云终端系统在电网一体化中的经济效益分析(发表版)

1 云终端系统在电网一体化平台中的经济效益分析 摘要摘要 电网一体化领域中电网业务系统应用模式逐渐由分离变为统一管理 这种变化更多地强调了业 务的 集中 和 协同 处理 这就要求通信支撑系统能够以多种手段消除原有的通信系统之间的技术壁 垒 云计算作为一种新的计算模式 为用户提供动态扩展 按需所取的计算 存储 平台 软件等资源服 务 1 对于云服务提供者来说 虚拟化 自动化 高扩展性中间件等云计算关键技术的使用 使系统的 资源利用率 可靠性 稳定性 性能 配置管理的简易性和快捷性等都得到了很大的提高 大大节省了软 硬件基础设施和人力资源 降低了运营成本 关键词关键词 云计算 云终端系统 电网一体化 中图分类号 中图分类号 文献标识码 文献标识码 文章编号 文章编号 Analysis economic benefit of cloud terminal system in power grid integration Abstract Application model of grid service system gradually become from separation to unified management This change emphasis many on the business of focus and cooperative treatment This requires communication support system can eliminate technical barriers by variety of means between the original system Cloud computing is a new computing model to provide users with dynamic expansion according to the calculation the storage platform software and other resources service For cloud service providers virtualization automation high expansion of the use of middleware and other key technology of cloud computing the system resource utilization rate simple reliability stability performance configuration management and convenience are greatly improved greatly saves the hardware infrastructure and human resources lower operating costs Key words cloud computing cloud terminal system grid integration 0 引言 十一五 是国家电网公司的重要发展阶段 在 大运行 发展战略体系的大背景下 电网业务系统的组织架构 业务模式和业务流程发生了很大的变化 这种组织架构的变化 导致了通信端的改变 从而要求通信支撑手段要能根据这些变化覆盖到所有通信需求的业 务部门 随着 SG ERP 工程建设的开展 内网计算机在生产 管理 运营等方面作用日益 增加 内网计算机的规模逐步扩大 目前由于新入职以及设备淘汰等原因 公司每年需要 采购约 6 万台内网计算机 使用内网计算机的人员 其在流动性 身份验证 数据备份 信息销毁 设备携带以及安全审计等方面存在保密安全问题 终端信息安全形势日益严峻 并且内网计算机常用办公软件 软件版本均按照个人办公习惯进行安装使用 在软件安全 配置 使用方式 软件版本 兼容性等方面缺乏必要的监管手段 存在信息安全隐患 近年来 随着云终端技术的不断成熟 以及在信息安全保密 能耗 运维等方面的优 势 云终端已经成为桌面办公发展的趋势 在国内外已经有较多的成功案例 世界上 500 强公司 80 以上均已经采用云终端模式进行办公 国内联通 移动 电信 工商银行 交 通银行 建设银行 石油 石化等大型央企以及国税 海关均部署了大规模的云终端系统 2 本文结合云终端系统在各网省公司的试点情况 对比了 PC 主机以及云终端工作模式 下的几种经济成本和运维成本 并通过经济学中的财务净现值法和内部收益率法分析得到 云终端的投资效益分析数据 2 提出了在电网一体化平台中云终端投资的经济优势 而龙 江公司云终端系统的试点中得到了充分的证实 云终端系统也必将是未来市场的主流趋势 1 相关技术简介 1 1 云计算分类简介 到目前为止 云计算平台总共有 3 种 主要包括 1 IaaS 基础设施作为服务 2 PaaS 云计算作为一个服务平台 3 SaaS 云计算作为一个软件服务 IaaS 基础设施作为服务 在这个最基本的云服务模式下 云服务提供商提供计算 机设备或虚拟机设备以及存储资源 以及防火墙 负载平衡器和网络资源 IaaS 提供商根 据用户的需求从其备用的资源池中提供这些资源 在这种模式下 基础设施为云计算平台 的提高尚所提供的服务 比如计算能力资源或者存储能力的资源 PaaS 云计算作为一个服务平台 PaaS 平台也称为云计算系统中的应用基础设施 的服务提供平台 在传统意义的定义下 PaaS 通常被称为中间件平台 因为 PaaS 平台在 整个云计算系统服务模式的构造中处于中间位置 其更接近于用户的服务模式为 SaaS 平 台 其更接近于底层的服务模式为 IaaS 平台 SaaS 云计算作为一个软件服务 对于云计算 SaaS 服务提供商来说 其主要服 务在于提供为企业构造信息化系统所需要的所有网络基础设施以及设备运作平台 在 SaaS 软件应用的设计上 其主要出发点在于使服务能够通过互联网进行交易与流通 从而能够 使企业用户能够尽快的通过互联网进行接入从而进行信息化系统的部署与应用 1 2 国内外发展现状 在国内外现有的研究当中 针对分布式系统的研究主要针对云计算系统的前身网格计 算系统 主要包括如下 Dai 等人对树状网络结构的网格计算系统的可靠性及性能进行了 数学建模 并且解决了在考虑网格系统的可靠性及性能的综合作用的情况下的网格系统资 源的最优配置策略 Levitin 等人对星形网络结构的网格计算系统的可靠性及性能模型进行 了研究 并且提出了一种对网格系统的资源配置算法 该算法经过大量仿真实验表明能够 达到更高的网格系统的服务可靠性以及更高的期望性能 Kong 等人研究了 3 种典型网格计 算系统的虚拟架构管理系统 即集中式 层次式 点对点式结构的性能容错性及可扩展性 在国内外已有的研究当中 对于调度器调度策略的研究大都假设各个任务的大小 任 务的执行量 和各资源的处理能力是已知的 因而任务在不同资源上的执行时间是已知的 针对优化目标位任务调度算法的调度跨度这一单一优化目标而言 有传统的基于静态启发 3 式的任务调度算法 Min Min 以及 Max Min 另外 还有一些设计原理来源于人工智能以 及生物活动过程的观察的多目标任务调度算法 例如蚁群算法 Ant Colony Algorithm 遗传算法 Genetic Algorithm 以及粒子群算法 Particle Swarm Algorithm 也被应用到调 度算法中 这些算法能够进行多目标优化 通常的优化目标是跨度 Make Span 以及负载 均衡 Load Balance 此外 基于考虑 QoS 的限制 并且实现经济原则 Maximum Utility 的调度算 法也已被提出 如考虑服务的时间要求 Deadline 以及可靠性 Reliability 等 QoS 要求 并且实现利益最大化的算法 针对树形的网格计算的网络系统 Dai 等人也提出了一个任 务调度的模型 Vengerv 等人提出使用增强学习的框架在网格系统的任务调度中 从而能 够在不同的经济效益函数 TUF Time Utility Function 下最大化网格系统所获得的经济效益 3 1 3 云终端系统简介 云终端系统 以下简称 云终端 包括云接入端 云服务端两部分 云服务端 云接入端 瘦终端 云终端服务 系统管理连接管理许可服务桌面发布身份验证 国家电网公司云终端系统架构图 行为审计云硬盘 嵌入式操作系统登陆软件 图 1 云终端系统逻辑架构 云接入端 采用瘦终端设备 本地无硬盘的精简 PC 只提供图像的显示 网络连接 鼠标键盘等外设的命令传输等功能 该设备为平均功率为 10W 云服务端 利用服务器 磁盘阵列的物理资源为员工提供个人的桌面服务 存储服务 通过系统管理 许可服务 桌面发布 身份验证 云硬盘等子模块 实现桌面资源管理 配置动态调配 CPU 内存 硬盘容量 行为审计 文件传递和备份等功能 4 4 图 2 云终端系统瘦终端 2 经济评价中重要指标的含义及应用 对云终端系统在电网一体化规划来讲 由于工程项目的周期较长 且涉及许多寿命不 同的子项目 在规划期内费用流比较复杂 一般采用动态评价法 其涉及到的比较重要的 动态评价指标有财务净现值 内部收益率等 2 1 财务净现值法及应用 净现值及净现值率是反映电网投资方案在计算期内获利能力的动态评价指标 其计算 表达式为 1 0 1 n t c t t p NPVCICOi NPVRNPV C 式中 NPV 净现值 NPVR 净现值率 CI 现金流入 CO 现金流出 n 寿命期或者计算期 电力工业折现率或基准收益率 c i 结合电网规划项目的建设情况 在计算电网工程项目净现值时 所需考虑的资金流入 CI 与流出 CO 等因素见表1 所示 现金流入 CI 考虑因素现金流出 CO 考虑因素 电量销售收入 增售电量固定资产投资 流动资金 收益 节能降耗收益电网运行成本 税 表1 电网一体化项目经济评价考虑因素 注 表中现金流入及流出所考虑的因素来自全部投资的现金流量表 与注资或自有资金的现金流量表 有所区别 用净现值法对电网规划方案作经济评价时 应将电网可靠性 净现值以及净现值率三 者综合起来考虑 剔除NPV 0 或NPVR 相对较小的方案 选择综合效益最优方案 2 2 内部收益率法及应用 内部收益率 IRR 是公认的除净现值以外的另外一个最重要的经济评价指标 其实质 就是使电网投资方案在寿命期或计算期内各年的净现金流量的现值等于零时的折现率 其 表达式为 5 2 0 NPN IRR 10 n t t t CICOIRR 在电网规划投资项目的经济评价中 一般认为内部收益率IRR大于等于电力行业基准 收益率的项目在经济上是可行的 即可认为该项目存在可以承受比目前行业贷款利率更高 的项目折现率而不亏本的能力 5 3 云终端系统相比传统 PC 方案经济成本测试分析 3 1 试点龙江公司云终端系统实际配置 云终端系统用户资源是指系统服务器为用户虚拟桌面分配的操作系统 计算资源以及 存储资源 用户通过瘦终端利用上述资源完成日常办公 用户的办公操作体验与网络资源 和终端计算资源紧密相关 建设预估 建设预估 桌面云建设主要包括服务器 存储设备 授权许可 瘦客户机 显示器 根据市场调研情况 随着建设规模的扩大 还能够从服务器数量 云终端 授权许可等方 面降低建设成本 表 2 为 300 名员工提供桌面云服务成本估算如下表 不含实施费 单价 元 数量总价 元 数据中心数据中心 服务器65 00015975 000 阵列存储240 0001240 000 文件存储90 000190 000 软件软件 云办公许可1 700300510 000 操作系统1 399300419 700 办公设备办公设备 显示器750300225 000 瘦客户机2 200300660 000 总计3 119 000 单点均价10 397 表 2 桌面云服务成本估算 单位 元 3 2 投资分析 普通 PC 计算机没有服务器和存储系统等成本投入 虽然云终端系统服务器和存储系统 投入成本比较高但是其优势在于软件投入和后期的运维管理以及耗电量上 结合龙江公司 6 实际部署情况我们罗列出了 PC 计算机传统办公方案与瘦客户机的云办公方案成本对比 6 表 3 为预计八年内二者的投资分析 传统方案传统方案云办公云办公 名称 价格 RMB 数 量 总价 RMB 名称 价格 RMB 数 量 总价 RMB 终端PC70004503 150 000瘦客户端2 950300885 000 服务器 0 虚拟化服 务器 65 00015975 000 存储备 份 PC 数据 备份恢复 500300150 000存储22 00015330 000 硬件硬件3 300 0002 190 000 产品软 件 桌面管理 防护 000 虚拟应用 虚拟架构 1 700300510 000 软件软件0510 000 PC8 7603002 628 000瘦客户端29230087 600电力消 耗 8 年 服务器29 20015438 000 耗电耗电2 628 000525 000 管理人 员成本 8 年 维护 PC 机人员 480 00083 840 000 维护虚拟 化服务器 人员 480 0001480 000 应用软 件升级 PC 机器 上的各种 应用 500300150 000 虚拟化服 务器上的 各种应用 500157 500 新应用 上线 PC 机器 上安装新 应用客户 端 500300150 000 虚拟化服 务器安装 新应用客 户端 500157 500 运维运维4 140 000495 000 汇总汇总 总计总计 RMB RMB 10 086 000 总计总计 RMB RMB 3 720 000 表 3 八年投资分析 单位 元 7 3 3 测试分析 3 3 1 投资成本分析 功耗计算功耗计算 终端节约费用 普通 PC 计算机功耗约 260 瓦 每天工作 8 小时 每年工 作 200 天 每度商业用电 1 2 元计算 300 台计算机 8 年共需要电费 263 万元 瘦客户机功 耗约为 普通 PC 计算机的 11 服务器设备耗电 初步估算可节约电费 210 万元 运维计算运维计算 终端运维成本 传统 300 台 PC 八年运维成本为 414 万元 瘦客户机 8 年运 维成本为 49 5 万元 初步估算可节约运维成本 364 5 万元 总体成本 总体成本 为 300 名员工提供传统办公的 IT 环境 八年共需要投入资金超过一千万元 通过虚拟化办公方式八年共需要投入 372 万元 能够节省约办公总投资的 59 586 万元 尤其要指出的是 当投入使用五年后 甚至都不到五年 由于设备的老化与硬件的更 新 PC 机群模式的设备需要进行重新建设与彩购 但云终端模式下瘦客户机的使用寿命预 计在八年以上 以八年期使用为限 如果不考虑未来硬件成本投入的变动因素以表 4 中的 数据进行测算 可以做出两种办公模式下的八年期内逐年投资成本的柱状图 如图 3 所示 可见采用云终端的长期运行成本投入优势极为明显 7 0 50 100 150 200 250 300 350 普通PC 云终端 图 3 两种办公模式下八年期逐年投入成本柱状图 单位 万元 如果将投入的总成本按照使用年限取平均值 并将得到的数据点相连成一条曲线 则 可以分别做出两种办公模式下的八年期内年均投入趋势图 如图 5 所示 8 0 50 100 150 200 250 300 350 普通 PC 图 4 三种模式下的八年期年均投入趋势图 单位 万元 由图 4 可知 云终端架构模式硬件成本为一次性投入 且其使用寿命相对于普通的 PC 主机要长 并具有低碳经济前景 对图 5 中的数据分析表明 随着时间增长 云终端模式 等运维成本会有所增加 但短期内不会出现像 PC 计算机因为更换硬件而带来的成本突然 增加 云终端模式的节约成本优势极为明显 可以看到龙江公司的预算投入上 云终端投入成本更低传统 PC 机资源利用率普遍不 足 10 通常在 5 甚至更低 通过部署云终端可以有效提高 CPU 内存 磁盘等关键硬 件资源的利用率 8 3 3 2 经济性分析 表 4 为龙江公司项目八年内二种方案投资和收益分析 项目传纺 PC 方案云终端系统方案 投资 万元 1008372 年净收益 万元 248183 寿命 年 88 残值 万元 10836 表 4 项目两种方案经济投资效益法分析 单位 万元 1 财务净现值法 0 1 27 8 1008 248 108 9 图 5 传统 PC 方案现金流量图 0 1 27 8 372 183 36 图 6 云终端方案现金流量图 对于传统 PC 方案的财务净现值法 NPV1 0 1 n t c t t CICOi 1008 248 P A 10 8 108 P F 10 8 365 44 万元 对于云终端方案财务净现值法 NPV2 0 1 n t c t t CICOi 372 183 P A 10 8 36 P F 10 8 621 08 万元 式中 A 年金 P 现值 F 终值 ic 利率 n 年数 年金现值系数 表示在利率为的情况下 各期年 1 1 n c c c i P A i n i c i 金的复利现值之和 复利现值系数 表示在利率为的情况下 n 年后 F 现 1 n cc P F i ni c i 在的价值即 P 9 因为 NPV2 NPV1所以从财务净现值法分析云终端方案要优于传统 PC 方案 2 内部收益率法 10 0 NPN IRR 10 n t t t CICOIRR 可得到 IRR1 19 IRR2 47 因为 IRR2 IRR1 10 所以从内部收益率法分析云终端方案要优于传统 PC 方案 4 总结与展望 云终端系统的应用可以进一步提高公司信息安全水平 所研制桌面云服务系统和瘦客 户端将计算能力 存储能力以及软件 办公文件集中在数据中心内 保护国网公司核心数 据的安全 防止机密数据和敏感信息泄流 且无需复杂的 IT 系统即可实现严格的安全管控 满足公司信息安全要求 有利于实现集中管控 瘦客户端能够降低 IT 运行的碳排放量以及 能耗 符合国家的节能减排发展战略 每年为公司办公应用节省大量能源 按照国网公司 全国 150 万员工 按照 1 3 的应用规模 瘦客户端的使用周期计算五年 可以为公司节省 能耗约 4 44 亿元 采用平均功率 10W 的云终端 后台服务器能耗代替传统 PC 电脑 按照 每天 8 小时工作估算 无人使用时设备均为休眠状态 瘦客户端结合电力桌面云 可以实现软件集中部署 集中管理 数据集中存储 大集 中模式下 在运行维护方面从运维人力以及运维管理将节省大量资金 其中运维人力方面 桌面云系统将传统的分散式运维变为集中运维能够为国网公司减少运维人员的工资成本 20000 人 8000 人 18000 年 2 16 亿 而运维管理方面桌面云系统将办公桌面的补丁修 复 软件升级等工作进行集中化 也将会大大降低了运维管理成本 因此国网公司采用瘦 客户端进行日常办公五年节省运维成本为 4 44 亿 2 16 亿 7 6 亿元 另外