異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法研究

竇茂森 高宇航

【摘要】 針對(duì)異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，研究了通信網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)獲取及顯示方法，提出了異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)新思路，完成了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法和部署運(yùn)用方式設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】 通信鏈路 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視 GIS顯示

一、引言

隨著通信技術(shù)快速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成也在迅速多樣化，傳統(tǒng)基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視的網(wǎng)管系統(tǒng)已經(jīng)不能完全反映通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，特別是在公安、軍隊(duì)等單位多種體制的通信網(wǎng)絡(luò)相互交聯(lián)，整合多個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)成本很高，導(dǎo)致異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視手段相對(duì)缺乏，本文從IP體制網(wǎng)絡(luò)入手，研究通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層主動(dòng)獲取相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)方法，設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)獲取、顯示、部署及運(yùn)用方式。

二、異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)是公安、軍隊(duì)等單位執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)保障，不同于一般民用通信網(wǎng)絡(luò)，主要特點(diǎn)如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)類型多；（2）可靠性要求高；（3）鏈路易中斷；（4）業(yè)務(wù)接入不固定；（5）網(wǎng)絡(luò)管理相對(duì)獨(dú)立。

三、異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視需求與獲取方式

在公安、軍隊(duì)等單位通信網(wǎng)絡(luò)使用過程中，指揮人員最關(guān)心的幾個(gè)問題是：我的通信設(shè)備部署哪里？開通了那些通信鏈路？現(xiàn)在通信狀態(tài)怎么樣？通信業(yè)務(wù)能不能滿足需求？這就需要通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)能夠獲取這些信息，實(shí)時(shí)顯示在指揮員面前，具體信息種類及獲取方式如下：

（1）通信設(shè)備布站信息，采用人工標(biāo)繪和自動(dòng)獲取方式獲取；（2）無線通信范圍信息，采用人工設(shè)定和輔助計(jì)算方式獲取；（3）通信鏈路通斷信息，采用主動(dòng)探測(cè)方式獲取；（4）通信業(yè)務(wù)開通信息，采用數(shù)據(jù)包分析方式獲取；（5）通信鏈路質(zhì)量信息，采用主動(dòng)探測(cè)和數(shù)據(jù)分析方式獲取；（6）通信鏈路告警信息，采用人工策略和智能分析技術(shù)獲取；（7）通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)信息，采用GIS和表頁綜合顯示模式獲取。

四、系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)方法

系統(tǒng)采用主動(dòng)探測(cè)和被動(dòng)獲取相結(jié)合的方式，主動(dòng)探測(cè)基于ICMP協(xié)議，通過發(fā)送ping包獲取通信鏈路通斷、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率等參數(shù)信息，被動(dòng)獲取基于抓取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，通過數(shù)據(jù)分析獲取通信鏈路流量、業(yè)務(wù)種類、帶寬利用率等信息，通過融合雙方數(shù)據(jù)監(jiān)視整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，直觀顯示裝備布站、無線通信范圍、整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈡溌焚|(zhì)量等信息。

4.1軟件總體結(jié)構(gòu)

軟件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)探針模塊主要完成鏈路探測(cè)、流量分析、本地顯示和數(shù)據(jù)上報(bào)功能；GIS模塊主要完成綜合布站信息顯示、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔@示和無線覆蓋范圍信息顯示功能；表頁顯示模塊主要完成鏈路通斷狀態(tài)顯示、鏈路質(zhì)量信息顯示和鏈路狀態(tài)信息錄取功能；數(shù)據(jù)庫管理模塊主要完成通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒐芾怼⑼ㄐ殴?jié)點(diǎn)信息管理和業(yè)務(wù)終端信息管理；通信模塊主要完成遠(yuǎn)程多探針管理和多用戶數(shù)據(jù)分發(fā)功能。

4.2軟件信息流程

軟件信息流程如圖2所示。顯示軟件具備數(shù)據(jù)庫功能，能夠?yàn)橛脩羰褂密浖峁┙换ゴ翱冢脩艨筛鶕?jù)使用需求對(duì)探針軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，可通過顯示軟件對(duì)探針軟件進(jìn)行管理，參數(shù)信息設(shè)定好后，顯示軟件通過通信模塊將參數(shù)下發(fā)給探針軟件，探針軟件根據(jù)接收的探測(cè)參數(shù)及運(yùn)行指令開啟鏈路探測(cè)進(jìn)程和流量獲取分析進(jìn)程，對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理控制，然后對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、封裝，一份用于本地顯示，一份用于上報(bào)顯示軟件。顯示軟件通過TCP/IP協(xié)議接收上報(bào)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分選、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)，讀取數(shù)據(jù)庫通信節(jié)點(diǎn)、裝備、業(yè)務(wù)信息，將探針軟件上報(bào)信息和本地?cái)?shù)據(jù)庫信息融合，送給GIS顯示模塊和表頁顯示模塊顯示，表頁顯示模塊可根據(jù)用戶需要對(duì)表頁顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，用戶可實(shí)時(shí)調(diào)整軟件運(yùn)行所需參數(shù)，形成軟件運(yùn)行閉環(huán)。

五、系統(tǒng)部署運(yùn)用方式

軟件部署采用分布式部署使用方式如圖3所示，多探針收集，多用戶顯示，集中管理。探針軟件部署在主要路由器、核心交換機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)專用交換機(jī)部位，用于獲取通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)；GIS服務(wù)器部署于網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房，用于融合多探針數(shù)據(jù)，提供GIS顯示所需服務(wù)；GIS顯示軟件部署于指揮中心，用于直觀顯示裝備布站、鏈路通斷和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ槐眄擄@示部署于后臺(tái)，用于詳細(xì)顯示裝備部署、鏈路質(zhì)量、業(yè)務(wù)識(shí)別等信息。用戶管理置于后臺(tái)，用于管理員進(jìn)行軟件參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行保障。

六、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

6.1基于ICMP協(xié)議的IP鏈路參數(shù)獲取技術(shù)

ICMP協(xié)議使用IP協(xié)議進(jìn)行信息傳遞，向數(shù)據(jù)包中的源端節(jié)點(diǎn)提供發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層的錯(cuò)誤信息反饋，通過ping報(bào)文返回?cái)?shù)據(jù)可以獲取端到端的鏈路時(shí)延和丟包信息，統(tǒng)計(jì)時(shí)延和丟包信息可實(shí)時(shí)計(jì)算鏈路抖動(dòng)和丟包率。要想獲取幾百條鏈路參數(shù)，單一探針需要開啟幾百個(gè)線程，對(duì)硬件要求高，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，本文采用多線程發(fā)包，單線程收包處理的方式，有效解決了這一問題，分布式探測(cè)數(shù)據(jù)融合也是一個(gè)難點(diǎn)，本文通過數(shù)據(jù)庫規(guī)劃的方式有效融合了多探針數(shù)據(jù)。

6.2基于數(shù)據(jù)采集探針的監(jiān)測(cè)技術(shù)

數(shù)據(jù)采集探針通過交換機(jī)流量鏡像端口或直接將其串接在待觀測(cè)的鏈路上，對(duì)鏈路上所有的數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行處理，提取流量監(jiān)測(cè)所需的協(xié)議字段甚至全部報(bào)文內(nèi)容。經(jīng)條件設(shè)置對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集或流量鏡像，進(jìn)行報(bào)文的協(xié)議分析。一個(gè)探針同時(shí)只能監(jiān)測(cè)一條或幾條鏈路的流量信息。對(duì)于全網(wǎng)流量的監(jiān)測(cè)需要采用分布式方案，在重要通信節(jié)點(diǎn)部署一個(gè)探針，再通過后臺(tái)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，收集所有探針的數(shù)據(jù)，做全網(wǎng)的流量和業(yè)務(wù)分析。

6.3基于GIS的宏觀網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)顯示技術(shù)

GIS顯示主要依托地理信息系統(tǒng)，在地圖上疊加顯示通信節(jié)點(diǎn)位置、無線基站覆蓋范圍、通信鏈路通斷狀態(tài)等信息，通信節(jié)點(diǎn)位置采用軍標(biāo)符號(hào)標(biāo)注方式，固定節(jié)點(diǎn)直接讀取數(shù)據(jù)庫經(jīng)緯度，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供外來位置信息接口，實(shí)時(shí)在地圖上刷新通信裝備布站數(shù)據(jù)，無線基站覆蓋范圍通過輸入基站高度，自動(dòng)計(jì)算基站視距范圍，在地圖上用圓圈覆蓋顯示，通信鏈路通斷狀態(tài)采用在地圖上顯示通信節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?jié)點(diǎn)間通信質(zhì)量采用不同顏色的線來顯示。

七、系統(tǒng)軟件測(cè)試結(jié)果

軟件測(cè)試截圖如圖4所示，系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)獲取了基于IP網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，直觀顯示多條通信鏈路質(zhì)量信息，能夠滿足通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視需求。

八、結(jié)束語

本文通過實(shí)驗(yàn)方式對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行初步實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明通過系統(tǒng)軟件能夠主動(dòng)獲取IP網(wǎng)絡(luò)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層信息，提取不同通信網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)參數(shù)，滿足異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)視需求，系統(tǒng)軟件具有通用性，可移植性強(qiáng)，不受通信設(shè)備體制限制，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 周蓮英. 超寬帶無線自組網(wǎng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究. 南京理工大學(xué)， 2007，10.

[2] 于濱. 軍事指揮信息系統(tǒng)的一體化特征及發(fā)展趨勢(shì). 現(xiàn)代軍事， 2007，11