工业企业在数字化转型过程中,其信息化基础设施承受着越来越重的考验。工业生产和管理的多个环节困境与挑战不断涌现:工业数据的爆炸式增长、对数据存储和利用的需求越来越强、IT运维的复杂低效、IT建设和扩充成本居高不下……工业企业业务以及数据的复杂性,对计算和存储系统的要求越发严苛。


归结起来,工业企业数字化转型过程中面临的挑战主要体现在以下几个方面:工业互联网时代工业企业数据爆炸式增长带来的存储困境;工业场景分散、业务数据独立管理形成孤岛;工业企业传统IT架构的管理平台割裂、管理分散;工业互联网时代工业企业数字化转型建设成本居高不下。而超融合架构的引入可以在很大程度上缓解企业面临的压力,助力企业应对上述挑战。


 

超融合架构的特性和优势


超融合基础架构(Hyper-Converged Infrastructure,简称“超融合”、“HCI”)是跨越传统IT架构的瓶颈和障碍、实现软件定义数据中心的重要武器。超融合将计算、存储、网络、安全等IT资源全部融合到通用x86服务器中,通过网络连接和分布式架构实现模块化的横向扩展(Scale-Out);统一的管理平台消除了IT资源的管理割裂,提升存储和扩展性能的同时大幅降低运营复杂度。


图1 超融合技术架构



超融合架构依赖的技术包括:分布式存储、计算虚拟化、存储介质、万兆网络等,未来超融合的发展将依托的关键技术如容器和容器编排、IB网络、RDMA(远程直接内存访问)、CDP(持续数据保护技术)、NFV(安全虚拟化等)、GPU虚拟化等。


超融合架构关键特性


超融合完整的一体化能力能够很好地支持主流数据中心的建设。不同于传统架构的以计算或数据为中心,超融合实现了软硬件解耦和资源的整合,在利旧、扩容方面更有优势,节约成本、简化部署运维。由于其IO性能、兼容性、虚拟化能力、价格等优势,超融合可作为云、数据中心的最小独立单元,横向构建企业云(私有云、分支云、边缘等);向上支撑数据库及企业级应用。未来,超融合的使用场景将面向混合云,成为多云的枢纽。同时,超融合的特性天生契合边缘计算场景的需要,其统一管理能力助力云边协同。


图2 超融合架构特性及应用场景


软件定义、通用硬件、线性扩展和统一管理是超融合架构的四个关键特性:


1)软件定义。融合计算、存储、网络、安全,打破以往的软硬件强耦合绑定,以软件定义的方式灵活、最大化资源利用,实现最优性能,识别应用特性提升存储负载,拉近平台与应用的距离。


2)通用硬件。兼容通用x86服务器,便于设备利旧、平滑过渡和弹性扩容升级,大大降低数据中心建设和扩充成本。


3)线性扩展。软件定义分布式存储、存储空间和性能横向线性扩展,突破传统架构中单一节点的存储性能瓶颈,允许在线扩容,实现数据自动负载均衡。


4)统一管理。将计算、存储、网络、安全等数据中心资源融合统一平台管理,提升IT运维管理效率,提高资源聚集度、利用率,实现IT运维的全局可视化、平台化、集中化、一致化。


超融合架构优势


不同于传统IT架构的以计算或数据为中心,超融合是以业务为中心的IT架构,具有以下优势:


1)软硬解耦:在设备利旧、扩容方面更有优势,有效节约成本。


2)资源融合:IT资源融合一体化交付、统一管理平台简化运维。


3)性能优化:性能随规模扩展而线性增长,具备容灾等数据保障能力。



超融合架构在工业企业的应用及展望 


超融合架构助力应用、数据、业务的高效运行


 以超融合架构构建工业企业数据中心,将给业务运营带来可靠性保障以及数据安全,降低整体运维管理难度,提升管理效率,并有效降低整体TCO。

面对企业运营需要的ERP、CRM、SCM、OA业务运转,超融合的多副本保障数据安全,通过多备份帮助用户实现数据及业务及时备份与恢复,针对系统部署、升级和运维等。超融合与传统基础架构相比,I/O性能提高3~5倍,部署与业务上线速度提升5~10倍,空间节省50%,能耗节省15%~30%,整体TCO降低10%以上。


工业企业针对研发上云,数据保密等需求,采用超融合+VDI构建研发云,超融合的高性能、计算存储按需弹性扩展可以满足研发场景的需求。与传统以纵向扩展计算和存储架构相比,超融合可横向扩展的分布式架构消除了性能和容量的上限,针对研发远程资源请求可以进行扩展和弹性分配,如果负载可能超出 IT 系统承载能力趋势,通过横向增加节点就能够使计算能力和存储容量线性增长。对于研发场景中的VDI应用至关重要。


创造“CIO”,超融合架构强化工业边缘计算


处于数字化转型的工业企业面临如何把CT、IT技术及OT自动化运营相结合的挑战。超融合架构相比传统系统,是一个经过“预处理”的模块化基础架构,打通CT、IT和OT的边界,实现“CIO”融合贯通,消除业务间的技术割裂和管理的鸿沟,以最适合融合统一的标准化形式承载工业系统和应用。


工业生产场景中,超融合架构完全满足工业现场边缘计算的受限环境,缩减机房空间、节约能耗;一筐即云、简易管理、安全可靠。工厂生产边缘工作环境条件远劣于常规数据中心,空间、能耗、维护便利性都不乐观。精简型超融合架构设备尺寸更小,占用空间更少,功耗更低,散热要求更低,模块化快速部署能力,同时具备远程管理能力。大幅提升的性价比,针对不同边缘计算规模,可以根据实际业务场景需求进行相应配置,实现更具优势的性价比。

同时,以超融合架构构建的工业边缘计算,让计算更靠近数据,数据处理应用、工业控制和分析软件都将能直接部署在工厂边缘。同时超融合可以为边缘节点提供更强大的性能和存储空间,满足工业生产场景对存储性能和极致响应速率的要求。

 

结合应用与业务,量身打造超融合工业一体机  


超融合一体机是一套基于融合架构的IT基础设施新平台,它将服务器虚拟化、分布式存储、软件定义的网络与安全等业界前沿技术融合到一台x86服务器中,并通过统一管理平台实现IT资源的可视化管理,帮助用户打造极简、稳定、高性能的IT基础新架构。


1、工业边缘一体机


制造业向智能化升级转型,生产设备的复杂程度越来越高,工厂生产现场可能有数千个传感器产生大量数据,大量的数据只有部分是关键或者有意义的,有些针对处理时延有要求,有些需要集中处理后再将数据统一发送上报,因此很多场合需要边缘计算系统对数据进行处理,然后根据业务需要反馈实时处置或者向中央数据中心进行长期存储,边缘计算系统减少了网络的数据量,目前边缘计算在工业中的应用体现在几个方面,主要是针对设备和供应链系统的监控和优化。


超融合架构是助力工业边缘一体机落地的最佳方案之一,一机即云、开箱即云是工业边缘云高效载体。工业互联网场景下,边缘云需求场景会非常广泛,而且对于工业云的需求更加灵活,在性能、规模、部署运维管理上更加具有优势的方案。超融合架构会加速工业一体机的推广,实现工业边缘计算的落地和实现,加速工业互联网发展。


2、标识解析一体机


标识解析如同互联网域名服务体系(DNS),将推动构建网络信息空间和连接访问,在更广泛的生产场景,构建物理世界的数字对象互操作空间,让人们可以像在互联网上获取信息一样便捷的获取“生产力”。网络是基础,而标识是网络的基础,是网络的“身份证”。工业互联网标识解析体系是实现工业全要素、各环节信息互通的关键枢纽。通过给每一个对象赋予标识,并借助工业互联网标识解析系统,实现跨地域、跨行业、跨企业的信息查询和共享。标识解析体系中二级节点和企业节点均可以采用超融合作为标识解析一体机。


3.工程云一体机


以超融合架构为基础,为工业企业客户提供基于VDI技术的工程云桌面解决方案,替换传统PC,满足客户在生产、研发、办公三个场景下的办公应用交付需求及解决传统PC交付方式带来的问题,提供满足OT侧生产场景应用需求的工程云桌面产品。


工程云桌面对存储性能格外敏感。与传统以纵向扩展的计算和存储架构相比,超融合可横向扩展的分布式架构消除了性能和容量的上限。只要出现负载可能超出IT系统承载能力的趋势,通过增加节点,就能够使计算能力和存储容量线性增长。对工程云桌面而言,用户的数量不是一开始就确定不变的,而是随着时间的增长而不断扩张,超融合架构可以非常好地适配这一特性,既不必一开始锁定大量资金超容购买设备使其闲置,也不会在扩容时由于系统的调试而造成应用中断,或是用户体验的下降。相比传统的三层架构,超融合生来就具备了互联网的基因,其分布式横向扩展架构,非常容易就能解决之前困扰传统VDI架构的启动风暴问题。


4.CPS一体机


信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统,通过3C(Computation、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS的实时性是整个系统的重大挑战,在CPS系统中有大量的传感器、执行器和计算设备需要交换大量的信息。例如,由于传感器节点位置的不同,CPS网络拓扑结构会产生较大的变化,各系统间需要进行大量的信息交换,以适应不同的应用。


超融合以其软件定义分布式存储架构及兼容万兆网络,可轻而易举应对CPS系统的应用运行和数据访问需求。超融合架构消除了存储性能瓶颈,提升了IO速率、极大降低响应时间,并通过数据本地化策略,感知和适应场景化应用的特性,以最优的数据存取方式提升整体运行效率。超融合架构可支撑庞大的CPS系统对计算、存储和安全需求,以超融合架构为模组可构建CPS融合集成平台,有力支撑MDM(工业要素标识解析)、ASB(应用互联)、devBus(设备互联)、OSB(开放互联)等业务和平台化应用,满足工业企业对CPS的中心化部署和边缘部署的双重需求,面向业务应用、现场设备和互联网实现端、边、云的协同协作。

 


超融合这种以业务为中心的IT架构开箱即用,帮助工业企业快速设计和部署、快速上云、简化管理,更加灵活和应对工业企业发展需求,其具备更简单的运维、更弹性的IT基础设施、更高的业务可靠性、更优的存储性能。


基于超融合架构构建工业企业数据中心,结合5G、物联网、云边协同计算、主动安全、统一运维,能够更好的推进工业企业的生产、研发、管理多业务间的智能化融合,加速数字化转型,最终实现整个工业互联网的“超融合”,以产业协同来进一步提升企业生产效率和盈利能力。


广州集康信息科技有限公司是华南区在工业领域的数字化转型等专业服务的优秀提供商,聚焦国际国内工业领域发展趋势,重点打造工业互联网产业技术体系,提供并满足客户工业场景需求的端到端产品和解决方案,并提供具有战略意义的数字化转型与工业互联网建设咨询服务。


用超融合架构构建现代工业企业数据中心