CN109656753B - 一种应用于轨道交通综合监控系统的冗余热备系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于轨道交通综合监控系统的冗余热备系统，其特征在于：根据轨道交通综合监控系统业务需求，划分出数据采集模块、数据处理模块、数据展示模块，各模块间相互独立，模块内进行冗余，对各模块代码侵入性较小。本发明采用虚拟IP与反向代理技术使模块间相互调用时无需关心被调用方的冗余状态，仅访问各模块对外提供的虚拟IP或反向代理中配置的IP地址既可。本发明不依赖于windows虚拟机与windows故障转移集群，使得各模块可直接运行于服务器上，对硬件需求更小，部署与维护也更简单。

Description

一种应用于轨道交通综合监控系统的冗余热备系统

技术领域

本发明涉及一种用于轨道交通综合监控系统的冗余热备系统。

背景技术

近几年轨道交通在全国范围逐渐普及，轨道交通行业也得到了飞速的发展，系统的安全性和可靠性显得尤为重要。综合监控系统对不同子系统(主要包括：BAS、FAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV、TFDS、ACS、AFC、ATS、NMS等)的数据采集、数据处理、数据展示过程需要一种稳定可靠的模式去保障。

现有方案大多采用windows虚拟机(HYPER-V)与windows故障转移集群进行冗余热备，虚拟机对硬件要求较高，且部署较复杂、维护较繁琐。

发明内容

本发明的目的是：使得轨道交通的综合监控系统的部署更为简单。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种应用于轨道交通综合监控系统的冗余热备系统，其特征在于，由相互独立的数据采集模块、数据处理模块及数据展示模块组成的整体系统，其中：

数据采集模块包括部署有实现采集功能的应用的主服务器一、部署有实现采集功能的应用的从服务器一及redis数据库，主服务器一及从服务器一均与与轨道交通综合监控系统的各子系统相连，且主服务器一及从服务器一均能与各子系统进行数据交换，数据采集模块处于正常工作状态时，主服务器一从各子系统采集实时数据并存储到redis数据库中，从服务器一处于热备状态，当主服务器一与某一子系统链路断开或者主服务器一出现故障时，从服务器一代替主服务器一从各子系统采集实时数据并存储到redis数据库中，当主服务器一恢复正常工作状态或者主服务器一与子系统的链路恢复后，主服务器一从子系统采集实时数据并存储到redis数据库中，而从服务器一重新回到热备状态；redis数据库采用哨兵冗余切换方案；

数据处理模块包括部署有实现数据处理功能应用的主服务器二及部署有实现数据处理功能应用的从服务器二，主服务器二与从服务器二分别与redis数据库相连，主服务器二从redis数据库中获取数据，并对数据进行处理为数据展示模块提供数据，从服务器二处于热备状态；若主服务器二与redis数据库之间的链路断开或者主服务器二出现故障，由从服务器二从redis数据库中读取数据，并进行数据处理，为数据展示模块提供数据依据，当主服务器二恢复正常工作状态，则主服务器二继续从redis数据库中获取数据，从服务器二重新回到热备状态；

数据展示模块包括远端UI单元，远端UI单元部署在工作站上，通过虚拟ip与数据处理模块相连，当数据展示模块处于正常工作状态时，远端UI单元从数据处理模块的主服务器二获取数据处理结果，通过程序化界面展示数据即轨道交通综合监控系统所监控的设备状态；当远端UI单元与数据处理模块的主服务器二的链路断开时，远端UI单元从从服务器二获取数据处理结果，通过程序化界面展示数据即轨道交通综合监控系统所监控的设备状态，其中：

远端UI单元包括相同的两个远程UI页面，两个远程UI页面发布到两个网络容器中，相应两个远程UI页面有两个ip地址，分别定义为ip地址一与ip地址二作为访问地址，将ip地址一与ip地址二通过动态代理方式配置一个虚拟ip地址用作访问地址，用户通过访问虚拟ip地址访问响应页面，配置过程中将ip地址一配置为主ip，当ip地址一对应的远程UI页面工作正常时，ip地址一对应的远程UI页面为响应页面，ip地址二对应的远程UI页面作为备用页面，当ip地址一对应的远程UI页面出现故障无法访问时，ip地址二对应的远程UI页面作为响应页面，此时响应页面自动同步ip地址一对应的远程UI页面的数据信息，当ip地址一对应的远程UI页面恢复正常工作后，ip地址一对应的远程UI页面作为响应页面进行数据同步，并展示页面设备信息，而此时，ip地址二对应的远程UI页面作为备用页面处于热备状态。

优选地，所述哨兵冗余切换方案的实现方式为：

在所述主服务器一与所述从服务器一中各部署一个redis数据库，定义为主redis数据库实例及从redis数据库实例，主redis数据库实例与从redis数据库实例复制同步；

在所述主服务器一与所述从服务器一中各部署一个redis哨兵，定义为主redis哨兵及从redis哨兵，主redis哨兵及从redis哨兵使用流言协议与主服务器通信，主哨兵定时向主、从服务器及从哨兵发送消息，确定主服务器是否下线，并通过投票协议决定是否进行故障切换，主redis哨兵同时配置主redis数据库实例及从redis数据库实例，从redis哨兵同时配置主redis数据库实例及从redis数据库实例；

主服务器一或者从服务器一将采集数据写入redis数据库时，采集数据经由主redis哨兵或从redis哨兵进入主redis数据库实例，若主redis数据库实例宕机，主redis哨兵或从redis哨兵将从redis数据库实例提升为主redis数据库实例，采集数据经由主redis哨兵进入从服务器一中的主redis数据库实例，待主服务器一中的主redis数据库实例恢复后，主服务器一中的主redis数据库实例继续作为从redis数据库实例提供服务。

本发明根据轨道交通综合监控系统业务需求，划分出数据采集模块、数据处理模块、数据展示模块，各模块间相互独立，模块内进行冗余，对各模块代码侵入性较小。开发人员无需在编码时进行冗余代码的编写，而是通过本发明部署外部的冗余组件来进行冗余及热备(故障切换)。本发明采用虚拟IP与反向代理技术使模块间相互调用时无需关心被调用方的冗余状态，仅访问各模块对外提供的虚拟IP或反向代理中配置的IP地址既可。本发明不依赖于windows虚拟机与windows故障转移集群，使得各模块可直接运行于服务器上，对硬件需求更小，部署与维护也更简单。

附图说明

图1为本发明的系统原理图；

图2为哨兵冗余切换方案示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明提供的一种应用于轨道交通综合监控系统的冗余热备系统是由数据采集模块、数据处理模块及数据展示模块组成的整体系统。数据采集模块的冗余主要是采集服务器的冗余、redis数据库冗余，确保能从综合监控各子系统采集数据，以及采集到的数据的备份。数据处理模块侧重主备服务器从redis数据库读取数据功能的冗余以及主备服务器处理功能的冗余，而数据展示模块应用了虚拟ip技术做展示。

本发明的冗余的实现包括但不仅限于服务器的宕机切换，还包括主从服务器与轨道交通综合监控系统各子系统之间的连接及数据采集的实时热备；数据采集模块中redis数据库的冗余；数据处理模块与数据采集模块之间的连接及数据处理的冗余，实时从数据采集模块接收数据，并为远端UI单元提供数据。

1)数据采集模块与轨道交通综合监控系统各子系统链路的冗余：数据采集模块包含两台服务器，即服务器A1和服务器A2上，服务器A1和服务器A2上部署有实现采集功能的应用，每台服务器与轨道交通综合监控系统各子系统相连，确保每台服务器都能够与子系统进行数据交换。选一台服务器作为主服务器，例如选择服务器A1为主服务器，则服务器A2为从服务器。数据采集模块处于正常工作状态时，服务器A1从各子系统采集实时数据并存储到redis数据库中，而服务器A2则处于热备状态。当服务器A1与某一子系统链路断开或者服务器A1出现故障，则服务器A2代替服务器A1进行数据采集，并与redis数据库实时通讯，为数据处理模块提供待处理数据。当服务器A1恢复正常工作状态，且与各子系统之间的链路处于连通状态，则服务器A1恢复主服务器功能，进行数据采集，与redis数据库实时通讯。而服务器A2变为从服务器，处于热备状态。

2)redis数据库的冗余：在上述数据采集模块与各子系统链路的冗余过程中，数据采集后均存储于redis数据库中，因此redis数据库也需要进行冗余配置。redis数据库的冗余方案采用哨兵(sentinel)冗余切换方案实现高可用性，如图2所示。此方案相较于现有的redis集群，所需服务器较少(2台即可)，且对其他模块、代码与整体冗余方案没有侵入，部署便捷。部署时，在服务器A1与服务器A2中各部署一个redis实例，配置服务器A1中的redis实例为主库，服务器A2中的redis实例为从库，配置主库与从库实现主从复制同步。redis实例部署完成后部署redis哨兵，redis哨兵同样需要部署在服务器A1及服务器A2中，每个哨兵中同时配置服务器A1及服务器A2中的2个redis实例。启动时，先启动redis实例，再启动redis哨兵。当采集数据需要写入到redis实例中时，采集端仅连接哨兵而不直接连接redis实例，数据经由哨兵进入服务器A1中主库，此时若主库宕机，哨兵将把服务器A2中的从库提升为主库，数据将经由哨兵进入服务器A2中的主库。当服务器A1中的redis实例恢复时，将A2作为从库提供服务。redis数据库的多个哨兵组成的哨兵列表作为Set集合保存在采集端redis客户端中，当其中一个哨兵宕机时，redis客户端将使用列表中的其他哨兵进行连接。

采用双哨兵模式的分布式系统，每个哨兵进程使用流言协议与主服务器通信，主哨兵会定时向主、从服务器及从哨兵发送消息，确定主服务器是否下线，并通过投票协议决定是否进行故障切换。

3)数据处理模块与数据采集模块之间的冗余：数据处理模块同样包含两台服务器，即服务器B1与服务器B2，服务器B1为主服务器，服务器B2为从服务器。主服务器与从服务器分别与redis实例相连，服务器B1负责从主库中获取数据，并对数据进行处理为数据展示模块提供数据，服务器B2处于热备状态。当服务器B1与主库之间的链路断开或者服务器B1出现故障，无法进行数据采集或者数据处理，即数据处理模块的服务器B1无法为远程展示界面提供数据时，服务器B2切换至主服务器模式，从主库中读取数据，并进行数据处理，为数据展示模块提供数据依据。当服务器B1恢复正常工作状态，则服务器B1切换为主服务器，而服务器B2切换至备用服务器。

4)数据展示模块与数据处理模块之间的冗余：数据展示模块的远端UI单元部署到工作站上，通过虚拟ip与数据处理模块相连。数据展示模块处于正常工作状态时，远端UI单元从数据处理模块的服务器B1获取数据处理结果，通过程序化界面展示数据即轨道交通综合监控系统所监控的设备状态。当远端UI单元与服务器B1的链路断开时，切换服务器B1到服务器B2。服务器B2与服务器B1具有相同的服务配置，并且服务器B2与服务器B1的数据是同步的，此时由服务器B2为远端UI单元提供实时的展示数据。

5)远端UI单元动态代理配置：将相同的两个远程UI页面发布到两个网络容器中，相应两个远程UI页面会有两个ip地址，分别定义为ip1与ip2，作为访问地址。然后将ip1与ip2通过动态代理方式配置一个虚拟ip用做访问地址，用户通过访问虚拟ip地址访问远程UI页面。配置过程中，将ip1配置为主ip，当主ip对应远程UI页面工作正常时，该远程UI页面为响应页面，ip2对应的远程UI页面作为备用页面。当主ip对应远程UI页面出现故障无法访问时，ip2对应的远程UI页面作为响应页面，此时ip2对应的远程UI页面会自动同步ip1对应的远程UI页面的数据信息。当ip1对应的远程UI页面正常工作后，ip1对应的远程UI页面重新作为响应页面进行数据同步，并展示页面设备信息。而此时，ip2对应的远程UI页面作为备用页面处于热备状态。本发明不同于传统冗余热备方式，传统冗余热备方式基于一套网络系统，把两个应用放到两个tomcat下，共享lib下的session实现数据的共享。本发明是一种基于redis、nginx、keepalived、虚拟IP等常用技术的一种全新的方法，旨在应用不同技术解决不同模块的冗余，并不是简单应用几种冗余技术搭建一套简单系统应用在综合和监控领域。

Claims (1)

1.一种应用于轨道交通综合监控系统的冗余热备系统，其特征在于，由相互独立的数据采集模块、数据处理模块及数据展示模块组成的整体系统，其中：

数据采集模块包括部署有实现采集功能的应用的主服务器一、部署有实现采集功能的应用的从服务器一及redis数据库，主服务器一及从服务器一均与轨道交通综合监控系统的各子系统相连，且主服务器一及从服务器一均能与各子系统进行数据交换，数据采集模块处于正常工作状态时，主服务器一从各子系统采集实时数据并存储到redis数据库中，从服务器一处于热备状态；当主服务器一与某一子系统链路断开或者主服务器一出现故障时，从服务器一代替主服务器一从各子系统采集实时数据并存储到redis数据库中；当主服务器一恢复正常工作状态或者主服务器一与子系统的链路恢复后，主服务器一从子系统采集实时数据并存储到redis数据库中，而从服务器一重新回到热备状态；redis数据库采用哨兵冗余切换方案；所述哨兵冗余切换方案的实现方式为：

在所述主服务器一与所述从服务器一中各部署一个redis数据库，定义为主redis数据库实例及从redis数据库实例，主redis数据库实例与从redis数据库实例复制同步；

在所述主服务器一与所述从服务器一中各部署一个redis哨兵，定义为主redis哨兵及从redis哨兵，主redis哨兵及从redis哨兵使用流言协议与主服务器一通信，确定主服务器一是否下线，并通过投票协议决定是否进行故障切换，主哨兵定时向主服务器一、从服务器一及从哨兵发送消息，确定是否宕机，主redis哨兵同时配置主redis数据库实例及从redis数据库实例，从redis哨兵同时配置主redis数据库实例及从redis数据库实例；

主服务器一或者从服务器一将采集数据写入redis数据库时，采集数据经由主redis哨兵或从redis哨兵进入主redis数据库实例，若主redis数据库实例宕机，主redis哨兵或从redis哨兵将从redis数据库实例提升为主redis数据库实例，采集数据经由主redis哨兵进入从服务器一中的主redis数据库实例，待主服务器一中的主redis数据库实例恢复后，从服务器一中的主redis数据库实例切换为从redis数据库实例提供服务；

数据处理模块包括主服务器二及从服务器二，主服务器二与从服务器二分别与redis数据库相连，主服务器二从redis数据库中获取数据，并对数据进行处理为数据展示模块提供数据，从服务器二处于热备状态；若主服务器二与redis数据库之间的链路断开或者主服务器二出现故障，由从服务器二从redis数据库中读取数据，并进行数据处理，为数据展示模块提供数据依据，当主服务器二恢复正常工作状态，则主服务器二继续从redis数据库中获取数据，从服务器二重新回到热备状态；

数据展示模块包括远端UI单元，远端UI单元部署在工作站上，通过虚拟ip与数据处理模块相连，当数据展示模块处于正常工作状态时，远端UI单元从数据处理模块的主服务器二获取数据处理结果，通过程序化界面展示数据即轨道交通综合监控系统所监控的设备状态；当远端UI单元与数据处理模块的主服务器二的链路断开时，远端UI单元从从服务器二获取数据处理结果，通过程序化界面展示数据即轨道交通综合监控系统所监控的设备状态，其中：

远端UI单元包括相同的两个远程UI页面，两个远程UI页面发布到两个网络容器中，相应两个远程UI页面有两个ip地址，分别定义为ip地址一与ip地址二作为访问地址，将ip地址一与ip地址二通过动态代理方式配置一个虚拟ip地址用作访问地址，用户通过访问虚拟ip地址访问响应页面，配置过程中将ip地址一配置为主ip，当ip地址一对应的远程UI页面工作正常时，ip地址一对应的远程UI页面为响应页面，ip地址二对应的远程UI页面作为备用页面，当ip地址一对应的远程UI页面出现故障无法访问时，ip地址二对应的远程UI页面作为响应页面，此时响应页面自动同步ip地址二对应的远程UI页面的数据信息，当ip地址一对应的远程UI页面恢复正常工作后，ip地址一对应的远程UI页面作为响应页面进行数据同步，并展示页面设备信息，而此时，ip地址二对应的远程UI页面作为备用页面处于热备状态。

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