安全策略等問題。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的核心價(jià)值在于軟件與硬件可根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展，可以提供無限的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化管理，還可為數(shù)據(jù)處理提供無限的計(jì)算能力。

3.2 數(shù)字化城市云計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心的部署方式

根據(jù)開放對(duì)象的不同，可以將云分為公有云、私有云與混合云三種。公有云指通過即付方式面向公眾的服務(wù)；私有云指面向企業(yè)或政府部門等的數(shù)據(jù)中心，不為公眾提供服務(wù)的方式；混合云指既包含公有云也包含私有云的一種混合構(gòu)架。目前我國的電信運(yùn)營單位所部署的云數(shù)據(jù)中心，大多是采用了混合云模式。

數(shù)字化城市云計(jì)算數(shù)據(jù)中心也可以采用混合云的模式，一方面可以租用電信運(yùn)營單位已部署好的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，另一方面混合云與數(shù)字化城市的業(yè)務(wù)類型匹配程度較高，有利于最大化實(shí)現(xiàn)云服務(wù)的效用。數(shù)字化城市屬于龐大的開放式系統(tǒng)，需要不斷地與外界進(jìn)行大量的信息交換，為了實(shí)現(xiàn)城市管理的人本化服務(wù)、建立完善一站式的公眾服務(wù)平臺(tái)以滿足與公眾的業(yè)務(wù)交互，要求數(shù)字化城市的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心不僅能夠具備私有云的特點(diǎn)，還要滿足公有云所能提供的服務(wù)。政府如果租用現(xiàn)有的混合云，則可以在私有云中進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與業(yè)務(wù)或服務(wù)的處理，當(dāng)資源需求達(dá)到高峰時(shí)，可以直接調(diào)用公有云來加強(qiáng)數(shù)據(jù)的處理，作為私有云的補(bǔ)充，而無需額外支出來購買軟硬件設(shè)備，由此可見，采用混合云的模式可以有效地實(shí)現(xiàn)云服務(wù)的效用最大化。

3.3 數(shù)字化城市云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的層次結(jié)構(gòu)

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)可以抽象為虛擬層、數(shù)據(jù)層及平臺(tái)層三層結(jié)構(gòu)。虛擬層通過虛擬技術(shù)，將基礎(chǔ)設(shè)施、各種網(wǎng)絡(luò)及操作系統(tǒng)虛擬化，為數(shù)據(jù)層提供虛擬資源與虛擬技術(shù)，是數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)，在本文所設(shè)計(jì)的數(shù)字化城市系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，將云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的虛擬層與數(shù)據(jù)層整合在一起，作為數(shù)字城市系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理與加工功能，這也是IaaS應(yīng)用服務(wù)的體現(xiàn)。平臺(tái)層為用戶提供了在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行自定義開發(fā)、測(cè)試以及部署應(yīng)用服務(wù)的集成公共平臺(tái)，可以提供性能更高、更具個(gè)性化的服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將封裝的服務(wù)信息提供給最終用戶，這正是PaaS應(yīng)用服務(wù)的體現(xiàn)。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的平臺(tái)層對(duì)應(yīng)本文所設(shè)計(jì)的數(shù)字化城市系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成公共平臺(tái)層?？紤]到數(shù)字化城市業(yè)務(wù)靈活多變，而且業(yè)務(wù)需求變化迅速，SaaS應(yīng)用實(shí)現(xiàn)存在困難，所以在本文的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心所對(duì)應(yīng)的數(shù)字化城市系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中沒有運(yùn)用到SaaS應(yīng)用。本文所設(shè)計(jì)的基于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化城市系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 云計(jì)算在數(shù)字化城市建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 政府服務(wù)

在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)可以將政府部門的日常行政工作利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃與管理，通過一站式公共服務(wù)平臺(tái)向公眾提供所需要的服務(wù)，由此打破原有的窗口服務(wù)模式，突破人力資源的界限，使政府日常工作體系實(shí)現(xiàn)虛擬化，可以提高政府部門的信息化水平，在政府與公眾之間形成有效的聯(lián)結(jié)機(jī)制。

4.2 公共安全服務(wù)

在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)可以有效建立城市安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠與城市中其他監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并同城市公安部門的安全監(jiān)控系統(tǒng)整合在一起，從而達(dá)到對(duì)全市所有重點(diǎn)公眾場(chǎng)所、重要單位、部門的有效安全監(jiān)控與管理，還可以快速地貫徹落實(shí)各種政策與安全措施，對(duì)提高城市整體安全水平具有重要作用。

4.3 教育服務(wù)

在數(shù)字化城市建設(shè)中應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)還可對(duì)教育教學(xué)起到重要促進(jìn)作用。云計(jì)算數(shù)據(jù)平臺(tái)可以為教師在教學(xué)過程中提供強(qiáng)大到數(shù)據(jù)支持和超強(qiáng)的計(jì)算能力，有助于教學(xué)水平的提高，同時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率也能得到提升，另外對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、分析能力、培育培養(yǎng)高素質(zhì)高水平人才也都具有重要的意義。

Research on Digital City Construction Based on Cloud Computing Data Center

Yu Pengzhou1，2
(1.Faculty of Management and Economics,Tianjin University,Tianjin,300072; 2.Tianjin Hongqiao District Construction Management Committee,Tianjin,300130)

This paper put forward the necessity of application of cloud computing in digital city construction through the discussed of cloud computing and digital city,and build the digital city construction architecture based on cloud computing data center.This paper analysis the application of cloud computing tecnology in digital city from government services,public safety services,education services,transportation and medical services and so on,and it shows application of cloud computing in digital city construction to improve the city’s information level has great significance.

Cloud Computing;Digital City;Data Center

TP393.03

A