CN105681311B - 一种基于云计算技术的火箭地面网络异构系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，该系统在虚拟化服务器中进行集中的数据处理和应用操作，并采用磁盘阵列实现资源存储，充分利用了系统的计算和存储资源，并且用户可按照自身需要申请计算资源与存储空间，当用户对资源的需求增加后，只需要重新申请相应资源，不需要考虑系统硬件资源升级和重新购置，由云平台动态调度资源即可；而当云平台的整体计算与存储能力不再满足当前要求时，只需在现有设备上增加计算以及存储服务器设备，而不需要废弃原有设备，充分合理利用了计算和存储资源，并实现单套设备应用于多个型号的多次试验，大大降低了研制成本。

Description

一种基于云计算技术的火箭地面网络异构系统

技术领域

本发明涉及运载火箭地面网络平台技术领域，特别涉及一种基于云计算技术的火箭地面网络异构系统。

背景技术

我国运载火箭现有远距离网络平台采用多级拓扑架构，该架构根据功能划分为多个分系统，并采用VLAN技术对各分系统进行访问隔离，前端和后端的数据通信设备采用双机冗余工作方式来保证系统的可靠性。

在现有的这种多级拓扑架构中，各分系统具有独立的硬件资源完成数据处理、信息交互，但是各分系统在完成设定功能任务时，无法充分利用其硬件资源，从而造成资源浪费，而且如果根据发射任务进行功能扩展，则需要增加新的分系统设备，从而大大增加发射成本。另外，各分系统的数据处理能力受限，无法对新型运载火箭的海量数据进行集中存储和灵活应用，因此无法满足新型运载火箭发射任务中海量数据的高可靠性存储和应用。而且，由于各分系统的资源分散管理，无法确保每个系统终端的可靠运行并阻止病毒侵入，如果其中一个分系统存在可靠性和安全性问题时，则互联的各分系统均有可能遭到可靠性和安全性威胁。

因此，面对未来的高密度发射任务，面对未来激烈的国际市场竞争的发射成本压力，以及新型运载火箭的海量数据的高可靠性存储和应用，现有网络平台无法满足未来相应的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，该系统在虚拟化服务器中进行集中的数据处理和应用操作，并采用磁盘阵列实现资源存储，充分合理利用了计算和存储资源，并实现单套设备应用于多个型号的多次试验，大大降低了研制成本。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，包括网络交换子系统、虚拟化服务器、磁盘阵列和管理工作站；所述虚拟化服务器按照发射任务需求划分为N个虚拟终端，在每个虚拟终端上独立运行设定的操作系统和系统应用软件，磁盘阵列相应的划分为N个存储空间，N为正整数；其中：

网络交换子系统：与火箭发射场内的设备连接，并与虚拟化服务器、磁盘阵列和管理工作站相连；

虚拟化服务器：通过网络交换子系统接收管理工作站发送的控制指令，根据所述控制指令进行操作并返回工作状态数据到管理工作站；每个虚拟终端根据设定任务通过网络交换子系统接收前端设备和其他虚拟终端发送的测试数据，并按照设定任务需求对所述测试数据进行处理，处理过程中的数据和结果存储在磁盘阵列中设定的存储空间内；

磁盘阵列：与虚拟化服务器连接，每个存储空间作为对应的虚拟终端的存储器，用于在虚拟终端进行数据处理过程中进行数据存储；并通过网络交换子系统接收管理工作站发送的控制指令，根据所述控制指令进行操作并返回工作状态数据到管理工作站；

管理工作站：通过网络交换子系统发送控制指令到虚拟化服务器和磁盘阵列，并通过网络交换子系统接收虚拟化服务器和磁盘阵列返回的工作状态数据，通过可视化界面实现人机交互。

在上述的基于云计算的火箭地面网络异构系统中，网络交换子系统包括前端网络交换机和后端网络交换机，所述前端网络交换机和后端网络交换机之间通过光纤连接，其中：前端网络交换机与发射场内的前端设备通过网线连接，后端网络交换机与虚拟化服务器、磁盘阵列、瘦客户机子系统和管理工作站通过网线连接。

在上述的基于云计算的火箭地面网络异构系统中，网络交换子系统包括网络交换机，前端设备通过光纤与所述网络交换机连接，网络交换机与虚拟化服务器、磁盘阵列、瘦客户机子系统和管理工作站通过网线连接。

上述的基于云计算的火箭地面网络异构系统，在虚拟化服务器上运行Vmware软件，实现N个虚拟终端的内存和CPU的分配。

在上述的基于云计算的火箭地面网络异构系统中，虚拟化服务器能够根据管理工作站的控制指令，调整虚拟终端的个数，以及重新分配或调整每个虚拟终端的硬件资源。

上述的基于云计算的火箭地面网络异构系统还包括瘦客户机子系统，所述瘦客户机子系统包括M个瘦客户机，采用远程桌面技术对这M个虚拟终端进行界面显示，作为所述M个虚拟终端的显示设备，其中，M为正整数且M≤N。

在上述的基于云计算的火箭地面网络异构系统中，每个瘦客户机通过网线与网络交换子系统连接，实现显示数据交互。

在上述的基于云计算的火箭地面网络异构系统中，虚拟化服务器和磁盘阵列放置在标准机柜上，实现统一维护和管理。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明在虚拟化服务器中进行集中的数据处理和应用操作，并采用磁盘阵列实现资源存储，充分利用了系统的计算和存储资源，并且用户可按照自身需要申请计算资源与存储空间，当用户对资源的需求增加后，只需要重新申请相应资源，不需要考虑系统硬件资源升级，由云平台动态调度资源即可。而当云平台的整体计算与存储能力不再满足当前要求时，只需在现有设备上增加计算以及存储服务器设备，而不需要废弃原有设备；

(2)、本发明通过构建高性能、高可靠的地面测控应用体系，搭建一个私有云网络，通过对用户权限的控制和网络限制等手段，提供更多的安全和私密的保证，利用云计算的特点，提升地面网络的带宽，有效分配系统的硬件资源，从而满足系统对数据实时性和大数据流量的需求；

(3)、本发明将取消了各系统分散的工作站，在统一的计算服务器上，虚拟出相应的用户操作系统与应用软件环境，集中管理，杜绝了由各系统工作站传入病毒的可能性，提高了地面网络的安全性。

附图说明

图1为本发明的基于云计算技术的火箭地面网络异构系统的组成框图；

图2为本发明的基于云计算技术的火箭地面网络异构系统中的桌面云和计算资源一体化设计的示意图；

图3为基于RDP协议的终端服务模式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明：

本发明的基于云计算技术的火箭地面网络异构系统，通过网络交换机、远距离光纤、网线等设备搭建地面网络异构系统的通信平台，实现地面测发控设备的远距离通信，以及各分系统之间的信息交互。其中，网络交换机构成整个系统的核心网，前端设备与该核心网的网络交换机连接，采用云平台技术的后端设备使用服务器、工作站集成化设计并接入核心网，从而实现前后端测试信息的运距离通信，以及各分系统间的信息交互。

如图1所示的系统组成框图，本发明的基于云平台的地面网络异构系统包括网络交换子系统、虚拟化服务器、磁盘阵列、瘦客户机子系统和管理工作站。

(一)网络交换子系统

在本发明中，网络交换子系统作为整个系统的核心网，用于实现前后端设备之间的远距离通信，以及各分系统之间的信息交互。在本发明中，提供了两种网络交换子系统搭建方案，其中：

第一种方案：网络交换子系统包括前端网络交换机和后端网络交换机，该前端网络交换机和后端网络交换机之间通过光纤连接。其中，前端网络交换机与发射场内的前端设备通过网线连接，后端网络交换机与虚拟化服务器、磁盘阵列、瘦客户机子系统和管理工作站通过网线连接。

第二种方案：网络交换子系统仅包括后端网络交换机，前端设备直接通过光纤与该后端网络交换机连接，后端网络交换机与虚拟化服务器、磁盘阵列、瘦客户机子系统和管理工作站通过网线连接。

(二)虚拟化服务器

本发明为了充分利用硬件资源，以及满足未来发射任务中的海量数据处理需求，将系统的运算资源进行了一体化设计，即将多台承载不同业务应用的服务器、工作站整合到一台或几台服务器中，各种业务应用分别封装在独立的虚拟终端中，在不影响业务应用处理效率的条件下，提高硬件资源利用率，并实现设备采购数量显著减少。

如上所述，本发明采用虚拟化技术，通过在虚拟化服务器上运行Vmware软件，实现所有服务器和工作站内存和CPU的分配，并将服务器和工作站的硬盘分配在磁盘阵列上，可以安装不同的操作系统和应用软件，即将该虚拟化服务器划分为划分为N个虚拟终端，在个虚拟终端上运行各用户所需要的操作系统以及软件，用于满足不同用户或不同处理任务的计算操作，N为正整数。

其中，每个虚拟终端根据设定任务通过网络交换子系统接收前端设备和其它虚拟终端发送的测试数据，并按照任务需求对该测试数据进行处理，然后将处理结果存储在磁盘阵列中设定的存储空间内。虚拟化服务器在工作过程中，还通过网络交换子系统接收管理工作站发送的控制指令，然后根据该控制指令进行操作并返回工作状态数据到管理工作站。本发明的虚拟化服务器的每个虚拟终端具备原有多级拓扑架构中各分系统的测控能力，可实现整个火箭地面网络异构系统的数据处理和信息交互，每个虚拟终端可利用的硬件资源可根据任务需求进行灵活分配。

虚拟化服务器上运行Vmware软件启动HA功能，可以实现系统资源任何一个虚拟终端宕机，可以在备份的虚拟化服务器上启动，实现系统故障的实时切换；平台增加或者删除任意一个虚拟终端，不会影响其他节点的业务运行；通过平台资源的统一管理和分配，避免了分系统计算机病毒引入的风险，提高了系统的安全性。

(三)磁盘阵列

为了满足虚拟化服务器的存储需求，本发明相应的对系统的存储系统进行改造，将服务器和工作站的硬盘分配在磁盘阵列上。其中，磁盘阵列通过光纤与虚拟化服务器连接，并根据发射任务需求将磁盘阵列划分为N个存储空间，这N个存储空间与虚拟化服务器中的N个虚拟终端一一对应。每个存储空间作为对应的虚拟终端的存储器，用于在虚拟终端进行计算和信息交换过程进行数据存储。磁盘阵列通过网络交换子系统接收管理工作站发送的控制指令，根据该控制指令进行操作并返回工作状态数据到管理工作站，因此管理工作站可以控制磁盘阵列进行存储空间划分、数据清除，并能对磁盘阵列的工作状态进行监控，包括目前磁盘阵列的存储空间划分情况，以及各存储空间的利用情况等。

通过对服务器系统与存储系统的改造，本发明将原有多级拓扑架构中各分系统的全部业务整合到一体化的虚拟服务器和磁盘阵列中，实现运算资源一体化设计，这样不仅能够实现系统资源的集中管控，并且各分系统可根据实际需求对系统资源进行申领和使用，并可将服务器和磁盘阵列放置在标准机柜上，实现统一维护和管理，从而使得各系统的维护和升级更加便利。

(四)、瘦客户机子系统

为了实现虚拟终端的远程显示和操作，本发明的火箭地面网络异构系统还包括瘦客户机子系统。该瘦客户机子系统包括M个瘦客户机，作为虚拟化服务器中M个虚拟终端的显示设备，采用远程桌面技术对这M个虚拟终端进行界面显示，其中，M为正整数且M≤N。每个瘦客户机通过网线与网络交换子系统连接，从而实现显示数据交互。如图2所示，在本发明的异构系统中，一部分是进行了运算资源一体化设计的核心运算资源区，另一部分是通过“桌面云”技术，通过瘦客户进行接入访问的各系统终端机。

各用户通过远程桌面技术，即RDP(Remote Desktop Protocol)协议和瘦客户机访问虚拟终端。各用户原有工位只需要配置显示器，鼠标键盘以及网络通信设备即可实现原来所有的操作。

其中，RDP采用“位图流”协议实现，即应用程序在远程主机上完全编码，然后通过单播协议传输位图至本地终端，不需要传输各系统之间数据交互的信息，降低了整个系统网络带宽的使用。这种技术对CPU资源的消耗较少，并且已经集成于Microsoft Windows2003/2008中，在终端服务部署中有助于减少服务器的配置数量。

如图3所示，各用户终端机为瘦客户机，只需要配置显示器，鼠标键盘以及网络通信设备即可实现原来所有的操作。对各系统用户而言，其操作没有任何变化，可以实现用户层面上的无缝转移。采用RDP终端模式的设计，依托虚拟计算环境所能提供的动态资源分配DRS技术，终端服务器可以动态的适应接入瘦客户机的数量，从而提高显示需求的响应速度。而应用程序无论其C/S或B/S架构、Java或.Net开发环境，基本均可使用瘦客户机在终端模式下运行。

(五)、管理工作站

管理工作站用于虚拟化服务器、磁盘阵列进行管理操作，该管理工作站通过网络交换子系统发送控制指令到虚拟化服务器和磁盘阵列，用于实现虚拟化服务器资源划分、操作系统和软件安装/升级，以及根据用户需求进行硬件资源重新分配等，并相应的对磁盘阵列进行存储空间划分和存储内容读取/清除处理等。虚拟化服务器和磁盘阵列也通过网络交换子系统返回各自的工作状态数据到管理工作站，包括各自资源分配情况、工作是否异常等。

Claims (8)

1.一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，其特征在于：包括网络交换子系统、虚拟化服务器、磁盘阵列和管理工作站；所述虚拟化服务器按照发射任务需求划分为N个虚拟终端，在每个虚拟终端上独立运行设定的操作系统和系统应用软件，磁盘阵列相应的划分为N个存储空间，N为正整数；其中：

网络交换子系统：与火箭发射场内的设备连接，并与虚拟化服务器、磁盘阵列和管理工作站相连；

虚拟化服务器：通过网络交换子系统接收管理工作站发送的控制指令，根据所述控制指令进行操作并返回工作状态数据到管理工作站；每个虚拟终端根据设定任务通过网络交换子系统接收前端设备和其他虚拟终端发送的测试数据，并按照设定任务需求对所述测试数据进行处理，处理过程中的数据和结果存储在磁盘阵列中设定的存储空间内；

磁盘阵列：与虚拟化服务器连接，每个存储空间作为对应的虚拟终端的存储器，用于在虚拟终端进行数据处理过程中进行数据存储；并通过网络交换子系统接收管理工作站发送的控制指令，根据所述控制指令进行操作并返回工作状态数据到管理工作站；

管理工作站：通过网络交换子系统发送控制指令到虚拟化服务器和磁盘阵列，并通过网络交换子系统接收虚拟化服务器和磁盘阵列返回的工作状态数据，通过可视化界面实现人机交互。

2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，其特征在于：网络交换子系统包括前端网络交换机和后端网络交换机，所述前端网络交换机和后端网络交换机之间通过光纤连接，其中：前端网络交换机与发射场内的前端设备通过网线连接，后端网络交换机与虚拟化服务器、磁盘阵列、瘦客户机子系统和管理工作站通过网线连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，其特征在于：网络交换子系统包括网络交换机，前端设备通过光纤与所述网络交换机连接，网络交换机与虚拟化服务器、磁盘阵列、瘦客户机子系统和管理工作站通过网线连接。

4.根据权利要求1至3之一所述的一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，其特征在于：在虚拟化服务器上运行Vmware软件，实现N个虚拟终端的内存和CPU的分配。

5.根据权利要求1至3之一所述的一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，其特征在于：虚拟化服务器能够根据管理工作站的控制指令，调整虚拟终端的个数，以及重新分配或调整每个虚拟终端的硬件资源。

6.根据权利要求1至3之一所述的一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，其特征在于：还包括瘦客户机子系统，所述瘦客户机子系统包括M个瘦客户机，采用远程桌面技术对这M个虚拟终端进行界面显示，作为所述M个虚拟终端的显示设备，其中，M为正整数且M≤N。

7.根据权利要求6所述的一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，其特征在于：每个瘦客户机通过网线与网络交换子系统连接，实现显示数据交互。

8.根据权利要求1至3之一所述的一种基于云计算的火箭地面网络异构系统，其特征在于：虚拟化服务器和磁盘阵列放置在标准机柜上，实现统一维护和管理。