基于CQRS架构的皮基站网管系统设计

文/陈威宇

1 引言

皮基站（Pico Site），是一种小型企业级基站，单载波发射功率在100～500mW，覆盖范围在20～50米，可以为用户实现移动通信信号精确深度覆盖，提升用户体验。5G时代因为频率更高的原因，5G的信号传输距离和穿透效果将明显弱于4G，皮基站也将会是增强网络覆盖的重要角色。因此，皮基站网管系统需要支持高并发设备接入、高实时性信息查询，来支撑设备的管理和维护。

2 CQRS架构概述

CQRS本身只是一个读写分离的思想，即命令查询职责分离。命令和查询的分离可以更好地理解哪些操作会改变系统的状态，从而使系统具有更好的扩展性，提高系统可用性，还可以为其提供缓存，从而改进查询的性能。

CQRS架构适用的几种场景：

（1）应用的写模型和读模型差别比较大时；

（2）需要对系统的查询性能和写入性能分开进行优化时，尤其是读写比非常高的系统，分离读写是必须的；

（3）系统需要同时满足高并发的写、高并发的读的时候；因为基于CQRS架构的系统可以在命令端做到最大化的写，在查询端容易提供可扩展的读模型。

（4）在实践领域模型时。

3 适用性分析

3.1 读写模式差别

写模式主要处理单个设备的数据上报；读模式主要性能要求体现在批量获取设备的配置信息、告警信息、统计信息等数据，比如获取所有设备的当前活跃告警，获取所有设备的性能参数统计曲线。因此，皮基站网管系统的读写模式差别较大。

3.2 读写比

按照设备心跳状态消息上报周期为5分钟，前端应用更新设备状态一般为30秒，也就是说设备心跳消息上报会产生1次写入操作，前端应用在两次心跳消息间隔会产生10次查询操作，即读写比达到10倍。系统中每次心跳上报也会涉及设备查询操作，所以实际读写比会更大。

3.3 消息高并发性

网管系统的写入性能主要体现在设备上报消息的并发处理能力，消息处理都会对产生设备信息的写操作。按5分钟心跳上报机制，一台设备每天会上报288条心跳消息。通常一个省部署一套网管系统，全省皮基站设备部署会达到10W台，即系统需要每秒处理344条心跳消息。分离的写操作，可以采用命令并发处理、事件消息缓存等方式来单独优化写入效率，提高系统并发能力。

3.4 查询可扩展性

在前端需要保证业务查询操作的可扩展性。设备上报参数涉及状态参数、配置参数、告警参数、性能参数等，相应的业务查询操作会千变万化，比如：设备在线状态、当前告警信息、历史告警信息、性能统计等等。通过分离读写并结合消息订阅方式，网管系统可以提供易扩展的读模式。

4 系统实现

本网管系统的实现结合了事件溯源模式，采用数据存储读写分离的方式：命令端负责数据存储，查询端负责数据读取，查询端的数据通过命令端产生的事件来同步。系统主要处理流程如图1所示。

4.1 设备消息上报

设备消息上报处理的主要流程：

（1）皮基站设备通过CWMP（用户终端设备广域网管理协议）协议向网管系统上报消息；

（2）CWMP服务端，解析处理CWMP协议消息，产生相应设备上报消息收到命令，并将该条命令交到命令处理总线；

（3）命令处理总线队列缓存收到的命令，然后并发调用命令处理程序处理命令；命令处理程序找到命令对应的设备聚合，交由设备聚合将上报消息收到命令转换为上报消息收到事件，并持久化该条事件；

（4）一条事件被持久化后，事件将发送到事件队列，由订阅该事件的处理程序处理；

（5）各个处理程序在收到订阅事件后，根据业务需求获取信息，并更新到对应的设备视图数据，包括设备状态信息、设备告警信息、设备性能统计信息等等；

（6）将生产的设备视图数据，持久化到视图数据库，供API接口服务查询使用；

图1：系统主要处理流程

（7）API接口服务，基于HTTP协议向前端应用提供数据。

4.2 设备操作指令下发

设备操作指令下发处理的主要流程：

（1）前端应用通过HTTP协议向API接口服务发送操作指令，例如设备重启操作；

（2）API接口服务，解析指令内容，产生相应的设备操作命令，并将该条命令交给命令处理总线；

（3）命令处理总线队列缓存收到的命令，然后并发调用命令处理程序处理命令；命令处理程序找到命令对应的设备聚合，交由设备聚合将设备操作命令转换为设备操作事件，并持久化该条事件；

（4）后台CWMP服务端收到订阅事件后，生产CWMP协议消息，并下发给设备。

4.3 最终一致性

CQRS架构导致读写之间会有延迟，因此网管系统的一致性模型为最终一致性。在皮基站设备的维护管理应用中，系统优先保证前端应用的可用性，而数据保证最终一致性的方式是可以接受的。

5 总结

本网管系统设计，提高了设备的接入并发性和前端应用的实时性，并且具有灵活的业务需求扩充性，为皮基站设备的实时有效监控和管理提供有力支持。