虛擬仿真云總體方案

1、虛擬仿真云概述

經過多年的建設，各單位已經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，存在以下主要問題：

（1）當前大多數應用以C/S架構為主。C/S架構的兩層結構存在靈活性差、升級困難、維護工作量大等缺陷，成果難以共享。
（2）多數虛擬仿真應用對終端硬件要求較高，有的甚至需要配置專門的計算機圖形工作站。這就使得用戶只能在固定的地點、配備固定的設備才可使用。
（3）不同時期基于不同架構、不同引擎開發的系統，難以統一管理。
（4）知識產權保護和保密工作開展困難，與一定范圍內的共享使用形成了矛盾。

SaaS（Software-as-a-Service軟件即服務）是近年來興起的一種新型軟件應用模式，具有建設方式靈活多樣等特點，逐漸受到了高校、科研單位等實驗環境建設方的青睞。

基于以上問題，平行云特提出建設“虛擬仿真云”的設想：提供一個開放式的虛擬仿真云平臺，用戶可將原本線下應用的虛擬仿真應用程序上傳至云端，在指定權限范圍內，基于SaaS模式共享使用，實現實驗環境搭建從單機、單任務系統向線上多終端系統發展的技術進化，為虛擬仿真資源的高效共享使用提供平臺基礎。

2、建設目標

2.1 實時共享
實現已有虛擬仿真資源的上傳、在線使用，打破地域限制。在一定網絡范圍內，實現可控的資源共享，解決虛擬仿真資源使用效率不高的問題。

2.2 集中管理
兼容不同架構軟件，搭建統一入口的資源管理平臺，實現統一部署、集中管理虛擬仿真資源的目的。集中管理可以保護數據安全，便于維護升級，解決運維及管理成本高、擴展性差的問題。

2.3 多端訪問
多數虛擬仿真系統運行時需要用到海量存儲、高性能計算和圖形渲染，對于終端硬件配置要求高。本方案將計算壓力放到云端，從而降低虛擬仿真系統使用終端的配置門檻，可隨時隨地使用任意終端訪問，解決實驗室硬件利用率不高的問題。

2.4 極簡操作
直接使用瀏覽器訪問，具有四個“無需”的特點，從而解決使用繁瑣不便的問題：無需下載安裝應用程序，無需下載瀏覽器插件，無需下載仿真數據，無需預載、即點即用。

3、主要功能

3.1 用戶管理
實現用戶的注冊、登錄、權限分配等功能。

3.2 虛擬仿真資源管理
實現虛擬仿真資源的上傳、部署、共享權限設定以及資源下架等管理功能。

3.3 虛擬仿真資源使用管理
實現虛擬仿真資源使用情況的實時監控、分析查詢等統計功能。

3.4 用戶訪問管理
實現用戶基于瀏覽器的訪問，根據使用人數與平臺支持的最大并發數，實現實驗預約、排隊訪問的管理功能。

4 體系架構
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系統的體系架構分為四層：中心管理層、應用服務層、虛擬仿真應用資源層和基礎計算資源層，具體見下圖。

5 技術路線
針對不同架構的虛擬仿真資源，采用兩種技術路線來實現云端部署和使用，如下圖所示：

（1）C/S架構
原有系統為C/S架構的，采用云仿真方案后可通過后臺管理系統上傳并部署應用，直接轉為B/S應用模式。

（2）B/S架構
原有系統為B/S架構的，采用VM/Docker技術可進行集中遷移部署。

6 軟件體系

6.1 用戶管理子系統
用于管理用戶的注冊、登錄和應用使用權限設置。

6.2 應用管理子系統
用于虛擬仿真應用的上傳、管理、下架等設置。

6.3 計算資源管理子系統
用于管理分配云端計算資源

6.4 資源監控調度子系統
通過收集并分析每個目標應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度算法，在有效保證用戶體驗質量的前提下，最大化的利用系統資源，在經濟性和體驗性二者之間實現有效的平衡。

6.5 自適應跨平臺客戶端
采用WebRTC技術，實現全平臺融合和無縫上下行交互，完美兼容Windows、Linux、MAC、安卓、iOS等系統平臺。

7 硬件平臺

8 管理使用模式

8.1 前臺管理使用模式

（1）用戶注冊與權限分配
可采用用戶自行注冊或統一分配賬號兩種不同權限的模式。

（2）預約/排隊模式
可根據需求采用預約或者排隊兩種不同機制的模式。如采用預約模式，用戶需提前一定時間預約申請實驗資源。如采用排隊模式，在有資源空閑的情況下，可即點即用；如當前沒有資源空閑，則需要排隊等候。

8.2 后臺管理使用模式
可根據需要，采用用戶自行上傳虛擬仿真應用或者由管理員集中管理上傳兩種模式。建議使用后者，以便于對應用進行集中管理。