基于超融合技术的无线电管理存储架构设计

薛 宇，许梦竹，费 伟，魏 文，孟德良

（国家无线电监测中心，北京 100037）

0 引言

“十三五”期间我国无线电管理信息化水平快速提升，各级无线电管理机构研发了众多业务软件，积累了涉及监测、频率、台站、卫星、检测等业务的海量业务数据，这些数据对存储系统的计算、传输、扩容和容灾提出了更为苛刻的要求。传统集中式存储架构[1]，因承载负荷过高、容量扩展性差、资源利用率低、运维管理复杂、存储割裂竖井化等原因，已无法满足当前海量业务数据的计算分析需求，数据中心IT基础设施架构必将产生颠覆性变化。为支撑无线电管理业务工作的有效开展，进一步提升“十四五”期间无线电管理信息化水平，本文提出了一种基于超融合技术的无线电管理存储架构。

1 无线电管理传统存储架构

“十三五”早期，我国无线电管理业务数据的采集分析主要以频率、台站、检测等结构化小文件为主体，整体数据量接近GB级。因此，技术相对成熟、协议效率更高、性能较稳定、兼容性和厂商支持度更好的光纤通道存储区域网络（Fibre Channel Storage Area Network，简称FC-SAN）成为无线电管理的主要存储体系架构。

无线电管理传统存储架构分为三个层级[2]：计算服务器、光纤交换机、存储设备。如图1所示，计算服务器与存储设备可通过光纤交换机建立任意连接，组成专用存储网络，I/O请求通过光纤交换机发送到存储设备。FC-SAN存储设备一般采用双控制器架构，两者互为备份，如果一个控制器损坏，系统性能将降低50%，且稳定性也随之下降，影响存储的正常使用；同时，交换机的网络带宽决定了数据传输速度，极易成为整个存储性能的瓶颈。此外，传统架构的存储控制器最多可扩展至16个，不支持大规模横向扩展，而仅通过纵向增加磁盘数量的扩容方式无法有效提升存储设备的对外服务能力，即存在I/O性能瓶颈。

图1 无线电管理传统存储架构

2 基于超融合技术的无线电管理存储架构

随着X86平台实现全部切换，众多业务软件已完成计算虚拟化改造，数据中心对海量无线电管理业务数据进行了集中式存储。但是，传统的集中式存储平台互相割裂、横向扩展性差、资源利用率低、运维管理复杂，如遇新上业务或业务数据激增，传统的集中式存储性能和存储容量将无法满足上层业务软件对易用性和敏捷性的需求。同时，随着软件定义技术[3]和固态硬盘（SSD）及容器技术的不断发展，无线电管理机构对数据中心IT基础架构提出了更多需求。在寻求解决方案的过程中，本文引进了基于超融合技术的无线电管理存储架构[4]。

基于超融合技术的无线电管理存储架构分为两个层级：计算和存储。如图2所示，超融合架构使用X86服务器替代传统架构中昂贵的专用计算服务器，并通过软件定义技术及虚拟化技术，将服务器集群所包含的计算、存储、网络等资源进行统一池化管理，形成计算资源池、分布式存储资源池和网络资源池，使得整个IT基础架构更加清晰简单。基于超融合技术的无线电管理存储架构具备无单点故障、无性能瓶颈、可弹性扩展等能力，能为数据中心提供可靠的连续业务、方便的运维管理和更好的存储性能。

图2 基于超融合技术的无线电管理存储架构

3 传统基础架构与超融合架构的对比分析

超融合架构将计算、存储、网络等资源进行统一池化管理，与传统架构有着本质区别，下面对两种架构进行对比分析。

3.1 存储可靠性对比

业务应用系统[5]对存储的可靠性要求颇高。在系统冗余度上，超融合能允许两个节点（三个副本）损坏，而传统存储最多只能允许一个控制器或磁盘损坏；在系统故障自愈能力上，超融合系统的数据恢复速度至少为80-100MB/s，而传统存储的数据恢复速度一般为60MB/s。如图3所示。传统存储通过人工更换热备磁盘恢复数据，这会影响磁盘正常读写操作，甚至出现二次故障，而超融合系统可以控制数据重建速度，从而保障正在运行的业务不受影响，并完成数据恢复。

图3 存储可靠性对比

3.2 存储性能对比

存储性能直接决定了上层业务的响应速度。超融合架构采用分布式存储作为I/O支撑，相对传统架构可实现较好的多节点并发性能；相比于高延时的传统FC链路，超融合同一物理节点的I/O链路为内部总线，可实现最短路径的I/O吞吐，进而支撑更高性能的业务；超融合系统相对传统架构可利用SSD充当缓存对性能进行优化加速，满足虚拟化环境的多种应用需求；最重要的一点，传统架构的存储性能会随着存储容量的增加而先增后降，存在性能瓶颈，但超融合的存储性能可随硬盘容量线性增加。如图4所示。

图4 存储性能对比

3.3 存储扩展性对比

存储扩展性关系到IT基础架构的重大发展规划。当计算、存储资源不足或性能不能满足上层业务需求时，超融合架构可通过横向扩展同时增加计算、存储资源，提高系统I/O性能，整个扩容过程时间短、业务不中断，容量几乎不受限制，并在存储扩容完成后能自动进行负载均衡，将数据打散在所有节点，充分利用所有节点的I/O并发性能。而传统存储架构，只能通过增加RAID扩展柜进行有限存储容量的纵向扩展，不仅受限于性能瓶颈，还不支持数据自动负载均衡。

3.4 运维复杂度对比

简化运维工作对管理人员至关重要。在实施部署上，超融合架构设备开箱即用，30分钟完成安装配置，而传统架构需专业人士提前规划，耗费2天时间完成部署；在使用运维上，如遇存储故障，超融合系统可以自动快速恢复数据，而传统存储必须人工更换磁盘或存储控制器；在扩容方面，超融合架构简单快捷，将新节点纳入资源池即可，而传统存储操作复杂，需手动均衡数据；在管理维护上，超融合系统通过Web界面实现统一管理维护，方便高效，而传统存储需配置专业管理软件实现LUN、卷、Raid组划分，过程繁琐复杂。

3.5 成本对比

IT基础架构的成本是领导决策的关键因素。在采购成本上，同样的硬件配置，超融合系统无须专用SAN存储和网络传输设备，只需传统架构成本的60%；在实施成本上，超融合系统的实施快捷高效，人力、时间、财力成本相对传统架构能节省80%左右；在能耗成本上，超融合一体机能做到高密度整合、模块化配置，电能相对传统架构最高能节省40%；在空间成本上，同样的计算存储硬件配置，超融合架构相对传统架构能节省5U空间，大幅减少机柜租赁费用。

4 结束语

当前，IT基础硬件设施架构已发生颠覆性变化，国家级无线电管理机构迎势而上，充分发挥虚拟化技术和超融合技术的巨大优势，将全国无线电管理数据中心向软件定义、分布式存储、敏捷化的模式转变，通过打造多个虚拟资源池进行统一池化管理，简化日常运维流程，提升无线电管理工作效率，保障众多业务应用系统正常运行。国家级无线电管理机构将继续积极转换思维，利用新技术不断提高数据中心信息化水平，更好地为无线电业务保驾护航。