負(fù)載均衡的分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

文/胡倩菲

分布式網(wǎng)絡(luò)（Distributed network）由分布在不同地點(diǎn)且具有多個(gè)終端的節(jié)點(diǎn)機(jī)互連而成，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均至少與兩條線路相連，任意一條線路發(fā)生故障，通信可轉(zhuǎn)經(jīng)其他鏈路完成，具有較高的可靠性和可擴(kuò)展性。嘗試對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，可著眼于其負(fù)載狀態(tài)，本文就負(fù)載均衡進(jìn)行研究，給出優(yōu)化方法。

1 負(fù)載均衡的分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

負(fù)載均衡的分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，其拓?fù)浣Y(jié)果可大致分為兩個(gè)部分，即原有工作系統(tǒng)和附加的優(yōu)化系統(tǒng)。優(yōu)化系統(tǒng)包括可編程邏輯控制器、通信結(jié)構(gòu)以及傳感器、執(zhí)行元件等。在實(shí)際工作中，傳感器負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)用戶（固定控制系統(tǒng)下）的用網(wǎng)信息，通信結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)將對(duì)應(yīng)信息傳遞給邏輯控制器，邏輯控制器再下達(dá)調(diào)度指令，由執(zhí)行元件負(fù)責(zé)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的快速、合理調(diào)度。分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)不同線路均可獨(dú)立工作，這些線路的存在實(shí)際上提升了通信活動(dòng)的可靠性和有效性，也為其他結(jié)構(gòu)的廣泛連接提供了保障。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

支持分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的關(guān)鍵技術(shù)，除上文所述的可編程邏輯控制技術(shù)、傳感技術(shù)之外，包括CAN總線技術(shù)、智能技術(shù)、有線通信技術(shù)以及集成技術(shù)、嵌入技術(shù)等。CAN總線技術(shù)為各類獨(dú)立進(jìn)行的通信活動(dòng)提供了平臺(tái)，也具有良好的可擴(kuò)展性，智能技術(shù)滿足自適應(yīng)、自動(dòng)化作業(yè)要求。有線通信技術(shù)主要服務(wù)于系統(tǒng)內(nèi)的通信活動(dòng)，以固定信道保證通信的完整性，避免互擾問題。集成技術(shù)強(qiáng)調(diào)將上述各項(xiàng)技術(shù)納入到整體之中，保證各個(gè)環(huán)節(jié)的可控性，嵌入技術(shù)則作為上述技術(shù)的補(bǔ)充，使系統(tǒng)具備更全面的功能。

2 負(fù)載均衡的分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

表1：實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 嘗試實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)

現(xiàn)有的分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立管理和問題處理，但網(wǎng)絡(luò)資源的分配并不是均衡的，可能出現(xiàn)部分用戶資源缺乏、部分用戶資源閑置等問題。本次研究擬通過上述技術(shù)和設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的負(fù)載均衡，這種均衡的重點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)資源管理的實(shí)時(shí)化和自動(dòng)化，較傳統(tǒng)的人工調(diào)節(jié)模式和固定模式，更有助于實(shí)現(xiàn)資源的高效分配。

2.2 模糊控制和自適應(yīng)能力

以可編程邏輯控制器為核心，將所有分布式管理線路借助CAN總線系統(tǒng)，集成到控制器一端。所謂模糊控制，是以傳感器為核心，了解各個(gè)分布式管理目標(biāo)的用網(wǎng)狀態(tài)，當(dāng)其出現(xiàn)異常時(shí)（用網(wǎng)增加或中止），可快速了解該信息，并反饋至控制中心。考慮到用網(wǎng)異常的原因多樣，不能在問題出現(xiàn)的一瞬間即進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的分配改變，需要借助自適應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)信息進(jìn)行更有效的甄別。自適應(yīng)系統(tǒng)是智能技術(shù)支持下的工作模塊，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要求收集控制系統(tǒng)下的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶用網(wǎng)狀態(tài)信息，如商民兩用建筑的商用部分，進(jìn)入晚間18：00點(diǎn)后，用網(wǎng)需求大大降低，而民用部分在晚間18:00后，網(wǎng)絡(luò)需求量又會(huì)激增。與此同時(shí)，某一個(gè)或幾個(gè)商戶可能在晚間依然存在用網(wǎng)需求，僅在18:00出現(xiàn)一段時(shí)間的中斷。自適應(yīng)系統(tǒng)持續(xù)進(jìn)行信息收集，確定用戶在一段時(shí)間內(nèi)未出現(xiàn)用網(wǎng)情況，再將信息傳遞給控制器，由控制器下達(dá)資源分配調(diào)整指令。如果用戶重新用網(wǎng)，依然以自適應(yīng)系統(tǒng)感知其信息，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的重新調(diào)配。

2.3 范圍性實(shí)時(shí)通信

范圍性實(shí)時(shí)通信，是指將通信作業(yè)作為一種帶有規(guī)律性的工作機(jī)制，并在整個(gè)控制下實(shí)現(xiàn)全范圍應(yīng)用?？紤]到分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)本身帶有一定的工作獨(dú)立性，通信活動(dòng)應(yīng)確保能夠契合所有現(xiàn)有控制單元工作要求，同時(shí)能夠滿足可能出現(xiàn)的擴(kuò)展需要。其核心規(guī)律為固定間隔通信，其次還包括特殊情況通信。固定間隔通信，是指?jìng)鞲衅髟谕瓿闪诵畔⑹占?，?yīng)以5-10s為間隔，將收集所獲的信息傳遞給邏輯控制器，由邏輯控制器分析信息內(nèi)容，包括用網(wǎng)異常、網(wǎng)絡(luò)中斷等等。特殊情況通信則是指在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)明顯異常時(shí)，直接給出必要的應(yīng)急處理，如網(wǎng)絡(luò)信道嚴(yán)重?fù)矶碌鹊?。?shí)時(shí)通信的價(jià)值在于，可進(jìn)一步提升分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的工作敏感性，實(shí)現(xiàn)高效率的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡化。

2.4 模擬分析

以某學(xué)校作為模擬對(duì)象，該學(xué)校內(nèi)的商戶營業(yè)至晚間18:00，辦公區(qū)域多于晚間19:30分后降低用網(wǎng)需求，部分商戶門市營業(yè)至深夜。學(xué)生公寓于晚間19:00后進(jìn)入用網(wǎng)高峰，教學(xué)樓用網(wǎng)高峰為日間。校內(nèi)原應(yīng)用分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，但無負(fù)載均衡能力，晚間學(xué)生公寓用網(wǎng)卡頓，日間教學(xué)工作則受到下載速度慢、延遲較高等問題的困擾。收集該校資料建立計(jì)算機(jī)模型，進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，以模糊控制和自適應(yīng)能力、范圍性實(shí)時(shí)通信等技術(shù)為依托，采用參數(shù)調(diào)整法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可變參數(shù)為用網(wǎng)需求，實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行120次，依次調(diào)整公寓（30次）、教學(xué)樓（30次）、辦公區(qū)域（30次）和商戶（30次）的用網(wǎng)需求，每次變更一個(gè)參數(shù)，其他參數(shù)恒定不變（默認(rèn)為較低水平）。以網(wǎng)絡(luò)延遲和通信速度為觀察指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，新的分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能夠?qū)嶒?yàn)負(fù)載均衡，閑置資源得到了充分調(diào)用。收集此前該校網(wǎng)絡(luò)工作信息：延遲平均為8.5ms，通信速度平均為3.41Mb/s，調(diào)整后的分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)性能更理想。

3 總結(jié)

綜上，分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的負(fù)載均衡，在現(xiàn)有技術(shù)條件下具有可實(shí)現(xiàn)空間。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括可編程邏輯控制器、通信結(jié)構(gòu)以及傳感器等，關(guān)鍵技術(shù)則包括CAN總線技術(shù)、有線通信技術(shù)以及集成技術(shù)等。以模糊控制、自適應(yīng)能力以及范圍性實(shí)時(shí)通信作為支持，模擬結(jié)果證明了上述設(shè)計(jì)的價(jià)值，可作為經(jīng)驗(yàn)參考。