Методика создания распределенной компьютерно-вычислительной системы для программного инфокоммуникационного коммутатора

Введение

Глобально распределенный вычислительный комплекс (ГРВК) RingCentral начал создаваться с начала основания компании в 1999 году и технологически постоянно усовершенствуется по настоящее время ^[1]. В таблице 1 представлены сравнительные характеристики развития ГРВК за последние 20 лет, с учетом выделения пяти основных этапов внедрения новых методов с последующим становлением глобальных изменений ГРВК RingCentral, которая обеспечивает предоставление инфокоммуникационных услуг по всему миру через глобальную сеть Интернет.

Таблица 1 - Сравнительные характеристики развития ГРВК RingCentral по годам:

На первом этапе, с начала создания компании, все серверное оборудование было размещено в единственном доступном на то время для RingCentral центре обмена данными (ЦОД) ^[2] в г. Сан Хозе, штат Калифорния, США и представляло собой VoIP (англ. Voice over internet protocol) окружение ^[3], состоящее из сетевого маршрутизатора, подключенного к сети Internet и двух медиа-шлюзов, работающих по протоколу SIP (англ. Session Initiation Protocol) ^[4]. Компания делала первые шаги по созданию программного коммутатора и до начала 2008 года, выполняла, как правило, основную исследовательскую работу в области создания программного обеспечения (ПО) для перспективных информационных услуг в дополнение к существующим функциям доступным абонентам, постепенно наращивая аппаратные ресурсы для возрастающих нужд компьютерно-вычислительной среды (КВС).

Важнейшей частью второго этапа развития КВС RingCentral стало определение основы компьютерно-вычислительной модели для программного коммутатора и метода реализации компьютерной инфраструктуры в ЦОД на основе серверного оборудования и собственного прикладного программного обеспечения (ППО) ^[5] для элементов пользовательских программных приложений. Также были сформированы задачи к инструментам технологического обслуживания и непрерывного мониторинга КВС.

На третьем этапе, с целью удовлетворения растущих потребностей со стороны клиентов компании и для повышения доступности ИС, к началу 2011 года, была сформулирована задача по разработке и строительству дополнительной КВС в г. Сакраменто, штат Калифорния, США, которая стала выполнять роль горячего резерва куда переключался пользовательский трафик, в случае возникновения ситуации, когда основной ЦОД в г. Сан Хозе выйдет из строя. Данная задача позволила выполнить анализ пропускной способности виртуальных IP линий передачи данных, включая анализ аппаратных средств и ППО.

Четвертый и пятый этапы, привели КВС компании RingCentral к архитектуре ГРВК, с увеличением количества предоставляемых инфокоммуникационных услуг для непрерывно растущей базы пользователей. Так, помимо сервиса виртуальной учрежденческо-производственной автоматической телефонной станции (УПАТС) ^[6], клиенты компании получили возможность использования смартфонов для осуществления телефонных звонков и обмена короткими и мультимедийными сообщениями, а также появились отдельные КВС для организации услуг видео конференций через сеть Интернет, построения колл-центров и средств взаимодействия офисного персонала.

Цель и объект исследования

Целью данной работы является создание методики географического распределения КВС для построения инфокоммуникационного программного коммутатора с применением новой методики тестирования предложенной архитектуры ГРВК, для решения задач по снижению финансовых затрат на покупку избыточных аппаратных средств и коренного пересмотра подходов к обслуживанию информационной системы (ИС). В частности, таких аспектов как, учет и инвентаризации имеющихся компьютерных ресурсов, внедрение средств непрерывного мониторинга, создание системы регистрации заявок на техническое обслуживание и изменений в КВС.

Объектом исследования была выбрана КВС компании RingCentral (США), что позволило создать необходимые поредпосылки для дальнейшего развития распределенной обработки пользовательских запросов в системах UCaaS (англ. Unified Communication as a Service) ^[7], для чего был предложен вариант архитектуры ГРВК для реализации инфокоммуникационного программного коммутатора на географически распределенных компьютерно-вычислительных ресурсах.

Методика эксперимента

Для интеграции географически разнесенных баз данных и оптимизации работы КВС в промежутки переключения с основного ЦОД в резервный было проведено экспериментальное исследование с целью выбора сетевой архитектуры и конфигурации аппаратных элементов ИС, проверка их функционирования с точки зрения надежности и определение максимальной скорости выполнения резервного копирования между географически разделенными кластерами обработки и хранения данных (рисунок 1).

Рисунок 1: Схема экспериментального исследования сетевой архитектуры

Нагрузочное тестирование выполнялось в тестовой зоне КВС. С целью изменения времени ответа системы было проведено пять различных испытаний с вариациями количества пользовательских учетных записей (таблица 2).

Таблица 2 – Результаты нагрузочного тестирования распределенной КВС:

В процессе проведения нагрузочного тестирования через балансировщик сетевой нагрузки было сгенерировано 80 HTTP ^[8] запросов в секунду на кластер обработки и хранения данных. Интенсивность нагрузки на один элемент кластера составила 40 HTTP запросов в секунду, а время отклика системы варьировалось от 112мс до 160мс. Полученные результаты исследования были представлены на графике (рисунок 2).

Рисунок 2: График результатов нагрузочного тестирования

Проведенный анализ результатов собранных данных во время нагрузочного тестирования показал, что:

1. Увеличение количества сгенерированных пользовательских учетных записей в базе данных не привело к увеличению времени отклика системы хранения данных;

2. Минимальное время простоя процессора составляло 20%;

3. Использование памяти не превышало 50%;

4. Среднее время отклика составляло 131,81 миллисекунды;

5. Во время теста стабильности не было сбоев серверов;

6. Текущее ППО не приводило к определенным сложностям при географическом разнесении систем управления и обработки данных.

На основании выполненного анализа была реализована окончательная распределенная архитектура взаимодействия кластеров обработки и хранения данных в КВС (рисунок 3).

Рисунок 3: Схема созданной распределенной сетевой архитектуры

Заключение

В рамках проекта создания распределенной КВС была финализирована спецификация аппаратных средств и вычислительной модели программного коммутатора, ограниченного на тот момент следующими сервисами доступными пользователям:

1. Виртуальная УПАТС, с набором стандартных услуг офисной автоматической телефонной станции, включая сервисы переадресации входящего телефонного вызова на любые номера телефонной сети общего пользования (ТФоП) и записи голосовых сообщений в централизованное хранилище данных. Запись голосовых сообщений происходит в медиа файл формата *.mp3 ^[9] и далее записанный файл отправляется как вложение к электронному письму на адрес электронной почты указанного абонентом при подписке на услугу;

2. Отправка факсимильных сообщений по методике «email2fax», когда факсимильное сообщение формируется из электронного письма с вложенным файлом в формате *.doc ^[10] или *.pdf ^[11] отправленного пользователем на почтовый сервер RingCentral и далее транскодированого в формат передачи данных через факсимильное передающее устройство, работающее с ТФоП. Причем телефонный номер принимающей стороны записывался в поле адресата электронного письма в формате почтового электронного адреса +xyyyzzzzzzz@rcfax.com, где левая часть состоит из цифр телефонного номера в виде стандартного плана телефонной нумерации ^[12], а правая часть адреса указывает доменное имя того почтового сервера, на котором расположен электронный почтовый ящик в ИС ^[13];

3. Прием факсимильных сообщений по методике «fax2email», когда факсимильное сообщение, поступившее из ТФоП на телефонный номер абонента виртуальной УПАТС, записывалось в файл в формате .pdf, и далее записанный файл отправляется как вложение к электронному письму на адрес электронной почты указанного абонентом при подписке на услугу;

4. Синхронизация записей в телефонных книгах HP и SP с записями контактной информации в службе Microsoft Outlook ^[14];

5. Пользовательский веб-портал доступный через Internet для:

· Управления настройками учетной записи включая биллинг информацией, относящейся к платежным системам и банковским картам;

· Осуществления настроек оконечного телефонного оборудования, автоответчика и управление правилами переадресации звонков на другие телефонные номера ТФоП;

· Обеспечения доступа и выгрузки на пользовательские ЭВМ пользовательских данных таких как, детализации телефонных звонков, файлы факсимильных и голосовых сообщений;

· Доступа к дистрибутивам последних версий программных телефонов для установки на пользовательские ЭВМ.

Распределение КВС между двумя географически разнесенными ЦОД с применением режима «активный-резервный» позволило минимизировать время простоя ИС в случае возникновения внештатных ситуаций в работоспособности активного ЦОД. Технический персонал получил возможность переключать сервисы в резервный ЦОД в течении 30-90 минут, путем изменения DNS записи (англ. Domain Name System) ^[15] и перенаправление сетевого трафика в резервный ЦОД.

Стоит обдельно отменить, что переход к глобально распределенной ИС обеспечил необходимые предпосылки к внедрению виртуализации серверного оборудования и выполнения условий для создания ИС на облачных технологиях, что обеспечивает сокращение затрат на построение ГРВК.