基于多目標優化的通信信息隊列運維監控系統

李囈瑾 寧浩宇

（云南電網有限責任公司信息中心，云南昆明 650000）

0.引言

通信信息隊列是指在通信網絡終端中，用于提供傳輸信息與存儲信息的空間，信息在此過程中以隊列的形式存儲，因此，終端在傳輸或調度信息的同時，也可以保存信息[1]。但由于終端計算機網絡的開放性與共享性過強，導致通信信息隊列在網絡傳輸中極易出現數據丟失、信息失真、隊列標準化排序被惡意篡改的問題，這些問題已嚴重影響到了用戶端對通信網絡的信任。因此，急需設計一個針對通信信息隊列的運維監控系統，對數據傳輸過程進行遠程監控與追蹤，以此種方式，保證信息在網絡中傳輸的安全性與穩定性[2]。針對此方面的研究，早在1998年便有相關技術人員對此展開了研究，但由于研究過程中一直沒有實現將信息傳輸算法與終端調度算法進行融合，導致設計的運維監控系統在投入市場后，未能被普遍接納。因此，在本文的研究中，引進了多目標優化技術，將接收端作為優化的目標，當傳輸的通信信息隊列明確目標與通信路徑后，便可以實現在傳輸中在很大程度上降低外界環境對其的干擾。目前，多目標優化技術已被廣泛應用到工業生產資源調度、物流運輸信息獲取、技術生產流程設計等領域中，但此項技術尚未在計算機領域涉及，因此，本文將基于多目標優化的應用，對通信信息隊列運維監控系統展開設計。

1.硬件設計

本文結合通信信息隊列的特點，將其運維監控系統劃分為4個硬件組成部分，分別為上位機終端部分、上位機抗干擾部分、遠程電源終端控制部分以及顯示部分，如圖1所示。

圖1 通信信息隊列運維監控系統硬件框架

系統中計算機、顯示器均沿用傳統系統對應型號設備，本文僅針對系統中的干擾器和加密IC卡進行優化選型設計。

1.1 上位機干擾器選型

由于通信信息所處環境相對開放，因此常常會受到環境中各類干擾因素的影響，為了減小環境因素對信息通信安全傳輸的威脅，本文引入上位機干擾器實現對通信信息隊列傳輸的保護。在電磁輻射當中可能會存在部分機密信息，干擾器的主要作用是阻擋通信信息隊列在進行運維過程中產生的電磁輻射[3]。綜合本文運維監控系統的運行要求，選用型號為GRQ-46H310型號干擾器，該型號干擾器的干擾方式為空間亂數加密干擾和噪聲混淆覆蓋多種干擾，可實現對通信信息隊列的全方位保護；干擾帶寬為1MHz～1.5GHz；發射干擾強度為小于75dbμV，傳輸干擾強度為小于65dbμV；工作電源為交流220V+-10%；運行過程中的功率小于1.25W；當出現故障問題時刻通過聲光報警對故障作出指示；運行工作溫度在0℃～50℃范圍以內；最大濕度為80%。

1.2 加密IC卡選型

在本文監控系統當中引入非接觸式加密IC卡硬件，并將該結構作為本文系統的核心部分，在加密IC卡當中設置核心控制板，實現對本文監控系統的運行控制。該硬件主要包括12位AES安全機制、傳感器、網線以及上述核心控制板。在系統運行的過程中，為了確保通信信息隊列中的隱私數據不被非法入侵者攻擊，利用加密IC卡實現對信息隊列的加密，從而進一步提高通信信息隊列的安全性，為系統運維和監控提供有利條件。

2.軟件設計

2.1 基于多目標優化提取信息隊列通信傳輸參數

將上述硬件作為基礎，針對本文運維監控系統的軟件進行設計，引入多目標優化技術，對信息隊列通信傳輸參數進行提取。假設將一段時間作為通信信息隊列的運維周期，將其周期長度設置為1h，將通信信息中數據的安全性、傳輸效率等左右多種優化目標，構建如下所示的多目標優化函數：

公式（1）中，M表示為安全性的優化目標；mi（i=1，2,3，……，n）表示為第i的安全性優化目標的子目標；a表示為決策變量；L表示為傳輸效率的優化目標；li（i=1，2,3，……，n）表示為第i個傳輸效率優化目標的子目標。根據公式（1）可知，決策變量a應當滿足s.t.a∈σ，其中σ表示為決策變量a具體的可行解空間大小，對于決策變量a的約束條件應當不為0。將該公式作為目標，將其代入到本文監控系統當中，對信息隊列通信傳輸參數提取。需要提取的通信傳輸參數包括key、data和mode。其中第一種參數是針對通信信息隊列當中各類數據加密和解密時所需的密鑰；第二種參數是針對加密和解密過程中產生的數據選擇種類；第三種參數是在一般工況條件下通信信息隊列的傳輸模式。按照128位的分組法針對提取的各類信息隊列進行分組，并完成10次迭代操作，完成對各類參數的獲取。

2.2 基于IP核設計通信信息隊列運維接口信號

將加密IP核引入到本文運維監控系統當中，并通過128位寬度的系統總線對IP接口信號進行設計，根據本文系統的運行需要。將通信信息隊列接口當中能夠支持系統運行和傳輸的TCP和UDP協議進行加密，以此進一步提高本文系統在對通信信息隊列運維監控的安全性。

2.3 通信信息隊列終端遠程監管

將上述基于IP核的通信信息隊列運維接口信號作為基礎，針對通信環境當中的各類信息隊列進行終端遠程監管。在本文系統當中，自動屏蔽來自通信環境中繁瑣的技術問題，將整個通信環境中信息隊列的運維狀態按照實際情況進行可視化展現，并在系統顯示界面當中對整個通信環境中各類信息隊列之間的影響和依賴關系展現。通過CPU占用、內存情況、SGA等多個預定義閾值時間以及通信狀態全面對通信環境當中各個組件的性能進行監控，并通過對各類參數的變化，判斷通信傳輸質量和效率。同時，將本文系統通過無線傳輸的方式與移動設備終端連接，方便對本文系統進行遠程控制，從而及時發現通信傳輸過程中存在異常現象的隊列，并對其進行及時處理，從而避免出現通信傳輸崩潰，造成大量數據信息受損或丟失的問題，確保通信信息隊列的正常運行。

3.結語

通過本文上述對運維監控系統設計，從理論和實踐兩方面實現了對通信信息隊列的安全防護，并進一步提高了通信信息隊列的傳輸效率。在未來研究當中，還將針對更加復雜的通信環境，對其影響信息安全傳輸的各類因素進行綜合分析，并通過引入更多加密技術，提高本文運維監控系統的適用性。