【毕业学位论文】（Word原稿）无线网络控制器操作维护平台双机热备系统的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 无线网络控制器操作维护平台双机热备系统的设计与实现 姓 名： 学 号： 所在院系：软件学院 职业类型：工程硕士 专业领域：软件工程 指导教师： 副指导教师： 二 一三年三月 in 2013 无线网络控制器双机热备 系统的设计与实现 济大学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘 要 随着信息技术的发展，商业应用对服务系统的稳定性和可持续性的要求越来越高，同时对关键数据重要性的认知程度也逐年提高。因此，如何保证数据的安全以及如何让系统可以提供不间断的服务已成为当今很多设备厂商开发研究的主要方向之一。特别是像通信、金融、存储等行业，需要保证系统的高可靠性以及服务的可持续性。于是集群备份技术应运而生，其中以 科， 及国内的华为等为代表的一批优秀企业厂商提出了很多效果显著且可工程化程度较高的集群备份解决方案，为数据安全以及服务的稳定提供了有力的保障。 无线网络控制器是无线通信系统中重要的网元之一，向上负责接入无线网管及核心网，向下负责对移动基站进行监控和配置管理。其在所有网元中间，起到了承上启下的桥接作用。因此，无线网络控制器的网络地位及对整个网络的重要性不言而喻。如果一旦无线网络控制器发生故障，将会导致一整片区域的移动网络服务中断、基站脱管，形成严重的网络事故。本文即鉴于无线网络控制器的高可用性需求， 针对其中的操作维护平台，设计实现了一套基于纯软件级别的双机集群热备解决方案。该方案在不影响其原有功能的情况下，将原系统从单机模式改变为双机热备模式，大幅度提高无线网络控制器可持续服务的目的。 关键词 ： 无线网络控制器；双机热备份；操作维护平台I of at of of is of of is to of to to in it is to of of So A of a of of is of in a It is to to So it a of in is it to in a of a on of at a to to of 济大学 硕士学位 论文 目录 录 摘 要 . I . 一章 绪 论 . 1 文背景 . 1 究现状 . 1 机热备研究现状 . 1 作维护平台现状 . 2 题的研究内容及意义 . 2 论文的组织结构 . 3 第二章 无线网络控制器及容灾 备份技术介绍 . 4 线网络控制器的发展现状 . 4 线网络控制器在业务网中的位置 . 4 线网络控制 器在管理网中的位置 . 5 线网络控制器的硬件结构 . 6 线网络控制器的软件结构 . 8 作维护 平台现有硬件架构 . 8 作维护平台现有软件架构 . 10 灾备份技术介绍 . 13 灾思想 . 14 群系统的介绍 . 14 机集群的介绍 . 14 机热备的介绍 . 17 像式双机热备的介绍 . 18 章小结 . 19 第三章 操作维护平台系统高可用性需求分析 . 20 作维护平台高可用性增强的必要性 . 20 作维护平台高可用性需求分解 . 20 作维护平台可靠性需求 . 20 作维护平台兼容性需求 . 20 作维护平台可维护性需求 . 21 作维护平台成本约束 . 21 作维护平台可用性增强的方案选取 . 21 升 板的稳定性 . 21 机备份方案比较 . 22 作维护平台双机热备方案需求分析 . 22 一映像需求 . 23 跳检测需求 . 25 息通信需求 . 25 据同步需求 . 26 障处理需求 . 27 章小结 . 28 第四章 操作维护平台高可用性系统设计 . 29 同济大学 硕士学位论文 目录 机热备概要设计 . 29 件载体 . 29 要模块的概要分析与设计 . 29 统整体模块详细设计 . 30 子模块详细设计 . 33 一映像模块设计 . 33 跳检测模块设计 . 36 息通信模块设计 . 38 据同步模块设计 . 38 障处理模块设计 . 44 章小结 . 45 第五章 操作维护平台高可用性系统实现 . 46 发环境的搭建 . 46 发工具环境 . 46 增代码目录 . 47 一映像的系统实现 . 48 一映像功能描述 . 48 一映像系统效果 . 48 一映像代码实现 . 49 跳检测的系统实现 . 50 跳检测功能描述 . 50 跳检测系统效果 . 51 跳检测代码实现 . 52 息通信的系统实现 . 54 息通信功能描述 . 54 息通信系统效果 . 54 息通信代码实现 . 55 据同步的系统实现 . 57 据库同步功能描述 . 57 据库同步系统效果 . 57 据库同步代码实现 . 58 件同步功能描述 . 60 件同步系统效果 . 60 件同步代码实现 . 61 册表同步功能描述 . 62 册表同步系统效果 . 62 册表同步代码实现 . 62 障处理的系统实现 . 63 障处理功能描述 . 63 障处理系统效果 . 63 障处理代码实现 . 64 章小结 . 65 第六章 操作维护平台双机热备系统测试 . 66 试环境 . 66 同济大学 硕士学位 论文 目录 V 试过程 . 66 试结果 . 72 章小结 . 72 第七章 结 论 . 74 参考文献 . 76 第一章 绪论 1 第一章 绪 论 文背景 随着信息时代的发展，以及第二代无线网络的普及和第三、第四代无线通信技术的成熟和商用，人们的生活对无线通信的依赖程度也越来越高 1。随着越来越多的人群开始使用无线终端使得各种各样的大量的终端设备开始接入无线网络运营商的系统。伴随着客户群的爆炸式增长以及数据业务量飞跃，人们对无线网络的稳定性和不间断服务性的呼声越来越高。在此背景下，各大移动设备制造商开始着眼于提高无线网络系统中各个网元的可靠性。 无线网络控制器是无线通信系统中重要的网元之 一，向上负责接入无线网管及核心网，向下负责对移动基站进行监控和配置管理，在这些网元之间，起到了桥接中转的作用。因此，无线网络控制器的网络地位及对整个网络的重要性不言而喻。如果一旦无线网络控制器发生故障，将会导致一整片区域的移动网络服务中断、基站脱管，形成严重的网络事故。因此，各大厂商开始从各个网元的内部架构着手，对其进行模块化的设计，并且对各个关键模块进行冗余备份，增加可靠性，以此来消除关键模块单点因素带来的服务瓶颈。其中系统中的操作维护平台，作为整个系统的数据中心以及与无线网管接口的子系统，重要性不言而喻 ，对其的单点因素的消除、增加冗余备份的需求尤为迫切。 目前国内外有不少企业厂商，为了解决数据安全性的问题并增强系统的可持续服务性，都提出了很好的解决方案，能明显提升系统整体的可用性、安全性和持续性。其中的解决方案 根据侧重点不同，主要可以分为如下几种：主机实时备份集群、存储系统高可用性集群、系统负载均衡集群 2。尽管每一类理论和技术上的都比较成熟，但各类都是针对于特定的产品和特定的环境而开发的，并不能完全满足无线网络控制器操作维护平台系统的需求，达到与该子系统的无缝结合。因此本文即研究并设计实现一套纯应用软 件级别的双机热备 3解决方案，达到与原单点系统的无缝结合，并提高无线网络控制器操作维护平台系统的可靠性。 究现状 机热备研究现状 目前市面上有很多公司已经推出了很成熟的双机热备解决方案，如美国的 济大学 硕士学位论文 无线网络控制器操作维护平台双机热备系统的设计与实现 2 A 是目前市场上应用非常广泛的双机 件 4，它能够与 作系统无缝结合，因而被多家服务器制造厂商以 形式销售提供，在 构的服务器基础上被广泛用于双机热备系统的架构，拥有庞大的市场与用户群。在国内，双机热备的研 究发展也是非常迅速，其中最具有代表性的是，由上海联鼎公司研发的 ，这款软件拥有国内完全独立自主研发知识产权，目前已经发展成为一款覆盖低端到高端，有着完备产品线的软件产品。 以支持多种模式，如共享存储，完全镜像，差分镜像等。 作维护平台现状 无线网络控制器是无线网络中的重要网元，主要的功能是负责对管辖范围内的移动基站进行配置管理，小区、频段等资源的请求分配，以及性能数据和告警信息的采集上报。因此各大厂商，如爱立信，华为，中兴，阿郎等，针对其网 络位置及功能，都有各自独立的内部架构设计。但是鉴于网络的标准化 6，以及各个厂商间的竞争学习，尽管各个厂商实现上有所差异，但是大的架构上，各个厂商还是会存在一定的相似性。操作维护平台子系统就是如此，尽管各个厂商叫法不同，但是从功能上来讲，各家的设备上都是存在的。其主要功能是： 1. 提供无线网络控制器的本地存储，保存系统运行过程中所生成的数据文件，以及其他单板启动时所需的镜像文件； 2. 提供操作维护的功能，通过人机交互命令，配置所辖网络的资源，包括基站，小区，载频等资源的分配布置 7； 3. 提供网络承载性能的统计，以 及设备故障信息的上报。 4. 作为网管与无线网络控制器的接口，支持无线通信网络整体层面上的可维可测。 题的研究内容及意义 本课题来源于本人在某通信公司工作时期参与开发的一个项目：多模控制器操作维护平台的设计实现，该平台采用了双机热备份技术用于提高系统的可靠性。尽管目前市面上双机热备的研究已经有很多成果和产品，但是针对我司的操作维护平台特定的软硬件环境的产品却相对缺乏。各友商在实现各自的操作维护平台子系统时都有自己特定的软硬件架构。因此本文针对我司的操作维护平台，利用硬件上增加同样一块独立的操作维护单板， 软件上增加双机控制功能模块，使其充分利用两块硬件上独立的单板，完成第一章 绪论 3 双机热备，解决平台子系统的单故障点，提高子系统的可服务性，从而保证了整个无线网络控制器的高可用性。 论文的组织结构 本文的组织结构如下： 第一章 绪论。介绍了本论文的研究背景以及相关研究现状，引出本课题的主要研究内容。 第二章 无线网络控制器操作维护平台及容灾备份技术介绍。介绍了目前操作维护平台的网络位置和功能，概括描述了 板的硬件环境及软件架构，同时也介绍了双机热备系统的工作模式以及实现双机热备份的关键技术。 第三章 操作维护平台高可用性需求分析 。对系统的高可用性需求做梳理，引出了详细的八点双机增强需求。 第四章 操作维护平台高可用性系统设计。针对上一节的八点双机增强需求进行功能上的设计。 第五章 操作维护平台高可用性系统实现，详细描述了关键模块的实现主要包括单一系统映像的实现、心跳机制的实现、数据库数据同步与文件同步的实现。 第六章 操作维护平台高可用性系统测试，给出测试结果，证明双机热备技术带来的优势。 第七章 结论。 指出系统可改进的内容，并 对系统的后续发展进行展望 。同济大学 硕士学位论文 无线网络控制器操作维护平台双机热备系统的设计与实现 4 第二章 无线网络控制器及容灾备份技术介绍 线网络控制器的发展现状 目前，国内的移动通信网 络处于一个多网并存发展的趋势。首先，传统的 络仍是主流 8，有着最大的用户群，以及承载着传统的面向连接的业务，和日趋捉襟见肘的数据分组业务。 3G 网络方兴未艾，正处于蓬勃发展的高峰时期，作为未来五到十年的主流，各大运营商都在积极布局，抢占市场先机。而 4G 网络，由于在中国尚未正式商用，因此还未形成强大的商业动力，仅仅是小荷才露尖尖角。因此，现阶段 3G 网络成为了各大厂商之间角逐的主战场 9。 无线网络控制器是无线网络中的重要网元，主要的功能是负责对管辖范围内的移动基站进行配置管理，小区、频段等资源的请求 分配，以及性能数据和告警信息的采集上报 10。因此各大厂商，如爱立信，华为，中兴，阿郎等，针对其网络位置及功能，都有各自独立的内部架构设计。但是鉴于网络的标准化，以及各个厂商间的竞争学习，尽管各个厂商实现上有所差异，但是大的架构上，各个厂商还是会存在一定的相似性。 线网络控制器在业务网中的位置 在 3G 网络中，无线网络控制器又名 11，其所在业务网络中的位置如下图所示： 第二章 无线网络控制器及容灾备份技术介 绍 5 图 2业务网络中的位置 上图所描述的，即为 3G 网络的 数据业务原理图。从业务的角度来看， 于基站和核心网之间，起着一个桥梁接口的作用。 时会对基站发来的资源分配请求进行处理，分配相应的小区、载波给特定的 时通知核心网，分配相应的资源，从而达到业务层面的通路 12。 线网络控制器在管理网中的位置 同时，从对整个网络的运维管理的角度来看， 时又处于另外一个位置，如下图所示： 同济大学 硕士学位论文 无线网络控制器操作维护平台双机热备系统的设计与实现 6 图 2管理网络