集群分布式网络架构在短波监测一体化平台中的应用

李效利，王志欣通信作者，于 淦

（1.国家无线电监测中心云南监测站，云南 昆明 650000；2.国家无线电监测中心，北京 100037）

0 引言

分布式是指将不同地点、拥有不同数据或不同功能的多台计算机通过网络连接起来，由控制系统统一管理，完成大规模信息处理的计算机系统[1]。

集群是指多台服务器集中在一起提供统一服务，在逻辑上可以看作是一台服务器对外进行服务，这些服务器就是集群[1]。

在国家短波监测一体化平台中，九个监测站分布在不同地区，拥有不同的监测设备及监测数据， 监测中心对九个站点集中统一管理，该平台模式可使用集群分布式架设，充分发挥集群分布式网络架构优势，提高工作效率及数据安全可靠性。

1 短波监测一体化平台逻辑架构

短波监测一体化平台依托于国家无线电管理一体化平台的技术架构进行设计和实施，本质上是国家无线电管理一体化平台的一组应用系统。短波监测一体化平台中管控系统、监测设备、监测数据库以及应用系统之间的服务请求与响应，都经过国家无线电管理一体化平台进行交互。如图1所示。

图1 逻辑架构总览

短波监测一体化平台系统基于SOA服务架构设计，遵循《短波监测管理一体化平台技术规范》等相关标准规范，通过服务总线对设备操作分解为原子服务层，并通过管控系统规范标准服务，实现上层业务流程、业务应用于底层监测设备的解耦[2]。

2 集群分布式监测网架构设计

依据短波业务需要，结合无线电管理一体化基础平台建设方式，短波监测一体化平台核心业务调度（如监测管控系统任务调度、数据处理系统数据路由索引）采用中心集中集群部署，通过在监测站安装同步灾备系统，确保网络异常情况下监测站点监测业务能正常开展，同时使用反向代理技术实现自动切换。数据传输存储分析采用中心、监测站点分布式部署，将数据计算处理前置，有效缓解网络压力，充分利用监测站点计算和存储资源，中心具备汇总计算能力实现各站数据的统一并对外提供服务。

图2 集群分布式架构图

反向代理将短波核心业务调度处理请求路由到国家中心节点，对设备、数据进行统一的调度、处理，此时，各个监测站灾备系统自动从国家中心同步本站的设备元数据，以备断网模式下对本站的设备、数据调度。

当中心和监测站断网模式或出现网络故障时， 监测站的反向代理自动监测网络异常，自动将监测应用的请求切换到本站的短波分布式平台，保证应用对本站设备的控制及分析。此时各个监测站仅对本站设备进行控制，发起基础的监测测向功能，包括单频测量、单频测向、频段扫描及频谱观测等， 支持本站计划任务、整点半点录音功能、基础数据分析（频段占用度统计、信号占用度统计），并将监测过程数据、业务数据、结果数据存储与监测站。网络恢复后，监测站通过合理的数据同步机制，保证短波站与国家中心的数据一致性。

3 集群分布式网络保障性应用

3.1 集群横向扩展——服务无状态化、负载均衡

构建应用系统核心服务集群，让核心微服务模块都能依据并发压力和高可用需要任意扩展，保证集群中任意一台服务器出现问题不会影响整个应用系统的正常运行。

通过应用服务的集群化，实现根据需求对高并发的模块进行平滑扩容，通过负载均衡实现服务的高并发需求，如最大在线用户数≥100人等需求。

集群横向扩展的前提是将服务的状态信息从服务中剥离，实现无状态的微服务，相同微服务多实例运行时达到状态一致，同时使用负载均衡策略将服务消费者路由到合理的微服务上。如图3所示。

图3 微服务关系图

负载均衡微服务的业务状态信息统一存储在Redis缓存中，各实例共享使用状态信息，实现状态的一致性。

服务消费者通过负载均衡器（Ribbon）使用配置好的均衡策略实现微服务实例的路由。

Redis缓存服务器构建集群保障状态数据的安全性，采用Redis哨兵模式建立集群，监控Redis系统的运行状况，主要实现单个redis节点宕机时无缝切换备用redis服务器。Sentinel（哨兵）系统用于管理多个Redis服务器（instance），该系统执行三个任务：一是监控（Monitoring），Sentinel会不断地检查你的主服务器和从服务器是否运作正常；二是提醒（Notif ication），当被监控的某个Redis服务器出现问题时，Sent inel通过API向应用程序发送通知；三是自动故障迁移（Automatic failover），当一个主服务器不能正常工作时，Sentinel会开始一次自动故障迁移操作，将失效主服务器的其中一个从服务器升级为新的主服务器，并让失效主服务器的其他从服务器改为复制新的主服务器；当客户端试图连接失效的主服务器时，集群也会向客户端返回新主服务器的地址，使得集群可以使用新主服务器代替失效服务器。

3.2 分布式部署——集群、反向代理、自动切换

短波业务应用系统在国家中心和监测站分布式部署，中心采用集群模式、监测站使用单节点进行部署，保证中心和监测站的系统能够作为逻辑上统一的应用系统对外提供服务。

各个监测站通过Nginx反向代理发布给本站的监测应用，国家中心与监测站之间使用统一部署的DNS域名解析服务器集群实现灰度发布，对所有区域用户实现无差别化访问联网模式下，反向代理将短波业务（包括监测管控、数据分析、存储等）处理路由到国家中心节点，对设备、数据进行统一的调度、处理，此时，各个短波站自动从国家中心同步本站的设备元数据，以备断网模式下对本站的设备调度。

当中心和监测站断网模式下，监测站的反向代理自动监测网络异常，自动将监测应用的请求切换到本站的短波分布式平台，保证应用对本站设备的控制及分析，并将监测过程数据、业务数据、结果数据存储与监测站，不影响用户对本站的控制及日常监测分析工作，保障系统的高可用。

当中心和监测站网络恢复后，监测站通过合理的数据同步机制，保证监测站与国家中心的数据一致性。

4 结束语

本文分析了集群分布式网络架设的实现方法和保障性应用及意义，凸显了在短波监测一体化平台中使用集群分布式网络架设在提升短波监测能力、保障系统高可用及数据安全性上的优点。