機房設備信息監控采集分發系統設計與實現

曾紀鈞, 張金波, 梁哲恒

(廣東電網有限責任公司, 廣東, 廣州 510663)

0 引言

隨著我國網絡技術的不斷發展,該項技術被應用于多個領域,有利于提升各領域的整體經濟效益。企業內機房及網絡設備的數量急劇增加,若機房內任意設備出現故障,可直接影響企業的信息命脈安全。機房是否能安全運行已經成為行業關注的焦點之一。當前各大企業均出現普遍缺乏專業機房設備管理人員現象,該現象使企業無法對機房設備進行有效管理和維護。為保證機房設備的安全運行,本文提出一種機房設備信息監控采集分發系統,可保證機房內各設備的安全運行。

1 機房設備信息監控采集分發系統總體設計

1.1 信息監控采集分發系統邏輯架構

為了提升系統的邏輯性能,采用JMS與CORBA作為核心規范,能夠確保客戶端接收數據的準確性,使系統內所有數據都能夠保持一致。系統架構內部設置信息設備工況采集接口,其接口可為系統引入成熟可靠的Java技術,并按照系統功能進行層次劃分,提升系統功能優勢,其結構[1]如圖1所示。

圖1 系統邏輯結構圖

將整體結構分為狀態采集子系統(CCS)、狀態訂閱及分發子系統(SDI)等3部分。其工作流程:通過狀態采集子系統對設備的狀態數據進行獲取,將數據傳送至融合子系統后,經過對數據的處理,即可將各設備的狀態融合數據存儲至數據庫,最后由狀態訂閱及分發子系統根據用戶輸入的請求向客戶端提供各項數據服務。

1.2 平臺功能需求

本研究所設計的監控系統需對機房中網絡專線、網絡設備、主機設備以及存儲設備進行數據采集。基本情況包括各種設備的基本信息,該信息屬于一種較為固定的信息,通常情況下不會在生命周期內出現變化。安裝情況數據少量變化信息,該類型的信息主要包括設備的安裝牢固程度、規范性等數據。維護情況也屬于一種少量變化的信息,其內部包含設備故障次數、可用系數等。運行情況屬于一種實時變化的信息,主要包括設備的溫度、電壓等實時數據。采集分發系統在實際運行過程中,需要對相關數據進行收集統計,有利于維修人員的后期維修。系統對固定信息和少量變化信息進行錄入時,可采用手工的方式進行多次錄入或者一次性錄入,對實時變化信息進行錄入時,需要系統按照采樣的頻率實時采集數據。

1.3 消息流動流程

信息采集分發系統在工作運行中需要通過3個數據庫對各設備的狀態信息進行存儲,數據庫分別為狀態信息NoSQL數據庫、Redis Key/Value數據庫以及作業調度關系型數據庫。狀態信息NoSQL數據庫可對多種信息進行歸檔。Redis Key/Value數據庫主要用來保存最近一次的狀態信息,使用戶以最快的速度進行狀態查詢。作業調度關系型數據庫可用來保存多項數據以及訂閱信息。由于系統在運行過程中各項監控指標存在一定差異性,本研究摒棄傳統的關系型數據庫,選用NoSQL型Couch DB作為核心數據庫。狀態采集子系統API的接口服務主要通過RESTful方式對系統進行統一管理。訂閱者通過系統進行設備及指標的訂閱時,系統采用消息驅動的方式滿足用戶需求,該過程中設備的運行狀態主要由狀態采集方決定,而采集方只能被動訂閱。為保證訂閱過程中Message不會因系統癱瘓而出現丟失,采用Active Message Store機制對數據進行保障。對數據進行抓取和分發時,以設備為粒度。

1.4 信息監控采集分發系統模塊劃分

1.4.1 訂閱方管理模塊

該模塊主要負責實現訂閱方和客戶端的列表、新增、修改以及刪除等功能,為有效防止非法的第三方接入,對客戶端的接入做相關的安全認證。對非法的第三方接入系統進行預防時,可通過制定不同的接入密碼和用戶名,該方式有利于獲取未授權的數據。一個訂閱方可訂閱多個指標,而同一個訂閱指標可提供給多個不同的訂閱方。為方便用戶對歷史狀態進行查詢,可將每個訂閱方訂閱內容的記錄進行保存。系統對訂閱方進行刪除時,主要采取標記刪除的方式,不是將訂閱方的全部數據進行刪除,若需要獲取訂閱方的相關數據,可通過歷史查詢來獲取。

1.4.2 消息管理模塊

消息管理模塊可在設備出現新增或者客戶需要獲取的設備信息出現一定變化時對客戶進行提示,并賦予可對數據進行配置的權限,有利于用戶根據設備的狀態對采集設備狀態進行動態改變。客戶端與系統在交互過程中,可產生大量指標數據以及交互控制信息等,為保證對該類信息的綜合管理,向訂閱方及時發送設備狀態數據,如果發送數次都得不到回應,則可以默認已經收到訂閱消息,即可將訂閱指標配置標為空,從而引發訂閱者的詢問。除此之外,該模塊對消息進行管理時,可將消息分為編輯和發送兩個階段,對于用戶未點擊發送的信息可保存至草稿箱。

1.4.3 消息發送模塊

消息發送模塊在系統中主要負責消息的發送,其工作過程為對設備的運行信息進行采集之后,發送至消息管道內部;然后通過消息隊列機制向訂閱者轉達消息,消息發送過程中可充分結合實際情況,實現無用消息的過濾;最后將消息發送的優先級別作為主要依據,優先發送時效高的消息。

2 機房設備信息監控采集分發系統硬件設計

2.1 系統硬件整體設計

本文設計的硬件具有體積小、價格低、監控參數精度高等優勢。機房設備信息監控采集分發系統硬件框圖如圖2所示。

圖2 機房設備信息監控采集分發系統硬件框圖

該系統的核心組成部分為單片機,對單片機的型號進行選擇時,應充分結合單片機的可靠性以及性價比等因素,最終選擇C8051F020單片機作為系統的核心控制器。該單片機具有64KB數據存儲器接口以及電源監視器等多個外設部件,在多種部件的高度集成下,有利于提升系統的整體運行效率[2]。

為實現機房設備信息監控采集分發系統與外界形成通信聯系,系統硬件部分設置以太網控制器,對該控制器進行型號選擇時,選用全雙工10 bit/s的RTL8019AS芯片。該芯片在正常工作狀態下,主要利用8位模式維持系統運行。該芯片包含2套DMA:一套主要負責與C8051-F020單片機形成通信,可稱之為遠端DMA;另一套應用于系統內部,稱之為本地DMA。由于單片機的數據存儲空間較小,對該數據存儲器進行擴充,使其內存從原來的4 KB到現在的64 KB,有利于滿足系統的實際需要。

2.2 信息監控采集分發系統數據庫設計

為保證數據庫的功能穩定性,對該數據庫進行設計時,應滿足規范要求,使數據的冗余現象盡可能地減少,并且重復數據也應最大限度地減少。數據庫可存儲設備數據、指標訂閱信息等數據,由于數據量過多,可采用動態及靜態數據的方式建立數據庫。該方式可保證數據的快速讀取,提高系統的基本性能,有利于保證數據讀取和寫入的可靠性。該數據庫對數據進行采集時,數據類型主要包括主機、網絡以及存儲設備。

3 機房設備信息監控采集分發系統軟件設計

3.1 RTL8019AS驅動程序設計

該驅動程序的主要流程:首先利用RTL8019AS的跳線模式對MAC地址進行固化,該過程可在單片機內部進行,有利于保證固化結果的準確性;固化完成后可將單片機每次上電的數據寫入RTL8019AS中。在RTL8019AS驅動程序中,可利用寄存器PAR0-PAR5將MAC地址寫入驅動程序[3]。

為實現系統的驅動程序,對該系統進行驅動設計時,應利用以太網幀完成數據發送,對于遠程數據的輸送可利用遠程DMA進行實現。其發送流程:首先將待發送的數據整理成數據包的形式,并將該數據包寫入RTL8019AS驅動程序,使其存儲至程序的發送緩沖區;上一個數據包發送完畢后,即可發送下一個數據包。以太網幀的接收主要通過查詢的方式完成相關操作。為判斷以太網幀是否順利到達單片機,可通過對RTL8019AS驅動程序的工作狀態進行查詢的方式實現,若出現新的以太網幀到達單片機內,單片機可通過遠程DMA將接收的數據讀入靜態RAM緩沖區。由于接收的數據存在一定差異性,可根據數據幀中協議字段的不同,將該數據提交至對應的上層接收函數進行網絡層處理。

3.2 系統軟件整體設計與實現

對機房設備信息監控采集分發系統的軟件部分進行設計時,首先完成初始化工作,提升其軟件功能的穩定性,機房設備信息監控采集分發系統主程序流程[4-5]如圖3所示。

圖3 機房設備信息監控采集分發系統主程序流程圖

相關工作完成后,對機房設備信息進行采集,并對各設備的工作狀態是否存在異常進行判斷。若各設備的工作狀態存在異常情況,即可向系統發送報警數據報文;若判斷結果為否,可進入下一階段--是否到達定時發送機房狀態信息時間,產生的結果應向系統實時發送機房狀態信息報文,并回到初始階段。為保證系統的穩定性,采用7×24 h不間斷監控,該軟件程序可持續到系統硬性關閉后方停止。

4 機房設備信息監控采集分發系統模塊測試

本文為檢測采集分發系統是否滿足預期要求,采用集成測試的方法對該系統各個模塊之間的關聯功能進行測試。集成測試的內容包括消息訂閱模塊、查詢管理模塊以及發送模塊[6]。

4.1 消息訂閱管理集成測試

消息訂閱管理集成測試是驗證系統是否復合預期要求的關鍵,可反映出系統訂閱消息的變化情況。測試結果如表1所示。

表1 消息訂閱管理測試

4.2 消息查詢管理集成測試

每條消息均具有一定生命周期,為將消息的生命周期體現在系統內,需要對該模塊進行測試,測試結果如表2所示。

表2 消息查詢管理集成測試

4.3 消息發送模塊測試

消息發送模塊的測試結果可直接決定系統消息發送的速度與準確性,消息發送模塊集成測試用例如表3所示。

表3 消息發送模塊測試

通過對系統的各個模塊進行集成測試可知,該系統的覆蓋率高達100%,可滿足設計的預期值,并且系統內90%的功能均可正常使用,全部測試用例均已運行[7-8]。

5 總結

本文主要對機房設備信息監控采集分發系統的邏輯架構、消息流動流程、模塊功能劃分、硬件以及軟件等部分進行設計,對邏輯架構進行設計時,主要采用JMS以及CORBA作為核心規范,并為系統引入成熟可靠的Java技術,按照系統功能進行層次劃分,使系統功能具有易實現、易擴充等優勢。為實現系統的軟件功能,對驅動程序進行設計,采用7×24 h的方式對系統進行不間斷監控,該軟件程序可持續到系統硬性關閉后方停止,有利于對系統的設備狀態進行精準控制。