异构通信网络运行状态监视系统设计及实现方法研究

窦茂森 高宇航

【摘要】 针对异构通信网络特点，研究了通信网络链路参数获取及显示方法，提出了异构通信网络运行状态监视系统建设新思路，完成了系统实现方法和部署运用方式设计。

【关键词】 通信链路 网络监视 GIS显示

一、引言

随着通信技术快速发展，通信网络构成也在迅速多样化，传统基于设备状态监视的网管系统已经不能完全反映通信网络运行状态，特别是在公安、军队等单位多种体制的通信网络相互交联，整合多个网管系统成本很高，导致异构通信网络监视手段相对缺乏，本文从IP体制网络入手，研究通过通信网络链路层和网络层主动获取相关网络参数方法，设计通信网络参数获取、显示、部署及运用方式。

二、异构通信网络特点

异构通信网络是公安、军队等单位执行任务的基础保障，不同于一般民用通信网络，主要特点如下：

（1）网络类型多；（2）可靠性要求高；（3）链路易中断；（4）业务接入不固定；（5）网络管理相对独立。

三、异构通信网络状态监视需求与获取方式

在公安、军队等单位通信网络使用过程中，指挥人员最关心的几个问题是：我的通信设备部署哪里？开通了那些通信链路？现在通信状态怎么样？通信业务能不能满足需求？这就需要通信网络状态监视系统能够获取这些信息，实时显示在指挥员面前，具体信息种类及获取方式如下：

（1）通信设备布站信息，采用人工标绘和自动获取方式获取；（2）无线通信范围信息，采用人工设定和辅助计算方式获取；（3）通信链路通断信息，采用主动探测方式获取；（4）通信业务开通信息，采用数据包分析方式获取；（5）通信链路质量信息，采用主动探测和数据分析方式获取；（6）通信链路告警信息，采用人工策略和智能分析技术获取；（7）通信网络状态统计信息，采用GIS和表页综合显示模式获取。

四、系统软件实现方法

系统采用主动探测和被动获取相结合的方式，主动探测基于ICMP协议，通过发送ping包获取通信链路通断、时延、抖动、丢包率等参数信息，被动获取基于抓取网络数据包，通过数据分析获取通信链路流量、业务种类、带宽利用率等信息，通过融合双方数据监视整个通信网络，直观显示装备布站、无线通信范围、整体网络拓扑、链路质量等信息。

4.1软件总体结构

软件总体结构如图1所示。网络探针模块主要完成链路探测、流量分析、本地显示和数据上报功能；GIS模块主要完成综合布站信息显示、网络拓扑信息显示和无线覆盖范围信息显示功能；表页显示模块主要完成链路通断状态显示、链路质量信息显示和链路状态信息录取功能；数据库管理模块主要完成通信网络拓扑信息管理、通信节点信息管理和业务终端信息管理；通信模块主要完成远程多探针管理和多用户数据分发功能。

4.2软件信息流程

软件信息流程如图2所示。显示软件具备数据库功能，能够为用户使用软件提供交互窗口，用户可根据使用需求对探针软件进行参数设定，可通过显示软件对探针软件进行管理，参数信息设定好后，显示软件通过通信模块将参数下发给探针软件，探针软件根据接收的探测参数及运行指令开启链路探测进程和流量获取分析进程，对进程进行管理控制，然后对获取的数据进行统计、封装，一份用于本地显示，一份用于上报显示软件。显示软件通过TCP/IP协议接收上报数据，对数据进行分选、计算、统计，读取数据库通信节点、装备、业务信息，将探针软件上报信息和本地数据库信息融合，送给GIS显示模块和表页显示模块显示，表页显示模块可根据用户需要对表页显示数据进行记录，用户可实时调整软件运行所需参数，形成软件运行闭环。

五、系统部署运用方式

软件部署采用分布式部署使用方式如图3所示，多探针收集，多用户显示，集中管理。探针软件部署在主要路由器、核心交换机、无线网络专用交换机部位，用于获取通信网络状态参数；GIS服务器部署于网络中心机房，用于融合多探针数据，提供GIS显示所需服务；GIS显示软件部署于指挥中心，用于直观显示装备布站、链路通断和网络拓扑信息；表页显示部署于后台，用于详细显示装备部署、链路质量、业务识别等信息。用户管理置于后台，用于管理员进行軟件参数设定、运行保障。

六、系统关键技术

6.1基于ICMP协议的IP链路参数获取技术

ICMP协议使用IP协议进行信息传递，向数据包中的源端节点提供发生在网络层的错误信息反馈，通过ping报文返回数据可以获取端到端的链路时延和丢包信息，统计时延和丢包信息可实时计算链路抖动和丢包率。要想获取几百条链路参数，单一探针需要开启几百个线程，对硬件要求高，实现起来比较困难，本文采用多线程发包，单线程收包处理的方式，有效解决了这一问题，分布式探测数据融合也是一个难点，本文通过数据库规划的方式有效融合了多探针数据。

6.2基于数据采集探针的监测技术

数据采集探针通过交换机流量镜像端口或直接将其串接在待观测的链路上，对链路上所有的数据报文进行处理，提取流量监测所需的协议字段甚至全部报文内容。经条件设置对网络流量进行实时采集或流量镜像，进行报文的协议分析。一个探针同时只能监测一条或几条链路的流量信息。对于全网流量的监测需要采用分布式方案，在重要通信节点部署一个探针，再通过后台服务器和数据库，收集所有探针的数据，做全网的流量和业务分析。

6.3基于GIS的宏观网络态势显示技术

GIS显示主要依托地理信息系统，在地图上叠加显示通信节点位置、无线基站覆盖范围、通信链路通断状态等信息，通信节点位置采用军标符号标注方式，固定节点直接读取数据库经纬度，移动节点提供外来位置信息接口，实时在地图上刷新通信装备布站数据，无线基站覆盖范围通过输入基站高度，自动计算基站视距范围，在地图上用圆圈覆盖显示，通信链路通断状态采用在地图上显示通信节点网络拓扑，节点间通信质量采用不同颜色的线来显示。

七、系统软件测试结果

软件测试截图如图4所示，系统软件实时获取了基于IP网络层数据，直观显示多条通信链路质量信息，能够满足通信网络状态监视需求。

八、结束语

本文通过实验方式对设计内容进行初步实现，实验结果证明通过系统软件能够主动获取IP网络链路层和网络层信息，提取不同通信网络链路状态参数，满足异构通信网络实时监视需求，系统软件具有通用性，可移植性强，不受通信设备体制限制，具有很高的应用价值。

参 考 文 献

[1] 周莲英. 超宽带无线自组网若干关键技术研究. 南京理工大学， 2007，10.

[2] 于滨. 军事指挥信息系统的一体化特征及发展趋势. 现代军事， 2007，11