高精度位置服务平台分布式架构设计与实现

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在当今的智能化、信息化社会,位置服务的应用范围越来越广,应用需求越来越旺盛。很多省市及行业都建设了面向自身区域及行业领域的位置服务平台,大力发展位置服务产业。但这些平台服务范围较小,服务内容和形式都比较单一。本文研究所依托的北斗“一带一路”高精度位置公共服务平台(以下简称高精度位置服务平台),致力于向全国和“一带一路”沿线国家提供高精度位置服务。平台整体建设将采用一个主中心(西安)和多个分中心(广西、泉州、成都等地)的异地多中心模式。当前,各个中心处于相对独立、数据分离的状态,在平台整体架构方面还缺乏系统性的研究与设计。目前面临的主要问题包括,无法实现各中心之间资源调度所以均需部署全部业务造成业务冗余、区域定位服务远程调用导致定位实时性降低、单一数据中心故障时无法进行故障切换导致服务中断等。这些问题都使得平台资源得不到充分利用,整体服务效率无法提升。所以研究实现主中心与分中心系统架构的融合互通以及业务服务的相互支撑具有非常重要的意义和价值。本文针对高精度位置服务的不同业务特点及异地多中心的发展布局,就如何实现主中心与分中心之间资源的灵活调度和业务的相互支撑进行了研究,从用户流量分发、负载架构、服务治理架构以及数据存储与缓存架构等多个方面进行了分布式架构的设计与优化,实现了高精度位置服务平台的高并发、高可用以及平台业务在各中心的“异地多活”,解决了主中心与分中心无法协同工作造成的资源浪费和业务冗余等问题,并在此基础上形成了一套可供异地多中心业务系统参考的分布式异地多活架构。本文的主要工作如下:(1)研究了分布式高精度位置服务平台的功能与性能需求,完成了平台的整体功能设计和性能指标的制定。此外,针对平台各项服务特点不同、用户需求不同,研究设计了平台对外服务的三种服务模式:单用户终端定位模式、行业用户终端定位模式和单用户平台定位模式,能够满足用户单次数据请求服务、分中心和用户运营商长连接数据请求服务以及用户获取平台定位服务等多种模式的服务需求。(2)研究并设计了高精度位置服务平台的分布式异地多活架构。针对分布式异地多活架构中的用户流量分发,以及各中心数据一致性问题,研究设计了基于智能DNS(Domain Name System)的用户定向接入方案,实现了用户流量的第一级分发,解决了同一用户在不同数据中心进行操作造成的数据不一致问题;针对各中心业务部署及提高架构并发量和可用性的问题,研究了业务模块的详细划分及在各个中心的具体部署,设计了基于Nginx和Keepalived的高可用负载架构,提高了平台架构的并发量和可用性;针对服务层众多服务治理难的问题,研究了服务层的服务拆分与部署,设计了基于Zookeeper实现的Dubbo分布式服务治理架构,实现了对众多微服务的高效治理,提高了服务治理架构的可扩展性。(3)研究并设计了高精度位置服务平台的数据存储与缓存架构。针对结构化数据存储,设计了基于Mycat集群+Keepalived+HAproxy的数据库架构,提高了数据库架构的扩展性和可用性;针对用户频繁访问和频繁写入的数据,研究设计了基于Redis的缓存架构,减轻了数据服务器的读写压力;最后,针对非结构化海量文件的存储,提出了采用基于Parastor分布式文件系统的分布式并行存储架构,并对其系统架构、数据安全、扩展性等多个方面进行了研究。(4)基于平台功能设计和架构设计,部署实现了平台各项功能,并基于模拟测试环境对平台功能和性能进行了测试。功能测试结果表明:平台实现的各项功能与功能设计一致,能够正常为用户提供服务。性能测试结果表明:本文的分布式异地多活架构在模拟测试环境下,单用户响应时间约55ms,可支持10000用户并发量,提高测试服务器性能可支持更高并发,能够满足平台访问等性能需求;同时,各个中心能够提供相同定位性能的实时PPP(Precise Point Positioning)和网络RTK(Real-time Kinematic)服务,实现了平台服务在各中心的“异地多活”,验证了分布式架构设计的有效性。
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