基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的數(shù)據(jù)全鏈路監(jiān)控研究與應(yīng)用

徐敏，洪德華，王鵬，孫佳麗

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司信息通信分公司，合肥230041）

0 引言

全球進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，新的生產(chǎn)關(guān)系和經(jīng)濟(jì)形態(tài)正在形成[1-2]。以“大云物移智”為代表的新一代信息通信技術(shù)發(fā)展日新月異，已成為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和新型業(yè)務(wù)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力[3-4]?；ヂ?lián)網(wǎng)作為一種新的生產(chǎn)消費(fèi)模式，其應(yīng)用領(lǐng)域正在從消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速拓展[5-6]。數(shù)據(jù)作為一種新的生產(chǎn)資料，其應(yīng)用價(jià)值不斷孕育新的業(yè)務(wù)模式和商業(yè)模式?；ヂ?lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)日益成為價(jià)值再造的核心要素與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)能[7-8]。

數(shù)據(jù)中臺(tái)是公司重要基礎(chǔ)支撐性平臺(tái)，近年來(lái)電力企業(yè)建成數(shù)據(jù)中臺(tái)，初步構(gòu)建了數(shù)據(jù)全鏈路監(jiān)測(cè)分析體系，但是在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的效率、監(jiān)測(cè)的覆蓋度等方面有待進(jìn)一步提升[9-10]。本文重點(diǎn)研究數(shù)據(jù)中臺(tái)的全鏈路監(jiān)控體系，突破片面的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)，構(gòu)建全鏈路覆蓋的監(jiān)測(cè)能力，推動(dòng)形成覆蓋數(shù)據(jù)全生命周期的全鏈路監(jiān)測(cè)解決方案，全面提升經(jīng)營(yíng)決策、運(yùn)營(yíng)管理、業(yè)務(wù)拓展和客戶(hù)服務(wù)等方面的支撐能力。

1 現(xiàn)狀分析

數(shù)據(jù)服務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的測(cè)量獲取方法可分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種形式。被動(dòng)監(jiān)測(cè)主要方式是由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備記錄通過(guò)該設(shè)備的如數(shù)據(jù)包、錯(cuò)誤、流量等數(shù)據(jù)，周期性地發(fā)送給管理站，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或直接分析。主動(dòng)監(jiān)測(cè)主要方法是由管理員或管理控制設(shè)備主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備請(qǐng)求監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送探針來(lái)主動(dòng)獲取數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)中臺(tái)與邊緣計(jì)算協(xié)同的大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析要將數(shù)據(jù)中臺(tái)與邊緣計(jì)算結(jié)合起來(lái)，協(xié)同處理來(lái)自智能感知終端不斷產(chǎn)生的新數(shù)據(jù)，協(xié)同部署和支撐數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析應(yīng)用，將數(shù)據(jù)中臺(tái)的數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測(cè)分析應(yīng)用承擔(dān)的計(jì)算壓力分配給各邊緣側(cè)，減輕數(shù)據(jù)中臺(tái)的計(jì)算壓力，提高數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析的能力。

2 數(shù)據(jù)全鏈路監(jiān)控方案

數(shù)據(jù)全鏈路額是指對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)從計(jì)劃、獲取、存儲(chǔ)、共享、維護(hù)、應(yīng)用、消亡生命周期的每個(gè)階段里可能引發(fā)的各類(lèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)行識(shí)別、度量、監(jiān)控、預(yù)警等一系列管理活動(dòng)，并通過(guò)改善和提高組織的管理水平使得數(shù)據(jù)質(zhì)量獲得進(jìn)一步提高。

2.1 總體架構(gòu)

根據(jù)電力企業(yè)兩級(jí)貫通要求，主要是實(shí)現(xiàn)兩級(jí)同構(gòu)、異構(gòu)數(shù)據(jù)中臺(tái)之間數(shù)據(jù)的監(jiān)控，通過(guò)統(tǒng)一交換平臺(tái)實(shí)現(xiàn)批量數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)橫縱向的貫通。橫向完成本級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，縱向?qū)崿F(xiàn)總部和二級(jí)平臺(tái)之間數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)架構(gòu)

2.2 監(jiān)測(cè)流程

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，當(dāng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)阻塞、丟包問(wèn)題，前端傳感器采集的數(shù)據(jù)將無(wú)法完整準(zhǔn)確地傳輸至服務(wù)器端。這種情況下會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)鏈路監(jiān)控的準(zhǔn)確性。為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，提出一種數(shù)據(jù)旁路捕獲和同步方法。在該方法中，首先基于網(wǎng)卡混雜工作模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的旁路捕獲，其次基于校驗(yàn)值對(duì)比法實(shí)現(xiàn)旁路數(shù)據(jù)庫(kù)和主數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)旁路捕獲過(guò)程無(wú)需停機(jī)，也不影響現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸ぷ鳡顟B(tài)，有利于數(shù)據(jù)鏈路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。旁路數(shù)據(jù)庫(kù)和主數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步基于校驗(yàn)值的對(duì)比，無(wú)需直接傳輸原始數(shù)據(jù)，顯著降低了旁路數(shù)據(jù)庫(kù)和主數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信量，監(jiān)測(cè)流程如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)旁路捕獲及同步流程

旁路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集狀態(tài)數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)在將量測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至主服務(wù)器時(shí)，旁路服務(wù)器也能夠通過(guò)數(shù)據(jù)旁路捕獲到這些數(shù)據(jù)。與出現(xiàn)故障的通信網(wǎng)絡(luò)不同，新增設(shè)的數(shù)據(jù)旁路通道是無(wú)故障的，能夠保障網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸?shù)脚月贩?wù)器上。此后，將旁路服務(wù)器和主服務(wù)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，并逐塊比較其校驗(yàn)碼。當(dāng)旁路服務(wù)器和主服務(wù)器上同一數(shù)據(jù)塊的校驗(yàn)碼不同時(shí)，表明主服務(wù)器上接收到的數(shù)據(jù)是有誤的。此時(shí)，將旁路服務(wù)器上的數(shù)據(jù)塊發(fā)送至主服務(wù)器上，并覆蓋主服務(wù)器上對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)塊，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。

2.3 捕獲方法

在數(shù)據(jù)旁路捕獲及同步過(guò)程中，旁路服務(wù)器對(duì)得到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析、過(guò)濾和重組。首先旁路服務(wù)器對(duì)得到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，得到數(shù)據(jù)包的目的地址及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；其次，旁路服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行過(guò)濾，得到與主服務(wù)器有相同目的地址的數(shù)據(jù)；旁路服務(wù)器分析與主服務(wù)器有相同目的地址的數(shù)據(jù)，獲取其應(yīng)用層協(xié)議類(lèi)型、分片和偏移信息，以及應(yīng)用數(shù)據(jù)；旁路服務(wù)器根據(jù)分片和偏移信息對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，得到重組后的數(shù)據(jù)。旁路捕獲流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)旁路捕獲流程

2.4 數(shù)據(jù)同步

由于通常狀況下，主服務(wù)器上大部分?jǐn)?shù)據(jù)塊是完整準(zhǔn)確的，為了降低旁路服務(wù)器和主服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信量，并提升數(shù)據(jù)塊比對(duì)的效率，在本方法中將基于校驗(yàn)碼而不是原始數(shù)據(jù)塊進(jìn)行比較。在所述主服務(wù)器上，根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)特征量和偏移量搜索到第一數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)的第二數(shù)據(jù)塊，并生成第二校驗(yàn)碼；將第二校驗(yàn)碼與第一校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，如果相同，則輪詢(xún)下一數(shù)據(jù)塊，直至遍歷旁路服務(wù)器上的全部數(shù)據(jù)塊；如果不同，則通知旁路服務(wù)器將第一數(shù)據(jù)塊發(fā)送至主服務(wù)器替換第二數(shù)據(jù)塊，輪詢(xún)下一數(shù)據(jù)塊，直至遍歷旁路服務(wù)器上的全部數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)同步過(guò)程如圖4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)同步流程

由于量測(cè)數(shù)據(jù)的采集速度可視為恒定，數(shù)據(jù)塊越小，校驗(yàn)碼生成、傳輸和對(duì)比的次數(shù)越多，但數(shù)據(jù)同步的時(shí)延越小，需要傳輸和同步的原始數(shù)據(jù)量越??；數(shù)據(jù)塊越大，校驗(yàn)碼生成、傳輸和對(duì)比的次數(shù)越少，但數(shù)據(jù)同步的時(shí)延越大，需要傳輸和同步的原始數(shù)據(jù)量越多，在本項(xiàng)目中設(shè)置的數(shù)據(jù)塊大小為1M。數(shù)據(jù)同步流程步驟如下：

步驟1：在旁路服務(wù)器上，對(duì)數(shù)據(jù)塊A 計(jì)算md5 校驗(yàn)碼Amd5；

步驟2：旁路服務(wù)器將數(shù)據(jù)塊A 的md5 校驗(yàn)碼，以及用于確定數(shù)據(jù)塊位置的應(yīng)用數(shù)據(jù)特征量和偏移量發(fā)至主服務(wù)器；

步驟3：主服務(wù)器依據(jù)數(shù)據(jù)特征量和偏移量搜索對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊B

步驟4：計(jì)算數(shù)據(jù)塊B 的md5 校驗(yàn)碼Bmd5；

步驟5：如果數(shù)據(jù)塊B 的md5 校驗(yàn)碼Bmd5 與數(shù)據(jù)塊A 的md5 校驗(yàn)碼Amd5 相同，則跳轉(zhuǎn)至步驟8；

步驟6：如果數(shù)據(jù)塊B 的md5 校驗(yàn)碼Bmd5 與數(shù)據(jù)塊A 的md5 校驗(yàn)碼Amd5 不同，則通知旁路服務(wù)器將數(shù)據(jù)塊A 發(fā)送至主服務(wù)器；

步驟7：用數(shù)據(jù)塊A 覆蓋數(shù)據(jù)塊B；

步驟8：通知旁路服務(wù)器處理下一數(shù)據(jù)塊。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文依托國(guó)網(wǎng)安徽電力公司數(shù)據(jù)中臺(tái)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，模擬驗(yàn)證數(shù)據(jù)全鏈路監(jiān)測(cè)的流程，通過(guò)與傳統(tǒng)的基于日志的全鏈路監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，測(cè)試24 小時(shí)內(nèi)兩種監(jiān)測(cè)捕獲的鏈路異常情況，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖中柱狀體代表傳統(tǒng)基于日志的全鏈路監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)的鏈路異常數(shù)量，折線代表本文設(shè)計(jì)的基于旁路的數(shù)據(jù)鏈路異常監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)的鏈路異常數(shù)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)論可以分析得出本文設(shè)計(jì)的全鏈路監(jiān)測(cè)方法的可行性和有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前電力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要，本文提出了基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的數(shù)據(jù)全鏈路監(jiān)控方案，給出了數(shù)據(jù)監(jiān)控的總體架構(gòu)，闡述數(shù)據(jù)鏈路監(jiān)測(cè)流程，設(shè)計(jì)了鏈路異常捕獲以及數(shù)據(jù)同步方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的數(shù)據(jù)全鏈路監(jiān)控的可行性和有效性。