基于終端業務定位接入的調度數據網仿真模擬設備開發及應用

汪霄祥,謝鋮，丁金多，陳子昕，鄒明強

(國網安徽省電力有限公司，銅陵供電公司，安徽,銅陵 244000)

0 引言

本文對調度數據網接入終端業務進行了仿真分析和相關的風險性評估，找到調度數據網接入終端設備引起的數據異常儲存和運行故障的影響因素，解決或控制故障影響因素優化調度數據的接入應用效果。

1 方法

1.1 調度數據網

調度數據網使用的技術協議組網為邊界網關協議(BGP/MPLS VPN)，作為一種域間路由協議,邊界網關協議在因特網上被廣泛部署用來進行自治系統之間可達信息的交換。與一般的路由協議不同，它采用了策略來對路由信息的轉發進行控制，從而保證鏈路的安全性[1]。MPLS VPN建設的網絡實際應用發現可以承載多種業務的處理，不管是網絡服務中的提供商提供的網絡接入服務，還是一些大型網絡企業和相關的科研部門以及一些相關的政府部門的內部專用業務辦公網絡，MPLS VPN技術都可以實現普遍使用和適用。在國際方面，一些發達國家的網絡服務提供商們絕大部分都建設了企業級別的MPLS VPN數據專用工作網，對該項完善的成套組網技術都有所掌握和了解。

1.2 BGP/MPLS的網格架構

邊界網關協議BGP/MPLS一般被用來路由傳遞調度數據網各AS之間動態路由協議，BGP/MPLS協議可以由信息發展進程推出相應的協議版本。其中,BGP/MPLS1是第一個被推出的協議版本，BGP/MPLS4這個版本是第一個實現子網聚合處理的協議版本[2-4]。BGP協議在應用過程中不會受到網絡拓撲的限制，該項協議在使用時可以假定在自運行的系統中完成了路由傳輸路徑的選擇。運行BGP/MPLS4協議可以建立傳遞連接節點間的對等體關系，而節點間的相互傳遞的消息可以構成BGP/MPLS4協議的自運行系統圖，整個互聯網信息傳遞過程就是一個完整的自運行系統圖，其中每個自運行系統中的AS號是唯一和獨立的。BGP/MPLS4的協議機制能夠確保無循環的信息域之間傳遞路徑選擇過程，圖1表示信息傳遞路徑樹。

圖1 AS信息傳遞路徑樹

1.3 網絡元素故障概率估計

在調度數據接入終端業務時經常發生網絡故障[5-6]，研究發現引起網絡故障的主要原因是網絡元素。對網絡元素引起網絡故障概率判定的2種常用方法有主觀評價法和運行統計法。其中,主觀評價法利用專家經驗確定網絡元件引起的故障概率，運行統計法對統計數據進行相關評估，本研究主要采用運行估計法對網絡元素引發的網絡運行故障概率進行估計。以信息傳輸鏈路為例，主要研究其中的光纜故障，運用的一些計算公式如下:

(1)

式中,M代表光纜發生故障的平均時長，Ti是光纜第i次發生故障的持續時間，單位為h，N是光纜統計周期發生故障的次數。

(2)

式中,A是光纜發生故障的平均次數，TF是發生網絡故障時的統計周期，單位為h，NE(TF)是光纜在統計周期內發生故障的總次數，LO是光纜在統計范圍內的總長度，單位為km。

WO=A·M

(3)

式中,WO是在總光纜長度中出現的平均故障概率。

Qosi=1-Li·WO

(4)

式中,Li是第i段光纜的長度，Qosi是光纜無故障概率，Li·WO是光纜的故障概率。

2 結果與分析

2.1 調度數據接入業務終端占用率仿真分析

本研究主要是在終端業務運行模型中，對調度數據網中的動態碼率(VBR)和靜態碼率(CBR)進行仿真分析，仿真結果如圖2所示。

圖2 業務線路平均寬帶占有率

在終端業務運行模型中，包含著許多流量生產模塊，生產模塊可以依據流量數據包的信息發送間隔和相等取值的參數或任意可以變化的參數數值，生成動態碼率(VBR)和靜態碼率(CBR)的流量。本次仿真分析采用可變參數生成的數據包流量來模擬動態碼率(VBR)和靜態碼率(CBR)在接入的終端業務線路中的寬帶占有率，主要通過控制調度數據網仿真設備分別生成固定流量和可變化流量來模擬動態碼率(VBR)和靜態碼率(CBR)業務。由圖2可以看出，調度數據網中的動態碼率(VBR)和靜態碼率(CBR)在寬帶中的占有率是較為穩定的，但是在調度數據網中應用效果更好一些的應該選VBR，因為動態碼率(VBR)可以自己調節數據的采集頻率和密度。例如在調度數據網中,數據流量較小的時候，可以減少數據的采集密度和頻率;數據流量較大的時候，可以適量地增大數據采集頻率，與靜態碼率(CBR)在調度數據網中的運行相比，可以減少運行產生的文件儲存量，減少調度數據網定位接入終端業務時引起的數據異常存儲。

2.2 調度數據網仿真模擬設備風險性評估

本文對調度數據網接入終端業務的風險性評估，主要通過對調度數據網全網鏈路的長度分布和失效鏈路長度分布進行評估，長度分布如圖3所示。

圖3 調度數據網光纜鏈路長度分布圖

通過本次調度數據網得到的統計數據，得到參與調度數據網接入終端業務的光纜共有210條，并且每一條光纜的長度都不相同，配置的設備也不盡相同，其中每段光纜的失效概率可以通過式(4)計算。根據圖3的長度數據，可以計算得到調度數據網鏈路失效概率平均值為0.142，方差為1.46×10-4。

為了解調度數據網單鏈路對全網可靠性的影響，對各鏈路序號對應的可靠性進行統計和分析，統計結果如圖4所示。

圖4 調度數據網光纜鏈路對全網可靠性的干擾

調度數據網中的單光纜鏈路在失效時帶來的業務損失就是調度數據網可靠性的減小值，也可以從側面說明導致全網業務失效的總數量。其中,不同鏈路的失效業務損失可以通過業務故障樹模型統計計算得出。圖4是不同鏈路對應的鏈路失效時的可靠性干擾影響值，在圖4中可以明顯看出第125條調度數據網中的失效鏈路對全網的可靠性影響最大，有近14條接入的業務損失，也有一些失效鏈路并沒有給接入的業務帶來相應的損失，說明這種失效鏈路可以用來保護接入的業務。

為了解調度數據網中的各鏈路對應的風險性影響，根據調度數據網接入的終端業務應用結果進行統計,如圖5所示。

圖5 調度數據網中的單鏈路失效風險影響值分布

結合圖3、圖4和圖5分析可知，調度數據網中的鏈路段失效概率與調度數據網中的單鏈路失效概率以及調度數據網中的鏈路段的長度是正相關的。調度數據網中的單鏈路業務風險由鏈路段的失效概率和調度數據網的單鏈路失效業務損失分布相關，而調度數據網接入的業務損失分布與業務的數量、業務的路由器配置以及接入業務的多種保護方式等有關。根據圖5中統計的調度數據網單鏈路失效風險影響值數據統計計算可以得到，調度數據網中的全網業務風險影響值的均值為0.023，該風險影響均值可以反映調度數據網的整體風險水平，與此同時計算出了調度數據網的全網業務風險影響值方差為0.000 9。

結合以上分析結果，為了解路由器各節點對于調度數據網的危害度影響，將調度數據網應用與終端業務歷史出現的故障和業務損失進行統計，結果如圖6所示。

圖6 接入的業務損失和危害度分布

根據圖6分析可得，在路由器的3號節點產生故障時對終端業務帶來的損失為0.491是最大的，對終端業務故障危害程度最大的是路由器26號節點，同時3號節點對應的終端業務危害度也是較大的。這也說明了路由器3號節點承載的終端業務量較多，因此，當該節點發生故障時將嚴重影響業務的正常運行。但對于業務損失的關鍵影響因素還是業務本身的重要性以及業務中產生故障的影響時間。

3 總結

本研究主要通過仿真分析對靜態碼率(CBR)和動態碼率(VBR)在業務線路中的平均寬帶占有率進行分析，以及對調度數據網定位接入終端業務的風險性評估，分析發現靜態碼率(CBR)可以自己調節數據的采集頻率和密度，更適合在調度數據網中應用。對評估結果的分析表明,調度數據網鏈路失效概率平均值為0.142，方差為1.46×10-4，分析發現調度數據網鏈路失效概率與調度數據網的線路長度之間具有高度一致性。調度數據網中的全網業務風險影響值的均值為0.023，該風險影響均值也反映了調度數據網的整體風險水平，屬于較低水平，對終端業務運行影響并不大。深入分析發現，終端業務損失的關鍵影響因素還是業務本身的重要性以及業務中產生故障的影響時間，優化調度數據網接入終端業務的應用效果，減少故障因素對終端業務的損失和危害性，調度數據網接入終端業務時，應該優化接入設備路由器各節點的性能。