三峽通航調度系統架構優化研究

肖圣魁　孫榮　姜東參　扶湘典

摘 要：三峽通航調度系統作為三峽局的核心應用系統，涉及船舶過閘申報、計劃下發、過閘統計、信息服務等各個重要的業務。近些年隨著三峽通航業務的不斷深化拓展，調度系統的壓力日益增加，已經逐漸無法滿足三峽通航信息化水平飛速發展的需要。為進一步提升系統的穩定性以及可持續性，本文對目前調度系統存在的主要問題進行的分析，并研究目前主流的系統高可用部署技術，提出一套適用于三峽通航調度系統的架構優化方案。

關鍵詞：三峽通航;架構;高可用

中圖分類號：U641? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0067-02

三峽通航調度系統是以三峽局頒布的《通航調度管理辦法》為指導，構建涵蓋壩區升船機、葛洲壩船閘、三峽船閘、錨地等通航設施于一體的綜合調度模型。并在此基礎上，以三峽局《信息資源規劃方案》為依據，充分利用已建設網絡系統、GPS綜合應用系統、應用框架系統和數據中心等資源，系統性構建三峽升船機航運調度、安檢系統。調度系統功能主要包括：智能化調度方案生成、船舶定位與報到、船舶過壩申報、船舶動態管理、調度計劃、預計劃、安檢計劃、調度管理、錨地管理、運行管理、氣象水情管理等功能。目前隨著三峽通航業務的發展，在調度系統的基礎上二次開發了資料審核、區域聯動、復檢計劃、船舶流量控制等功能，對調度系統的壓力逐漸增加，為提升系統的穩定性，滿足不斷發展的業務需求，亟需對調度系統的架構進行優化調整。

1 三峽通航調度系統運行現狀及存在的問題

調度系統作為三峽通航業務內部使用的重要系統，部署在內網環境，其應用服務器的整體架構如下圖所示：

調度安檢系統在船舶申報、調度、計劃以及安檢等各個流程及環節發揮了重要的作用，但隨著運行時間的增加，部分問題日益凸顯，對服務器及系統的穩定運行造成的較大的影響，影響了調度系統后期的升級優化，無法滿足日益增長的業務需要。

調度系統應用服務器目前部署有IBM websphere中間件，為主從模式。當主服務器故障時，將直接導致調度系統業務中斷;當從服務器故障時，主服務器應用負載大幅度增加，影響系統運行速度。

根據以上分析可以發現，調度系統采用的主從結構雖然能夠對業務進行負載均衡，減少服務器應用的壓力，但依舊存在單節點隱患。三峽通航作為影響長江水運的重要業務節點，一旦調度系統產生故障，將會影響船舶正常過閘流程，保證服務器及系統應用的穩定運行至關重要。因此，對調度系統的架構進行優化是十分必要的。

2 架構技術分析

（1）集群。集群就是一組相互獨立的計算機，通過高速的網絡組成一個計算機系統，每個集群節點都是運行其自己進程的一個獨立服務器。對網絡用戶來講，網站后端就是一個單一的系統，協同起來向用戶提供系統資源，系統服務。通過網絡連接組合成一個組合來共同完成一個任務。根據目的的不同，服務器集群可以分為高性能集群、高可用集群以及負載均衡集群。

（2）負載均衡。負載均衡（Load Balance）是集群技術（Cluster）的一種應用。負載均衡可以將工作任務分攤到多個處理單元，從而提高并發處理能力。任何的負載均衡技術都要想辦法建立某種一對多的映射機制：一個請求的入口映射到多個處理請求的節點，從而實現分而治之。這種映射機制使得多個物理存在對外體現為一個虛擬的整體，對服務的請求者屏蔽了內部的結構。

（3）高可用。高可用HA（High Availability）是分布式系統架構設計中必須考慮的因素之一，它通常是指，在集群服務器架構中，當主服務器故障時，備份服務器能夠自動接管主服務器的工作，并及時切換過去，以實現對用戶的不間斷服務。

根據對不同架構技術進行分析比選，并結合三峽通航業務發展的實際，目前三峽通航業務能力從小型朝著中型過渡，對業務的連續性較高，同時因為系統數量較多、環境復雜，本次架構的部署應該盡量簡單;經過研究分析，擬采用負載均衡以及高可用作為本次服務器架構優化的方案，使用的軟件為LVS、Keepalive以及Nginx。

3 架構部署以及實現

LVS是一個開源的軟件，可以實現傳輸層四層負載均衡。LVS是Linux Virtual Server的縮寫，意思是Linux虛擬服務器。目前有三種IP負載均衡技術（VS/NAT、VS/TUN和VS/DR）;八種調度算法（rr，wrr，lc，wlc，lblc，lblcr，dh，sh）。

Keepalived基于VRRP協議來實現高可用解決方案，避免單點故障^[1]。至少需要兩臺服務器運行Keepalived[2]，即一臺為Master，另一臺為Backup，但對外表現為一個VIP（虛擬IP）。兩臺服務器會檢測對方狀態，如果有一臺服務器宕機，或工作出現故障，Keepalived將檢測到，并將有故障的服務器從系統中剔除，同時使用其他服務器代替該服務器的工作，當服務器工作正常后Keepalived自動將服務器加入到服務器群中，通過服務器自動接管應用，能夠避免產生單點故障。

經過優化后的架構如下圖所示：

4 總結

根據以上的測試結果，可以發現通過LVS+Keepalived+Nginx的高可用架構，能夠有效避免產生單點故障，提升服務器的穩定。同時隨著業務的不斷增加，通過增加節點服務器給Nginx服務器分擔負載，具有較高的可持續性，可以有效適應三峽通航業務的不斷發展，為三峽通航信息化水平的進一步發展打下一定的基礎。

參考文獻：

[1]單康康，王勇超，郭曄.基于LVS+Keepalived的DNS集群研究[J].電信快報，2018（3）：26-28

[2]孫天昊，陳飛，鄧俊昆.一種基于cookie回話保持的LVS集群系統[J].計算機應用研究，2013（4）：1102-1104.