1、四川专项北斗云计算位置服务平台设计框架v4第三章 需求分析3.1、政务业务目标需求分析结论：如果与可研报告一致可以直接引述，如果有变化，对变化部分论述变化内容及其理由。（1）四川省位于亚欧板块和印度洋板块交界的环太平洋地震带上，“5.12”汶川8.0级特大地震发生于我国龙门山断裂带龙门山断裂带位于松潘-甘孜地块与扬子地块之间，与鲜水河断裂带、安宁河断裂带、小江断裂等构成了鲜明的“Y”字型活动构造体系，是我国地震多发区域。省内地质情况复杂，受汶川地震影响，形成了阶型滑坡、凸型滑坡、勺型崩滑、座落（振胀）型滑坡、巨大滚石等大量极震区滑坡。四川气候受东南暖湿气候控制，年均降水量大，极端气候条件下的局
2、地强降雨越来越频繁，降雨主要集中在5月-8月，降雨季节性明显，占全省年雨量的85%-90%左右。据统计，2010年入汛以来，四川省平均降水量为597.7毫米，比往年偏多7；平均降水日数为69天，较往年同期偏多8天。迄今为止，省内共建设群测群防监测点泥石流3132个，滑坡1225个。据震后统计，由强降雨诱发的泥石流、滑坡等地质灾害的临界雨量值较震前大幅降低，全省地质灾害尤其是地震灾区隐患多、范围广，呈现出活跃态势。（2）四川省是多民族聚居的人口大省，有中国最大的彝族聚居区、第二大藏族聚居区和唯一的羌族聚居区，其中彝、藏、羌、回、蒙古、僳僳、满等少数民族人口众多，各民族风俗习惯、文化风格、宗教信仰
3、差异较大，矛盾隐患多。另外，四川地处中国西部，境内外破坏及分裂分子活动频繁，维护地区稳定是经济快速发展的重要保证，也是政府的重要挑战。一旦常规通信手段遭到破坏，将无法对各部门联动资源进行即时调度和布控。（3）通过北斗系统与智慧景区平台的集成融合，可以提高旅游景区业务的综合管理和运营能力，提升游客出行的服务品质，进而推动四川景区旅游经济的快速、健康发展。（4）四川是全国重点林区和森林防火重点治理区域，也是全球最大最完整的大熊猫栖息地。3.2、系统功能指标：列出量化指标。（云平台功能）功能模块技术指标位置服务云平台平台同时支持物理服务器和虚拟机的横向扩展支持虚拟机资源配置的热添加或修改。按业务优先
4、级实现资源的智能分配。同时支持热迁移和手动迁移。保证虚拟机网络流量可控。平台管理功能包含虚拟机管理、卷管理、规格管理、虚拟机镜像管理、虚拟机快照管理、用户管理、部门管理和资源统计等平台监控能实现故障精确定位到某台物理机的虚拟机上。平台监控能提供物理资源和虚拟资源使用详情报告。平台监控能提供全局可视化视图。平台提供可视化的web管理平台。平台管理按权限多级管理管理平台具有良好的兼容性和开放性。提供资源使用统计分析功能。按业务需求提供统一业务运营管理。提供多种典型业务应用环境的模板，系统需能提供对这些典型应用环境的快速创建、快速部署功能。实现原有应用的平滑迁移。平台支持网络的逻辑隔离。对数据采取强
5、加密策略，保证数据安全。平台能提供多备份策略按业务等级划分逻辑区域进行分区部署。3.3、信息量指标：列出量化指标。（参考原文件未变）平台信息量分析：日数据交换处理能力100万条；吞吐量100万人/天；服务响应时间3秒；支持并发连接用户数1000000；百万条以上数据库中检索指定条件的某记录所费时间：1秒；数据容量：100T。3.4、系统性能指标：列出量化指标。（云平台性能指标）功能模块创建快照： 6分钟云管理系统界面操作应答延迟：= 5秒服务器CPU平均使用率： 70%CPU 5分钟平均负载：CPU核数云计算系统创建云主机：15秒注销云主机：15秒创建快照： 6分钟动态迁移：1分钟创建卷：20
6、秒挂载卷：20秒卸载卷：20秒安全规则生效： 5秒云主机CPU频率：2000MHZ云主机基准值：853.3（云主机整体性能评价值）云主机CPU损耗：1 %平台可支持计算节点数：1000个平台可运维云主机数：4000台云存储系统数据处理能：能处理PB级存储持久性：SLA = 10 * 9云监控系统监控数据延时： 10秒可监控物理机：1000台可监控云主机： 10000台第五章 项目设计方案5.1建设目标、规模与内容5.1.1建设目标紧密围绕我国北斗系统长远发展需求和产业化发展目标，充分利用国家推进重大专项实施和战略性新兴产业发展的历史性机遇，结合四川在北斗系统应用和北斗产业发展方面的基础，通过基
7、于北斗的典型应用示范系统建设，以及北斗系统应用支撑与信息安全保障体系和北斗系统应用创新与产业化推进机制创建，使北斗系统为四川的防灾减灾、社会稳定和社会经济发展提供长期、持续的业务化服务。通过示范工程的建设，能够进一步优化区域产业结构，提高战略性新兴产业比重，促进北斗系统民用与产业化进程，并带动四川电子信息产业的发展和工业化与信息化融合升级。5.1.2建设规模四川省北斗综合应用示范项目工程是由四川省经济和信息化委员会牵头建设，应用单位包括四川省国土资源厅、四川省公安厅、四川省旅游局、四川省林业厅。项目建设地在四川省境内，包括自然灾害救援系统、公共安全综合系统、旅游景区管理系统、森林防火和珍惜动植
8、物保护等系统平台的建设。5.1.3建设内容（1）基于北斗云计算的位置服务平台平台提供GIS空间信息数据、提供定位服务、提供通信服务、提供数据融合与信息综合服务、提供集团用户系统管理服务、本平台系统实现对基于北斗导航系统的各类应用的有效支撑，从而最终通过应用，推动北斗导航产业在四川的快速发展，改变GPS在导航应用领域一统天下的局面。平台建设的前期目标将依托公共技术支持平台，实现对“四川省北斗综合应用示范项目工程”四个应用示范项目的支撑，最终目标将实现对各领域应用的有效支撑，使北斗导航系统在民用市场得到广泛拓展。（2）自然灾害预警与救援系统解决民用移动通信蜂窝网络和公共交换电话网络PSTN无法覆盖
9、区域，以及恶劣天气下的通信传输问题；自然灾害预警与救援系统提升自然灾害监测预警技术体系科技含量；采用现代监测技术如雨量、水量、泥位、地下水水位、渗透压力、坝体冲击力等监测手段达到临灾监测预警，及时避险的目的；对已经开展治理的重大地质灾害的治理工程构筑物（建筑物）如拦挡支护工程开展工程运行安全监测，确保工程运行安全。（3）公共安全综合应用系统通过建设，各个示范市（州）依托平安城市建设为切入点，围绕着城市公共安全应用，重点推动四川省北斗卫星导航示范应用与产业化。在日常情况下，实现能对公安日常警务管理；在应急情况下，实现对应急事态的实时掌控和综合指挥调度的目标。探索BDS在公共安全行业的建设和应用的
10、标准规范，开发一系列的应用产品，形成体系较为完整的产品体系。培育BDS在公共安全行业的应用市场，为其它行业的引入提供应用示范样板。（4）智慧景区（泛九）管理系统通过建设，使四川泛九寨沟景区的景点能提供数字导游服务，使游客迷路和发生人身安全的情况明显减少；通过建设，实现景区旅游车辆的全面监控，景区管理人员能实时了解车辆位置信息和行驶状态，以及车上游客情况；通过建设，使景区搜救队伍的搜救速度和效率显著提高。（5）林火智能预警应急与野生动物监护系统建设北斗林业综合应用框架体系，明确应用中各种林业业务、导航终端、服务平台等之间的架构关系；规范北斗林业应用设备，确定设备的结构、要求、性能指标等内容；定义
11、北斗林业应用数据传输协议，主要定义导航终端设备与指挥终端设备间传输数据的标准化格式；定义北斗林业综合应用通信接口标准,定义导航终端设备与指挥终端设备间数据传输的接口信息，安排接口的电气信号与机械要求；定义北斗林业应用软件接口标准，确定软件不同部分之间的交互接口以及使用人员和软件之间的交互界面；定义北斗短报文林业应用标准，定义导航终端设备之间以及导航终端设备和指挥终端设备间的报文通信标准。针对林业应急的应用需求结合现有技术、产品基础，围绕林业数据应用、导航定位、通信等核心功能，从业务类型、应用平台、使用场合等多角度开发适合林业的应用终端。建成由多级节点构成的一体化北斗林业服务体系，实现北斗林业信
12、息资源的纵向联通及与现有资源的有效集成；建成分布式的服务系统，形成多级互动的北斗林业信息综合服务能力，提供一站式的定位、导航、通信服务；建成北斗林业综合管理服务平台系统，形成有效的运行与服务机制，为林业业务系统、林业公众服务提供高效的卫星导航信息服务，全面提升信息化条件下林业卫星导航服务信息化能力和水平。5.2、标准规范建设内容标准及规范建设将保证本项目在统一的标准框架下进行, 有利于开展资源整合,避免重复建设，为最大限度地实现各业务系统的互联互通和建立顺畅的信息渠道提供技术依据和指导。依据国家北斗办的相关技术标准，参考国家电子政务标准的总体系框架，本项目标准规范框架由总体标准、应用标准、应用
13、支撑标准、网络基础设施标准、信息安全标准、建设管理标准六部分组成。随项目建设需要将分阶段在该体系框架的基础上进行补充和完善。（1）总体标准：包括总体框架、术语标准、中文处理等标准。（2）应用标准结构：包括元数据、代码、电子公文格式和流程控制等方面的标准规范。（3）应用支撑标准结构：包括信息交换平台、电子公文交换、电子记录管理、日志管理和数据库等方面的标准规范。（4）网络基础设施标准结构：包括基础通信平台工程建设、网络互联互通等方面的标准规范。（5）信息安全标准结构：包括安全级别管理、身份鉴别、访问控制管理、加密算法、数字签名和公钥基础设施等方面的标准规范。全国信息安全标准化技术委员会正在组织研
14、制电子政务信息安全标准体系。本项目将直接采用相应标准。（6）建设管理标准结构：包括软件工程、数据管理、信息资源评价体系以及工程验收和监理等方面的标准规范。5.3、信息（数据）资源规划和数据库设计5.3.1信息（数据）资源规划北斗云计算位置服务平台将是支撑城市将来各类管理信息系统的公共空间信息服务支撑平台。平台建设和应用将捕捉和发掘与基础地理数据相关的各种业务应用需求，有针对性地开展各项子系统建设和应用开发工作，并通过平台应用的成果不断推进平台建设的深入发展。平台的设计开发建设是一个庞大的系统工程，按本次项目开发建设的具体目标及“统一规划、分步实施、资源共享、确保安全”的系统建设原则，立足“资源
15、服务和业务管理”的宗旨，本次项目建设的任务为：1. 在标准、保障体系基础上建立一套基础空间地理信息应用管理平台；2. 建立一套空间数据发布平台。3. 形成数据管理、更新、数据发布的平台正常运行的保障机制。5.3.2基于HBase+ArcSDE 数据库环境HBase是当今功能最为强大的分布式的、面向列的开源数据库，专为处理海量数据而生，采用非关系型数据库HBase和ArcSDE相结合的技术统一管理空间数据和属性数据，确保空间和非空间数据的一体化存储，实现基础空间地理信息的各种海量数据的存储、索引、管理、查询、处理及数据的深层次挖掘问题，为前端 GIS 应用功能开发和空间信息发布提供强有力的支持。
16、通过 ArcSDE 空间数据库引擎可将具有地理特征的空间数据和非空间数据统一纳入到 Oracle 中进行管理，使GIS 应用系统具有海量数据管理能力，并可利用 Oracle 强大的管理机制进行高效率的事务处理、记录锁定、并发控制等服务操作。同时，ArcSDE 也为客户端应用开发提供了一系列标准的 API，通过这些开发接口，可实现高效的数据访问、查询统计以及数据更新。5.4、应用支撑系统设计（云平台的系统设计）北斗云计算位置服务平台整体功能模块包含云平台管理系统、云计算系统、云存储系统、云监控系统和海量数据处理系统五大部分组成。5.4.1云平台管理系统云计算系统提供多角色访问控制策略，将其分为用
17、户认证管理角色、网络管理角色、存储管理角色、计算管理角色等多种管理角色。只有获得多种角色的权限组合时，才具有相应的对平台的管理和使用权利。从用户管理层出发我们分三级用户管理分别为平台管理员、项目管理员和最终用户。5.4.1.1管理系统功能模块平台管理员平台管理员依据平台的资源监控信息来管理整个平台，做好平台的系统维护工作，保证平台的正常运行，核对项目管理员提交的资源使用申请，云计算系统将根据资源使用策略，把资源分配给各个项目。为各个项目在云计算平台中虚拟出一套与现实情况相同的架构，对构成一套业务系统的虚拟机角色和功能进行归类，方便项目管理员使用和管理。（平台管理员功能模块）项目管理员项目管理员
18、负责管理该项目自身的所有虚拟机。（项目管理员功能模块）最终用户最终用户通过远程Web界面或远程桌面连接使用项目管理员分配的各类资源（例如虚拟机的使用等）。5.4.1.2业务流程5.4.1.3功能设计管理项目管理只提供给平台管理员，平台管理员通过此模块实现项目的创建和删除、项目成员管理、项目资源调整和使用情况检测等功能。用户管理平台管理员可以创建、删除用户，并可以查看、编辑和更改平台所有用户权限。虚拟机管理平台提供给管理员对虚拟机的完全操作权限包括对虚拟机的创建和删除，虚拟机信息的编辑、绑定浮动IP、迁移虚拟机、关闭虚拟器、重启虚拟机、开启虚拟机、休眠虚拟机、删除虚拟机、VNC操作虚拟机、查看日
19、志、创建快照等操作功能。同时可以通过界面清楚的了解到虚拟机名称、大小、归属项目、运行状态等信息。项目管理员只能查看本项目内所有虚拟机的运行状态和大小情况，同时只具有VNC操作虚拟机和查看日志功能。 磁盘管理平台管理员对磁盘的完全操作权限包括对磁盘的创建和删除，以及磁盘的挂载和卸载、快照备份等功能，通过界面还可以清晰的了解磁盘的大小、状态以及归属地等信息。规格管理平台管理员可以通过此模块进行虚拟机配置大小的创建、删除或编辑已有规格参数。镜像管理平台管理员在此模块可以通过运行一个镜像来创建一台新的虚拟机，也可以通过注册镜像来上传创建一个新的镜像文件，同时编辑或删除已存在镜像文件。快照管理快照管理包
20、含虚拟机快照管理和磁盘快照管理两部分。同时提供了快照的删除功能，在快照管理部分管理员可以通过运行一个快照来创建或恢复一台新的虚拟机。安全规则管理平台管理员可以建新的安全规则，通过设置不同网段的虚拟机协议访问策略来保证平台内虚拟机之间内部访问安全规则。5.4.2云计算系统云计算系统通过虚拟化技术将数据中心各类软硬件资源实现不同层次和粒度的资源抽象，使得系统软件环境与其底层硬件基础架构分离，将多个服务器、存储等基础架构和网络聚合成共享资源池；并将所有资源包括服务器、网络、存储等进行分区、隔离、封装，实现资源的负载管理和动态调度、快速部署、按需分配、资源隔离和安全可靠等，同时为管理员快速、精确的掌控
21、系统运行情况提供基础信息。用户通过云计算系统提供的API提交各种请求，控制节点服务器通过异步可靠通信方式把这些请求分发到各个服务子系统，完成资源管理、资源分配、资源调度、备份管理、安全策略以及系统中各种资源（包括服务器、存储、网络等）的有效监控等工作。5.4.2.1云计算系统功能模块云计算系统包括云控制节点、智能资源调度模块、可靠队列服务模块、镜像系统、存储节点、网络节点、计算节点和云数据库几部分组成。API守护进程API守护进程是云平台的中心。它为所有API查询提供端点，初始化绝大多数部署活动(比如运行实例)，以及实施一些策略。计算节点计算节点进程主要是一个创建和终止虚拟机实例的Worker
22、守护进程。但是基本原理很简单：从队列中接收行为，然后在更新数据库的状态时，通过执行一系列的系统命令来执行他们。存储节点存储节点管理映射到计算机实例的卷的创建、附加和取消。这些卷可以来自很多提供商，比如，ISCSI和AoE。网络节点网络节点守护进程类似于计算节点和存储节点。它从队列中接收网络任务，然后执行任务以操控网络，比如创建bridging interfaces或改变iptables rules。队列消息队列消息包含可靠队列服务和智能资源调度两部分，为守护进程传递消息。存储节点、计算节点和网络节点守护进程根据智能资源调度模块设定的调度模式到可靠队列服务中提取属于自己的任务执行。数据库SQL
23、Database存储云基础架构中的绝大多数编译时和运行时状态。这包括了可用的实例类型，在用的实例，可用的网络和项目。镜像管理镜像管理分为三个部分：image-api, image-registry 和 t image store。其中，image-api接受API调用，image-registry负责存储和检索镜像的元数据，实际的Image Blob存储在Image Store中。5.4.2.2云计算系统逻辑结构5.4.3云存储系统5.4.3.1云存储系统逻辑架构对云存储系统的服务请求都是通过REST API用URL的方式进行的。一个URL包含三部分：账号，容器名，对象名。账号代表一个使用存储
24、系统的用户。云存储系统通过创建账号使多个用户和应用可以同时并发的使用存储系统。云存储系统的账号创建和存储数据到各个容器。容器用来把一个账号内的对象进行分组。容器类似于文件系统中的目录，对象类似于文件系统中的文件。但是，在云存储系统中，容器只有一级。云存储系统的每一个账号都有一个数据库用来记录该账号所包含的所有容器的信息。同样的，每一个容器都有一个数据库用来记录该容器所包含的所有对象的信息。需要指出的是账号数据库内只记录有关容器的信息，比如，容器的名称，容器的创建日期等元数据，而不包含容器的数据。与此相同，容器数据库内只记录有关对象的元数据，而不包含对象的数据。账号数据库可以用来列出该账号包含哪
25、些容器，而容器数据库可以用来列出该容器包含哪些对象。但是当用户访问对象的时候，并不需要使用这些数据库，而是直接访问对象。一个云存储系统的账号可以创建的容器的个数是没有限制的。同一个账号内容器的名称必须不同，但是并不要求不同账号间的容器名称可以相同。对象就是存储在云存储系统中的真正的数据。数据可以是照片，录像，文档，日志，数据库备份，文件系统的快照，或者其它非结构化数据。（添加新存储空间）5.4.3.2一致性服务保障设计要建立一个好的存储系统的难点在于如何处理故障。云存储系统的一致性服务器负责发现和改正由于数据损坏和硬件故障带来的错误。云存储系统的一致性服务器有三类：审计器，改错服务器和复制器。
26、5.4.3.3审计器审计器运行在云存储系统集群的每个节点的后台，会在本地服务器上反复地取来检测对象、容器、帐号的完整性；并对磁盘进行连续扫描来保证存储在磁盘上的数据不会因为磁盘的坏点或文件系统的损坏而丢失。如果发现错误，审计器会把受损的对象移动到隔离区，然后复制器会负责用一个好的副本来代替原来的副本。如果其他错误出现(比如在任何一个容器服务器中都找不到所需的对象列表)，还会记录进日志。（审计服务器）5.4.3.4更新器更新器保证账号和容器的列表是正确的。对象更新器用来保证容器的对象列表的正确性；而容器更新器用来保证账号的容器列表时没有错误的。另外，对象更新器负责更新容器元数据中的对象个数和所使
27、用存储的字节数。同样的，容器更新器负责更新账号元数据中对象的个数，容器的个数，以及所使用存储的字节数。在一些情况下，容器或帐号中的数据不会被立即更新。这种情况经常发生在系统故障或者是高负荷的情况下。如果更新失败，该次更新在本地文件系统上会被加入队列，然后更新器会继续处理这些失败了的更新工作。最终，一致性窗口将会起作用。例如，假设一个容器服务器处于负荷之下，此时一个新的对象被加入到系统。当代理服务器成功地响应客户端的请求，这个对象将变为直接可用的。但是容器服务器并没有更新对象列表，因此此次更新将进入队列等待延后的更新。所以，容器列表不可能马上就包含这个新对象。在实际使用中，一致性窗口的大小和更新
28、器的运行频度一致，因为代理服务器会转送列表请求给第一个响应的容器服务器，所以可能不会被注意到。当然，负载下的服务器不应该再去响应后续的列表请求，其他2个副本中的一个应该处理这些列表请求。5.4.3.5 复制器复制是设计在面临如网络中断或者驱动器故障等临时性故障情况时来保持系统的一致性。复制器保证集群中的数据存储在正确的地方，以及每个数据都有足够的副本。总的来讲，复制服务器负责修复集群中的任何损坏以及数据持续性的下降。为了保证所有的数据都有三个副本，复制服务器会不断地检查每一个虚节点。复制服务器会把每一个本地虚节点和该虚节点在其它区域的副本进行比较来发现不一致的地方。复制服务器是通过检查哈希值来
29、发现副本是不是相同的。复制服务器为每一个虚节点生成一个哈希文件，该文件包含了该虚节点中每一个目录的哈希值。对每一个虚节点，复制服务器对三份哈希文件分别进行比较。如果哈希值不同，那么就说明需要进行复制。复制服务器会找出是那个目录的哈希值不同，然后把需要复制的那个目录复制过来。复制更新基于推模式的。对于对象的复制，更新只是使用rsync同步文件到对等节点。帐号和容器的复制通过HTTP或rsync来推送整个数据库文件上丢失的记录。复制器也确保数据已从系统中移除。当有一项（对象、容器、或者帐号）被删除，则一个墓碑文件被设置作为该项的最新版本。复制器将会检测到该墓碑文件并确保将它从整个系统中移除。（复制
30、服务器检查虚节点的哈希值）从这里我们可以看出虚节点带来的优势。首先需要复制的是大块的数据而不是需要许许多多的TCP连接，从而保证了复制的效率。还有就是需要比较的个数是固定不变的，因为一个云存储系统集群的虚节点数是固定的。5.4.3.5区域云存储系统允许通过配置可用区域来限制故障的边界。一个可用区域由一组具有单独故障隔离的物理硬件组成。在一个大型部署中，可用区域可以定义为一个数据中心。在中型部署中，可用区域可以定义为一个用防火墙分隔开，具有独立电源的单个机房。5.4.3.5 地区在云存储系统中，集群中那些部署在外地和核心部分间的滞后比较高的部分定义为地区。当收到一个读请求的时候，代理节点会优先找
31、按滞后来讲就近的数据副本进行服务。如果是写请求，那么首先在本地进行持续化的写操作，然后再把副本异步传到其他地区。（存储区域可以部署到不同地区）5.4.4云监控系统5.4.4.1云监控系统功能模块云监控系统实现数据中心7X24的实时监测和管理。包括服务器、存储、网络等资源使用情况；以及各个虚拟机上的资源使用情况；平台运行情况；主要应用运行情况等。在底层采用主动和被动的轮询方式采集各个模块状态信息、平台信息及其应用的关键数据，通过友好的监测视图将整个系统的运行状况一目了然的展示出来，并根据管理员需求生成真实可靠的各类状态统计分析报告以供系统运维人员及决策者参考，通过故障预警系统、故障定位排查系统，大幅提高管理员的工作效率，保证平台运行的稳定性和可维护性。5.4.4.2系统监控资源监控云监控系统高度集成服务器管理模块对服务器的CPU、内存、硬盘、网卡等硬件的关键运行参数，以及软件和应用程序的进程、服务、端口等的运行状况，对Windows事件日志、UNIX LOG文件、系统日志进行分类扫描。状态监控云监控系统内置多种监测器，全面深度监测整个数据中心架构及其应用，例如数据中心所有网络设备、服务器、虚拟机、存储、等设
