異構通信網(wǎng)絡運行狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)設計及實現(xiàn)方法研究

竇茂森 高宇航

【摘要】 針對異構通信網(wǎng)絡特點，研究了通信網(wǎng)絡鏈路參數(shù)獲取及顯示方法，提出了異構通信網(wǎng)絡運行狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)建設新思路，完成了系統(tǒng)實現(xiàn)方法和部署運用方式設計。

【關鍵詞】 通信鏈路 網(wǎng)絡監(jiān)視 GIS顯示

一、引言

隨著通信技術快速發(fā)展，通信網(wǎng)絡構成也在迅速多樣化，傳統(tǒng)基于設備狀態(tài)監(jiān)視的網(wǎng)管系統(tǒng)已經(jīng)不能完全反映通信網(wǎng)絡運行狀態(tài)，特別是在公安、軍隊等單位多種體制的通信網(wǎng)絡相互交聯(lián)，整合多個網(wǎng)管系統(tǒng)成本很高，導致異構通信網(wǎng)絡監(jiān)視手段相對缺乏，本文從IP體制網(wǎng)絡入手，研究通過通信網(wǎng)絡鏈路層和網(wǎng)絡層主動獲取相關網(wǎng)絡參數(shù)方法，設計通信網(wǎng)絡參數(shù)獲取、顯示、部署及運用方式。

二、異構通信網(wǎng)絡特點

異構通信網(wǎng)絡是公安、軍隊等單位執(zhí)行任務的基礎保障，不同于一般民用通信網(wǎng)絡，主要特點如下：

（1）網(wǎng)絡類型多；（2）可靠性要求高；（3）鏈路易中斷；（4）業(yè)務接入不固定；（5）網(wǎng)絡管理相對獨立。

三、異構通信網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)視需求與獲取方式

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

（1）通信設備布站信息，采用人工標繪和自動獲取方式獲?。唬?）無線通信范圍信息，采用人工設定和輔助計算方式獲取；（3）通信鏈路通斷信息，采用主動探測方式獲??；（4）通信業(yè)務開通信息，采用數(shù)據(jù)包分析方式獲取；（5）通信鏈路質量信息，采用主動探測和數(shù)據(jù)分析方式獲??；（6）通信鏈路告警信息，采用人工策略和智能分析技術獲取；（7）通信網(wǎng)絡狀態(tài)統(tǒng)計信息，采用GIS和表頁綜合顯示模式獲取。

四、系統(tǒng)軟件實現(xiàn)方法

系統(tǒng)采用主動探測和被動獲取相結合的方式，主動探測基于ICMP協(xié)議，通過發(fā)送ping包獲取通信鏈路通斷、時延、抖動、丟包率等參數(shù)信息，被動獲取基于抓取網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包，通過數(shù)據(jù)分析獲取通信鏈路流量、業(yè)務種類、帶寬利用率等信息，通過融合雙方數(shù)據(jù)監(jiān)視整個通信網(wǎng)絡，直觀顯示裝備布站、無線通信范圍、整體網(wǎng)絡拓撲、鏈路質量等信息。

4.1軟件總體結構

軟件總體結構如圖1所示。網(wǎng)絡探針模塊主要完成鏈路探測、流量分析、本地顯示和數(shù)據(jù)上報功能；GIS模塊主要完成綜合布站信息顯示、網(wǎng)絡拓撲信息顯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)絡拓撲信息管理、通信節(jié)點信息管理和業(yè)務終端信息管理；通信模塊主要完成遠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，能夠為用戶使用軟件提供交互窗口，用戶可根據(jù)使用需求對探針軟件進行參數(shù)設定，可通過顯示軟件對探針軟件進行管理，參數(shù)信息設定好后，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)接收的探測參數(shù)及運行指令開啟鏈路探測進程和流量獲取分析進程，對進程進行管理控制，然后對獲取的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、封裝，一份用于本地顯示，一份用于上報顯示軟件。顯示軟件通過TCP/IP協(xié)議接收上報數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分選、計算、統(tǒng)計，讀取數(shù)據(jù)庫通信節(jié)點、裝備、業(yè)務信息，將探針軟件上報信息和本地數(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)用戶需要對表頁顯示數(shù)據(jù)進行記錄，用戶可實時調整軟件運行所需參數(shù)，形成軟件運行閉環(huán)。

五、系統(tǒng)部署運用方式

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、無線網(wǎng)絡專用交換機部位，用于獲取通信網(wǎng)絡狀態(tài)參數(shù)；GIS服務器部署于網(wǎng)絡中心機房，用于融合多探針數(shù)據(jù)，提供GIS顯示所需服務；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)絡拓撲信息；表頁顯示部署于后臺，用于詳細顯示裝備部署、鏈路質量、業(yè)務識別等信息。用戶管理置于后臺，用于管理員進行軟件參數(shù)設定、運行保障。

六、系統(tǒng)關鍵技術

6.1基于ICMP協(xié)議的IP鏈路參數(shù)獲取技術

ICMP協(xié)議使用IP協(xié)議進行信息傳遞，向數(shù)據(jù)包中的源端節(jié)點提供發(fā)生在網(wǎng)絡層的錯誤信息反饋，通過ping報文返回數(shù)據(jù)可以獲取端到端的鏈路時延和丟包信息，統(tǒng)計時延和丟包信息可實時計算鏈路抖動和丟包率。要想獲取幾百條鏈路參數(shù)，單一探針需要開啟幾百個線程，對硬件要求高，實現(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，分布式探測數(shù)據(jù)融合也是一個難點，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)測技術

數(shù)據(jù)采集探針通過交換機流量鏡像端口或直接將其串接在待觀測的鏈路上，對鏈路上所有的數(shù)據(jù)報文進行處理，提取流量監(jiān)測所需的協(xié)議字段甚至全部報文內容。經(jīng)條件設置對網(wǎng)絡流量進行實時采集或流量鏡像，進行報文的協(xié)議分析。一個探針同時只能監(jiān)測一條或幾條鏈路的流量信息。對于全網(wǎng)流量的監(jiān)測需要采用分布式方案，在重要通信節(jié)點部署一個探針，再通過后臺服務器和數(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)務分析。

6.3基于GIS的宏觀網(wǎng)絡態(tài)勢顯示技術

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)點位置采用軍標符號標注方式，固定節(jié)點直接讀取數(shù)據(jù)庫經(jīng)緯度，移動節(jié)點提供外來位置信息接口，實時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，自動計算基站視距范圍，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)點網(wǎng)絡拓撲，節(jié)點間通信質量采用不同顏色的線來顯示。

七、系統(tǒng)軟件測試結果

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

八、結束語

本文通過實驗方式對設計內容進行初步實現(xiàn)，實驗結果證明通過系統(tǒng)軟件能夠主動獲取IP網(wǎng)絡鏈路層和網(wǎng)絡層信息，提取不同通信網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)參數(shù)，滿足異構通信網(wǎng)絡實時監(jiān)視需求，系統(tǒng)軟件具有通用性，可移植性強，不受通信設備體制限制，具有很高的應用價值。

參 考 文 獻

[1] 周蓮英. 超寬帶無線自組網(wǎng)若干關鍵技術研究. 南京理工大學， 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. 現(xiàn)代軍事， 2007，11