1 引言
民航气象数据库系统是民航气象装备三大重要系统之一（自观、雷达、数据库），然而，由于受系统架构开发技术的限制，民航气象数据库系统中承担数据交换与分发核心功能的通信分系统只能是单机运行，无热备份，一旦该分系统故障，将导致整个民航气象数据库系统无法接收新的数据而瘫痪运行。各地运维部门只能安装冷备份，在通信分系统故障时，将冷备份服务器接上网线、AFTN以及AWOS串口线后启动，以达到备份目的。这种原始的备份方式需要维护人员人工介入来完成，不仅切换时间长，而且在日常维护中还需要随时保持两台通信系统的一致性，大大增加了维护人员工作量，不能满足目前空管对气象信息系统提出的安全要求。
近年来已十分成熟的VMware vSphere虚拟化私有云技术和串口虚拟化技术可以克服民航气象数据库系统通信分系统技术架构上的缺陷，解决通信分系统无法热备的技术屏障。
2 VMware vSphere介绍
VMware vSphere是业界领先且可靠的虚拟化平台，由VMware公司开发，目前最新版本为7.0。vSphere将应用程序和操作系统从底层硬件分离出来，从而简化了IT操作。
vSphere中的ESXi是一款可以独立安装和运行在祼机上的系统，与其他我们以往见过的VMware Workstation、Windows Hyper等不同的是，它不再依存于宿主操作系统之上。在ESXi安装好以后，可以通过vSphere Client或vCenter Server 远程连接控制，在ESXi 服务器上创建多个VM（虚拟机），再为这些虚拟机安装Linux、Windows Server等系统，使之成为能提供各种网络应用服务的虚拟服务器，ESXi从内核级支持硬件虚拟化，运行于其中的虚拟服务器在性能与稳定性上不亚于普通的硬件服务器。
vSphere通过服务器虚拟化降低了硬件和运维成本，缩短调配新服务器时间。同时通过VMware HA-高可用群集或FT-容错技术，可提供高可用的热备，确保业务连续性和始终可用。其中HA中的虚拟机同时只能在A主机或B主机上运行，当A主机故障时，在B主机上自动启动虚拟机，实现故障自动转移，该故障转移方式会有一个操作系统启动时间的中断延迟。FT中的虚拟机不仅在A主机上运行，同时还在B主机上启动一个副本，当A主机出现故障时，B主机上的副本虚拟机自动接管所有业务，实现业务零中断[1]。如图1是VMware vSphere FT故障转移示意图
图1 VMware vSphere FT故障转移示意图
3 通过VMware vSphere部署民航气象数据库系统通信分系统
3.1 硬件准备
昆明机场2012年6月搬迁到长水机场，大多为新购设备，因此原老机场遗留下部分性能相对较好的服务器和磁盘柜，可以利旧用于部署VMware vSphere虚拟服务器。下面为云南分局VMware vSphere硬件配置：
IBM X3850 M2 服务器3台，其中2台内存配置20G，用于部署vSphere ESXi，部署虚拟服务器；1台内存配置4G，用于安装vCenter server，管理虚拟服务器。
IBM DS3200磁盘柜 1台，用于存储虚拟服务器系统文件。
3.2 虚拟平台部署
1) 在两台IBM X3850上安装VMware vSphere ESXi（裸机上安装），另一台IBM X3850上安装Windows Server操作系统，并安装vCenter Server。vCenter Server是实现VMware High Availability（HA）、VMware vMotion、VMware Distributed Resource Scheduler（DRS）的基础。
2) 在vCenter Server上添加两台ESXi主机，并且创建VMware HA群集或VMware FT。
3) 在HA或FT上新建虚拟机，作为通信分系统虚拟服务器，并按照民航气象数据库系统通信分系统安装手册，安装Red Hat Linux操作系统和应用程序。
4 通信分系统AFTN链路和AWOS链路接入
民航气象数据库通信分系统需要通过计算机COM接口计入AFTN和AWOS数据，这是传统虚拟化私有云技术无法解决的技术难题。为实现将AFTN和AWOS两路COM信号接入虚拟服务器，需要使用串口服务器，通过串口服务器先将COM信号转换为网络信号，再在通信分系统上安装COM虚拟驱动，将网络信号转为COM信号，通过虚拟COM口，欺骗通信分系统应用程序。由于使用软件虚拟的COM串口，因此可以在VMware vSphere的虚拟服务器中实现故障转移，有效解决了本地的硬件COM接口无法实现自动故障转移的问题。
目前市面上Moxa和Digi两家公司的串口服务器产品，都能够提供Linux操作系统下的COM虚拟驱动，具体驱动及安装步骤在产品配套光盘中均有提供。
5 通信分系统备份方案对比分析
使用VMware虚拟化技术来部署民航数据库系统通信分系统，实现了通信分系统的冗余热备，相比以往冷备的方式，主要有以下优势：
1）自动快速的故障恢复
如表1所示，发生通信系统故障时，采用冷备方式需要在完成冷备通信机启动并切换AFTN、AWOS链路之后，启动应用程序，同时还需要上级节点（地区气象中心）协助重置MQ通道。此方式耗时较长，通常需要20分钟以上的切换时间；采用VMware HA方式，备份通信机虚拟系统会自行启动，并实现通过虚拟驱动串口方式，实现了AFTN、AWOS链路的自动切换，由于操作系统也重启，因此也需要手动启动应用进程和打开MQ通道。而采用VMWare更高级的FT方式，可以完全实现零中断的系统保障，但相较于HA方式对整个系统的硬盘、内存和网络资源的消耗要大一些。
2）简化系统的部署和维护
使用VMware 虚拟化技术后，维护人员在进行通信系统配置维护时，不再需要同时维护两台通信系统（在用系统和冷备系统）；其次维护人员可以通过VMware的备份和快照等功能，随时建立通信系统的备份。第三，当维护人员需要对其中第1台EXSi主机进行停机维护时，可以提前将通信系统切换到另一台EXSi主机上，实现业务零中断。
6 结束语
目前服务器虚拟化技术已经十分成熟，其应用也越来越广阔，基于VMware虚拟化技术实现通信分系统冗余热备，就是虚拟化技术在民航气象数据库系统中应用的一个良好实例。而且随着业务的发展，将更多业务通过虚拟化技术进行整合，可以提高系统可靠性，更好的利用空闲系统资源，减少硬件和维护费用。
参考文献
[1] 王春海.VMware vSphere企业运维实战.北京:人民邮电出版社.2014.141-142
