三峡通航调度系统架构优化研究

肖圣魁　孙荣　姜东参　扶湘典

摘 要：三峡通航调度系统作为三峡局的核心应用系统，涉及船舶过闸申报、计划下发、过闸统计、信息服务等各个重要的业务。近些年随着三峡通航业务的不断深化拓展，调度系统的压力日益增加，已经逐渐无法满足三峡通航信息化水平飞速发展的需要。为进一步提升系统的稳定性以及可持续性，本文对目前调度系统存在的主要问题进行的分析，并研究目前主流的系统高可用部署技术，提出一套适用于三峡通航调度系统的架构优化方案。

关键词：三峡通航;架构;高可用

中图分类号：U641         文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）10-0067-02

三峡通航调度系统是以三峡局颁布的《通航调度管理办法》为指导，构建涵盖坝区升船机、葛洲坝船闸、三峡船闸、锚地等通航设施于一体的综合调度模型。并在此基础上，以三峡局《信息资源规划方案》为依据，充分利用已建设网络系统、GPS综合应用系统、应用框架系统和数据中心等资源，系统性构建三峡升船机航运调度、安检系统。调度系统功能主要包括：智能化调度方案生成、船舶定位与报到、船舶过坝申报、船舶动态管理、调度计划、预计划、安检计划、调度管理、锚地管理、运行管理、气象水情管理等功能。目前随着三峡通航业务的发展，在调度系统的基础上二次开发了资料审核、区域联动、复检计划、船舶流量控制等功能，对调度系统的压力逐渐增加，为提升系统的稳定性，满足不断发展的业务需求，亟需对调度系统的架构进行优化调整。

1 三峡通航调度系统运行现状及存在的问题

调度系统作为三峡通航业务内部使用的重要系统，部署在内网环境，其应用服务器的整体架构如下图所示：

调度安检系统在船舶申报、调度、计划以及安检等各个流程及环节发挥了重要的作用，但随着运行时间的增加，部分问题日益凸显，对服务器及系统的稳定运行造成的较大的影响，影响了调度系统后期的升级优化，无法满足日益增长的业务需要。

调度系统应用服务器目前部署有IBM websphere中间件，为主从模式。当主服务器故障时，将直接导致调度系统业务中断;当从服务器故障时，主服务器应用负载大幅度增加，影响系统运行速度。

根据以上分析可以发现，调度系统采用的主从结构虽然能够对业务进行负载均衡，减少服务器应用的压力，但依旧存在单节点隐患。三峡通航作为影响长江水运的重要业务节点，一旦调度系统产生故障，将会影响船舶正常过闸流程，保证服务器及系统应用的稳定运行至关重要。因此，对调度系统的架构进行优化是十分必要的。

2 架构技术分析

（1）集群。集群就是一组相互独立的计算机，通过高速的网络组成一个计算机系统，每个集群节点都是运行其自己进程的一个独立服务器。对网络用户来讲，网站后端就是一个单一的系统，协同起来向用户提供系统资源，系统服务。通过网络连接组合成一个组合来共同完成一个任务。根据目的的不同，服务器集群可以分为高性能集群、高可用集群以及负载均衡集群。

（2）负载均衡。负载均衡（Load Balance）是集群技术（Cluster）的一种应用。负载均衡可以将工作任务分摊到多个处理单元，从而提高并发处理能力。任何的负载均衡技术都要想办法建立某种一对多的映射机制：一个请求的入口映射到多个处理请求的节点，从而实现分而治之。这种映射机制使得多个物理存在对外体现为一个虚拟的整体，对服务的请求者屏蔽了内部的结构。

（3）高可用。高可用HA（High Availability）是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，在集群服务器架构中，当主服务器故障时，备份服务器能够自动接管主服务器的工作，并及时切换过去，以实现对用户的不间断服务。

根据对不同架构技术进行分析比选，并结合三峡通航业务发展的实际，目前三峡通航业务能力从小型朝着中型过渡，对业务的连续性较高，同时因为系统数量较多、环境复杂，本次架构的部署应该尽量简单;经过研究分析，拟采用负载均衡以及高可用作为本次服务器架构优化的方案，使用的软件为LVS、Keepalive以及Nginx。

3 架构部署以及实现

LVS是一个开源的软件，可以实现传输层四层负载均衡。LVS是Linux Virtual Server的缩写，意思是Linux虚拟服务器。目前有三种IP负载均衡技术（VS/NAT、VS/TUN和VS/DR）;八种调度算法（rr，wrr，lc，wlc，lblc，lblcr，dh，sh）。

Keepalived基于VRRP协议来实现高可用解决方案，避免单点故障^[1]。至少需要两台服务器运行Keepalived[2]，即一台为Master，另一台为Backup，但对外表现为一个VIP（虚拟IP）。两台服务器会检测对方状态，如果有一台服务器宕机，或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将有故障的服务器从系统中剔除，同时使用其他服务器代替该服务器的工作，当服务器工作正常后Keepalived自动将服务器加入到服务器群中，通过服务器自动接管应用，能够避免产生单点故障。

经过优化后的架构如下图所示：

4 总结

根据以上的测试结果，可以发现通过LVS+Keepalived+Nginx的高可用架构，能够有效避免产生单点故障，提升服务器的稳定。同时随着业务的不断增加，通过增加节点服务器给Nginx服务器分担负载，具有较高的可持续性，可以有效适应三峡通航业务的不断发展，为三峡通航信息化水平的进一步发展打下一定的基础。

参考文献：

[1]单康康，王勇超，郭晔.基于LVS+Keepalived的DNS集群研究[J].電信快报，2018（3）：26-28

[2]孙天昊，陈飞，邓俊昆.一种基于cookie回话保持的LVS集群系统[J].计算机应用研究，2013（4）：1102-1104.