負載均衡的分布式網絡管理系統

文/胡倩菲

分布式網絡（Distributed network）由分布在不同地點且具有多個終端的節點機互連而成，每一個節點均至少與兩條線路相連，任意一條線路發生故障，通信可轉經其他鏈路完成，具有較高的可靠性和可擴展性。嘗試對分布式網絡管理系統進行優化，可著眼于其負載狀態，本文就負載均衡進行研究，給出優化方法。

1 負載均衡的分布式網絡管理系統設計思路

1.1 拓撲結構

負載均衡的分布式網絡管理系統，其拓撲結果可大致分為兩個部分，即原有工作系統和附加的優化系統。優化系統包括可編程邏輯控制器、通信結構以及傳感器、執行元件等。在實際工作中，傳感器負責收集網絡用戶（固定控制系統下）的用網信息，通信結構負責將對應信息傳遞給邏輯控制器，邏輯控制器再下達調度指令，由執行元件負責執行，實現網絡資源的快速、合理調度。分布式網絡管理系統不同線路均可獨立工作，這些線路的存在實際上提升了通信活動的可靠性和有效性，也為其他結構的廣泛連接提供了保障。

1.2 關鍵技術

支持分布式網絡管理系統實現負載均衡的關鍵技術，除上文所述的可編程邏輯控制技術、傳感技術之外，包括CAN總線技術、智能技術、有線通信技術以及集成技術、嵌入技術等。CAN總線技術為各類獨立進行的通信活動提供了平臺，也具有良好的可擴展性，智能技術滿足自適應、自動化作業要求。有線通信技術主要服務于系統內的通信活動，以固定信道保證通信的完整性，避免互擾問題。集成技術強調將上述各項技術納入到整體之中，保證各個環節的可控性，嵌入技術則作為上述技術的補充，使系統具備更全面的功能。

2 負載均衡的分布式網絡管理系統實現方法

表1：實驗結果

2.1 嘗試實驗的目標

現有的分布式網絡管理系統，雖然能夠實現獨立管理和問題處理，但網絡資源的分配并不是均衡的，可能出現部分用戶資源缺乏、部分用戶資源閑置等問題。本次研究擬通過上述技術和設計思路，實現分布式網絡管理系統的負載均衡，這種均衡的重點在于能夠實現資源管理的實時化和自動化，較傳統的人工調節模式和固定模式，更有助于實現資源的高效分配。

2.2 模糊控制和自適應能力

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，集成到控制器一端。所謂模糊控制，是以傳感器為核心，了解各個分布式管理目標的用網狀態，當其出現異常時（用網增加或中止），可快速了解該信息，并反饋至控制中心。考慮到用網異常的原因多樣，不能在問題出現的一瞬間即進行網絡資源的分配改變，需要借助自適應系統，對信息進行更有效的甄別。自適應系統是智能技術支持下的工作模塊，在進行設計時，要求收集控制系統下的各個網絡用戶用網狀態信息，如商民兩用建筑的商用部分，進入晚間18：00點后，用網需求大大降低，而民用部分在晚間18:00后，網絡需求量又會激增。與此同時，某一個或幾個商戶可能在晚間依然存在用網需求，僅在18:00出現一段時間的中斷。自適應系統持續進行信息收集，確定用戶在一段時間內未出現用網情況，再將信息傳遞給控制器，由控制器下達資源分配調整指令。如果用戶重新用網，依然以自適應系統感知其信息，進行網絡資源的重新調配。

2.3 范圍性實時通信

范圍性實時通信，是指將通信作業作為一種帶有規律性的工作機制，并在整個控制下實現全范圍應用。考慮到分布式網絡管理系統本身帶有一定的工作獨立性，通信活動應確保能夠契合所有現有控制單元工作要求，同時能夠滿足可能出現的擴展需要。其核心規律為固定間隔通信，其次還包括特殊情況通信。固定間隔通信，是指傳感器在完成了信息收集后，應以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容，包括用網異常、網絡中斷等等。特殊情況通信則是指在網絡出現明顯異常時，直接給出必要的應急處理，如網絡信道嚴重擁堵等等。實時通信的價值在于，可進一步提升分布式網絡管理系統的工作敏感性，實現高效率的網絡負載均衡化。

2.4 模擬分析

以某學校作為模擬對象，該學校內的商戶營業至晚間18:00，辦公區域多于晚間19:30分后降低用網需求，部分商戶門市營業至深夜。學生公寓于晚間19:00后進入用網高峰，教學樓用網高峰為日間。校內原應用分布式網絡管理系統，但無負載均衡能力，晚間學生公寓用網卡頓，日間教學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算機模型，進行重復性實驗，以模糊控制和自適應能力、范圍性實時通信等技術為依托，采用參數調整法進行實驗，可變參數為用網需求，實驗共進行120次，依次調整公寓（30次）、教學樓（30次）、辦公區域（30次）和商戶（30次）的用網需求，每次變更一個參數，其他參數恒定不變（默認為較低水平）。以網絡延遲和通信速度為觀察指標，實驗結果如表1所示。

從實驗結果上看，新的分布式網絡管理系統能夠實驗負載均衡，閑置資源得到了充分調用。收集此前該校網絡工作信息：延遲平均為8.5ms，通信速度平均為3.41Mb/s，調整后的分布式網絡管理系統性能更理想。

3 總結

綜上，分布式網絡管理系統的負載均衡，在現有技術條件下具有可實現空間。其拓撲結構包括可編程邏輯控制器、通信結構以及傳感器等，關鍵技術則包括CAN總線技術、有線通信技術以及集成技術等。以模糊控制、自適應能力以及范圍性實時通信作為支持，模擬結果證明了上述設計的價值，可作為經驗參考。