云计算相关研究与成果介绍

云终端

在国家863计划项目的支持下，基于ARM平台开发了嵌入式云计算用户终端产品。

云终端是基于Windows XP/Linux系统的支持云计算的终端设备。云终端既可与云服务器主机远程桌面同步运行，也可作为迷你PC单独运行，其价格相当于传统个人PC的20%-30%，并且采用软硬件一体化设计，综合使用成本低。采用虚拟化技术实现主机资源的共享，桌面终端无需Windows许可，大幅减少硬件投资和软件许可证的开销。多用户可以不受限制独立、同时使用一台主机的软硬件资源，实现资源的高效整合和灵活使用。

虚拟桌面能够在云中提供远程的计算机桌面服务。服务提供者在数据中心服务器上运行用户所需的操作系统和应用软件，然后采用RDP协议将操作系统桌面传送到终端端设备上。同时，服务器对用户端的输入进行处理，并随时更新桌面的内容。虚拟桌面的应用具有很多优势，例如它能够提供随时随地访问的能力、支持多样化的接入设备选择、降低软硬件的管理和维护成本、强化用户的数据安全等，这使得虚拟桌面具有广阔的应用前景。

云数据中心

在重大产业化项目的支持下，开发了新一代模块化数据中心技术方案，成为未来云服务端的主要模式，产业化相关工作正在进行。

该成果的目标是设计一种具有通用性和便于维护的模块化（集装箱式）数据中心，这种模块化数据中心相比于现有的数据中心更有利于分散部署和运行维护。与目前业内的其它厂商的集装箱数据中心相比，不过多追求于单位面积所容纳的数据处理能力，而是侧重于IT设备、供配电设备以及制冷设备的模块化设计，侧重于利用物联网技术加强集装箱数据中心的综合监控能力和远程运维能力，提高数据中心整体的模块化程度，降低数据中心的维护、维修难度，缩短数据中心的部署和维修时间，提高数据中心的组态性，降低云计算的运行成本。

项目整体技术特征：

（1）安全可靠性

云数据中心必须具有高可靠性的，不能出现单点故障。要对数据中心布局、结构设计、设备选型、日常维护等方面进行高可靠性的设计和建设。在关键设备采用硬件备份、冗余等高可靠性技术的基础上，采用物联网技术及相关的软件技术提供较强的管理机制、控制手段和监控与安全保密等技术措施提高云数据中心的安全可靠性。

（2）灵活性与可扩展性

集装箱数据中心具有良好的灵活性和可扩展性，能够根据今后业务的不断深入发展的需要，扩大设备容量和提高用户数量和质量的功能。具备支持多种网络传输、多种物理接口的能力，提供技术升级、设备更新的灵活性。

（3）通用性

目前的市场上的集装箱数据中心在机架的设计上往往按照特定的IT设备的安装尺寸进行设计，力求空间的充分利用而牺牲通用性，我们设计的云数据中心要能够适应多数的服务器结构，以满足一定阶段内利用集装箱对传统数据中心改造的要求，侧重于数据中心的通用性。

（4）标准化

虽然集装箱数据中心尚处于发展的初级阶段，未出台针对集装箱数据中心的国际、国家标准，但在系统的结构设计中务求基于国际标准和国家颁布的有关标准，包括各种建筑、机房设计标准，电力电气保障标准以及计算机局域网、广域网标准，坚持统一规范的原则，并为多模块部署的增容奠定基础。

云数据中心包括以下六个子系统：

（1）计算机集群系统；

（2）集装箱箱体及智能机柜；

（3）电源管理系统；

（4）空调制冷（新风）系统；

（5）防雷及接地系统；

（6）综合监控系统。

云平台

在重大产业化项目的支持下，开发了云计算中间件软件产品。支持虚拟化、虚拟桌面、虚拟组织的管理，实现资源、平台、软件等多层面的封装、部署和弹性配置。

总体来说，中间件提供计算资源和存储资源的虚拟化，用户可以利用软件方便的搭建和管理一个数据中心，软件本身提供了一套完整的认证安全机制，使得资源的共享是安全的。同时，高级用户可以在本软件的基础上进行二次开发，得到针对特殊应用解决方案。

从功能上看，中间件实现了加密通信、身份认证、用户管理、资源调度、人机交互以及通用数据库服务等多项功能。各项功能均提供了相应的开发接口，用户可方便利用相应接口进行二次开发。从结构上看，中间件划分为以下四层：

l E (lement)层：元素层是中间件架构的最底层，其基本功能是定义整个应用架构最基本的元素(element)作为处理和调度的基本单位，完成元素间无缝的互操作、共享、访问控制与透明的管理功能。

l L (ogic)层：逻辑层实现平台的应用逻辑，将底层大规模异构的元素屏蔽起来，并提供统一的访问操作机制，使得上层应用能够不用关心具体元素的类型、位置等详细信息，只用按照逻辑层规定的接口采用与之适应的方式进行访问和处理。

l O(rganization)层：组织层实现系统的合理布局，存储与安全访问机制，提供认证、授权、信任机制等安全策略，完成体系的动态构建、非授权访问控制等关键问题。

P (rocess)层：实现直接和业务逻辑相关的操作与处理。本层只需关心具体的服务或者工作流程而不需要终端用户关心实现细节。 

本中间件的特点在于系统的可扩展性、任务分工的明确性与资源共享的安全性。分散性体现在系统结构是松耦合的，将原有的计算机系统重新划分成不同的层次，便于服务重组。而任务分工的明确性指在中间件的四层体系构架下，层与层之间的任务分工明确，任务的执行过程是流水作业的，提高系统的效率。而资源共享的安全性指通过构建虚拟组织，引入证书认证机制，使得组织内成员可以安全的共享资源。

云应用解决方案

基于以上云计算技术研发和产业化成果，在行业应用领域形成了以下几个方面的解决方案。

a) 云制造

在国家863云制造主题项目的支持下，与北京航空航天大学合作，探索新一代的网络化制造新模式。将云计算的资源共享理念和按需使用的商业模式引入制造业，实现制造资源的有效利用，进而降低成本。

b) 电力云

在国家973基础研究计划课题的支持下，与清华大学电机系和南方电网等单位合作，形成广域电网安全稳定运行和闭环阻尼控制的仿真分析计算平台，以此为基础形成基于云计算和物联网技术的新一代能量管理系统。

c) 教育云

在教育部国家精品课程集成重大项目的支持下，探讨教育资源的有效利用和共享问题。利用云计算平台整合高等教育课件资源，解决中小学基础教育的资源不平衡问题，提出模块化数据中心+云终端的整体软硬件解决方案。

d) 医疗云

在国家重大专项3的支持下，探讨远程医疗的基本规划和云计算技术在其中的作用。构建社区医疗服务框架，以云数据中心为核心，利用无线、有线等多种通信方式，支持远程医疗，健康监护和医疗协作。

e) 管道云

在中石油科技项目的支持下，与中石油管道公司密切合作，在输油管道的实时监控、运维等方面引入云计算技术和平台。实现实时数据管理，第三方应用的接入，以及工业现场移动式操作终端。

f) 政务云

与北京慧点科技开发有限公司合作，在北京市东城区云计算规划咨询项目中，提供了一整套政务重组方案，提高现有IT资源设备的利用率，整合不同环境下的政务应用系统，最大程度的减低成本。

联系方式：

联系人：曹军威

单  位：清华大学信息技术研究院

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电子邮件：jcao@tsinghua.edu.cn