在文章《智慧水务私有云系统的架构设计》中我们已经讨论了水务企业私有云系统架构的简单分层，那么，在本文中，我们将以二次供水智慧平台为例，对三个层次的架构和三个安全分区进行了详细解释。

1 第一分层：数据中心层

因为数据中心层承担了系统几乎所有的计算能力和安全风险，所以它的架构设计十分重要。在二次供水智慧平台自动控制及数据采集监视系统中，它的架构如下图所示。

数据中心层的实体是几台高性能的物理服务器。这几台服务器加上配套的存储设备可以构成一个云计算虚拟环境的物理机实体。在这些物理设备上安装一层云计算虚拟软件平台，激活物理机作为虚拟环境的载体。完成虚拟环境的搭载后，几台物理服务器在实际使用过程中可以分割成几十台虚拟服务器进行使用。

云计算虚拟环境中，可以存在几十台虚拟服务器和PC机。每台虚拟服务器被封装成软件分布在各个物理服务器上。如果要更换或者增加某台虚拟服务器，只要加载特定的文件即可，十分方便快速。

如果要提升整体的性能，只要增加物理服务器或者增加物理内存、磁盘等配件即可实现。如果要提升单台虚拟服务器的性能，只要通过软件对性能进行调整划分即可实现。

在虚拟服务器的安排上，我们将其分为三类安全分区。

1.1 第一类安全分区就是I/O服务器

它们的作用就是同现场管理层的自控设备进行数据交换。I/O服务器服务器里安装的是通用的通讯协议软件，一般这些软件会封装一些通用的通讯协议，只要合理的安装，通过I/O服务器就可以自由的与不同规格的自控设备进行数据交互。

在实际中一般会用多台I/O服务器来做合理的负载均衡设计。每一台I/O服务器会负责特定数量的现场站点，用来分担数据交互的压力。

将I/O服务器独立出来并用多台来平衡负责可以使整个系统更为稳定，减少故障风险，兼容多种底层设备。同时满足了高可靠性和开放性的原则。

1.2 第二类安全分区是数据库服务器

在这里设计了两种类型的数据库：

1.2.1 一种是关系型数据库

例如SQLServer、Oracle就是这种数据库。

1.2.2 另一种是实时数据库

这是一种针对时间性数据专门优化而成的数据库。

1.2.3 实际应用中两种并存

在实际生产过程中会产生大量带着时间戳的数据，如果这些数据全部存储在关系型数据库中，数据处理的效率会大受影响。分库存储可以将时效性强的重要数据分离出来存储在实时数据库中，这样可以大幅提高重要数据处理的效率。

1.3 第三类安全分区就是HMI服务器

也就是人机交互服务器。

这里可以有很多的软件系统服务器，例如组态软件服务器、报表工具服务器、管理服务器、WEB服务器、云桌面等。

自控运行状况的数据显示、控制指令的发布、数据表格的生成、数据的分析、报警的产生等等都是在这一台阶中完成。

通过工程师站的虚拟服务器对这些HMI服务器进行安装配置和修改。调度管理中心通过客户端虚拟PC机和云桌面服务器对各类数据进行监控和指令发送。

调度管理中心不存在任何物理PC机，通过瘦客户端与网络与数据平台层进行数据交互。

这样可以避免调度管理中心恶意程序的输入，确保了系统的安全性。HMI服务器文件式的热增减满足了规模按需增减的要求，体现了系统的灵活性和扩展性。

2 第二分层：传输层

传输层采用了基于互联网的虚拟专用网络即VPN。同时，整个自动控制及数据采集监视系统单独组网，并与其它系统物理隔离，例如视频监控网络。

有条件的情况下还可以采用天地线互备的方案，即主线路用有线VPN，备用线路使用无线VPN。还可以尝试采取多运营商的方案来分担风险。

传输层是整个系统安全的核心，不建议采用没有安全防护的公用互联网进行数据通信。

3 第三分层：现场管理层

以二次供水智慧平台为例。小区二次泵房的自控设备、在线仪表以及二次供水的调度管理中心等均属于现场管理层。

在自控设备方面可以采用成套的二次供水设备也可以采用自行组装的控制设备，关键在于通信协议的透明度。通信协议越透明，越到底层，对于系统整体的可靠性越强。

设备现场一般采用三级控制原则进行自控设置并以触摸屏的方式进行现场控制。

调度管理中心采用云桌面和瘦客户端的方式进行数据和指令的交互，不建议使用物理PC机或工控机进行操作。

4、结语

计算机系统的架构犹如骨骼对于人体的作用，其重要性也不再赘述。

这种基于云计算，并遵循高可靠性、扩展性、灵活性、开放性和安全性设计原则的智慧水务私有云系统的架构设计是水务研究人员基于长期的供水实际经验和最新的计算机前沿技术相结合的产物。

目前该架构的模型已经实际应用于王阳明水务集团。在实际运营过程中完全满足了预先规划的五个设计原则，取得了良好的效果。随着二次供水工作的不断推进，该系统将发挥出更大的作用，服务于市民。

本文涉及站内云计算相关文章：

智慧水务核心科技研究，物联网和云计算技术

本文涉及的站外参考文献：

一种基于云计算的二次供水智慧管理系统的架构设计