基于Hyper-V虛擬化技術采用NAS存儲實現4G無線測震波形數據的匯集*

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據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，將數據存儲在本地服務器，定期將波形文件備份至存儲設備，適用于較多臺網數據的傳輸和存儲。在有大規模臺網數據需要傳輸和存儲時，中國地震局臺網中心為滿足測震波形數據管理的業務需求，選取基于Hadoop大數據技術的分布式文件系統HDFS和分布式計算Spark架構進行數據的存儲和計算研究(郭凱等，2017)。在小規模觀測項目或實驗項目中，部分測震臺通過4G方式傳輸數據，部分無人值守臺站通過定期人工讀取數采存儲卡方式提取數據。因此，在保障數據及時性、有效性、安全性上還存在不足，尤其是在數據的遠程傳輸、數據匯集所需設備等方面。吳叔坤等(2006)研究廣東數字地震遙測臺網數據傳輸的各種方寸，總結得出IP/VPN傳輸具有無丟數誤碼、斷點續傳、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。數據采用4G方式傳回區域中心服務器，通過VPN專線進入云南省地震行業網，掛載NAS存儲回傳數據(陽小珊等，2012)。此方法適用于小規模臺網數據采集，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(冉慧敏，史勇軍，2011)的波形數據文件匯集，以節約服務器設備資源、保障數據安全性，為測震數據傳輸、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，在對其數據完成匯集和存儲時需要解決2個技術問題：其一，區域中心數據接收虛擬服務器在行業專網內，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存儲系統解決數據存儲問題。

首先在區域中心做測試，將測震儀器數采與路由器連接，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系統和Jopens軟件(冉慧敏，史勇軍，2011)，并做好軟件與儀器數采配置，保證數據能傳輸到虛擬服務器，最后配置NAS與FreeBSD系統之間的網絡連接，通過ISCSI掛載到系統分區中，修改Jopens數據存儲路徑到NAS設備，實現測震波形數據的非本地存儲(圖1)。

圖1 配置流程圖

2 測震數據傳輸與接收

本文涉及的遠程數據傳輸是采用“四信”4G無線路由器做鏈路信道，測震儀器數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專網。配置完成后，可在行業專網直接訪問無線路由器和測震儀器數采設備WEB控制頁面，遠程調整數采各項參數(圖2)。

在區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。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觀測點數量進行配置，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系統部署注意事項

本次數據接收服務器部署FreeBSD 11.1操作系統，選擇最小化安裝，按系統默認分區方式劃分分區表，安裝完成后進行網絡配置，確保系統連通測震儀器數采設備。最后進行SSH配置，允許遠程SSH連接，方便后續遠程操作使用。

2.2 安裝JOPENS6.0軟件

通過JOPENS6.0軟件完成測震數據的接收、分析和存儲，操作系統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/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 數據傳輸連接圖

3 測震數據存儲

本次應用將數據存儲位置設為獨立NAS，也可使用專業存儲設備進行存放。

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系統客戶端配置

在FreeBSD系統配置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 newfs/dev/da1。

圖5 連接ISCSI

3.3 掛載ISCSI分區到FreeBSD系統實現數據存儲

掛載da1分區到AWS模塊數據庫存儲目錄，需用戶自行創建該目錄并賦權。

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

查看是否連接成功 df -h，會發現多出了一個da1分區并掛載到/usr/home/tank目錄。

最后用命令在FreeBSD系統根目錄下創建/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將默認存數路徑jopens.aws.archiveDir=/home/jopens/tank修改為存儲位置，如：/usr/home/tank，即完成了數據文件調用。至此，實現了虛擬機掛接NAS存儲測震波形數據，接下來，用戶可使用MSDP模塊調用波形數據進行分析處理。

4 結論

本文總結了利用Hyper-V虛擬化技術安裝FreeBSD系統運行JOPENS6.0軟件實現4G無線測震波形數據匯集的方法，基于ISCIS技術實現了測震波形文件在NAS存儲系統上的匯集，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，可提升應用的穩定性。在分配虛擬機資源時，可根據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)無線數據傳輸可作為無人值守臺站、流動觀測臺、實驗儀器數據接收等非常規的數據匯集使用。本文對利用VPN技術解決4G無線接入行業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、便于數據移動等特點，要根據實際情況來選擇最優化的方式。以NAS方式存儲測震波形數據并不是最優化的方式，推薦還是存放于服務器本地硬盤，定期做數據的導出和刪除工作。本文主要是以節約資源為主，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，在系統運行期間數據接收連續率為98%，網絡連接最大延遲約700 ms(臺站物理位置4G信號影響)，運行至今接收連續波形數據量600 G左右。系統整體運行狀態良好，完全能夠滿足小臺網、實驗項目等場景應用。