CN111225302B - 基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，包括虚拟化硬件平台和虚拟化传输网络；虚拟化硬件平台包括第一磁盘阵列、第二磁盘阵列、第一光纤交换机、第二光纤交换机、多台服务器组成的服务器虚拟资源池；虚拟化传输网络包括运行在每一台所述服务器上的虚拟机和虚拟交换机，虚拟机具有虚拟网卡；每一服务器中，虚拟交换机的下层数据接口与虚拟网卡连接，虚拟交换机的上层数据接口与物理网卡连接。以上方案，采用虚拟化技术，将服务器、存储、网络等物理资源整合成统一的逻辑资源池，通过虚拟化网络设计、虚拟化存储双活设计，解决了服务器、存储、网络的单点瓶颈问题，提高了系统资源的利用率、高可用性和可扩展性。

Description

基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统

技术领域

本发明涉及卫星地面数据接收站技术领域，更为具体地，涉及一种基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统。

背景技术

随着对地观测技术及遥感应用需求的发展，遥感卫星接收系统越来越复杂,设备的功能越来越强大，种类也越来越繁多，且系统中设备之间紧密耦合。另一方面，遥感卫星接收站任务密度大，自动运行、远程监控管理、远程自动测试及标校、远程故障诊断等运行、维护要求高。因此，为有效地管理、监控、维护遥感卫星接收站的各种设备，提高系统可用度，设计一套功能强大、自动化程度高的监控系统是遥感卫星接收站安全、可靠、稳定运行的重要保证。

接收站的监控系统目前大多采用集中监视，分级控制的方式，主要由任务管理服务器、监视控制服务器、故障诊断服务器、数据库管理服务器、存储和网络设备及相关的软件组成。同时为确保可靠性，服务器等关键设备均采用1∶1热备份。双机热备的方式虽然可以提高系统的安全性和可靠性，但平时并没有利用到备机的资源，造成极大的浪费。而且由于站监控系统软硬件耦合度很高，可扩展能力差。

发明内容

本发明要解决的是现有技术中卫星接收站监控系统存在的资源浪费和可扩展能力差的技术问题，进而提供一种基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统及方法。

为此，本发明提供一种基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，包括虚拟化硬件平台和搭载在所述虚拟化硬件平台上的虚拟化传输网络；

所述虚拟化硬件平台包括第一磁盘阵列、第二磁盘阵列、第一光纤交换机、第二光纤交换机和多台服务器组成的服务器虚拟资源池；所述虚拟化传输网络包括运行在每一台所述服务器上的虚拟机和虚拟交换机，所述虚拟机具有虚拟网卡，每一所述服务器中，虚拟交换机的下层数据接口与虚拟网卡连接，虚拟交换机的上层数据接口与物理网卡连接；

所述第一磁磁盘阵列和所述第二磁盘阵列用于提供数据存储空间，且所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列中存储的数据互为镜像对；所述第一光纤交换机与所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列通过光纤线缆通信连接；所述第二光纤交换机与所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列通过光纤线缆通信连接；所述服务器虚拟资源池中的每一台服务器均通过光纤数据接口同时与所述第一光纤交换机和所述第二光纤交换机连接，且每一台服务器均通过物理网卡连接至以太网；

所述服务器虚拟资源池中的多台服务器中运行的多个虚拟机共享使用资源池中的资源，用于为系统运行提供硬件支撑环境，其中的一台的虚拟机用于对所述虚拟化硬件平台进行监控、管理和调度，当任一磁盘阵列、光纤交换机或服务器出现故障时，故障磁盘阵列、故障光纤交换机或故障服务器所执行的业务将自动切换到另一台磁盘阵列、光纤交换机或服务器。

可选地，上述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，所述服务器虚拟资源池中包括四台服务器。

可选地，上述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，每一台所述服务器通过第一以太网交换机和第二以太网交换机连接至所述以太网，其中：

每一所述服务器中的所述物理网卡包括两块四端口的以太网卡和两块光纤卡；

每一台服务器各取两张以太网卡的两个端口连接至所述第一以太网交换机和所述第二以太网交换机；

每一台服务器的两块光纤卡均连接至所述第一光纤交换机和所述第二光纤交换机中。

可选地，上述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列具有相同的参数配置；

所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列通过双冗余磁盘阵列控制器配置为双活模式，所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列中的数据配置为双活镜像对，通过虚拟卷技术使所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列中的数据对外形成一个虚拟数据。

可选地，上述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，还包括任务管理客户端、设备监控客户端、标校测试客户端、故障诊断客户端和虚拟化管理客户端：

所述任务管理客户端、所述设备监控客户端、所述标校测试客户端、所述故障诊断客户端和所述虚拟化管理客户端均与第一以太网交换机和第二以太网交换机连接。

可选地，上述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，所述第一以太网交换机和所述第二以太网交换机均配置有多个第一以太网数据接口和第二以太网数据接口；

每一所述第一以太网数据接口用于与一台所述服务器中的以太网卡的一个端口连接，每一所述第二以太网数据接口用于与一台所述服务器中的所述第二网络接口连接；

所述第一以太网交换机和所述第二以太网交换机分别与所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列连接。

可选地，上述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，所述第一太网交换机和所述第二以太网交换机与卫星接收站中的接入交换机连接。

与现有技术相比，本发明实施例提供的上述技术方案至少具有以下有益效果：

本发明提供基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，采用虚拟化技术，将多台服务器、磁盘阵列、光纤交换机、网络连接等物理资源整合成统一的逻辑资源池，通过硬件连接得到卫星接收站监控管理系统虚拟化硬件平台，并进行虚拟化网络设计、虚拟化存储双活设计，以解决服务器、存储、网络的单点瓶颈问题，实现接收站监控管理系统的计算资源、存储资源和网络资源的统一管理和调度，提高系统资源的利用率、高可用性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明一个示例所述虚拟化技术的卫星接收站监控系统的硬件架构示意图；

图2为本发明一个实施例所述的虚拟化设备连接结构示意图；

图3为本发明一个实施例所述的虚拟化网络结构图。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，如图1至图3所示，包括虚拟化硬件平台和搭载在所述虚拟化硬件平台上的虚拟化传输网络。

所述虚拟化硬件平台包括五台客户端，分别为任务管理客户端601、设备监控客户端602、标校测试客户端603、故障诊断客户端604和虚拟化管理客户端605，客户端均接入以太网。所述虚拟化硬件平台还包括第一磁盘阵列101、第二磁盘阵列102、第一光纤交换机201、第二光纤交换机201、多台服务器301组成的服务器虚拟资源池；所述虚拟化传输网络包括运行在每一台所述服务器301上的虚拟机302和虚拟交换机303，所述虚拟机302具有虚拟网卡，每一所述服务器301中，虚拟交换机303的下层数据接口与虚拟网卡连接，虚拟交换机303的上层数据接口与物理网卡连接。所述第一磁磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102均用于为虚拟机、各类服务和应用提供业务数据存储空间，且所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102中存储的数据互为镜像对；所述第一光纤交换机201与所述第一磁盘阵列101所述第二磁盘阵列102通过光纤线缆通信连接；所述第二光纤交换机202与所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102通过光纤线缆通信连接；如图所示，本实施例中所述服务器虚拟资源池由4台服务器301构成，四台服务器301将资源池按需分配到多个虚拟机，用于为系统应用软件的运行、信息的交互和数据的存储管理提供支撑环境；所述服务器虚拟资源池中的每一台所述服务器301均通过光纤数据接口同时与所述第一光纤交换机201和所述第二光纤交换机202连接，其每一台服务器301中配置两块FC光纤网卡与两台光纤交换机进行连接，且每一台所述服务器301均通过物理网卡连接至第一以太网交换机401和第二以太网交换机402；当磁盘阵列、光纤交换机或任意一台服务器出现故障时，相关业务将自动切换到另一台磁盘阵列、光纤交换机或服务器。

以上方案中所提出的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统实质上包括三个层次的设计：虚拟化硬件平台、虚拟化传输网络和虚拟化存储双活设计。

以上方案中，服务器虚拟资源池中选择四台服务器301为例进行说明，也即采用“4-2-2”(4台服务器，2套光纤交换机，2套磁盘阵列)的组合方式设计了卫星接收站监控管理系统虚拟化硬件平台，其基于虚拟化技术，将服务器301、磁盘阵列、网络传输涉及到的物理硬件资源整合成统一的逻辑资源池。具体地，如图1所示，4台服务器301构成服务器虚拟资源池，其中所述服务器虚拟资源池中的1台虚拟机用作虚拟化管理平台，其上安装VMwarevCenter Server软件，完成对卫星接收站监控管理系统虚拟化硬件平台进行监控、管理和调度。

以上方案中，2台光纤交换机(第一光纤交换机201和第二光纤交换机202)作为区域存储网络的核心。参考图2，每台交换机均配置了24个端口。2套区域磁盘阵列均为双冗余控制器光纤通道磁盘阵列(第一磁盘阵列101和第二磁盘阵列102)采用光纤通道(图中所示为8个16Gb光纤通道)，双冗余控制器(每一控制器磁盘中的2个光纤接口)分别接入到2个光纤交换机中，为虚拟机、各类服务和应用提供业务数据存储空间。虚拟化平台采用“4-2-2”的方式组合，从而整体形成资源池。这种架构实现了服务器、磁盘阵列、网络传输等设备均为冗余设计，消除单点瓶颈，某个设备故障时，不会影响整体系统运行，容错率高。以上方案中，两台太网交换机完成虚拟化管理数据和系统应用数据的交换，并连接至接收站的接入交换机中，实现虚拟化平台网络与接收站的本地局域网互联互通。

进一步地，为了实现数据通信网络架构及网络的可靠性，参考图2，本方案通过第一以太网交换机401和第二以太网交换机402组成了监控管理系统的主干网络，其中第一以太网交换机401和第二以太网交换机402均为48端口二层以太网交换机。以太网交换机完成虚拟化管理数据和系统应用数据的交换，并连接至接收站的接入交换机501中，实现虚拟化平台网络与接收站的本地局域网互联互通。以上方案中，站监控管理系统通过以太网交换机和串口服务器构建千兆局域网，完成虚拟化管理数据和接收系统应用数据的交换，实现服务器301、操作计算机600、磁盘阵列以及其他各硬件设备的互连互通。

以上，虚拟化传输网络的设计包含2个层面，参考图3：一个层面是服务器主机的网络，包含物理网卡、虚拟交换机和端口组；另一层面是虚拟机层面的网络，包含虚拟网卡以及虚拟网卡与端口组之间的关系。每一台服务器301的主机上都运行着多台虚拟机302，为满足虚拟机302对网络的使用，在服务器主机上虚拟出了多个虚拟交换机303，虚拟交换机303下层通过端口组连接到虚拟机302上的虚拟网卡，上层则连接到服务器主机上的物理网卡。

而虚拟化存储双活设计包括：采用基于FC SAN(Fibre Channel Storage AreaNetwork)的存储架构，磁盘阵列采用2台相同的参数配置，配置双冗余控制器的所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102，两台磁盘阵列做双活模式，实现数据实时同步。所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102上的数据卷配置为双活镜像对，所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102之间的数据完全一致，采用虚拟卷技术，双活镜像对中的两个卷对外形成一个虚拟卷。对虚拟化服务器而言，双活镜像对就是可以通过多条路径访问的同一个数据卷，服务器可以同时对双活镜像对中两个卷进行读写访问。双活模式下，所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102接入同一个区域网络，建立相同的磁盘逻辑卷，SAN双活存储集群功能，可以将来自所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102的磁盘逻辑卷整合为一个虚拟卷交给服务器，服务器的写操作会被自动镜像写入到所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102中，形成数据镜像保护，同时服务器的读操作会被自动分发到所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102中的一台执行，从而提高数据的读取速度。

以上方案中，当光纤网络出现传输故障时，集群内的两台磁盘阵列不能够互相获取到彼此的状态信息，同时一些控制命令类的信号也无法在集群内的阵列之间进行同步，此时IO的分发和同步不能正常进行，最终会影响到前端应用对于数据的访问和使用，甚至造成数据不一致的严重后果。而本实施例提供的方案中：采用虚拟化管理平台作为第三点的仲裁机。其中，所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102经互联网与所述虚拟化管理平台连接；所述虚拟化管理平台对所述第一磁盘阵列101和所述第二磁盘阵列102的运行状态进行监控；若其中一个磁盘阵列出现故障，则自动将故障磁盘阵列上执行的业务切换至另一磁盘阵列上。也就是说，采用虚拟化管理平台作为第三点的仲裁机(基于IP链路)；仲裁机可监控双活存储系统中双方引擎的运行状态，当检测到一个引擎故障后，另外一个引擎根据仲裁者提供的信息自动将业务切换到本端引擎上继续运行，这种判断和切换的操作完全自动，无需人工干预。这样使得存储系统在一套存储出现灾难时，另一套存储可以无缝地接管存储业务。

进一步优选地，参考图2，服务器虚拟资源池中的每一台服务器301中的本地硬盘安装ESXi操作系统，配置第一以太网卡和第二以太网卡，以太网卡通过2块4端口的以太网卡实现。因虚拟化管理数据流量较小且迁移数据流量不频繁，可将管理数据和迁移数据合二为一通过一个端口进行数据交互，而业务数据流量可取一端口进行数据交互。为提高网络的可靠性，各取两张以太网卡的两个端口使用，得到两个第一网络接口和两个第二网络接口，采用4端口连接至2台以太网交换机中，提供网络的冗余性，其中的管理数据和迁移数据分别通过两个第一网络接口传输，业务数据分别通过两个第二网络接口传输，从而避免网络单点故障。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，其特征在于，包括虚拟化硬件平台和搭载在所述虚拟化硬件平台上的虚拟化传输网络；

所述虚拟化硬件平台包括第一磁盘阵列、第二磁盘阵列、第一光纤交换机、第二光纤交换机和多台服务器组成的服务器虚拟资源池；所述虚拟化传输网络包括运行在每一台所述服务器上的虚拟机和虚拟交换机，所述虚拟机具有虚拟网卡，每一所述服务器中，虚拟交换机的下层数据接口与虚拟网卡连接，虚拟交换机的上层数据接口与物理网卡连接；

所述第一磁磁盘阵列和所述第二磁盘阵列用于提供数据存储空间，且所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列中存储的数据互为镜像对；所述第一光纤交换机与所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列通过光纤线缆通信连接；所述第二光纤交换机与所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列通过光纤线缆通信连接；所述服务器虚拟资源池中的每一台服务器均通过光纤数据接口同时与所述第一光纤交换机和所述第二光纤交换机连接，且每一台服务器均通过物理网卡连接至以太网；所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列具有相同的参数配置；所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列通过双冗余磁盘阵列控制器配置为双活模式，所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列中的数据配置为双活镜像对，通过虚拟卷技术使所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列中的数据对外形成一个虚拟数据；

所述服务器虚拟资源池中的多台服务器中运行的多个虚拟机共享使用资源池中的资源，用于为系统运行提供硬件支撑环境，其中的一台虚拟机用于对所述虚拟化硬件平台进行监控、管理和调度，当任一磁盘阵列、光纤交换机或服务器出现故障时，故障磁盘阵列、故障光纤交换机或故障服务器所执行的业务将自动切换到另一台磁盘阵列、光纤交换机或服务器。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，其特征在于：

所述服务器虚拟资源池中包括四台服务器。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，其特征在于，每一台所述服务器通过第一以太网交换机和第二以太网交换机连接至所述以太网，其中：

每一所述服务器中的所述物理网卡包括两块四端口的以太网卡和两块光纤卡；

每一台服务器各取两张以太网卡的两个端口连接至所述第一以太网交换机和所述第二以太网交换机；

每一台服务器的两块光纤卡均连接至所述第一光纤交换机和所述第二光纤交换机中。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，其特征在于，还包括任务管理客户端、设备监控客户端、标校测试客户端、故障诊断客户端和虚拟化管理客户端：

所述任务管理客户端、所述设备监控客户端、所述标校测试客户端、所述故障诊断客户端和所述虚拟化管理客户端均与第一以太网交换机和第二以太网交换机连接。

5.根据权利要求4所述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，其特征在于：

所述第一以太网交换机和所述第二以太网交换机均配置有多个第一以太网数据接口和第二以太网数据接口；

每一所述第一以太网数据接口用于与一台所述服务器中的以太网卡的一个端口连接，每一所述第二以太网数据接口用于与一台所述服务器中的所述第二网络接口连接；

所述第一以太网交换机和所述第二以太网交换机分别与所述第一磁盘阵列和所述第二磁盘阵列连接。

6.根据权利要求5所述的基于虚拟化技术的卫星接收站监控系统，其特征在于：

所述第一以太网交换机和所述第二以太网交换机与卫星接收站中的接入交换机连接。

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