虛擬仿真云總體方案

1、虛擬仿真云概述

經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，各單位已經(jīng)積累了大量的虛擬仿真資源，取得了顯著的成果。但目前仍以線下的分散使用模式為主，存在以下主要問(wèn)題：

（1）當(dāng)前大多數(shù)應(yīng)用以C/S架構(gòu)為主。C/S架構(gòu)的兩層結(jié)構(gòu)存在靈活性差、升級(jí)困難、維護(hù)工作量大等缺陷，成果難以共享。
（2）多數(shù)虛擬仿真應(yīng)用對(duì)終端硬件要求較高，有的甚至需要配置專門的計(jì)算機(jī)圖形工作站。這就使得用戶只能在固定的地點(diǎn)、配備固定的設(shè)備才可使用。
（3）不同時(shí)期基于不同架構(gòu)、不同引擎開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，難以統(tǒng)一管理。
（4）知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和保密工作開(kāi)展困難，與一定范圍內(nèi)的共享使用形成了矛盾。

SaaS（Software-as-a-Service軟件即服務(wù)）是近年來(lái)興起的一種新型軟件應(yīng)用模式，具有建設(shè)方式靈活多樣等特點(diǎn)，逐漸受到了高校、科研單位等實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)方的青睞。

基于以上問(wèn)題，平行云特提出建設(shè)“虛擬仿真云”的設(shè)想：提供一個(gè)開(kāi)放式的虛擬仿真云平臺(tái)，用戶可將原本線下應(yīng)用的虛擬仿真應(yīng)用程序上傳至云端，在指定權(quán)限范圍內(nèi)，基于SaaS模式共享使用，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建從單機(jī)、單任務(wù)系統(tǒng)向線上多終端系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)進(jìn)化，為虛擬仿真資源的高效共享使用提供平臺(tái)基礎(chǔ)。

2、建設(shè)目標(biāo)

2.1 實(shí)時(shí)共享
實(shí)現(xiàn)已有虛擬仿真資源的上傳、在線使用，打破地域限制。在一定網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)可控的資源共享，解決虛擬仿真資源使用效率不高的問(wèn)題。

2.2 集中管理
兼容不同架構(gòu)軟件，搭建統(tǒng)一入口的資源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一部署、集中管理虛擬仿真資源的目的。集中管理可以保護(hù)數(shù)據(jù)安全，便于維護(hù)升級(jí)，解決運(yùn)維及管理成本高、擴(kuò)展性差的問(wèn)題。

2.3 多端訪問(wèn)
多數(shù)虛擬仿真系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要用到海量存儲(chǔ)、高性能計(jì)算和圖形渲染，對(duì)于終端硬件配置要求高。本方案將計(jì)算壓力放到云端，從而降低虛擬仿真系統(tǒng)使用終端的配置門檻，可隨時(shí)隨地使用任意終端訪問(wèn)，解決實(shí)驗(yàn)室硬件利用率不高的問(wèn)題。

2.4 極簡(jiǎn)操作
直接使用瀏覽器訪問(wèn)，具有四個(gè)“無(wú)需”的特點(diǎn)，從而解決使用繁瑣不便的問(wèn)題：無(wú)需下載安裝應(yīng)用程序，無(wú)需下載瀏覽器插件，無(wú)需下載仿真數(shù)據(jù)，無(wú)需預(yù)載、即點(diǎn)即用。

3、主要功能

3.1 用戶管理
實(shí)現(xiàn)用戶的注冊(cè)、登錄、權(quán)限分配等功能。

3.2 虛擬仿真資源管理
實(shí)現(xiàn)虛擬仿真資源的上傳、部署、共享權(quán)限設(shè)定以及資源下架等管理功能。

3.3 虛擬仿真資源使用管理
實(shí)現(xiàn)虛擬仿真資源使用情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析查詢等統(tǒng)計(jì)功能。

3.4 用戶訪問(wèn)管理
實(shí)現(xiàn)用戶基于瀏覽器的訪問(wèn)，根據(jù)使用人數(shù)與平臺(tái)支持的最大并發(fā)數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)約、排隊(duì)訪問(wèn)的管理功能。

4 體系架構(gòu)
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系統(tǒng)的體系架構(gòu)分為四層：中心管理層、應(yīng)用服務(wù)層、虛擬仿真應(yīng)用資源層和基礎(chǔ)計(jì)算資源層，具體見(jiàn)下圖。

5 技術(shù)路線
針對(duì)不同架構(gòu)的虛擬仿真資源，采用兩種技術(shù)路線來(lái)實(shí)現(xiàn)云端部署和使用，如下圖所示：

（1）C/S架構(gòu)
原有系統(tǒng)為C/S架構(gòu)的，采用云仿真方案后可通過(guò)后臺(tái)管理系統(tǒng)上傳并部署應(yīng)用，直接轉(zhuǎn)為B/S應(yīng)用模式。

（2）B/S架構(gòu)
原有系統(tǒng)為B/S架構(gòu)的，采用VM/Docker技術(shù)可進(jìn)行集中遷移部署。

6 軟件體系

6.1 用戶管理子系統(tǒng)
用于管理用戶的注冊(cè)、登錄和應(yīng)用使用權(quán)限設(shè)置。

6.2 應(yīng)用管理子系統(tǒng)
用于虛擬仿真應(yīng)用的上傳、管理、下架等設(shè)置。

6.3 計(jì)算資源管理子系統(tǒng)
用于管理分配云端計(jì)算資源

6.4 資源監(jiān)控調(diào)度子系統(tǒng)
通過(guò)收集并分析每個(gè)目標(biāo)應(yīng)用在各種幀率下的資源消耗信息，利用多資源最大最小公平性調(diào)度算法，在有效保證用戶體驗(yàn)質(zhì)量的前提下，最大化的利用系統(tǒng)資源，在經(jīng)濟(jì)性和體驗(yàn)性二者之間實(shí)現(xiàn)有效的平衡。

6.5 自適應(yīng)跨平臺(tái)客戶端
采用WebRTC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全平臺(tái)融合和無(wú)縫上下行交互，完美兼容Windows、Linux、MAC、安卓、iOS等系統(tǒng)平臺(tái)。

7 硬件平臺(tái)

8 管理使用模式

8.1 前臺(tái)管理使用模式

（1）用戶注冊(cè)與權(quán)限分配
可采用用戶自行注冊(cè)或統(tǒng)一分配賬號(hào)兩種不同權(quán)限的模式。

（2）預(yù)約/排隊(duì)模式
可根據(jù)需求采用預(yù)約或者排隊(duì)兩種不同機(jī)制的模式。如采用預(yù)約模式，用戶需提前一定時(shí)間預(yù)約申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)資源。如采用排隊(duì)模式，在有資源空閑的情況下，可即點(diǎn)即用；如當(dāng)前沒(méi)有資源空閑，則需要排隊(duì)等候。

8.2 后臺(tái)管理使用模式
可根據(jù)需要，采用用戶自行上傳虛擬仿真應(yīng)用或者由管理員集中管理上傳兩種模式。建議使用后者，以便于對(duì)應(yīng)用進(jìn)行集中管理。