基于超融合技術的無線電管理存儲架構設計

薛 宇，許夢竹，費 偉，魏 文，孟德良

（國家無線電監測中心，北京 100037）

0 引言

“十三五”期間我國無線電管理信息化水平快速提升，各級無線電管理機構研發了眾多業務軟件，積累了涉及監測、頻率、臺站、衛星、檢測等業務的海量業務數據，這些數據對存儲系統的計算、傳輸、擴容和容災提出了更為苛刻的要求。傳統集中式存儲架構[1]，因承載負荷過高、容量擴展性差、資源利用率低、運維管理復雜、存儲割裂豎井化等原因，已無法滿足當前海量業務數據的計算分析需求，數據中心IT基礎設施架構必將產生顛覆性變化。為支撐無線電管理業務工作的有效開展，進一步提升“十四五”期間無線電管理信息化水平，本文提出了一種基于超融合技術的無線電管理存儲架構。

1 無線電管理傳統存儲架構

“十三五”早期，我國無線電管理業務數據的采集分析主要以頻率、臺站、檢測等結構化小文件為主體，整體數據量接近GB級。因此，技術相對成熟、協議效率更高、性能較穩定、兼容性和廠商支持度更好的光纖通道存儲區域網絡（Fibre Channel Storage Area Network，簡稱FC-SAN）成為無線電管理的主要存儲體系架構。

無線電管理傳統存儲架構分為三個層級[2]：計算服務器、光纖交換機、存儲設備。如圖1所示，計算服務器與存儲設備可通過光纖交換機建立任意連接，組成專用存儲網絡，I/O請求通過光纖交換機發送到存儲設備。FC-SAN存儲設備一般采用雙控制器架構，兩者互為備份，如果一個控制器損壞，系統性能將降低50%，且穩定性也隨之下降，影響存儲的正常使用；同時，交換機的網絡帶寬決定了數據傳輸速度，極易成為整個存儲性能的瓶頸。此外，傳統架構的存儲控制器最多可擴展至16個，不支持大規模橫向擴展，而僅通過縱向增加磁盤數量的擴容方式無法有效提升存儲設備的對外服務能力，即存在I/O性能瓶頸。

圖1 無線電管理傳統存儲架構

2 基于超融合技術的無線電管理存儲架構

隨著X86平臺實現全部切換，眾多業務軟件已完成計算虛擬化改造，數據中心對海量無線電管理業務數據進行了集中式存儲。但是，傳統的集中式存儲平臺互相割裂、橫向擴展性差、資源利用率低、運維管理復雜，如遇新上業務或業務數據激增，傳統的集中式存儲性能和存儲容量將無法滿足上層業務軟件對易用性和敏捷性的需求。同時，隨著軟件定義技術[3]和固態硬盤（SSD）及容器技術的不斷發展，無線電管理機構對數據中心IT基礎架構提出了更多需求。在尋求解決方案的過程中，本文引進了基于超融合技術的無線電管理存儲架構[4]。

基于超融合技術的無線電管理存儲架構分為兩個層級：計算和存儲。如圖2所示，超融合架構使用X86服務器替代傳統架構中昂貴的專用計算服務器，并通過軟件定義技術及虛擬化技術，將服務器集群所包含的計算、存儲、網絡等資源進行統一池化管理，形成計算資源池、分布式存儲資源池和網絡資源池，使得整個IT基礎架構更加清晰簡單。基于超融合技術的無線電管理存儲架構具備無單點故障、無性能瓶頸、可彈性擴展等能力，能為數據中心提供可靠的連續業務、方便的運維管理和更好的存儲性能。

圖2 基于超融合技術的無線電管理存儲架構

3 傳統基礎架構與超融合架構的對比分析

超融合架構將計算、存儲、網絡等資源進行統一池化管理，與傳統架構有著本質區別，下面對兩種架構進行對比分析。

3.1 存儲可靠性對比

業務應用系統[5]對存儲的可靠性要求頗高。在系統冗余度上，超融合能允許兩個節點（三個副本）損壞，而傳統存儲最多只能允許一個控制器或磁盤損壞；在系統故障自愈能力上，超融合系統的數據恢復速度至少為80-100MB/s，而傳統存儲的數據恢復速度一般為60MB/s。如圖3所示。傳統存儲通過人工更換熱備磁盤恢復數據，這會影響磁盤正常讀寫操作，甚至出現二次故障，而超融合系統可以控制數據重建速度，從而保障正在運行的業務不受影響，并完成數據恢復。

圖3 存儲可靠性對比

3.2 存儲性能對比

存儲性能直接決定了上層業務的響應速度。超融合架構采用分布式存儲作為I/O支撐，相對傳統架構可實現較好的多節點并發性能；相比于高延時的傳統FC鏈路，超融合同一物理節點的I/O鏈路為內部總線，可實現最短路徑的I/O吞吐，進而支撐更高性能的業務；超融合系統相對傳統架構可利用SSD充當緩存對性能進行優化加速，滿足虛擬化環境的多種應用需求；最重要的一點，傳統架構的存儲性能會隨著存儲容量的增加而先增后降，存在性能瓶頸，但超融合的存儲性能可隨硬盤容量線性增加。如圖4所示。

圖4 存儲性能對比

3.3 存儲擴展性對比

存儲擴展性關系到IT基礎架構的重大發展規劃。當計算、存儲資源不足或性能不能滿足上層業務需求時，超融合架構可通過橫向擴展同時增加計算、存儲資源，提高系統I/O性能，整個擴容過程時間短、業務不中斷，容量幾乎不受限制，并在存儲擴容完成后能自動進行負載均衡，將數據打散在所有節點，充分利用所有節點的I/O并發性能。而傳統存儲架構，只能通過增加RAID擴展柜進行有限存儲容量的縱向擴展，不僅受限于性能瓶頸，還不支持數據自動負載均衡。

3.4 運維復雜度對比

簡化運維工作對管理人員至關重要。在實施部署上，超融合架構設備開箱即用，30分鐘完成安裝配置，而傳統架構需專業人士提前規劃，耗費2天時間完成部署；在使用運維上，如遇存儲故障，超融合系統可以自動快速恢復數據，而傳統存儲必須人工更換磁盤或存儲控制器；在擴容方面，超融合架構簡單快捷，將新節點納入資源池即可，而傳統存儲操作復雜，需手動均衡數據；在管理維護上，超融合系統通過Web界面實現統一管理維護，方便高效，而傳統存儲需配置專業管理軟件實現LUN、卷、Raid組劃分，過程繁瑣復雜。

3.5 成本對比

IT基礎架構的成本是領導決策的關鍵因素。在采購成本上，同樣的硬件配置，超融合系統無須專用SAN存儲和網絡傳輸設備，只需傳統架構成本的60%；在實施成本上，超融合系統的實施快捷高效，人力、時間、財力成本相對傳統架構能節省80%左右；在能耗成本上，超融合一體機能做到高密度整合、模塊化配置，電能相對傳統架構最高能節省40%；在空間成本上，同樣的計算存儲硬件配置，超融合架構相對傳統架構能節省5U空間，大幅減少機柜租賃費用。

4 結束語

當前，IT基礎硬件設施架構已發生顛覆性變化，國家級無線電管理機構迎勢而上，充分發揮虛擬化技術和超融合技術的巨大優勢，將全國無線電管理數據中心向軟件定義、分布式存儲、敏捷化的模式轉變，通過打造多個虛擬資源池進行統一池化管理，簡化日常運維流程，提升無線電管理工作效率，保障眾多業務應用系統正常運行。國家級無線電管理機構將繼續積極轉換思維，利用新技術不斷提高數據中心信息化水平，更好地為無線電業務保駕護航。