程明　劉顯明　洪微明　鄂馳　張俊鋒

摘要：電力信息系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的強(qiáng)力保障。組成信息系統(tǒng)各種軟硬件資源由于其本身固有特性，不可避免的會(huì)出現(xiàn)故障，引發(fā)信息系統(tǒng)宕機(jī)，甚至影響電力系統(tǒng)運(yùn)行。針對(duì)上述問題本文提出了電力信息系統(tǒng)監(jiān)控分析與應(yīng)急處置系統(tǒng)（Monitor Analysis and Emergence Disposal System For Electronic Information System， MAEDS）。MAEDS運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)信息系統(tǒng)運(yùn)行過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在軟硬件資源出現(xiàn)故障及時(shí)告警，從而保證信息系統(tǒng)的高可靠性和可用性。MAEDS建設(shè)完成后在國網(wǎng)江西省電力有限公司部分信息系統(tǒng)進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效地提高信息系統(tǒng)的可用性。

關(guān)鍵詞：電力信息系統(tǒng)；故障監(jiān)控；應(yīng)急處置

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）02-0181-03

電力行業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)性行業(yè)。得益于電力技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展[1]，電力信息化水平也不斷地提高。電力企業(yè)結(jié)合自身需求，紛紛開展信息系統(tǒng)建設(shè)，如國家電網(wǎng)公司的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)[2]及南方電網(wǎng)公司的一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)[3]，隨著電力企業(yè)信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)信息系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提出了更高的要求[4]。

信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行受制于機(jī)房設(shè)施、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、中間件、數(shù)據(jù)庫及信息系統(tǒng)自身等多維度軟硬件資源因素。相關(guān)研究表明，信息系統(tǒng)的軟硬件資源因其本身固有的失效性，組成信息系統(tǒng)的軟硬件資源總會(huì)出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障，小則影響信息系統(tǒng)部分功能；大則引起信息系統(tǒng)的宕機(jī)。

本文研究多維度信息系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)以及信息系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)規(guī)律和模式，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)信息系統(tǒng)運(yùn)行過程中監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速計(jì)算處理，建立機(jī)器學(xué)習(xí)模型，設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)故障應(yīng)急可視化處置流程，最后建成了電力信息系統(tǒng)監(jiān)控分析與應(yīng)急處置系統(tǒng)并在國網(wǎng)江西省電力有限公司部分信息系統(tǒng)進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。

本文首先闡述了MAEDS系統(tǒng)的體系架構(gòu)，然后詳細(xì)闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，接著對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用及應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行了介紹，最后對(duì)本文進(jìn)行了總結(jié)。

1 體系架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)多套信息系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，采用智能代理的分布式監(jiān)控管理框架，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。運(yùn)維管理人員登錄監(jiān)控分析與應(yīng)急處置系統(tǒng)，即可對(duì)被監(jiān)控信息系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

主監(jiān)控節(jié)點(diǎn)：系統(tǒng)通過主監(jiān)控節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)受監(jiān)控服務(wù)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源運(yùn)行監(jiān)視與調(diào)度控制。為避免單點(diǎn)故障，主監(jiān)控節(jié)點(diǎn)可支持多機(jī)高可用集群模式部署。

受監(jiān)控服務(wù)器節(jié)點(diǎn)：通過部署于受監(jiān)控信息系統(tǒng)主機(jī)服務(wù)器（受監(jiān)控節(jié)點(diǎn)）中的智能代理組件采集信息系統(tǒng)的監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)，可分為網(wǎng)絡(luò)接口層、服務(wù)器層、服務(wù)層、應(yīng)用層等四個(gè)層次類別。網(wǎng)絡(luò)接口層主要包括主機(jī)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)，如IP地址、端口、上下行流量等。服務(wù)器層主要包括主機(jī)BIOS與操作系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括CPU負(fù)載、內(nèi)存占用率、磁盤I/O等。服務(wù)層主要包括中間件、數(shù)據(jù)庫等平臺(tái)軟件的狀態(tài)數(shù)據(jù)。應(yīng)用層主要針對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的可用性、性能等狀態(tài)數(shù)據(jù)。同時(shí)，智能代理組件接收從主監(jiān)控節(jié)點(diǎn)發(fā)送的控制命令和消息，執(zhí)行對(duì)受監(jiān)控服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)急重啟恢復(fù)及其它控制操作。

1.2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖2所示，自下而上，分別是采集層、數(shù)據(jù)層、控制層。采集層負(fù)責(zé)通過SNMP、WMI等協(xié)議實(shí)時(shí)收集網(wǎng)絡(luò)中指定的服務(wù)器、受管交換機(jī)、路由器等節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)對(duì)采集層收集的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和進(jìn)一步處理。控制層負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)層提供監(jiān)測數(shù)據(jù)及對(duì)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果進(jìn)行可視化監(jiān)視、故障應(yīng)急恢復(fù)控制及預(yù)測分析。

1.3 系統(tǒng)功能架構(gòu)

監(jiān)控分析與應(yīng)急處置系統(tǒng)主要包括八大功能模塊，分別是運(yùn)維視圖、監(jiān)控管理、告警管理、資源管理、數(shù)據(jù)管理、流量分析、報(bào)表管理、系統(tǒng)管理。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 監(jiān)測指標(biāo)集

MAEDS通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、主機(jī)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、中間件及應(yīng)用服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)端口和鏈路、存儲(chǔ)設(shè)備及業(yè)務(wù)系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)測，獲取相應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)，構(gòu)成監(jiān)測指標(biāo)集。

2.2 智能代理分布監(jiān)控

MAEDS在每臺(tái)集群計(jì)算機(jī)上安裝智能監(jiān)控代理（Smart Monitor Agent，SMA）[5]收集計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)信息，在監(jiān)控主機(jī)上安裝運(yùn)行監(jiān)控服務(wù)端。智能監(jiān)控代理與監(jiān)控服務(wù)端之間通過XML格式傳遞監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，監(jiān)控服務(wù)端采取定期輪巡智能監(jiān)控代理獲取監(jiān)控信息。監(jiān)控主機(jī)使用心跳探測，可以發(fā)現(xiàn)集群內(nèi)任意計(jì)算機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

將智能監(jiān)控代理部署于受控主機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)中，智能監(jiān)控代理將通過網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主服務(wù)器建立心跳連接，根據(jù)指定的策略對(duì)主機(jī)（物理機(jī)或虛擬機(jī)）的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)服務(wù)器硬件故障、網(wǎng)絡(luò)中斷或者關(guān)鍵進(jìn)程（可通過進(jìn)程名稱或PID進(jìn)行設(shè)定）運(yùn)行異常等關(guān)鍵事件發(fā)生時(shí)，智能監(jiān)控代理將執(zhí)行相應(yīng)的策略動(dòng)作，策略腳本可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活定制。監(jiān)控主服務(wù)器接收到智能代理發(fā)送的告警或故障消息后，或者智能代理心跳連接超時(shí)后，監(jiān)控主服務(wù)器將判斷該主機(jī)發(fā)生故障。

2.3 支持向量機(jī)

Cortes和Vapnik在1995年提出了支持向量機(jī)（Support Vector Machines，SVM），支持向量機(jī)被廣泛應(yīng)用于處理多維問題中。MAEDS采用支持向量機(jī)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并將信息系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分類[6]：首先輸入N組訓(xùn)練數(shù)據(jù)，MAEDS將通過這些數(shù)據(jù)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，其中，表示信息系統(tǒng)監(jiān)控值的集合，表示信息系統(tǒng)狀態(tài)類型，學(xué)習(xí)的目標(biāo)是要在N維監(jiān)控值的集合空間中找到一個(gè)超平面，該超平面能準(zhǔn)確劃分信息系統(tǒng)在一組隨機(jī)監(jiān)控值集合條件下信息系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生的運(yùn)行狀態(tài)。超平面方程定義為：，其中是超平面的權(quán)值，是偏差。要使超平面劃分的確信度高，那么超平面到數(shù)據(jù)點(diǎn)的間隔也必須越大，也就是需要最小。此時(shí)SVM變成一個(gè)凸二次規(guī)劃問題，可用二次規(guī)劃法求解出w使其能準(zhǔn)確劃分在某一監(jiān)控值的集合條件下，信息系統(tǒng)所屬的狀態(tài)類型。

2.4 故障自動(dòng)恢復(fù)處理技術(shù)

實(shí)現(xiàn)開放式腳本編程框架，腳本框架為用戶提供可擴(kuò)展的自定義信息應(yīng)用管理命令調(diào)用編程環(huán)境，用戶可使用Python語言，通過腳本自定義對(duì)應(yīng)用、服務(wù)或操作系統(tǒng)進(jìn)行控制。腳本發(fā)布后即可參與任務(wù)調(diào)度，任務(wù)調(diào)度可分解成各子任務(wù)分配給各智能代理節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，執(zhí)行完成后返回執(zhí)行結(jié)果。

2.5 可視化技術(shù)

通過基于業(yè)務(wù)視圖的拓?fù)湔故荆梢詫?shí)現(xiàn)整個(gè)全局業(yè)務(wù)的狀態(tài)監(jiān)控及單個(gè)業(yè)務(wù)的各關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?？蔀槿种蛋嗳藛T提供全局業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)業(yè)務(wù)出現(xiàn)故障時(shí)，通過業(yè)務(wù)示圖可非常容易的找到業(yè)務(wù)組件的故障點(diǎn)，實(shí)時(shí)展現(xiàn)故障信息，達(dá)到快速定位故障的效果。

3 應(yīng)用分析

基于電力信息系統(tǒng)故障快速處置的MAEDS系統(tǒng)已完成軟件研發(fā)及測試工作，并在國網(wǎng)江西省電力有限公司的部分信息系統(tǒng)投入試運(yùn)行，如表1所示。

信息系統(tǒng)可用率指標(biāo)是指信息系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)間與其在某一運(yùn)行周期時(shí)間的比值，如式3-1所示：

（3-1）

式中，表示信息系統(tǒng)可用性指標(biāo)，表示信息系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間，表示周期內(nèi)時(shí)間，包含兩部分：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間和故障時(shí)間，如式3-2所示：

（3-2）

我們在所部署的信息系統(tǒng)，選取季度時(shí)間作為信息系統(tǒng)周期運(yùn)行，并取2015年四季度信息系統(tǒng)（未部署MEADS系統(tǒng)）出現(xiàn)故障的時(shí)間總和及2016年四季度信息系統(tǒng)（已部署MEADS系統(tǒng)）出現(xiàn)故障的時(shí)間總和，如圖3所示：

由圖6可知，2015年尚未部署MAEDS系統(tǒng)是，四季度的信息系統(tǒng)可用率在97%上下波動(dòng)。2017年初，MAEDS系統(tǒng)在部分信息系統(tǒng)投入試運(yùn)行后，四季度的信息系統(tǒng)可用率提高到99.99%左右。

4 結(jié)語

本文深入闡述了電力信息系統(tǒng)監(jiān)控分析與應(yīng)急處置系統(tǒng)的體系架構(gòu)及監(jiān)測指標(biāo)、智能代理分布監(jiān)控、支持向量機(jī)、故障自動(dòng)恢復(fù)處理、可視化等關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)能同時(shí)對(duì)多套信息系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，通過采集信息系統(tǒng)運(yùn)行過程中的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，獲取信息系統(tǒng)正在運(yùn)行狀態(tài)及預(yù)測信息系統(tǒng)未來運(yùn)行狀態(tài)，從而保證信息系統(tǒng)高可靠運(yùn)行。目前該系統(tǒng)已在江西省電力公司部分系統(tǒng)中投入試運(yùn)行，試運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效的提高信息系統(tǒng)可用率具有了良好的應(yīng)用效果。

下一步工作將在保持原有設(shè)計(jì)思想的前提下，深入研究基于電力信息調(diào)運(yùn)體系的監(jiān)控分析與應(yīng)急處置關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的使用價(jià)值和運(yùn)行效果。

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