CN114615251B - 一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统及方法，包括：高可用集群响应于客户端请求，而查找网关集群中空闲的网关，并将客户端请求转发到空闲的网关；网关响应于客户端请求，而提取出目标微服务名，并获取用户鉴权令牌，验证客户端是否具备对目标微服务的访问权限；当具备访问权限时，群拉取服务列表，并根据所述目标微服务名查询服务列表，将客户端请求转发到聚合服务层；聚合服务层响应于网关转发的客户端请求，而将客户端请求转发到微服务集群中的微服务模块；微服务模块响应于聚合服务层转发的客户端请求，而控制信号测试仪器，并返回请求结果。实现了采集和运算的完全分离，降低了前端硬件成本。

Description

一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统及方法

技术领域

本发明属于信号测试仪器云控制技术领域，尤其涉及一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

现有测量分析手段主要依靠直接操作仪器或通过程控软件进行。

直接操作仪器进行测试测量的方式，操作复杂，步骤繁多，错按几率较高，显示界面小，用户体验较差。

程控指令操控方式，即通过编写程控软件使用上位机进行操控，完成测量分析，直接使用原始命令方式实现对仪器的控制，用户需要记忆成千上万条程控指令，或查找指令手册，操作难度极大，用户体验极差；而且这种方式受限于程控命令标准，不支持并行测试，且程控软件多数不能实现跨平台运行，一旦程控软件出现问题，就会导致测量终止。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统及方法，实现了采集和运算的完全分离，具有处理灵活、易扩展的优势，降低了前端硬件成本。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一方面，公开了一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，包括依次连接的高可用集群、网关集群、聚合服务层和微服务集群，以及与所述网关集群连接的注册及配置中心集群和权限认证集群；

所述高可用集群，其被配置为：响应于客户端请求，而通过加权轮询查找所述网关集群中空闲的网关，并将客户端请求转发到空闲的网关；

所述网关，其被配置为：响应于高可用集群转发的客户端请求，而提取出客户端请求中的目标微服务名，并获取所述权限认证集群中的用户鉴权令牌，验证客户端是否具备对目标微服务的访问权限；当具备访问权限时，向所述注册及配置中心集群拉取服务列表，并根据所述目标微服务名查询服务列表，依据查询结果，将客户端请求转发到所述聚合服务层；

所述聚合服务层，其被配置为：响应于所述网关转发的客户端请求，而将客户端请求转发到所述微服务集群中的微服务模块；

所述微服务模块，其被配置为：响应于所述聚合服务层转发的客户端请求，而控制信号测试仪器，并返回请求结果。

进一步地，所述网关，还被配置为：当所述客户端不具备对目标微服务的访问权限时，终止客户端请求的转发，并向所述客户端返回不可访问的消息。

进一步地，所述权限认证集群，其被配置为：产生用户鉴权令牌，并响应于所述网关发送的用户鉴权令牌获取指令，将用户鉴权令牌派发到所述网关。

进一步地，所述注册及配置中心集群，其被配置为：接受微服务集群中的各微服务模块的服务名称及地址保存到列表中，形成服务列表，同时定期向各微服务模块发送心跳信息，监测各微服务模块的存活状态，并根据各微服务模块的存活状态更新维护所述服务列表。

进一步地，所述聚合服务层包括顶层聚合服务层及下层聚合服务层；

所述顶层聚合服务层，其被配置为：响应于所述网关转发的客户端请求，经过服务端负载均衡后转发到所述下层聚合服务层；

所述下层聚合服务层，其被配置为：响应于所述顶层聚合服务层转发的客户端请求，将客户端请求转发到所述微服务集群中的微服务模块。

进一步地，所述微服务模块可以为测试分析服务模块；

所述测试分析服务模块，其被配置为：响应于所述聚合服务层转发的客户端请求，对客户端请求解析后获取操控指令，将所述操控指令下发到信号测试仪器，得到信号测试分析结果并返回所述客户端。

进一步地，所述信号测试仪器为信号分析仪、频谱分析仪、信号发生器或矢量网络分析仪。

进一步地，还包括日志服务集群；

所述日志服务集群，其被配置为：收集分析所有客户端请求的链路及操作记录。

进一步地，还包括服务监控及保护集群；

所述服务监控及保护集群，其被配置为：跟踪监控所述微服务模块的运行状况及健康情况。

另一方面，公开了一种实现采算分离的信号测试仪器云控制方法，包括：

高可用集群响应于客户端请求，而通过加权轮询查找所述网关集群中空闲的网关，并将客户端请求转发到空闲的网关；

网关响应于高可用集群转发的客户端请求，而提取出客户端请求中的目标微服务名，并获取所述权限认证集群中的用户鉴权令牌，验证客户端是否具备对目标微服务的访问权限；当具备访问权限时，向所述注册及配置中心集群拉取服务列表，并根据所述目标微服务名查询服务列表，依据查询结果，将客户端请求转发到所述聚合服务层；

聚合服务层响应于所述网关转发的客户端请求，而将客户端请求转发到所述微服务集群中的微服务模块；

微服务模块响应于下层聚合服务层转发的客户端请求，而控制信号测试仪器，并返回请求结果。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明的一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，其将数据采集前移，后端采用软件进行数据处理，实现采集和运算的完全分离，具有处理灵活、易扩展的优势，使得软件在测试过程中的作用不断提升，降低前端硬件成本。

本发明的一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，其将数据采集和后端分析彻底解耦，采用微服务架构，设计设备通信服务、信号分析服务、聚合服务、鉴权服务等，结合基础服务组件，降低仪器资源消耗，同时利用云端强大的计算能力，加速测试分析，实现了系统的高可用及高并发，提升了测量分析的可靠性与效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例一的一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统的架构图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和专业术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

参见附图1所示，本实施例公开了一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，实现采算分离的理念，采用微服务架构，将数据采集与后端分析解耦，同时进一步将测试分析服务解耦，可有效降低资源消耗，提升测量效率，提高信号测试分析系统的灵活性及伸缩性，支持分布式多节点并行接入、数据实时上报及全生命周期管理、高并发高可用、异构平台部署等，适用于信号/频谱分析仪、信号发生器、矢量网络分析仪等测量仪器，提升用户的操控体验。如图1所示，包括：依次连接的客户端、高可用集群(nginx高可用集群)、网关集群(API网关集群)、Seata分布式事务协调集群(聚合服务层、微服务集群)和信号测试仪器(终端设备)，以及与网关集群连接的注册及配置中心集群(注册中心、配置中心高可用集群)和权限认证集群，以及对象存储集群、消息总线集群、日志服务集群和服务监控及保护模块。

信号测试仪器可以为信号分析仪、频谱分析仪、信号发生器或矢量网络分析仪等测量仪器。

客户端，用于与用户交互，发起请求。客户端可以为一个或多个，本发明的系统的支持B/S和C/S架构两种实现方式，任何可以连接到网络的可操作设备都可作为客户端，如智能手机、平板电脑或个人计算机等。其中，客户端请求可以为仪器操控、系统设置、设备管理、报表生成、测试分析或数据存储指令等请求。

nginx高可用集群，其被配置为：响应于客户端请求，而通过加权轮询查找所述网关集群中空闲的网关，并将客户端请求转发到空闲的网关。即，将客户端请求，采用负载均衡策略，转发到API网关集群。具体的，nginx集群实现客户端负载均衡，在nginx集群中集成keepalived机制，将keepalived中的主节点作为nginx负载均衡的监听地址，实现nginx集群的高可用。客户端请求到达nginx集群后，采用加权轮询的方式，查找API网关集群中的空闲网关，并将客户端请求转发到相应的网关节点进行后续处理转发。如此可以有效提高API网关集群的效率，降低API网关性能成为整个系统新能瓶颈的风险，间接提升系统的可靠性。

各微服务模块启动后即将服务名称及地址向注册及配置中心集群上报，注册及配置中心集群由nacos组件搭建，其被配置为：接受微服务集群中的各微服务模块的服务名称及地址保存到列表中，形成服务列表，同时定期向各微服务模块发送心跳信息，监测各微服务模块的存活状态，并根据各微服务模块的存活状态更新维护服务列表。

网关，其被配置为：响应于所述高可用集群转发的客户端请求，而提取出请求中的目标微服务名，并获取所述权限认证集群产生的用户鉴权令牌，验证客户端是否具备对目标微服务的访问权限；当具备访问权限时，向所述注册及配置中心集群拉取服务列表，并根据所述目标微服务名查询所述服务列表，并依据查询结果，将客户端请求转发到所述顶层聚合服务层。具体的，API网关使用gateway组件实现，客户端请求由nginx高可用集群转发到API网关集群后，API网关依据HTTP协议、IP协议及相关网络协议规定，提取出客户端请求中的目标微服务名，获取由权限认证集群产生的用户鉴权令牌(鉴权token)，验证发送客户端请求的客户端是否具备对该目标微服务的访问权限。若具备相应权限，API网关向注册及配置中心集群拉取服务列表，并根据提取出的目标服务名查询服务列表，依据查询到的结果(查询到的目标服务地址及端口)，利用由Ribbon搭建的服务端负载均衡查询相应服务集群的负载情况，并依据相应网络协议规定，发起到目标服务的访问请求，将客户端请求转发到顶层聚合服务层；若不具备相应权限，则终止访问，即终止客户端请求的转发，向客户端返回不可访问的消息。其中，权限认证集群由若干个Authservice组件，完成用户认证token产生，并响应于所述网关发送的用户鉴权令牌获取指令，在需要时将token派发到API网关，为请求增加基于token的访问控制。

聚合服务层是底层应用服务的抽象聚合，位于最终提供服务的微服务模块的上层，主要完成客户端请求到微服务的负载均衡、基于Sentinel的熔断限流以及包含的微服务间的数据交互等。聚合服务层分为两层，即顶层聚合服务层及下层聚合服务层。顶层聚合服务用于接收网关转发的请求，响应于网关转发的客户端请求，并将网关转发的客户端请求经过基于ribbon的服务端负载均衡后转发到相应的下层聚合服务层；下层聚合服务层响应于顶层聚合服务层转发的客户端请求，将顶层聚合服务层转发的客户端请求再次转发到目标微服务模块；客户端请求经过目标微服务模块处理后，得到相应的请求结果，将请求结果返回给聚合服务层，经聚合服务层、网关返回给客户端。例如，客户端请求为仪器操控指令，则返回仪器操控结果；客户端请求为系统设置指令，则返回系统设置结果；客户端请求为设备管理指令，则返回设备管理结果；客户端请求为报表生成指令，则返回生成的报表；客户端请求为测试分析指令，则返回信号测试分析结果。

微服务模块可以为设备管理服务模块、报表服务模块、系统设置服务模块、测试分析服务模块、设备通信服务模块、用户服务模块或数据存储服务模块。

Seata分布式事务协调集群，是系统的核心集群，信号测试分析服务都分布在该集群中，此外，完成信号测试仪器连接、数据上报及处理、通信服务等服务也都分布在该集群中。为减少服务间通信次数，降低整个系统的数据通信压力，抽象出顶层聚合服务层及下层聚合服务层，每个下层聚合服务层(图1中的聚合服务A、聚合服务B和聚合服务C)负责与微服务集群中的若干个微服务模块进行通信和数据交互，减少服务间通信次数，降低整个系统的数据通信压力，微服务集群负责完成具体业务，信号测试仪器通过设备通信服务完成模块与系统的并行连接及数据交互，客户端请求(测试分析指令)到达测试分析服务模块后，测试分析服务模块依据相关网络协议解析请求，获取操控指令，将所述操控指令通过设备通信服务模块下发到信号测试仪器，得到信号测试分析结果，信号测试分析结果数据分为两路通过消息总线集群返回，一路上传到测试分析服务模块并进一步返回到客户端用于显示，另一路上传到数据存储服务模块用于保存管理。

对象存储集群，在信号测试分析过程中，存在单次测试分析产生GB量级数据的可能，针对如此量级的数据，采用常规的关系型数据库存储会大大影响数据通信的实时性，因此针对此类数据，采用redis内存数据库缓存及对象存储的方式，对系统产生的数据进行整体存储，采用Minio分布式存储方案可以快速实现对系统产生的大数据的存储和检索。

消息总线集群，顾名思义，用于完成系统的消息类数据传输交互，用户操作指令下发到仪器终端，或仪器终端产生的数据向上返回给用户，以及系统内各服务间消息通信等都通过该集群完成。

日志服务集群收集分析所有客户端请求的链路及操作记录，用于系统的问题及故障。

服务监控及保护集群，采用成熟的基础服务组件，如Sentinel、Sleuth、Zipkin、Springboot Admin、Actuator、Mertics等，实现服务的熔断限流、链路追踪监控、服务健康检查及监控、指标监控等服务，以支撑系统的正常运行，对系统架构中的微服务模块的运行状况及健康情况进行跟踪监控，保证云系统的高可用及故障可追溯性。

系统的微服务采用docker技术进行打包，生成对应的image文件，将image文件拉取到服务器对应的Docker容器中，完成对微服务的部署，进而实现整个系统的部署。

将数据采集前移，后端采用软件进行数据处理，实现采集和运算的完全分离，具有处理灵活、易扩展的优势，使得软件在测试过程中的作用不断提升，降低前端硬件成本。

本发明提出的系统，实现采算分离的思想，将数据采集和后端分析彻底解耦，采用微服务架构，设计设备通信服务、信号分析服务、聚合服务、鉴权服务等，结合基础服务组件，降低仪器资源消耗，同时利用云端强大的计算能力，加速测试分析，实现了系统的高可用及高并发，提升了测量分析的可靠性与效率。云端操作界面更大、更清晰、更人性化，操作及显示体验更好，且通过nginx高可用集群实现负载均衡、微服务多实例部署实现冗余灾备等手段，可以有效提高系统的可靠性及并发性，解决痛点问题，满足用户需求。

本发明实现采算分离的理念，采用微服务架构，将数据采集与后端分析解耦，同时进一步将测试分析服务解耦，可有效降低资源消耗，提升测量效率，提高系统的灵活性及伸缩性，支持分布式多节点并行接入、数据实时上报及全生命周期管理、高并发高可用、异构平台部署等。本发明完全由软件开发进行实现，适用于信号/频谱分析仪、信号发生器、矢量网络分析仪等测量仪器，提升用户的操控体验。

实施例二

本实施例公开了一种实现采算分离的信号测试仪器云控制方法，包括：

高可用集群响应于客户端请求，而通过加权轮询查找所述网关集群中空闲的网关，并将客户端请求转发到空闲的网关；

网关响应于高可用集群转发的客户端请求，而提取出客户端请求中的目标微服务名，并获取所述权限认证集群中的用户鉴权令牌，验证客户端是否具备对目标微服务的访问权限；当具备访问权限时，向所述注册及配置中心集群拉取服务列表，并根据所述目标微服务名查询服务列表，依据查询结果，将客户端请求转发到所述聚合服务层；

聚合服务层响应于所述网关转发的客户端请求，而将客户端请求转发到所述微服务集群中的微服务模块；

微服务模块响应于所述聚合服务层转发的客户端请求，而控制信号测试仪器，并返回请求结果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，其特征是，包括依次连接的nginx高可用集群、网关集群、聚合服务层和微服务集群，以及与所述网关集群连接的注册及配置中心集群和权限认证集群；

所述nginx高可用集群，其被配置为：响应于客户端请求，而通过加权轮询查找所述网关集群中空闲的网关，并将客户端请求转发到空闲的网关；nginx集群实现客户端负载均衡，在nginx集群中集成keepalived机制，将keepalived中的主节点作为nginx负载均衡的监听地址，实现nginx集群的高可用；

所述网关，其被配置为：响应于高可用集群转发的客户端请求，而提取出客户端请求中的目标微服务名，并获取所述权限认证集群中的用户鉴权令牌，验证客户端是否具备对目标微服务的访问权限；当具备访问权限时，向所述注册及配置中心集群拉取服务列表，并根据所述目标微服务名查询服务列表，依据查询结果，将客户端请求转发到所述聚合服务层；

所述聚合服务层包括顶层聚合服务层及下层聚合服务层；

所述顶层聚合服务层，其被配置为：响应于所述网关转发的客户端请求，经过服务端负载均衡后转发到所述下层聚合服务层；

所述下层聚合服务层，其被配置为：响应于所述顶层聚合服务层转发的客户端请求，将客户端请求转发到微服务集群中的微服务模块，每个下层聚合服务层负责与微服务集群中的若干个微服务模块进行通信和数据交互；

所述聚合服务层，其被配置为：响应于所述网关转发的客户端请求，而将客户端请求转发到所述微服务集群中的微服务模块；

所述微服务模块，其被配置为：响应于所述聚合服务层转发的客户端请求，而控制信号测试仪器，并返回请求结果；所述信号测试仪器为信号分析仪、频谱分析仪、信号发生器或矢量网络分析仪；所述微服务模块为测试分析服务模块；

所述测试分析服务模块，其被配置为：响应于所述聚合服务层转发的客户端请求，对客户端请求解析后获取操控指令，将所述操控指令下发到信号测试仪器，得到信号测试分析结果，信号测试分析结果数据分为两路通过消息总线集群返回，一路上传到测试分析服务模块并进一步返回到客户端用于显示，另一路上传到数据存储服务模块用于保存管理；

所述注册及配置中心集群，其被配置为：接收微服务集群中的各微服务模块的服务名称及地址保存到列表中，形成服务列表；同时定期向各微服务模块发送心跳信息，监测各微服务模块的存活状态，并根据各微服务模块的存活状态更新维护服务列表；所述注册及配置中心集群由nacos组件搭建；

所述权限认证集群由若干个Authservice组件，完成用户认证token产生，并响应于所述网关发送的用户鉴权令牌获取指令，在需要时将token派发到网关，为请求增加基于token的访问控制。

2.如权利要求1所述的一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，其特征是，所述网关，还被配置为：当所述客户端不具备对目标微服务的访问权限时，终止客户端请求的转发，并向所述客户端返回不可访问的消息。

3.如权利要求1所述的一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，其特征是，所述权限认证集群，其被配置为：产生用户鉴权令牌，并响应于所述网关发送的用户鉴权令牌获取指令，将用户鉴权令牌派发到所述网关。

4.如权利要求1所述的一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，其特征是，还包括日志服务集群；

所述日志服务集群，其被配置为：收集分析所有客户端请求的链路及操作记录。

5.如权利要求1所述的一种实现采算分离的信号测试仪器云控制系统，其特征是，还包括服务监控及保护集群；

所述服务监控及保护集群，其被配置为：跟踪监控所述微服务模块的运行状况及健康情况。

6.一种实现采算分离的信号测试仪器云控制方法，其特征是，包括：

nginx高可用集群响应于客户端请求，而通过加权轮询查找网关集群中空闲的网关，并将客户端请求转发到空闲的网关；nginx集群实现客户端负载均衡，在nginx集群中集成keepalived机制，将keepalived中的主节点作为nginx负载均衡的监听地址，实现nginx集群的高可用；

网关响应于高可用集群转发的客户端请求，而提取出客户端请求中的目标微服务名，并获取权限认证集群中的用户鉴权令牌，验证客户端是否具备对目标微服务的访问权限；当具备访问权限时，向注册及配置中心集群拉取服务列表，并根据所述目标微服务名查询服务列表，依据查询结果，将客户端请求转发到聚合服务层；

所述聚合服务层包括顶层聚合服务层及下层聚合服务层；

所述顶层聚合服务层，其被配置为：响应于所述网关转发的客户端请求，经过服务端负载均衡后转发到所述下层聚合服务层；

所述下层聚合服务层，其被配置为：响应于所述顶层聚合服务层转发的客户端请求，将客户端请求转发到微服务集群中的微服务模块；每个下层聚合服务层负责与微服务集群中的若干个微服务模块进行通信和数据交互；

聚合服务层响应于所述网关转发的客户端请求，而将客户端请求转发到微服务集群中的微服务模块；

微服务模块响应于所述聚合服务层转发的客户端请求，而控制信号测试仪器，并返回请求结果；所述信号测试仪器为信号分析仪、频谱分析仪、信号发生器或矢量网络分析仪；所述微服务模块为测试分析服务模块；

所述测试分析服务模块，其被配置为：响应于所述聚合服务层转发的客户端请求，对客户端请求解析后获取操控指令，将所述操控指令下发到信号测试仪器，得到信号测试分析结果，信号测试分析结果数据分为两路通过消息总线集群返回，一路上传到测试分析服务模块并进一步返回到客户端用于显示，另一路上传到数据存储服务模块用于保存管理；

所述注册及配置中心集群，其被配置为：接收微服务集群中的各微服务模块的服务名称及地址保存到列表中，形成服务列表；同时定期向各微服务模块发送心跳信息，监测各微服务模块的存活状态，并根据各微服务模块的存活状态更新维护服务列表；所述注册及配置中心集群由nacos组件搭建；

所述权限认证集群由若干个Authservice组件，完成用户认证token产生，并响应于所述网关发送的用户鉴权令牌获取指令，在需要时将token派发到网关，为请求增加基于token的访问控制。