基于云計算技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)是智慧城市網(wǎng)絡(luò)一體化檢測、管理與控制的主要工具。在網(wǎng)絡(luò)通信過程中，為保證對數(shù)據(jù)信息的有效監(jiān)控和提升篩查準確率，本文設(shè)計出一種基于云計算技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)。利用云計算技術(shù)進行優(yōu)化，通過電路提供AP3402KTTR-G1所需的傳輸電子量，再將控制器與通信器進行連接，最終搭建系統(tǒng)硬件運行環(huán)境。在硬件配置基礎(chǔ)上連接監(jiān)控協(xié)議，合理選擇端口模式，對密碼程度進行編寫。同時聯(lián)合軟硬件結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，進而完成基于云計算技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。測試表明，與基于QT框架的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的篩查具有更高精度，監(jiān)控指令運行周期均值較低，能滿足智慧城市網(wǎng)絡(luò)通信需求，具有良好的實用價值。

關(guān)鍵詞：云計算；網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控；智慧城市；密碼編寫；端口選擇

中圖分類號：TN 915 " " " " " 文獻標志碼：A

隨著智慧城市的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信已具有更高的控制水平，數(shù)據(jù)總量也會提升，部分節(jié)點信號的篩查效果隨之降低。要想規(guī)避問題，網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控是最有效的方法。但網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息量不斷增加，導致系統(tǒng)負載增加，因此對網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控提出了更高要求[1]，需要根據(jù)目前需求開發(fā)全新的系統(tǒng)模式，云計算技術(shù)的融入即是有效措施[2]。因此本文設(shè)計出一種基于云計算技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)，可快速完成海量數(shù)據(jù)信息篩查，提升了使用效率，改進了網(wǎng)絡(luò)服務環(huán)境。

1 整體設(shè)計

云計算包括軟件服務、平臺服務及設(shè)施服務3類技術(shù)形式，各服務開發(fā)商與提供商給出的技術(shù)方案均會存在差異?；谠朴嬎慵夹g(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)采用面向服務架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA），具體由資源層、加工層、管理層以及服務層等構(gòu)成（如圖1所示）。作為系統(tǒng)頂層結(jié)構(gòu)的資源層可提供基礎(chǔ)的硬件設(shè)備、軟件資源以及應用程序等物理資源；加工層負責為整個系統(tǒng)加工各類資源，使資源可在相互作用下形成存儲資源池、計算資源池以及監(jiān)控資源池；管理層通過各類調(diào)度與應用程序，確保系統(tǒng)能夠有序、平穩(wěn)運行；服務層是系統(tǒng)的最底層，可通過封裝云計算的方法，并利用數(shù)據(jù)庫服務，在系統(tǒng)內(nèi)更好地管理與運用云計算。

2 硬件設(shè)計

基于云計算技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)的硬件運行環(huán)境由控制器、芯片電路以及通信器3個部分構(gòu)成，搭建過程如下。

2.1 控制器

控制器是系統(tǒng)的底層執(zhí)行元件，能夠同時與多臺主機保持并聯(lián)，既轉(zhuǎn)接通信器的數(shù)據(jù)信息，也收集芯片電路的電子量[3]。控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示。控制器可直接調(diào)取主機中的通信數(shù)據(jù)量，經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)整合網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，由此形成新的“數(shù)據(jù)包”，并將其發(fā)送至處理器[4]。處理器接收“數(shù)據(jù)包”后，根據(jù)監(jiān)控用戶的消耗需求啟動云計算程序，并同時顯示這些網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)。如果云計算可以保持較長時間的合理驅(qū)動，控制器便可進行長時間的穩(wěn)定輸出，直至主機顯示出持續(xù)信息，從而對監(jiān)控指令進行指向改寫和傳達。

2.2 芯片電路

芯片電路與系統(tǒng)的外部輸入電源連接，在協(xié)調(diào)電壓與電流配比的過程中，將分散的電子量整合為束狀[5]。AP3402KTTR-G1芯片電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，在應用電子連續(xù)輸入的情況下，AP3402KTTR-G1芯片會由“斷開”變?yōu)椤斑B接”，同時聯(lián)合電阻元件R1、R2、R3將已存儲的電子量反饋到下層執(zhí)行結(jié)構(gòu)中。R2的實際接入組織相對較高，能夠在高電平傳輸時占據(jù)大量傳輸電壓參量。再根據(jù)R1、R3的實際配比對其進行后續(xù)分壓協(xié)調(diào)[6]。電感器L處于芯片電路中層，在承上啟下的連接中實現(xiàn)對積累電子量的有序疏導。

2.3 通信器

通信器依托云計算技術(shù)，選用QSFP28高速通信器搭建設(shè)備。通信器兩端設(shè)置相同數(shù)量的接口，左接口與數(shù)據(jù)輸入端連接，右接口與數(shù)據(jù)輸出端連接。在云計算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，隨著數(shù)據(jù)傳輸量不斷變化，輸入端接口的占據(jù)狀態(tài)也會產(chǎn)生變化。在一般情況下，當待傳輸數(shù)據(jù)總量小于7×1015TB時，只有9個輸入端接口為滿額占據(jù)狀態(tài)；當待傳輸數(shù)據(jù)總量大于9×1015TB時，所有輸入端接口都能達到既定狀態(tài)，但后3個接口僅能實現(xiàn)階段性輸入。與輸入端接口相比，輸出端接口的傳輸能力更強。隨著待傳輸數(shù)據(jù)總量持續(xù)增加，接口的連接功能始終能夠保持良好狀態(tài)，直至將QSFP28存儲的所有通信信息轉(zhuǎn)存到下層應用結(jié)構(gòu)中。QSFP28高速光通信器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 軟件設(shè)計

在系統(tǒng)硬件支持下，根據(jù)連接協(xié)議、選擇端口及編寫密碼的處理流程進行系統(tǒng)軟件設(shè)計，與硬件運行環(huán)境結(jié)合進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整搭建。

3.1 連接協(xié)議

監(jiān)控協(xié)議連接情況見表1。系統(tǒng)主要包括4類監(jiān)控協(xié)議，即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UserDatagram Protocol，UDP）、傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）、隨機存取存儲協(xié)議（Random Access Memory，RAM）以及開放式系統(tǒng)互連協(xié)議（Open System Internetwork Reference Model，OSI）。UDP協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)通信的遠端口，主要受數(shù)據(jù)傳輸長度的影響，當硬件執(zhí)行能力改變時，協(xié)議連接功能也會隨之改變；TCP/IP協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)通信的源端口，當數(shù)據(jù)信息傳輸長度低于30時，協(xié)議連接不會受其他元件的影響；RAM協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)通信的信號衰弱區(qū)，雖然其在搜集數(shù)據(jù)信息方面具有較強的應用價值，但在云計算網(wǎng)絡(luò)中，該協(xié)議的功能空間未出現(xiàn)變化；OSI協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)通信的中層傳輸口，隨著芯片電路輸出能力提升，協(xié)議連接功能范圍也會相應擴大。

3.2 選擇端口

在選擇網(wǎng)絡(luò)通信端口的過程中，需要遵循應用層對應單一節(jié)點的原則?；谠朴嬎阍?，監(jiān)控協(xié)議與應用程序處于對應識別狀態(tài)，隨著網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋面不斷增大，信號傳輸最遠距離也相應增加。本文以nmin作為網(wǎng)絡(luò)通信端口的最小排序，以nmax作為網(wǎng)絡(luò)通信端口的最大排序。在序列空間中，最小排序與最大排序的差異越大，待篩查的網(wǎng)絡(luò)通信端口儲值就越大。δ表示既定云計算系數(shù)，該系數(shù)的表現(xiàn)量可對網(wǎng)絡(luò)通信端口的選取結(jié)果產(chǎn)生直接影響。綜合上述各變量，網(wǎng)絡(luò)通信端口的選取結(jié)果f如公式（1）所示。

（1）

式中：t表示網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骄担粀表示網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)目陀^條件；β表示監(jiān)控系數(shù)；vmax表示網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笾怠?/p>

3.3 編寫密碼

編寫密碼是軟件設(shè)計的末端環(huán)節(jié)，可在已定傳輸目標的傳輸過程中創(chuàng)建相鄰監(jiān)控節(jié)點應用連接，借此提升網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)承載力。在云計算空中，以amin作為最小傳輸系數(shù)，以amax作為最大傳輸系數(shù)。當d1與d2這2個不同地址逐漸明確后，密碼編寫流程也趨向完善，直至傳輸系數(shù)a不再發(fā)生任何改變，從而可進行系統(tǒng)化的監(jiān)控指令運行。綜合上述變量，并結(jié)合公式（1），網(wǎng)絡(luò)通信密碼的編寫結(jié)果g如公式（2）所示。

（2）

式中：λ表示編寫源系數(shù)；e表示傳輸通信參量；l表示云計算處理權(quán)限。

由此即可完成各類軟件設(shè)計和軟件運行環(huán)境的搭建。

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

MariaDB 2010數(shù)據(jù)庫的服務穩(wěn)定、體積小、易于安裝維護、自主性與使用成本較低且開放源代碼無版本制約，受開發(fā)者青睞，因此本文將MariaDB 2010作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)通過MariaDB 2010數(shù)據(jù)庫存儲信號傳輸、傳輸媒體、信號編碼等信息，通過InnoDB創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接，通過MyISAM執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作命令，并通過DBDataadapter顯示外部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。DBqIQuery執(zhí)行DB語句，對數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進行增刪和調(diào)整，DBRecord負責記錄封裝數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設(shè)計完成后，采用云計算技術(shù)完成網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)組建。

5 系統(tǒng)測試

為驗證系統(tǒng)實用價值，本文設(shè)計了2種不同系統(tǒng)的比較測試。在網(wǎng)絡(luò)通信中截取相應數(shù)據(jù)作為研究對象，其他參量保持不變，記錄指標變化情況。測試組搭載本文系統(tǒng)，參照組搭載基于QT框架的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)。

5.1 精度篩查

精度指標（Accuracy Index，AI）可反映系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的篩查準確率。一般而言，精度指標的數(shù)值越大，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的篩查準確率也越高，反之則越低。測試組與參照組的精度指標變化情況見表2。根據(jù)測試可知，隨著時間增加，測試組的精度指標呈先降、后升再趨于平穩(wěn)的趨勢，最高值為76.32%。參照組的精度指標在短時穩(wěn)定后開始快速下降，最高值僅為49.75%，與測試組最高值相比下降了26.57%。由此可見，隨著本文系統(tǒng)的實際應用，精度指標顯著上升，對數(shù)據(jù)的篩查準確率具有積極意義。

5.2 運行周期

在一定程度上，監(jiān)控指令運行周期可有效體現(xiàn)系統(tǒng)應用能力。在實際工作中，隨著運行周期均值不斷下降，系統(tǒng)應用能力持續(xù)提高，反之則下降。測試組與參照組的監(jiān)控指令運行周期均值變化情況見表3。根據(jù)測試可知，網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量增加使2組的監(jiān)控指令運行周期均值上升，但測試組的上升速度遠低于參照組。從極值角度審視，測試組的監(jiān)控指令運行周期均值最高為7.81s，遠低于參照組的最高值15.12s。由此可知，隨著本文系統(tǒng)的實際應用，監(jiān)控指令運行周期均值顯著降低，在設(shè)定好的監(jiān)控時間內(nèi)能夠發(fā)揮系統(tǒng)的實際應用能力。

6 結(jié)語

在智慧城市網(wǎng)絡(luò)一體化建設(shè)的背景下，快速增長的數(shù)據(jù)信息量給網(wǎng)絡(luò)通信模式帶來了機遇與挑戰(zhàn)。本文針對網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境，結(jié)合現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)通信需求，設(shè)計出基于云計算技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)，旨在完善智慧城市信息化社會服務模式。根據(jù)測試可知，本文系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息有較高的篩查精確度，監(jiān)控指令運行周期均值較低，能夠滿足智慧城市網(wǎng)絡(luò)通信需求，可及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。同時，隨著技術(shù)不斷更新，后續(xù)研究應致力于將MESH自組網(wǎng)、5G技術(shù)應用于網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控系統(tǒng)，從而為智慧城市建設(shè)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信可持續(xù)發(fā)展提供不竭動力。

參考文獻

[1]張洪波.基于云計算的機器人狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)[J].機械設(shè)計與制造工程，2022，51（7）：72-77.

[2]王真云，俞雯靜，臧家寧，等.云計算訪問控制的電力監(jiān)控涉密自檢模型[J].西安工程大學學報，2022，36（3）：131-136.

[3]張甫.探討基于Nagios的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子元器件與信息技術(shù)，2021，5（6）：212-213.

[4]肖福建.通訊設(shè)備故障監(jiān)控系統(tǒng)擴容及日常使用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（11）：16.

[5]王紅艷，李選芒.基于數(shù)據(jù)挖掘的物流信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2022，30（6）：71-75.

[6]閆常麗.網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中一般離散信道容量的討論[J].河北建筑工程學院學報，2022，40（1）：208-210.