文｜宋藍(lán)云

基于IMS的電力企業(yè)網(wǎng)絡(luò)健康分析模型的研究

文｜宋藍(lán)云

隨著國網(wǎng)公司信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展越來越呈現(xiàn)出“流程管控信息化、應(yīng)用服務(wù)集中化、下層系統(tǒng)精簡化和骨干網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)強(qiáng)化”的發(fā)展趨勢。企業(yè)內(nèi)各種業(yè)務(wù)流程都承載在信息網(wǎng)絡(luò)之上，并且由高度集中運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心來跨網(wǎng)省提供服務(wù)。由此，信息網(wǎng)絡(luò)越發(fā)扮演著必不可少、不可間斷的重要角色。IMS系統(tǒng)的上線，從很大程度上解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維中“故障感知遲緩”的缺陷，變被動(dòng)為主動(dòng)，將內(nèi)網(wǎng)核心設(shè)備的狀態(tài)納入實(shí)時(shí)監(jiān)控。雖然IMS系統(tǒng)匯集了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行各方面的綜合數(shù)據(jù)，但并未完全發(fā)揮其作用。

本文基于IMS，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性評估模型、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評估模型和鏈路物理使用環(huán)境評估模型，以提升信息網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行和科學(xué)化規(guī)劃與改造信息網(wǎng)絡(luò)。

一、網(wǎng)絡(luò)管理概述

網(wǎng)絡(luò)管理是對實(shí)際運(yùn)行中的信息網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的狀態(tài)和性能進(jìn)行監(jiān)視和測量，在必要時(shí)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段對網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)進(jìn)行流量流向進(jìn)行控制，使其能夠有效、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的提供服務(wù)。

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備種類也在不斷的增加，網(wǎng)絡(luò)格局復(fù)雜，是的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)出現(xiàn)凌亂的局面。目前網(wǎng)絡(luò)管理主要存在以下問題：

信息不能共享。目前各公司都存在自己的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，他們相互之間沒有信息交換，這給整個(gè)公司的網(wǎng)絡(luò)管理帶來很大的局限性，各公司的網(wǎng)絡(luò)管理關(guān)鍵只能了解本公司的網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，信息交互只能通過手動(dòng)方式進(jìn)行，效率低下、工作量大。

網(wǎng)絡(luò)資源無法統(tǒng)一調(diào)度和管理。目前網(wǎng)絡(luò)缺乏全網(wǎng)資源的有效途徑和方法，對網(wǎng)絡(luò)中各類資源的使用情況進(jìn)行統(tǒng)一全局的了解，盡管可以通過采用技術(shù)和行政手段實(shí)現(xiàn)各公司網(wǎng)絡(luò)管理的互聯(lián)和同一，但其本省的效率和運(yùn)行的優(yōu)化程度大打折扣。

針對上述情況,IMS系統(tǒng)的上線很好的解決了信息無法共享和同一調(diào)度管理和監(jiān)測的問題，IMS系統(tǒng)通過提供標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議接口，對網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備和信息進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集中監(jiān)控、集中維護(hù)、集中管理的需要。在系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)告警集中監(jiān)控、性能綜合分析；在物理上和邏輯上進(jìn)行集中，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本，提升網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率和質(zhì)量。在取得了網(wǎng)絡(luò)中所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行業(yè)務(wù)深層次的分析和挖掘，同時(shí)根據(jù)基礎(chǔ)信息，構(gòu)建各類網(wǎng)絡(luò)模型，為后續(xù)運(yùn)營分析提供有力的支撐數(shù)據(jù)。

二、網(wǎng)絡(luò)健康分析模型

通過IMS系統(tǒng)獲取了全網(wǎng)信息設(shè)備的基礎(chǔ)信息后，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的、端口信息、網(wǎng)絡(luò)中斷數(shù)據(jù)和鏈路信息等數(shù)據(jù)構(gòu)建不同的應(yīng)用模型，在實(shí)現(xiàn)不同功能的前提下提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性。目前主要構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性評估模型、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評估模型和鏈路物理使用環(huán)境評估模型三種模型，并舉例說明其使用方法和效果。

（一）網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性評估模型

網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性評估模型主要研究并總結(jié)對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的重要參數(shù)，找出影響穩(wěn)定性參數(shù)的主要因素并闡述這個(gè)性能參數(shù)指標(biāo)間的關(guān)系。然后對網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行分析與評價(jià)，得出最終的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定率。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性評估模型采取百分制的評價(jià)方式，分值越大，表示網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性越好。

網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性評估模型公式為：

其中：

k1和k2為中斷時(shí)間和中斷次數(shù)在統(tǒng)計(jì)過程當(dāng)中所占的比重，且k1+k2=100；

下面以某交換機(jī)近一年來的運(yùn)行情況為例，分析網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

累計(jì)次數(shù)35次，累計(jì)時(shí)長7天13小時(shí)38分28秒；本年次數(shù)12次，本年時(shí)長3天15小時(shí)56分20秒；本月次數(shù)2次，本月時(shí)長1天20小時(shí)5分4秒；本周次數(shù)9次，本周時(shí)長0秒。

由此計(jì)算出該設(shè)備近一年的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性得分（其中k1=k2=50）：

這也表明在所有納入統(tǒng)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，所接入交換機(jī)的穩(wěn)定性能高于66.4%的設(shè)備。

（二）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評估模型

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)取決于設(shè)備硬件模塊和軟件配置。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備特性和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)梳理了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)及其閾值，并根據(jù)參數(shù)情況將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)劃分成危重、一般和輕微三個(gè)等級。

危重硬件故障引發(fā)的隱患：備引擎板故障；設(shè)備電源模塊故障；設(shè)備業(yè)務(wù)板卡故障；設(shè)備溫度超過55℃；設(shè)備CPU使用率高于90%；設(shè)備內(nèi)存使用率高于80%；上聯(lián)單鏈路運(yùn)行并且鏈路評分小于30分。

危重軟件系統(tǒng)參數(shù)隱患：由表?xiàng)l目數(shù)與自治域內(nèi)其它設(shè)備相差20%以上；路由協(xié)議鄰居狀態(tài)丟失；IP接口處于DOWN狀態(tài)；鏈路對端延時(shí)異常。

一般硬件故障引發(fā)的隱患：設(shè)備風(fēng)扇故障；設(shè)備溫度超過45℃；設(shè)備CPU使用率高于50%；設(shè)備內(nèi)存使用率高于50%；上聯(lián)鏈路不滿足N-1冗余要求。

一般軟件系統(tǒng)參數(shù)隱患：STP根橋配置不在匯聚點(diǎn)上；未啟用生成樹協(xié)議；未對遠(yuǎn)程登錄地址進(jìn)行限制；未對遠(yuǎn)程回話進(jìn)行加密傳輸；未開啟ARP檢測功能。

輕微硬件故障引發(fā)的隱患：設(shè)備以太網(wǎng)端口故障；下聯(lián)端口光模塊溫度異常；下聯(lián)端口光模塊收光過低；光模塊衰耗增大2dBm以上。

輕微軟件系統(tǒng)參數(shù)隱患：生成樹協(xié)議存在ALTE端口；未正確配置日志服務(wù)器地址。

根據(jù)這些參數(shù)制定巡檢模板，提高運(yùn)維精準(zhǔn)度，同時(shí)考慮將隱患嚴(yán)重的設(shè)備納入檢修計(jì)劃和技改大修。方便進(jìn)行下一年的技改大修的項(xiàng)目儲備。

（三）鏈路物理使用環(huán)境評估模型

一條物理狀態(tài)的使用狀態(tài)及其可靠性的評估主要由Metric的值標(biāo)定，它的值越小，鏈路的可靠性越高。通過參考思科的EIRGP路由協(xié)議，綜合考慮鏈路的固有帶寬Bw，線路負(fù)載Lo ，鏈路延遲De 和鏈路的可靠性Re，通過計(jì)算評估鏈路的可靠性。其中，Bw表示的是鏈路的瓶頸帶寬，即串行鏈路的最小帶寬；Lo表示鏈路負(fù)載，取值范圍為0～255；De 表示鏈路的整體延時(shí)，單位為毫秒；Re 表示鏈路的可靠性，其取值范圍為0～255，取值為255表示非?？煽?。

是鏈路流量的峰值，Bandwidth為鏈路的理論帶寬。各種鏈路的計(jì)算公式如下：

?

說明：計(jì)算出的Re 值如果超過255，則以255計(jì)算；kn(n=1,2)為權(quán)重參數(shù)，約束條件為：k1+k2=1，一般取k1=k2=0.5

根據(jù)上述的主要參數(shù)值，可得出鏈路的整體Metric值，其計(jì)算公式為：

其中，k1=k5=1000,k2=256000,k3=10,k4=60。

以某線路上四條串聯(lián)鏈路為例，計(jì)算該線路的Metric值。線路1，鏈路長度：7.1km；衰耗：-1.2dBm。線路2，鏈路長度：5.27km；衰耗：-0.7dBm。線路3，鏈路長度：0.22km；衰耗：-0.2dBm。線路4，鏈路長度：0.158km；衰耗：-0.4dBm。由此得出：

鏈路的帶寬為Bw=109bit/s ；

鏈路的負(fù)載為

鏈路的整體延時(shí)經(jīng)過測量為De=1ms 。

以下是鏈路的可靠性的計(jì)算，首先我們分段對光纖鏈路的可靠性進(jìn)行計(jì)算：

線路1：

以此類推，線路2是121； 線路3是128.71； 線路4是127.82。

對于串行鏈路，整條鏈路的可靠性評分為：

ReSUM=(217.39?1+121.00?1+128.71?1+127.82?1)?1=35.14

由上述四項(xiàng)主要參數(shù)可以計(jì)算出最終的Metric 值為：

三、結(jié)語

研究網(wǎng)絡(luò)性能具有十分重要的意義。網(wǎng)絡(luò)健康的研究目前國內(nèi)研究的非常少。究其原因，主要在于目前網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的不確定性。

本文在評估模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐下，通過評估模型，及時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)的整體健康情況。為網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)維，有效地提升了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平。

作者單位：湖北華中電力科技開發(fā)有限責(zé)任公司