基于有限帶寬條件下信息應(yīng)用系統(tǒng)的帶寬優(yōu)化

張凌之，斯江平

（中海油信息科技有限公司，北京 100012）

基于有限帶寬條件下信息應(yīng)用系統(tǒng)的帶寬優(yōu)化

張凌之，斯江平

（中海油信息科技有限公司，北京 100012）

由于衛(wèi)星鏈路帶寬有限、時(shí)延長等客觀因素，海上油氣田用戶在使用各種應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)響應(yīng)速度慢，訪問應(yīng)用系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫耗時(shí)較長，影響到工作的效率；同時(shí)海上油氣田網(wǎng)絡(luò)中還存在鏈路帶寬分配不合理的現(xiàn)象，大量非辦公性網(wǎng)頁訪問和其他非核心應(yīng)用占用衛(wèi)星鏈路帶寬。本文運(yùn)用成熟的優(yōu)化手段和管理措施，通過測試分析，建立起一套信息應(yīng)用系統(tǒng)鏈路帶寬分配標(biāo)準(zhǔn)，從而為海上油氣田網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

海上油氣田網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；信息應(yīng)用系統(tǒng)；帶寬優(yōu)化

1 引言

中海油深圳分公司現(xiàn)今擁有四個(gè)海上作業(yè)區(qū)，分別為：流花作業(yè)區(qū)、番禺氣田作業(yè)區(qū)、西江作業(yè)區(qū)、陸豐作業(yè)區(qū)。其中流花作業(yè)區(qū)包括南海挑戰(zhàn)號(hào)平臺(tái)、南海勝利號(hào)油輪；番禺氣田作業(yè)區(qū)包括番禺30-1平臺(tái)、珠海終端；西江作業(yè)區(qū)包括西江23-1平臺(tái)、西江24-3平臺(tái)、西江30-2平臺(tái)、海洋石油115油輪；陸豐作業(yè)區(qū)包括陸豐13-1平臺(tái)、陸豐13-2平臺(tái)、南海盛開號(hào)油輪、陸豐13-2B平臺(tái)。

海上各作業(yè)區(qū)常用的應(yīng)用系統(tǒng)包括Maximo，Notes，ISA系統(tǒng)、DFS系統(tǒng)和鉆井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等，同時(shí)隨著深圳分公司業(yè)務(wù)量的快速發(fā)展，海上油氣田應(yīng)用辦公系統(tǒng)不斷增加。然而各作業(yè)區(qū)衛(wèi)星鏈路帶寬有限，衛(wèi)星鏈路本身存在響應(yīng)時(shí)延較長的瓶頸，并且海上油氣田缺乏有效的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用管控措施，衛(wèi)星鏈路帶寬分配不合理，大量非辦公性網(wǎng)頁訪問和其他非核心應(yīng)用占用有限的衛(wèi)星鏈路資源，導(dǎo)致海上油氣田用戶在使用各種應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)響應(yīng)速度慢，影響到正常的生產(chǎn)和辦公效率。

為了保障關(guān)鍵應(yīng)用優(yōu)先響應(yīng)，解決因鏈路資源被相互搶占而出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)擁塞、帶寬嚴(yán)重浪費(fèi)等問題，提高衛(wèi)星鏈路的有效利用率，同時(shí)能按需求為每套重要應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配鏈路帶寬，滿足海上油氣田用戶正常生產(chǎn)辦公的需要，采用有效的衛(wèi)星鏈路帶寬管理機(jī)制勢在必行。

2 現(xiàn)狀分析

結(jié)合調(diào)研工作，現(xiàn)對(duì)海上油氣田（以流花作業(yè)區(qū)為試點(diǎn)單位）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析說明。

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)描述

（1）流花平臺(tái)和陸地主站之間建有一條雙向衛(wèi)星鏈路，為網(wǎng)絡(luò)、語音、數(shù)據(jù)、傳真等業(yè)務(wù)提供主干通道。

（2）流花平臺(tái)與油輪之間建立有兩套微波系統(tǒng)（HARRIS微波和MDS LEDR數(shù)傳電臺(tái)），兩套微波互為備份，用于油輪與平臺(tái)的通信，傳輸網(wǎng)絡(luò)、語音、數(shù)據(jù)、中控業(yè)務(wù)。

（3）流花油輪與陸地主站之間新增一條雙向衛(wèi)星鏈路，用于網(wǎng)絡(luò)、語音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的通信，同時(shí)也作為冗余鏈路，提供陸地與海上雙鏈路保障及負(fù)載均衡功能，優(yōu)化衛(wèi)星鏈路拓?fù)浼軜?gòu)。

（4）在陸地的核心交換節(jié)點(diǎn)處部署有一臺(tái)衛(wèi)星加速器，同時(shí)在流花平臺(tái)與油輪上分別部署有一臺(tái)衛(wèi)星加速器，用于衛(wèi)星鏈路加速，降低衛(wèi)星鏈路時(shí)延。

2.2 海上油氣田應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)狀

（1）由于平臺(tái)衛(wèi)星鏈路帶寬的限制，Maximo，Notes這些基于C/S（客戶端/服務(wù)器）訪問模式的應(yīng)用系統(tǒng)，每次訪問刷新數(shù)據(jù)庫時(shí)，均會(huì)實(shí)時(shí)訪問陸地上的應(yīng)用服務(wù)器，這就造成每次訪問響應(yīng)后臺(tái)服務(wù)器的速率過慢，用戶對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作將存在較高的延遲，對(duì)海上用戶的辦公效率帶來一定影響。

（2）ISA系統(tǒng)具有網(wǎng)頁緩存功能，對(duì)用戶經(jīng)常訪問的網(wǎng)頁、鏈接進(jìn)行實(shí)效性的緩存，優(yōu)化了海上用戶互聯(lián)網(wǎng)訪問速率。

（3）平臺(tái)、油輪上部署的DFS分布式文件系統(tǒng)，通過建立虛擬共享文件夾，能集中用戶的訪問，簡化操作，提高文件存取速率。

（4）海上油氣田衛(wèi)星鏈路暫未建立合理的應(yīng)用系統(tǒng)帶寬分配機(jī)制，大量的互聯(lián)網(wǎng)和非核心應(yīng)用搶占有限的鏈路資源，關(guān)鍵應(yīng)用鏈路帶寬得不到保障。

3 測試分析

3.1 測試方式

通過在陸地上搭建模擬海上油氣田網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓?fù)洵h(huán)境，分別采用以下測試方式：

（1）在出口鏈路速率一定的情況下（1.0M），通過流量控制網(wǎng)關(guān)（網(wǎng)絡(luò)帶寬管理設(shè)備）對(duì)模擬海上油氣田的各種應(yīng)用系統(tǒng)（Maximo，Notes等）智能分配速率（管道），結(jié)合分析統(tǒng)計(jì)的測試數(shù)據(jù)，確定各應(yīng)用系統(tǒng)的最高及最低傳輸速率。

（2）在出口鏈路速率一定的情況下（1.0M），測試流量控制網(wǎng)關(guān)對(duì)模擬海上油氣田各應(yīng)用系統(tǒng)分配速率（管道）預(yù)留和搶占功能的有效性，通過對(duì)流量的智能管理，以達(dá)到對(duì)衛(wèi)星鏈路的最優(yōu)化使用。

3.2 應(yīng)用系統(tǒng)測試列表項(xiàng)

模擬測試環(huán)境下應(yīng)用系統(tǒng)的各測試列表項(xiàng)如表1所示。

表1 應(yīng)用系統(tǒng)測試列表

3.3 測試環(huán)境

模擬測試環(huán)境拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其中測試用電腦為完全模擬海上油氣田用戶標(biāo)準(zhǔn)配置辦公電腦：

電腦型號(hào)：Lenovo M8000t

CPU：Intel(R) Core(TM)2 Duo E7500 @2.93GHz

內(nèi)存：2G

硬盤：320G

圖1 海上模擬環(huán)境搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.4 測試內(nèi)容

3.4.1 使用流量控制網(wǎng)關(guān)測試

1. Maximo應(yīng)用系統(tǒng)測試

測試思路：

（1）在流量控制網(wǎng)關(guān)上建立速率通道，上傳速率1 024kb/s，下載速率1 024kb/s，并且該速率通道全部給Maximo系統(tǒng)（預(yù)先自定義協(xié)議）使用。

（2）在測試PC上訪問Maximo系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行登錄、各種報(bào)表查詢、形成打印報(bào)表、打開統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表等待一段時(shí)間，查詢系統(tǒng)在這段時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的流量變化趨勢，確認(rèn)Maximo系統(tǒng)需要的最大（波峰）最小（波谷）鏈路速率。

（3）在流量控制網(wǎng)關(guān)上建立速率通道，上傳速率150kb/s，下載速率150kb/s，并且該速率通道全部給Maximo系統(tǒng)（預(yù)先自定義協(xié)議）使用，觀察速率通道變小后，Maximo系統(tǒng)對(duì)流量的需要是否有所變化。

測試效果（1 024kb/s）：見圖2，圖3。

圖2 Maximo流量變化趨勢（面積圖）

圖3 Maximo流量變化趨勢（二維表）

測試效果（150kb/s）：見圖4，圖5。

圖4 Maximo流量變化趨勢（面積圖）

圖5 Maximo流量變化趨勢（二維表，單位同圖3）

測試小結(jié)：

在速率通道大小為1 024kb/s及150kb/s條件下Maximo對(duì)鏈路速率的要求大致相同，最高峰值大致為120kb/s，具體數(shù)值請(qǐng)參考測試匯總表（表2）。

圖6 Notes流量變化趨勢（面積圖）

圖7 Notes流量變化趨勢（二維表-第1次，單位同圖3）

2. Notes應(yīng)用系統(tǒng)測試

測試思路：

（1）在流量控制網(wǎng)關(guān)上建立速率通道，上傳速率1 024kb/s，下載速率1 024kb/s，并且該速率通道全部給Notes（預(yù)先自定義協(xié)議）使用。

（2）在測試PC訪問Notes系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行如打開公司首頁，打開大附件郵件（大于3M）、郵件收發(fā)等一段時(shí)間，查詢系統(tǒng)在這段時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的流量變化趨勢，確認(rèn)Notes需要的最大（波峰）最?。úü龋╂溌匪俾?。

（3）在流量控制網(wǎng)關(guān)上建立速率通道，上傳速率200kb/s，下載速率200kb/s，并且該速率通道全部給Notes（預(yù)先自定義協(xié)議）使用，觀察速率管道變小后，Notes系統(tǒng)對(duì)流量的需要是否有所變化。

第一次測試效果（1 024kb/s）見圖6，圖7。

第二次測試效果（1 024kb/s）見圖8，圖9。

圖8 Notes流量變化趨勢（面積圖-第2次）

圖9 Notes流量變化趨勢（二維表-第2次）

測試效果（200kb/s）見圖10。

圖10 Notes流量變化趨勢（200kb/s）

測試小結(jié)：

（1）在管道大小為1 024kb/s及200kb/s條件下Notes對(duì)鏈路速率的要求有較大差別，具體數(shù)值請(qǐng)?jiān)敿?xì)參考測試數(shù)據(jù)匯總表（表2）。

（2）訪問Notes郵件，附件大小>3M時(shí)，管道速率為1 024kb/s的情況下，打開下載附件產(chǎn)生的流量較大，但相同大小的附件（大?。?M），第二次相同的操作所產(chǎn)生的流量與第一次相比有較大的差別。原因可能是Notes系統(tǒng)本地存在緩存，第二次相同的操作將直接從本地調(diào)用緩存而無需到陸地服務(wù)器上讀取數(shù)據(jù)，因此第二次訪問時(shí)鏈路速率占用量較第一次要小。

（3）根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)訪問速率要求實(shí)行相應(yīng)管道速率控制（制定200kb/s管道最大將不會(huì)超過這個(gè)數(shù)值）。

測試數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表2 測試數(shù)據(jù)匯總表

3.4.2 測試流量控制網(wǎng)關(guān)對(duì)鏈路速率的有效管理

1. 鏈路速率限制

功能說明：用戶使用迅雷等P2P軟件進(jìn)行下載，或者使用流媒體軟件pplive在線觀看網(wǎng)絡(luò)電視，將會(huì)嚴(yán)重侵占有限的鏈路速率資源，使得關(guān)鍵應(yīng)用得不到保障，用戶正常辦公受到很大影響。通過鏈路速率（管道）限制功能，將內(nèi)部P2P、流媒體、在線視頻等應(yīng)用流量限制在一定的流量范圍（如200kb/s），只要有P2P、流媒體、在線視頻等流量，其流量將不能超過200kb/s，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源使用，提高鏈路的有效利用率。

圖11 鏈路速率限制

測試思路：配置流量控制策略，限制測試專用臺(tái)式電腦迅雷下載速率為100kb/s，觀察臺(tái)式電腦在策略生效前后迅雷下載的流量變化。

測試效果：流控策略生效前，迅雷下載速率為60.36KB/s（圖12）。

圖12 迅雷下載速率為60.36KB/s

流控策略生效后，迅雷下載速率為10.45KB/s（換算單位速率約為83.6kb/s），如圖13所示。

圖13 迅雷下載速率為10.45KB/s

測試小結(jié)：

流量控制網(wǎng)關(guān)能有效控制各種應(yīng)用鏈路速率，避免由于流量過大導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。

2. 鏈路速率保障

功能說明：在總鏈路速率出口中劃分速率通道（管道），并且其管道的優(yōu)先級(jí)最高。將應(yīng)用放入此管道，當(dāng)ITM檢測有此應(yīng)用流量通過ITM時(shí)，可以優(yōu)先保障此應(yīng)用所需的鏈路速率，并且可以優(yōu)先從別的空閑管道中搶占鏈路速率，最終達(dá)到保障鏈路速率的目的。

當(dāng)鏈路中沒有此應(yīng)用時(shí)，別的管道可以使用此管道中的鏈路速率，從而使鏈路的使用效率最高。此功能用于保障內(nèi)部關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)擁擠時(shí)，關(guān)鍵應(yīng)用能及時(shí)搶占鏈路速率以達(dá)到此應(yīng)用所需的最佳速率值。

圖14 鏈路速率保障

測試思路：衛(wèi)星鏈路出口速率為1M，建立速率管道，主通道速率大小240kb/s(30KB/s)，主通道中劃分子通道速率大小200kb/s（25KB/s）。

圖15 鏈路速率管道

將臺(tái)式電腦和筆記本的所有流量放入主通道中，將筆記本迅雷進(jìn)行鏈路速率保障200kb/s，臺(tái)式電腦和筆記本均同時(shí)開啟迅雷下載同一資源，查看筆記本在鏈路速率保障后對(duì)流量的搶占變化效果。

圖16 鏈路速率保障后的流量變化

測試效果：

（1）筆記本未做迅雷速率管道保障策略前臺(tái)式電腦下載速率，約28KB/s（總速率30KB/s），如圖17所示。

圖17 鏈路速率保障前下載速率

（2）筆記本未做迅雷速率管道保障策略前，筆記本對(duì)鏈路速率的搶占情況，不會(huì)超過5KB/s（見圖18）。

圖18 鏈路速率保障前速率搶占情況

（3）筆記本迅雷速率管道保障策略啟用后，下載速率立即搶占至25KB/s（見圖19）。

圖19 鏈路速率保障后下載速率

（4）臺(tái)式電腦在筆記本迅雷速率管道保障策略啟用后，鏈路速率已經(jīng)基本被搶占完，速率僅為1.43KB/s（見圖20）。

圖20 鏈路速率保障后速率搶占情況

查看臺(tái)式電腦對(duì)流量占用的變化統(tǒng)計(jì)，從第6分鐘開始，流量開始被搶占（圖21）。

圖21 臺(tái)式電腦對(duì)流量的占用情況

查看筆記本對(duì)流量占用的變化統(tǒng)計(jì)，從第6分鐘開始，開始搶占流量（圖22）。

圖22 筆記本電腦對(duì)流量的占用情況

測試小結(jié)：

（1）流量控制網(wǎng)關(guān)能有效實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)流量的及時(shí)搶占，以滿足關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)鏈路速率的合理要求。

（2）當(dāng)鏈路中沒有保障的應(yīng)用時(shí)，別的管道可以使用此管道中的鏈路速率，從而使鏈路的使用效率達(dá)到最優(yōu)。

3. 鏈路速率預(yù)留

功能說明：在總鏈路速率出口中劃分獨(dú)立速率通道（管道），將應(yīng)用放入此管道，且此應(yīng)用將獨(dú)享此通道速率，無論出口如何擁塞，均不能搶占此管道中的鏈路速率。此功能用于保障內(nèi)部重要應(yīng)用系統(tǒng)的鏈路速率，不會(huì)因?yàn)殒溌妨髁窟^大而影響重要應(yīng)用系統(tǒng)的使用效果。如圖23所示，可以對(duì)Maximo系統(tǒng)預(yù)留速率通道250kb/s。

圖23 鏈路速率預(yù)留

測試思路：對(duì)筆記本電腦的迅雷流量進(jìn)行速率預(yù)留，預(yù)留速率為600kb/s（75KB/s），如圖24所示。

臺(tái)式電腦開啟迅雷，查看筆記本迅雷下載流量是否被搶占。

圖24 預(yù)留速率為600kb/s

測試效果：啟用策略后，筆記本的迅雷下載速率恒定在60～70KB/S左右（見圖25）。

圖25 鏈路速率預(yù)留后下載速率

測試小結(jié)：

開啟速率預(yù)留策略后，流量不會(huì)被搶占，可以有效保障重要應(yīng)用系統(tǒng)的鏈路速率。

3.5 測試結(jié)論

通過對(duì)上述測試數(shù)據(jù)和鏈路速率的需求分析比較，總結(jié)應(yīng)用系統(tǒng)如Maximo，Notes的合理鏈路速率分配要求如下：（衛(wèi)星鏈路速率為1 024kb/s）

Maximo系統(tǒng)：鏈路速率范圍120kb/s～150kb/s。

Notes系統(tǒng)：鏈路速率范圍300kb/s～400kb/s。

同時(shí)通過流量控制網(wǎng)關(guān)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行帶寬分配保障與優(yōu)先級(jí)設(shè)置，使得海上油氣田關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用得到優(yōu)先及時(shí)響應(yīng)，保障重要應(yīng)用系統(tǒng)所需鏈路帶寬，限制非核心互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶寬占用，提高衛(wèi)星鏈路有效利用率，滿足海上用戶日常生產(chǎn)與辦公需要。

4. 優(yōu)化建議

根據(jù)海上油氣田現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)及優(yōu)化管理目標(biāo)，進(jìn)行了詳細(xì)的應(yīng)用系統(tǒng)鏈路帶寬分配與保障措施的測試，最終建議在陸地核心交換機(jī)與海上油氣田各衛(wèi)星鏈路所匯聚的路由器之間透明部署一臺(tái)流量控制網(wǎng)關(guān)設(shè)備，承擔(dān)海上油氣田各作業(yè)區(qū)衛(wèi)星鏈路帶寬的優(yōu)化及管理。部署和安裝非常方便，不影響現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)施簡單。整體部署方案如圖26所示。

圖26 海上油氣田作業(yè)區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

為了達(dá)到良好管控的效果，建議對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)和用戶應(yīng)用做以下的管控策略（表3）。

表3 管控策略

5 結(jié)束語

通過海上油氣田網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶寬優(yōu)化測試，使用流量控制網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)所需帶寬進(jìn)行限制、保障和預(yù)留，從而建立一整套應(yīng)用系統(tǒng)帶寬分配、優(yōu)先級(jí)設(shè)置的鏈路保障機(jī)制。結(jié)合現(xiàn)有的通信方式，通過冗余和負(fù)載均衡來實(shí)現(xiàn)鏈路保障，加強(qiáng)海上油氣田應(yīng)用系統(tǒng)鏈路訪問的可靠性，形成標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)，最終達(dá)到海上油氣田網(wǎng)絡(luò)帶寬優(yōu)化的目標(biāo)。

[1] 王寶濟(jì)．網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實(shí)用指南．北京：人民郵電出版社，2008

[2] 伍俊明，雍建明，羅軍舟．基于策略的網(wǎng)絡(luò)管理．計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2006

[3] 孫賢淑．IP網(wǎng)絡(luò)流量測量的研究與應(yīng)用[D]．北京：北京郵電大學(xué)[碩士論文]，2005

[4] 許勇，吳忠堂．網(wǎng)絡(luò)流量采集與分析系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的研究與實(shí)現(xiàn)[D]．廣州：華南理工大學(xué)[碩士論文]，2004

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.01.003

TN510， TP393

A

1672-7274（2014）1-0017-07