基于Hyper-V虛擬化技術采用NAS存儲實現(xiàn)4G無線測震波形數(shù)據(jù)的匯集*

粟 毅，安小偉，姚 遠

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

0 引言

目前，云南省地震局的測震波形數(shù)據(jù)普遍采用物理服務器安裝JOPENS軟件(吳永權，黃文輝，2010)進行匯集，這種方式是通過有線專線傳輸，將數(shù)據(jù)存儲在本地服務器，定期將波形文件備份至存儲設備，適用于較多臺網數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。在有大規(guī)模臺網數(shù)據(jù)需要傳輸和存儲時，中國地震局臺網中心為滿足測震波形數(shù)據(jù)管理的業(yè)務需求，選取基于Hadoop大數(shù)據(jù)技術的分布式文件系統(tǒng)HDFS和分布式計算Spark架構進行數(shù)據(jù)的存儲和計算研究(郭凱等，2017)。在小規(guī)模觀測項目或實驗項目中，部分測震臺通過4G方式傳輸數(shù)據(jù)，部分無人值守臺站通過定期人工讀取數(shù)采存儲卡方式提取數(shù)據(jù)。因此，在保障數(shù)據(jù)及時性、有效性、安全性上還存在不足，尤其是在數(shù)據(jù)的遠程傳輸、數(shù)據(jù)匯集所需設備等方面。吳叔坤等(2006)研究廣東數(shù)字地震遙測臺網數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N方寸，總結得出IP/VPN傳輸具有無丟數(shù)誤碼、斷點續(xù)傳、經濟實惠、安全可靠等特點。

Hyper-V是一款兼顧了安全性和性能要求的虛擬化產品。數(shù)據(jù)采用4G方式傳回區(qū)域中心服務器，通過VPN專線進入云南省地震行業(yè)網，掛載NAS存儲回傳數(shù)據(jù)(陽小珊等，2012)。此方法適用于小規(guī)模臺網數(shù)據(jù)采集，可應用在實驗觀測項目中。本文主要探索服務器虛擬主機安裝FreeBSD系統(tǒng)(冉慧敏，史勇軍，2011)的波形數(shù)據(jù)文件匯集，以節(jié)約服務器設備資源、保障數(shù)據(jù)安全性，為測震數(shù)據(jù)傳輸、存儲等提供技術參考。

1 研究方法及思路

2017年，云南省地震局在小江斷裂帶附近新建20個測震觀測點，在對其數(shù)據(jù)完成匯集和存儲時需要解決2個技術問題：其一，區(qū)域中心數(shù)據(jù)接收虛擬服務器在行業(yè)專網內，與4G無線路由之間跨越2個獨立網絡，因此需通過VPN方式建立2網之間的安全隧道以解決網絡連接問題；其二，在服務器資源及存儲資源有限的情況下，利用服務器虛擬化技術共享服務器資源，同時使用NAS存儲系統(tǒng)解決數(shù)據(jù)存儲問題。

首先在區(qū)域中心做測試，將測震儀器數(shù)采與路由器連接，建立4G無線路由與VPN之間的安全隧道并測試網絡連通，后配置虛擬機和安裝FreeBSD系統(tǒng)和Jopens軟件(冉慧敏，史勇軍，2011)，并做好軟件與儀器數(shù)采配置，保證數(shù)據(jù)能傳輸?shù)教摂M服務器，最后配置NAS與FreeBSD系統(tǒng)之間的網絡連接，通過ISCSI掛載到系統(tǒng)分區(qū)中，修改Jopens數(shù)據(jù)存儲路徑到NAS設備，實現(xiàn)測震波形數(shù)據(jù)的非本地存儲(圖1)。

圖1 配置流程圖

2 測震數(shù)據(jù)傳輸與接收

本文涉及的遠程數(shù)據(jù)傳輸是采用“四信”4G無線路由器做鏈路信道，測震儀器數(shù)采設備通過網線連接路由器，配置好路由器的IP地址映射，同時需開啟路由器遠程連接屬性，方便后期登陸進行維護。路由器配置完成后需配置VPN專線路由器，將信道運營商私有地址通過VPN專線接入到云南省地震局行業(yè)專網。配置完成后，可在行業(yè)專網直接訪問無線路由器和測震儀器數(shù)采設備WEB控制頁面，遠程調整數(shù)采各項參數(shù)(圖2)。

在區(qū)域中心服務器上配置Hyper-V虛擬機，此虛擬機僅支持Windows Server 2008 R2及以上服務器操作系統(tǒng)。配置時需注意，Hyper-V服務端默認不支持FreeBSD網卡，在虛擬機客戶端需選擇舊版本網卡，在虛擬機資源分配時根據(jù)觀測點數(shù)量進行配置，本次架設20個測震觀測點，需2核以上CPU，5 G以上內存，50 G以上硬盤。

2.1 FreeBSD系統(tǒng)部署注意事項

本次數(shù)據(jù)接收服務器部署FreeBSD 11.1操作系統(tǒng)，選擇最小化安裝，按系統(tǒng)默認分區(qū)方式劃分分區(qū)表，安裝完成后進行網絡配置，確保系統(tǒng)連通測震儀器數(shù)采設備。最后進行SSH配置，允許遠程SSH連接，方便后續(xù)遠程操作使用。

2.2 安裝JOPENS6.0軟件

通過JOPENS6.0軟件完成測震數(shù)據(jù)的接收、分析和存儲，操作系統(tǒng)安裝完成后通過移動硬盤或SSH工具將JOPENS安裝文件導入到系統(tǒng)/usr/目錄下準備安裝。JOPENS 6.0軟件安裝可參照軟件說明書進行部署。

圖2 數(shù)據(jù)傳輸連接圖

3 測震數(shù)據(jù)存儲

本次應用將數(shù)據(jù)存儲位置設為獨立NAS，也可使用專業(yè)存儲設備進行存放。

3.1 配置NAS服務端獲取ISCSI target信息

首先配置NAS空間，NAS需接入到與主機相同網段，通過瀏覽器進行訪問，建立ISCSI存儲空間(圖3)，并獲取ISCSI target信息(圖4)。

圖3 建立ISCSI存儲空間

圖4 獲取ISCSI target信息

3.2 FreeBSD系統(tǒng)客戶端配置

在FreeBSD系統(tǒng)配置ISCSI客戶端連接信息，如沒有安裝ISCSI程序需要進行下載安裝，輸入make install clean自動下載安裝，安裝完成后編輯/etc/rc.conf文件指定配置文件。

將NAS端獲取的ISCSI target信息寫到/etc/iscsi.conf文件，創(chuàng)建ISCSI客戶端連接信息，添加如下內容：

target0 { # nickname

targetaddress=10.53.208.234 —NAS存儲IP

TargetName=iqn.2017-09.com.thecus.n4810：iscsi.ynfzx.raid0

}

同時編輯/boot/loader.conf文件，開啟ISCSI連接并制定配置文件存放位置，需添加如下內容：

iscsi_initiator_load=”YES”

iscsi target config=“/usr/local/etc/iscsi/targets”

配置完成后執(zhí)行命令kldload iscsi_initiator，啟動iscsi_initiator內核，輸入命令建立連接iscontrol-t10.53.208.234-n target0(圖5)，查看/var/log/message 記錄da1是否已連接。最后格式化新連接的分區(qū) newfs/dev/da1。

圖5 連接ISCSI

3.3 掛載ISCSI分區(qū)到FreeBSD系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲

掛載da1分區(qū)到AWS模塊數(shù)據(jù)庫存儲目錄，需用戶自行創(chuàng)建該目錄并賦權。

# mount/dev/da1 /usr/home/tank

查看是否連接成功 df -h，會發(fā)現(xiàn)多出了一個da1分區(qū)并掛載到/usr/home/tank目錄。

最后用命令在FreeBSD系統(tǒng)根目錄下創(chuàng)建/online 目錄并賦權，在掛載存儲的tank目錄下建立一個符號鏈接文件online到內存磁盤。

#ln-sf/online/usr/home/tank/online —連接到存儲目錄

進入到服務端JOPENS管理頁面，配置AWS模塊存儲路徑(圖6)，修改為掛載的ISCSI路徑/usr/home/tank，保存后重啟wildfly服務。

最后查看波形文件是否寫入到NAS存儲中(圖7)。

圖6 修改配置文件

圖7 查看波形文件

修改JOPENS客戶端配置文件jopens-config. properties，文件位置X：jopensconf將默認存數(shù)路徑jopens.aws.archiveDir=/home/jopens/tank修改為存儲位置，如：/usr/home/tank，即完成了數(shù)據(jù)文件調用。至此，實現(xiàn)了虛擬機掛接NAS存儲測震波形數(shù)據(jù)，接下來，用戶可使用MSDP模塊調用波形數(shù)據(jù)進行分析處理。

4 結論

本文總結了利用Hyper-V虛擬化技術安裝FreeBSD系統(tǒng)運行JOPENS6.0軟件實現(xiàn)4G無線測震波形數(shù)據(jù)匯集的方法，基于ISCIS技術實現(xiàn)了測震波形文件在NAS存儲系統(tǒng)上的匯集，結論如下：

(1)將各類應用部署在虛擬主機上，利用虛擬機自身的容錯機制，可提升應用的穩(wěn)定性。在分配虛擬機資源時，可根據(jù)應用的資源消耗靈活進行分配，也可按應用實際使用資源進行后期調整。

(2)無線數(shù)據(jù)傳輸可作為無人值守臺站、流動觀測臺、實驗儀器數(shù)據(jù)接收等非常規(guī)的數(shù)據(jù)匯集使用。本文對利用VPN技術解決4G無線接入行業(yè)內網的方法進行了實踐。

(3)NAS具有網絡存儲方式簡單、設備體量較小、便于數(shù)據(jù)移動等特點，要根據(jù)實際情況來選擇最優(yōu)化的方式。以NAS方式存儲測震波形數(shù)據(jù)并不是最優(yōu)化的方式，推薦還是存放于服務器本地硬盤，定期做數(shù)據(jù)的導出和刪除工作。本文主要是以節(jié)約資源為主，為資源緊張的實驗項目、小臺網等提出一種解決方式。

(4)本次臺站建設于2018年1月正式運行，在系統(tǒng)運行期間數(shù)據(jù)接收連續(xù)率為98%，網絡連接最大延遲約700 ms(臺站物理位置4G信號影響)，運行至今接收連續(xù)波形數(shù)據(jù)量600 G左右。系統(tǒng)整體運行狀態(tài)良好，完全能夠滿足小臺網、實驗項目等場景應用。