一、 校园数据中心建设现状与问题

　　近年来，高校信息化飞速发展。在从数字校园向智慧校园迈入的过程中，高校数据中心建设成为了关键。为保证业务连续性，多数高校都采用了双活数据中心架构。

　　湖南大学基于双活和虚拟化技术建设的数据中心（如图1所示），能够保证业务连续性。单个或多个服务器故障时，虚拟机会自动迁移到其他服务器；单存储故障时，会自动读写另一台存储；单存储交换机故障时，会通过另一台存储交换机保证服务器与存储的连接。然而，随着时间推移，虚拟机数量增加，该数据中心凸显出的问题也越来越多：

图1 湖南大学双活数据中心架构

　　1.服务器和存储之间网络访问速度受存储交换机影响大。服务器与存储之间通过SAN存储交换机连接，网络请求压力大时，交换机负载高，网络延迟增加明显。

　　2.存储本身IO(Input / Output)性能受控制器和缓存影响明显。在业务高峰期，存储IO延迟高，业务系统受存储IOPS(Input / Output Operations Per Second)影响大，用户等待响应时间长。

　　3.双活机制导致横向扩展过程复杂。单数据中心纵向扩展易加剧性能问题，当增加到一定程度，只能横向扩展整套数据中心。然而，横向整套扩展面临双活对称问题，扩充复杂。

　　4.由于目前只有一个双活数据中心，应用系统、日志系统等各类业务系统都放在一起，虚拟机数量多，日常管理和维护难度高。此外，双活数据中心并不能保障软错误，一旦软件出现问题，各系统间可能会相互影响。

　　5、后期维护困难，成本高。服务器、网络、存储任一环节出现问题，都需各自厂商协助排查修复。多方沟通导致问题处理周期长、效率低。

　　二、 超融合和边缘计算框架

　　1.超融合架构

　　超融合架构是一种软件定义架构，它将计算资源、网络、存储、服务器聚合在一起，用户的请求基本在本地完成。除普通的HDD(Hard Disk Driver)外，还配备SSD(Solid State Disk)，进一步保证整体响应速度。相较于服务器+交换机+存储模式，超融合架构在集群中增加和剔除节点简单，可按需求线性扩展集群规模。

　　超融合架构具有以下特征：高速度，多节点并发，SSD缓存，读写本地化，具有更高的IOPS和更低的延迟；高可靠性，采用跨节点双副本或三副本模式，可保证同时坏一个或两个节点时，数据不丢失；易扩展，可在线线性扩展硬盘或节点，数据会自动负载均衡，扩容简单快速；易部署维护，硬件设备少，网络拓扑简单，部署快。管理统一，易维护。

　　2.边缘计算框架

　　作为云计算发展到一定程度的产物，边缘计算是指在靠近数据源头处，采用网络、计算、存储、应用为一体的平台，就近提供服务。通过边缘计算技术，将服务放到最靠近用户的平台，快速响应用户请求。较于集中式数据中心，边缘计算具有以下特征：数据处理更快，数据的处理基本都在本地完成，不需要通过网络多次请求云端，处理速度大幅提升；云端压力降低，边缘计算将云端从高负载中解放出来，使得云端有更多资源可以处理其他业务；网络流量减少，将数据处理下发到边缘后，用户需要请求云端的情况大幅减少，数据中心内部网络中的流量下降。

　　三 新型校园数据中心建设方案

　　从上文中对目前湖南大学所建设的双活数据中心的分析可知，该数据中心存在网络和IO性能、容量扩充、业务隔离和后期维护等诸多问题。双活数据中心服务器+交换机+存储的架构，对存储交换机性能的依赖很高，易产生高网络延迟。同时，存储本身的IOPS也有限，随着业务量的增加，数据请求等待时间也更长。边缘计算框架能实现业务最大程度接近数据产生地，在边缘处处理用户请求，既提高响应速度，又减轻云端压力。超融合架构将计算、网络和存储资源融合在一起，几乎消除了存储网络带来的性能问题，SSD盘的存在也进一步提高了存储IOPS。此外，采用超融合架构服务器，节点控制灵活，能快速扩充容量；网络拓扑简单，易于后期维护。

　　基于以上考虑，本文提出了基于超融合架构和边缘计算框架的校园数据中心建设方案。如图2所示，该数据中心由云端数据中心和边缘数据中心组成。基于建设成本考虑，云端数据中心仍然采用当前已建成的双活数据中心，只额外配置边缘计算所需服务，控制与边缘数据中心的业务和数据交互。除了云端数据中心外，基于校园实际情况，采用超融合服务器，在校内不同区域的分机房建立边缘数据中心。目前已有部分厂商有完整的超融合产品可供用户选购，例如H3C等厂商。

　　云端数据中心主要运行各日志和监控系统，教学、科研、学工等高频率应用系统都下发至各边缘数据中心。边缘算法综合各边缘数据中心的资源、与用户的距离等多方面因素，计算得到各边缘数据中心具体承载业务的分配方案。用户的请求最大限度地在边缘数据中心本地处理，快速响应。云端与边缘数据中心除了日常少量的交互外，大数据量的交互都在低业务量时段进行，例如数据同步、备份、挖掘、分析等。此外，各边缘数据中心采用双备份机制做本地备份，当单服务器故障时，业务可以无缝切换至另一台服务器。云端数据中心也会定期备份各边缘数据中心重要应用系统的数据。随着业务的增长，可以在边缘数据中心增加服务器或增加边缘数据中心个数，扩充整体容量。该扩容过程快，对原有拓扑和服务影响小。该方案表面上看需要建设很多数据中心，但实际上，边缘数据中心的规模远小于云端核心数据中心。此外，边缘数据中心系统架构简洁，且H3C等厂商的超融合解决方案中基本都有配套的管理运维平台，可对网络、存储、虚拟机等实时监控和管理，只需要很少的专业技术人员即可维护，运维成本低。

图2 新型校园数据中心框架

　　本文分析了目前校园双活数据中心存在的问题，结合当前相关技术发展趋势，提出了基于超融合架构和边缘计算框架的新型校园数据中心建设方案。该方案利用超融合架构计算、网络、存储合为一体的特征，消除传统数据中心存在的网络和存储性能瓶颈。边缘数据中心和云端数据中心的结合，既能使应用最大程度地靠近用户，提高应用系统响应速度，又能减轻云端数据中心的压力，使云端能更加专注于做数据的挖掘和分析，为智慧校园建设提供支撑。此外，该新型校园数据中心具有良好的扩展性，能快速方便地适应后续业务的变更。该方案对校园数据中心的发展具有参考意义。

　　（作者：李纯凤 王宇科 谭鑫鑫 苏靖，单位为湖南大学信息化办）

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