基于電力信息系統的監控分析與應急處置系統設計及其關鍵技術

程明　劉顯明　洪微明　鄂馳　張俊鋒

摘要：電力信息系統安全穩定運行是電力系統正常運行的強力保障。組成信息系統各種軟硬件資源由于其本身固有特性，不可避免的會出現故障，引發信息系統宕機，甚至影響電力系統運行。針對上述問題本文提出了電力信息系統監控分析與應急處置系統（Monitor Analysis and Emergence Disposal System For Electronic Information System， MAEDS）。MAEDS運用大數據技術對信息系統運行過程中的狀態數據進行計算，在軟硬件資源出現故障及時告警，從而保證信息系統的高可靠性和可用性。MAEDS建設完成后在國網江西省電力有限公司部分信息系統進行了試點應用，結果表明，該系統能有效地提高信息系統的可用性。

關鍵詞：電力信息系統；故障監控；應急處置

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0181-03

電力行業是國家重要的基礎性行業。得益于電力技術和信息技術的飛速發展[1]，電力信息化水平也不斷地提高。電力企業結合自身需求，紛紛開展信息系統建設，如國家電網公司的智能電網調度控制系統[2]及南方電網公司的一體化電網運行智能系統[3]，隨著電力企業信息化建設的不斷推進，對信息系統的可靠運行提出了更高的要求[4]。

信息系統的正常運行受制于機房設施、操作系統、網絡、中間件、數據庫及信息系統自身等多維度軟硬件資源因素。相關研究表明，信息系統的軟硬件資源因其本身固有的失效性，組成信息系統的軟硬件資源總會出現故障，一旦出現故障，小則影響信息系統部分功能；大則引起信息系統的宕機。

本文研究多維度信息系統監控技術以及信息系統故障統計規律和模式，應用大數據技術對信息系統運行過程中監測得到的數據進行快速計算處理，建立機器學習模型，設計信息系統故障應急可視化處置流程，最后建成了電力信息系統監控分析與應急處置系統并在國網江西省電力有限公司部分信息系統進行了試點應用。

本文首先闡述了MAEDS系統的體系架構，然后詳細闡述了系統設計所涉及到的關鍵技術，接著對系統的應用及應用結果進行了介紹，最后對本文進行了總結。

1 體系架構

1.1 系統總體架構

為了實現系統對多套信息系統進行監控，采用智能代理的分布式監控管理框架，系統總體架構如圖1所示。運維管理人員登錄監控分析與應急處置系統，即可對被監控信息系統進行監控。

主監控節點：系統通過主監控節點實現對多臺受監控服務器節點進行資源運行監視與調度控制。為避免單點故障，主監控節點可支持多機高可用集群模式部署。

受監控服務器節點：通過部署于受監控信息系統主機服務器（受監控節點）中的智能代理組件采集信息系統的監控指標數據，可分為網絡接口層、服務器層、服務層、應用層等四個層次類別。網絡接口層主要包括主機網絡狀態數據，如IP地址、端口、上下行流量等。服務器層主要包括主機BIOS與操作系統狀態數據，包括CPU負載、內存占用率、磁盤I/O等。服務層主要包括中間件、數據庫等平臺軟件的狀態數據。應用層主要針對業務應用系統的可用性、性能等狀態數據。同時，智能代理組件接收從主監控節點發送的控制命令和消息，執行對受監控服務器節點的應急重啟恢復及其它控制操作。

1.2 系統邏輯架構

系統邏輯架構如圖2所示，自下而上，分別是采集層、數據層、控制層。采集層負責通過SNMP、WMI等協議實時收集網絡中指定的服務器、受管交換機、路由器等節點的狀態數據。數據層負責對采集層收集的監測數據進行存儲和進一步處理。控制層負責對數據層提供監測數據及對數據的處理結果進行可視化監視、故障應急恢復控制及預測分析。

1.3 系統功能架構

監控分析與應急處置系統主要包括八大功能模塊，分別是運維視圖、監控管理、告警管理、資源管理、數據管理、流量分析、報表管理、系統管理。

2 關鍵技術

2.1 監測指標集

MAEDS通過對網絡設備、主機服務器、數據庫、中間件及應用服務、網絡端口和鏈路、存儲設備及業務系統等進行監測，獲取相應的指標參數，構成監測指標集。

2.2 智能代理分布監控

MAEDS在每臺集群計算機上安裝智能監控代理（Smart Monitor Agent，SMA）[5]收集計算機的工作狀態信息，在監控主機上安裝運行監控服務端。智能監控代理與監控服務端之間通過XML格式傳遞監控數據，監控服務端采取定期輪巡智能監控代理獲取監控信息。監控主機使用心跳探測，可以發現集群內任意計算機的運行狀態。

將智能監控代理部署于受控主機服務器的操作系統中，智能監控代理將通過網絡與監控主服務器建立心跳連接，根據指定的策略對主機（物理機或虛擬機）的運行狀態進行實時監控，當服務器硬件故障、網絡中斷或者關鍵進程（可通過進程名稱或PID進行設定）運行異常等關鍵事件發生時，智能監控代理將執行相應的策略動作，策略腳本可根據實際情況進行靈活定制。監控主服務器接收到智能代理發送的告警或故障消息后，或者智能代理心跳連接超時后，監控主服務器將判斷該主機發生故障。

2.3 支持向量機

Cortes和Vapnik在1995年提出了支持向量機（Support Vector Machines，SVM），支持向量機被廣泛應用于處理多維問題中。MAEDS采用支持向量機對監控數據進行處理并將信息系統運行狀態進行分類[6]：首先輸入N組訓練數據，MAEDS將通過這些數據進行自我學習，其中，表示信息系統監控值的集合，表示信息系統狀態類型，學習的目標是要在N維監控值的集合空間中找到一個超平面，該超平面能準確劃分信息系統在一組隨機監控值集合條件下信息系統會產生的運行狀態。超平面方程定義為：，其中是超平面的權值，是偏差。要使超平面劃分的確信度高，那么超平面到數據點的間隔也必須越大，也就是需要最小。此時SVM變成一個凸二次規劃問題，可用二次規劃法求解出w使其能準確劃分在某一監控值的集合條件下，信息系統所屬的狀態類型。

2.4 故障自動恢復處理技術

實現開放式腳本編程框架，腳本框架為用戶提供可擴展的自定義信息應用管理命令調用編程環境，用戶可使用Python語言，通過腳本自定義對應用、服務或操作系統進行控制。腳本發布后即可參與任務調度，任務調度可分解成各子任務分配給各智能代理節點執行，執行完成后返回執行結果。

2.5 可視化技術

通過基于業務視圖的拓撲展示，可以實現整個全局業務的狀態監控及單個業務的各關鍵環節進行實時監控?？蔀槿种蛋嗳藛T提供全局業務的實時狀態，當業務出現故障時，通過業務示圖可非常容易的找到業務組件的故障點，實時展現故障信息，達到快速定位故障的效果。

3 應用分析

基于電力信息系統故障快速處置的MAEDS系統已完成軟件研發及測試工作，并在國網江西省電力有限公司的部分信息系統投入試運行，如表1所示。

信息系統可用率指標是指信息系統正常運行的時間與其在某一運行周期時間的比值，如式3-1所示：

（3-1）

式中，表示信息系統可用性指標，表示信息系統正常運行時間，表示周期內時間，包含兩部分：系統正常運行時間和故障時間，如式3-2所示：

（3-2）

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

由圖6可知，2015年尚未部署MAEDS系統是，四季度的信息系統可用率在97%上下波動。2017年初，MAEDS系統在部分信息系統投入試運行后，四季度的信息系統可用率提高到99.99%左右。

4 結語

本文深入闡述了電力信息系統監控分析與應急處置系統的體系架構及監測指標、智能代理分布監控、支持向量機、故障自動恢復處理、可視化等關鍵技術。系統能同時對多套信息系統運行情況進行監控，通過采集信息系統運行過程中的指標數據進行建模，獲取信息系統正在運行狀態及預測信息系統未來運行狀態，從而保證信息系統高可靠運行。目前該系統已在江西省電力公司部分系統中投入試運行，試運行結果表明，該系統能有效的提高信息系統可用率具有了良好的應用效果。

下一步工作將在保持原有設計思想的前提下，深入研究基于電力信息調運體系的監控分析與應急處置關鍵技術，進一步提升系統的使用價值和運行效果。

參考文獻

[1]梅崢，厲啟鵬，李西太，等.電力消息郵件體系架構及關鍵技術[J].電力系統自動化，2016，40（20）：126-132.

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[6]Liang L， Cheng M， Ma Y， et al. Fault Detection with Dynamic Principal Component Analysis and Support Vector Machines[C]//Proceedings of the 2015 International Conference on Network and Information Systems for Computers （ICNISC）. IEEE Computer Society，2015：263-265.