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目 录

1 引言 6

2 研究背景及相关技术 6

2.1 用电采集系统 6

2.2 国内外研究现状 7

3 eNSP实现仿真环境 10

3.1 eNSP介绍 10

3.2 软件特点 10

3.3 部分命令 11

3.4 虚拟设备 11

4 链路评价方法的设计 13

4.1 基于ICMP的网络探测 13

4.1.1 ping功能的应用与介绍 13

4.1.2 ping命令的使用方法 15

4.2 链路健康度 16

4.3 评价指标的选取 16

4.4 链路健康度的计算 19

5 监测系统实现 21

5.1 系统模块设计 21

5.2 系统功能实现 22

5.2.1 读取IP功能实现 22

5.2.2 数据处理功能实现 24

5.2.3 检错设备功能实现 24

5.2.4 发出警报功能实现 24

5.3 实验验证与结果分析 25

5.3.1 网络仿真 25

5.3.2 实验方案及结果分析 26

5.3.2.1 方案一：模拟监测设备正常工作下的链路状态 32

5.3.2.2 方案二：模拟监测设备出错下的链路状态 33

5.3.2.3 方案三：模拟监测链路拥塞下的链路状态 35

5.3.2.4 方案四：模拟监测受到攻击后的链路状态 35

5.3.2.5 实验小结 36

6 结束语 36

参考文献 37

致谢 39

用电采集系统骨干链路监测系统的设计与实现

蒋刘燃

，China

Abstract: Remote power acquisition system has been widely used in power supply management, a large number of collection terminal through the virtual dedicated channel telecom operators, in the form of a wireless network connected to the electricity network management system. This access mode greatly reduces the user's network construction cost. However, because the virtual private channel only allows users to monitor the status of the business terminal through ICMP protocol, it also brings difficulties to the network monitoring of the power collection system. It is very important to improve the backbone link monitoring of the power collection system, to implement the effective "link health" assessment, and to design and implement the relevant monitoring system. Based on ICMP protocol and the basic method of link monitoring, design a simple link health degree of evaluation indexes, through the change of the health monitoring link, link congestion, link interruption of network state monitoring. The simulation experiment based on the eNSP system shows that the system can find the state change of the link.

Key words: power acquisition system; backbone link monitoring; link health; ICMP

1 引言

现代信息化技术发展的脚步越来越迅速，基于这一背景，国家相关电力系统网络的信息化程度不断提高，网络环境也越来越复杂。在互联网中，丰富的网络应用极大地方便了人们的日常生活，网络业务和应用到的流量规模都有了质的发展。但是逐渐增多的网络应用及其多样化的业务使有限的网络带宽在分配上出现了难题，网络渐渐变得越来越难以管理。因此，在实际的网络管理中，需要配备专门的人员和系统来实施对网络流量的监控，以便于网络管理的优化，同样以此来满足用户更高层面的业务需求。

对于用电采集系统而言，站点管理的关键问题就是链路性能管理^[1]。在日益发展的用电需求背景下，链路的复杂度与难以监控度随之增加。那么此时，我们就迫切需要一种方法来进行测量与评估网络链路的整体性能状态、健康程度。本文中所提到的“链路健康度”管理办法，能够将链路中的时延、带宽、抖动等信息转化为直观地链路健康度数值，通过直观地监测数值信息，能够快速地找到骨干链路中的问题链路，从而快速而有效地解决用电采集系统中所出现的一系列繁杂问题。

用电信息的采集即是数据的采集与处理，数据的传输离不开骨干链路这一介质的支撑。电力系统相关站点和用电用户相关终端通过有关路由器、交换机等构建成遵循信息隐藏原则的网络链路。该网络链路遵循着TCP/IP协议将数据不断传输、不断返回。电力系统中，相关网络管理人员可以通过观察、研究数据包形成的网络流量数据，了解到用电采集系统的运行态势、骨干链路负载情况、网络安全状况、用户行为模式、业务数据的接受率，从而完善骨干链路的运行和维护。因此，实现骨干链路的监测系统对于分析网络链路性能、及时反馈异常信息具有重要的意义。

用电采集系统骨干链路的监测这一研究，近年来备受社会有关方面的关注^[2]。通过有效的数值评估，能够直观地反映链路状态的好坏，更加高效地找到问题链路并实施修复。

2 研究背景及相关技术

2.1 用电采集系统

目前，我国电力系统的正常运作已经离不开用电采集系统的支撑。用电采集系统的主要工作可以概括为以下三点：采集相关用电用户的用电数据、对用电返回数据进行分析处理和实时监控用电数据的波动。用电采集系统极大地提高了电力系统的工作成效，同时也大规模地促进了电网的智能化发展。一般来说，用电采集系统主要包含三个重要的组成部分：设备采集层、主站应用层和通信通道层。用电采集系统的底层是采集设备，主要作用为收集用户的完整用电情况及用电信息变化。采集设备与主站之间的链路构成了通信通道。在本文中，我们主要讨论的即是实现对通信通道层（网络链路）的监测。

全采集、全覆盖是用电采集系统建立初始的主要目标。系统要求全面覆盖所有用电客户，同时确保采集到完整的用户用电信息。但由于用户用电情况各不相同，用电较大的客户要求我们采集频率较大，可能每隔15min就要采集一次；用电较小的客户则可以减小采集频率，做到早晚各一次采集。这导致了用电采集系统相关技术方面还存在着待攻克的难题。所以，需要技术人员通过完善用电采集系统来实时监测网络链路的运行态势和电表计量装置的运行情况，如果发现运行异常，可以及时采取有效措施进行处理，提高电力系统运行的稳定性与安全性。

图1 用电采集系统组成结构

在本文中，我们引用了仿真环境来讨论用电采集系统骨干链路的监测，具体模拟拓扑结构会在实验章节提及。

2.2 国内外研究现状

近年来，网络链路的结构变得越来越复杂，基于用电用户数量的急速上升和业务类型的多样化，网络拥塞和服务质量的下降已经成为用户和管理终端的常见问题。于是当务之急就是加强网络链路的性能管理和实时监测网络流量的波动信息。然而实现链路的监测与管理需要建立三个必要的步骤：首先了解网络行为的一般特点，然后研究网络行为变化的共性，最后建设出表现网络行为的模型。从另一方面来说，网络规划与建设、网络安全监测、高性能协议设计等诸多研究工作的重要前提也是首先理解网络行为特征，而网络链路监测和分析是解决这一系列问题的基础。网络实时测量和分析可以确保用电采集系统的安全运行，因此网络链路流量监测越来越备受国内外关注。

主动测量技术和被动测量技术是网络流量测量的两种基本方式^[3]。它们实现规律各不相同，互有优缺点。主动测量技术的本质是向网络中注入流量从而实现对两指定端点的监测。它的主要应用分为跟踪和可视化Internet拓扑结构；一些网络中的特殊行为也可以应用主动测量技术来进行检测。被动测量技术的本质是直接利用网络中已有的流量来进行监测。收集流量信息、监测网络链路的流量需要采用被动测量技术在相关硬件设备中嵌入智能代理。其收集到的信息被用于进行各种网络行为分析：各种业务及应用分配到的流量分析，报文的长度分散分析等。数据传输过程中，数据的发送与返回间隔时间可以进一步被用来分析流量的分配规律、网络数据的受理率等。

上世纪70年代初开始研究网络测量技术，在80年代得以发展，90年代已经有了初步的体系。技术的进步主要体现在网络测量的方法、工具以及流量的测量模型。

美国相关部门于1992年开始研究互联网的基本行为特征，NIMI（National Internet Measurement Infrastructure）即国家互联网测量基本设备是美国有关方面较为成功的一项研究^[4]。它是根据伯克利大学韦恩帕克森教授编写的NPD（Netwok Probe Daemon）软件的一项改进结构所完成的项目。NIMI拥有搭建完善的网络测量基础框架，同时也是全球范围内首先执行成功端到端Internet行为测量的软件。NIMI框架采取主动测量技术来研究因特网网络行为：NPD测量探针被分散到网络链路中的各个节点，各探测单位共同工作，一同测量网络的链路性能并返回给监测人员相关的数据。通过NPD之间的流量测量数据的交换，监测系统得以全面了解链路的性能优异情况。通过各单位节点中NPD的部署，NIMI形成了一个可扩展的平台，能够随时扩展新的测量工具与测量节点，从而支持多点协作监测，体系结构在图2中可以看出：

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