基于CQRS架構的皮基站網管系統設計

文/陳威宇

1 引言

皮基站（Pico Site），是一種小型企業級基站，單載波發射功率在100～500mW，覆蓋范圍在20～50米，可以為用戶實現移動通信信號精確深度覆蓋，提升用戶體驗。5G時代因為頻率更高的原因，5G的信號傳輸距離和穿透效果將明顯弱于4G，皮基站也將會是增強網絡覆蓋的重要角色。因此，皮基站網管系統需要支持高并發設備接入、高實時性信息查詢，來支撐設備的管理和維護。

2 CQRS架構概述

CQRS本身只是一個讀寫分離的思想，即命令查詢職責分離。命令和查詢的分離可以更好地理解哪些操作會改變系統的狀態，從而使系統具有更好的擴展性，提高系統可用性，還可以為其提供緩存，從而改進查詢的性能。

CQRS架構適用的幾種場景：

（1）應用的寫模型和讀模型差別比較大時；

（2）需要對系統的查詢性能和寫入性能分開進行優化時，尤其是讀寫比非常高的系統，分離讀寫是必須的；

（3）系統需要同時滿足高并發的寫、高并發的讀的時候；因為基于CQRS架構的系統可以在命令端做到最大化的寫，在查詢端容易提供可擴展的讀模型。

（4）在實踐領域模型時。

3 適用性分析

3.1 讀寫模式差別

寫模式主要處理單個設備的數據上報；讀模式主要性能要求體現在批量獲取設備的配置信息、告警信息、統計信息等數據，比如獲取所有設備的當前活躍告警，獲取所有設備的性能參數統計曲線。因此，皮基站網管系統的讀寫模式差別較大。

3.2 讀寫比

按照設備心跳狀態消息上報周期為5分鐘，前端應用更新設備狀態一般為30秒，也就是說設備心跳消息上報會產生1次寫入操作，前端應用在兩次心跳消息間隔會產生10次查詢操作，即讀寫比達到10倍。系統中每次心跳上報也會涉及設備查詢操作，所以實際讀寫比會更大。

3.3 消息高并發性

網管系統的寫入性能主要體現在設備上報消息的并發處理能力，消息處理都會對產生設備信息的寫操作。按5分鐘心跳上報機制，一臺設備每天會上報288條心跳消息。通常一個省部署一套網管系統，全省皮基站設備部署會達到10W臺，即系統需要每秒處理344條心跳消息。分離的寫操作，可以采用命令并發處理、事件消息緩存等方式來單獨優化寫入效率，提高系統并發能力。

3.4 查詢可擴展性

在前端需要保證業務查詢操作的可擴展性。設備上報參數涉及狀態參數、配置參數、告警參數、性能參數等，相應的業務查詢操作會千變萬化，比如：設備在線狀態、當前告警信息、歷史告警信息、性能統計等等。通過分離讀寫并結合消息訂閱方式，網管系統可以提供易擴展的讀模式。

4 系統實現

本網管系統的實現結合了事件溯源模式，采用數據存儲讀寫分離的方式：命令端負責數據存儲，查詢端負責數據讀取，查詢端的數據通過命令端產生的事件來同步。系統主要處理流程如圖1所示。

4.1 設備消息上報

設備消息上報處理的主要流程：

（1）皮基站設備通過CWMP（用戶終端設備廣域網管理協議）協議向網管系統上報消息；

（2）CWMP服務端，解析處理CWMP協議消息，產生相應設備上報消息收到命令，并將該條命令交到命令處理總線；

（3）命令處理總線隊列緩存收到的命令，然后并發調用命令處理程序處理命令；命令處理程序找到命令對應的設備聚合，交由設備聚合將上報消息收到命令轉換為上報消息收到事件，并持久化該條事件；

（4）一條事件被持久化后，事件將發送到事件隊列，由訂閱該事件的處理程序處理；

（5）各個處理程序在收到訂閱事件后，根據業務需求獲取信息，并更新到對應的設備視圖數據，包括設備狀態信息、設備告警信息、設備性能統計信息等等；

（6）將生產的設備視圖數據，持久化到視圖數據庫，供API接口服務查詢使用；

圖1：系統主要處理流程

（7）API接口服務，基于HTTP協議向前端應用提供數據。

4.2 設備操作指令下發

設備操作指令下發處理的主要流程：

（1）前端應用通過HTTP協議向API接口服務發送操作指令，例如設備重啟操作；

（2）API接口服務，解析指令內容，產生相應的設備操作命令，并將該條命令交給命令處理總線；

（3）命令處理總線隊列緩存收到的命令，然后并發調用命令處理程序處理命令；命令處理程序找到命令對應的設備聚合，交由設備聚合將設備操作命令轉換為設備操作事件，并持久化該條事件；

（4）后臺CWMP服務端收到訂閱事件后，生產CWMP協議消息，并下發給設備。

4.3 最終一致性

CQRS架構導致讀寫之間會有延遲，因此網管系統的一致性模型為最終一致性。在皮基站設備的維護管理應用中，系統優先保證前端應用的可用性，而數據保證最終一致性的方式是可以接受的。

5 總結

本網管系統設計，提高了設備的接入并發性和前端應用的實時性，并且具有靈活的業務需求擴充性，為皮基站設備的實時有效監控和管理提供有力支持。