负载均衡的分布式网络管理系统

文/胡倩菲

分布式网络（Distributed network）由分布在不同地点且具有多个终端的节点机互连而成，每一个节点均至少与两条线路相连，任意一条线路发生故障，通信可转经其他链路完成，具有较高的可靠性和可扩展性。尝试对分布式网络管理系统进行优化，可着眼于其负载状态，本文就负载均衡进行研究，给出优化方法。

1 负载均衡的分布式网络管理系统设计思路

1.1 拓扑结构

负载均衡的分布式网络管理系统，其拓扑结果可大致分为两个部分，即原有工作系统和附加的优化系统。优化系统包括可编程逻辑控制器、通信结构以及传感器、执行元件等。在实际工作中，传感器负责收集网络用户（固定控制系统下）的用网信息，通信结构负责将对应信息传递给逻辑控制器，逻辑控制器再下达调度指令，由执行元件负责执行，实现网络资源的快速、合理调度。分布式网络管理系统不同线路均可独立工作，这些线路的存在实际上提升了通信活动的可靠性和有效性，也为其他结构的广泛连接提供了保障。

1.2 关键技术

支持分布式网络管理系统实现负载均衡的关键技术，除上文所述的可编程逻辑控制技术、传感技术之外，包括CAN总线技术、智能技术、有线通信技术以及集成技术、嵌入技术等。CAN总线技术为各类独立进行的通信活动提供了平台，也具有良好的可扩展性，智能技术满足自适应、自动化作业要求。有线通信技术主要服务于系统内的通信活动，以固定信道保证通信的完整性，避免互扰问题。集成技术强调将上述各项技术纳入到整体之中，保证各个环节的可控性，嵌入技术则作为上述技术的补充，使系统具备更全面的功能。

2 负载均衡的分布式网络管理系统实现方法

表1：实验结果

2.1 尝试实验的目标

现有的分布式网络管理系统，虽然能够实现独立管理和问题处理，但网络资源的分配并不是均衡的，可能出现部分用户资源缺乏、部分用户资源闲置等问题。本次研究拟通过上述技术和设计思路，实现分布式网络管理系统的负载均衡，这种均衡的重点在于能够实现资源管理的实时化和自动化，较传统的人工调节模式和固定模式，更有助于实现资源的高效分配。

2.2 模糊控制和自适应能力

以可编程逻辑控制器为核心，将所有分布式管理线路借助CAN总线系统，集成到控制器一端。所谓模糊控制，是以传感器为核心，了解各个分布式管理目标的用网状态，当其出现异常时（用网增加或中止），可快速了解该信息，并反馈至控制中心。考虑到用网异常的原因多样，不能在问题出现的一瞬间即进行网络资源的分配改变，需要借助自适应系统，对信息进行更有效的甄别。自适应系统是智能技术支持下的工作模块，在进行设计时，要求收集控制系统下的各个网络用户用网状态信息，如商民两用建筑的商用部分，进入晚间18：00点后，用网需求大大降低，而民用部分在晚间18:00后，网络需求量又会激增。与此同时，某一个或几个商户可能在晚间依然存在用网需求，仅在18:00出现一段时间的中断。自适应系统持续进行信息收集，确定用户在一段时间内未出现用网情况，再将信息传递给控制器，由控制器下达资源分配调整指令。如果用户重新用网，依然以自适应系统感知其信息，进行网络资源的重新调配。

2.3 范围性实时通信

范围性实时通信，是指将通信作业作为一种带有规律性的工作机制，并在整个控制下实现全范围应用。考虑到分布式网络管理系统本身带有一定的工作独立性，通信活动应确保能够契合所有现有控制单元工作要求，同时能够满足可能出现的扩展需要。其核心规律为固定间隔通信，其次还包括特殊情况通信。固定间隔通信，是指传感器在完成了信息收集后，应以5-10s为间隔，将收集所获的信息传递给逻辑控制器，由逻辑控制器分析信息内容，包括用网异常、网络中断等等。特殊情况通信则是指在网络出现明显异常时，直接给出必要的应急处理，如网络信道严重拥堵等等。实时通信的价值在于，可进一步提升分布式网络管理系统的工作敏感性，实现高效率的网络负载均衡化。

2.4 模拟分析

以某学校作为模拟对象，该学校内的商户营业至晚间18:00，办公区域多于晚间19:30分后降低用网需求，部分商户门市营业至深夜。学生公寓于晚间19:00后进入用网高峰，教学楼用网高峰为日间。校内原应用分布式网络管理系统，但无负载均衡能力，晚间学生公寓用网卡顿，日间教学工作则受到下载速度慢、延迟较高等问题的困扰。收集该校资料建立计算机模型，进行重复性实验，以模糊控制和自适应能力、范围性实时通信等技术为依托，采用参数调整法进行实验，可变参数为用网需求，实验共进行120次，依次调整公寓（30次）、教学楼（30次）、办公区域（30次）和商户（30次）的用网需求，每次变更一个参数，其他参数恒定不变（默认为较低水平）。以网络延迟和通信速度为观察指标，实验结果如表1所示。

从实验结果上看，新的分布式网络管理系统能够实验负载均衡，闲置资源得到了充分调用。收集此前该校网络工作信息：延迟平均为8.5ms，通信速度平均为3.41Mb/s，调整后的分布式网络管理系统性能更理想。

3 总结

综上，分布式网络管理系统的负载均衡，在现有技术条件下具有可实现空间。其拓扑结构包括可编程逻辑控制器、通信结构以及传感器等，关键技术则包括CAN总线技术、有线通信技术以及集成技术等。以模糊控制、自适应能力以及范围性实时通信作为支持，模拟结果证明了上述设计的价值，可作为经验参考。