基于目錄哈希樹的電力通信網絡數據容災備份

劉元瑩

（國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司，江蘇鎮江 212002）

容災備份處理是解決電力通信數據安全的一個重要手段，其是對電力通信網絡環境中的數據進行高度集中化處理，并同時保障傳輸信息的副本存儲異地性與冗余性。在實施異地信息按需調度時，容災備份機制能夠有效抵御突發性數據對電力通信網絡造成的影響。一方面增強網絡主體的應用安全性，另一方面也可實現對通信數據信息的高度集中化處理[1-2]。數據容災備份處理的核心在于數據信息的同步。一般來說，信息參量間的同步傳輸等級越高，通信網絡主機所具備的集中化存儲能力也就越強。

受到節點轉存能力的影響，隨著數據信息傳輸量的增大，電力通信網絡中的信息傳輸完整性很難持續保持高水平的狀態，這也是導致數據庫主機集中性存儲能力不斷下降的主要原因。為解決上述問題，引入目錄哈希樹，設計電力通信網絡數據的容災備份方法，通過網絡節點重新部署的方式，均衡通信數據信息之間的負載關系，再利用Windows 存儲棧，設置容災備份服務對象的具體連接格式，進而實現對容災備份頻率指標數值的規劃與計算。

1 基于目錄哈希樹的容災備份組網

電力通信網絡數據的容災備份組，包含目錄哈希樹定義、網絡節點部署、數據負載均衡三個處理環節，具體搭建操作流程如下。

1.1 目錄哈希樹定義

在電力通信網絡中，目錄哈希樹節點為一個完整的七元組結構，表示為＜*father,hash,hashMap,flag,path,fileName,childSET＞。其中，*father 節點表示目錄哈希樹結構中的父節點指針，標注了電力通信數據的起始傳輸位置。hash 節點是可供電力通信網絡直接查詢的數據信息標志位，大多數取值結果為“0”或“1”，但初始數值始終為“0”。hashMap節點為與電力通信數據相關的哈希列表文件夾，同時包含當前情況下所有與電力通信數據相關的哈希值定義結果。flag 為目錄哈希樹結構中信息節點的遍歷次數值，該項指標的物理取值越大，目錄哈希樹結構的穩定性水平也越高。path 節點為電力通信網絡中的數據信息文件或文件夾路徑[3-4]。fileName 節點為數據信息文件或文件夾的名稱，包含哈希命名、表單命名兩種形式。childSET 節點為目錄哈希樹本層目錄下的文件夾名稱，如果文件夾內的通信數據存儲為空值，則表明數據信息參量對應為低速傳輸狀態。

1.2 網絡節點部署

為適應電力通信網絡數據的容災備份需求，網絡節點部署應分別從數據層、列表層、資源層三個方向實施調試，如圖1 所示。其中，數據層位于電力通信網絡最頂端，能夠感應目錄哈希樹結構的存在形式，并根據通信數據信息的傳輸量條件，更改待備份信息的轉錄格式，從而實現對通信數據的高度化集中存儲[5-6]。列表層位于電力通信網絡中部，向上接收來自數據層的電力信息參量，向下與資源層建立良好的數據互通關系。資源層位于電力通信網絡最底端，在目錄哈希樹結構作用下，該層級體系負責調整待處理的信息參量，并二次調試相關通信節點所處位置。

圖1 電力通信網絡的節點部署

出于應用安全性考慮，數據信息參量在電力通信網絡中的傳輸方向只能由上級指向下級。

1.3 數據負載均衡

負載均衡是一種對電力通信數據流量均衡分配的服務，可將容災備份工作分攤到各個不同的網絡節點上進行操作，共同完成對通信數據信息的處理任務。這種操作方法能夠很好地擴展電力通信網絡對于目錄哈希樹結構的服務能力，通過多次分發數據信息流量的方式，消除邊緣節點對電力通信網絡集中存儲節點的影響，從而提升數據信息的傳輸完整性水平[7-8]。在電力通信吞吐量激增的情況下，數據容災備份速度極易受到影響，從而產生較為明顯的信息傳輸波動，抑制數據參量的高度集中性存儲環境。而數據負載均衡處理行為的存在，較好地適應了電力通信吞吐量的上升趨勢，在維持數據信息存儲集中性的同時，促進容災備份指令的快速執行[9-10]。設代表電力通信的吞吐量實值，代表電力通信數據的流量傳輸均值，Q代表通信數據負載系數，δ代表電力通信服務擴展系數，p′代表電力通信網絡中容災備份節點的部署條件，聯立上述物理量，可將電力通信數據的負載均衡條件表示為：

數據負載均衡處理消耗了電力通信網絡中大量待容災備份的數據信息，這也是實現信息參量高度集中存儲的關鍵處理環節。

2 電力通信網絡的數據容災備份處理

聯合目錄哈希樹結構，按照Windows 存儲棧構建、服務對象設置、容災備份頻率計算的執行流程，實現電力通信網絡的數據容災與備份處理。

2.1 Windows存儲棧

由于目錄哈希樹的存在，Windows 存儲棧可將電力通信網絡中的信息參量直接整合，并按照服務對象節點的分布形式，規劃數據容災備份指令的實施強度。電力通信服務與數據容災備份服務之間始終保持較高強度的信息互傳連接[11-12]。數據傳輸驅動程序、通信數據轉存程序可同時干擾目錄哈希樹的運轉能力，若以電力通信網絡數據容災以及備份處理作為行為目標，則可認為在通信端口與哈希端口同時連接的情況下，網絡體系在單位時間內存儲的數據信息量越大。Windows 存儲棧體系結構如圖2 所示。

圖2 Windows存儲棧體系結構

Windows 存儲棧所具備的通信數據轉存能力全部由體系結構底層的存儲設備提供。

2.2 服務對象設置

服務對象的設置是針對電力通信網絡中未存儲信息進行的行為化處理，但在已知Windows 存儲棧應用能力的情況下，過于散亂的節點排布形式不但會導致數據信息存儲集中性水平的下降，還會適度加大數據的容災備份處理壓力[13-14]。為解決上述問題，在電力通信網絡中盡可能地將通信數據信息歸于同一存儲位置，一方面降低信息參量在網絡環境中的傳輸強度，為數據的容災備份處理提供保障，另一方面也能夠充分滿足對于電力通信數據的高度集中化存儲需求。設λ表示數據服務節點分類次數，表示與Windows 存儲棧匹配的數據信息過濾條件，聯立式（1），可將電力通信網絡數據容災備份服務對象設置結果表示為：

其中，x表示電力通信數據的預設存儲數值，表示電力通信數據的實際存儲數值。由于信息傳輸量需求的不同，在數據容災備份處理過程中，服務對象的設置標準也有所不同。

2.3 容災備份頻率

容災備份頻率應與電力通信網絡中數據信息的存儲需求完全匹配，特別是在目錄哈希樹結構的作用下，過高或過低的容災備份頻率數值，都有可能對網絡主體所具備的數據存儲能力造成影響。容災備份實際上是兩個完全獨立的物理概念，“容災”是指在通信系統遭受攻擊時可通過資源平均分配的方式，保障網絡體系的正常運行能力；“備份”則是借助數據庫主機對電力通信網絡數據進行多次轉存，從而避免重要信息參量出現丟失的情況[15-16]。選取a、b作為兩個不同的通信網絡節點編碼系數，Ta、Tb分別代表與系數a和系數b匹配的通信數據轉存目標值，聯立式（2），可將容災備份頻率計算結果表示為：

3 實例分析

連接數據庫集群、網絡服務器、電力通信平臺等多個硬件設備結構，所有電力通信數據的傳輸方向完全固定，只能由數據庫集群設備，經由備份設備與網絡容災中心，最終進入電力專線通信網絡中。容災備份原理如圖3 所示。

圖3 電力通信網絡數據容災備份原理

采用目錄哈希樹，篩選電力通信網絡構建所需的數據信息，在主哈希結構保持穩定的情況下，子目錄延伸距離越長，代表該場景下的數據信息容量值越大。數據篩選如圖4 所示。

圖4 基于目錄哈希樹的通信數據篩選

分別以10 GB、20 GB、30 GB、40 GB 的數據信息容量條件作為實驗環境，記錄在不同輸出條件下，電力通信數據容災存儲速率的具體變化情況，如圖5所示。

圖5 電力通信數據容災存儲速率

由圖5 可知，理想情況下，隨著數據輸出量的增大，電力通信數據容災存儲速率也會表現出不斷增大的變化情況，但其平均上升幅度相對較小。而在目錄哈希樹容災備份方法作用下，隨著數據輸出量的增大，電力通信數據容災存儲速率依然保持不斷增大的變化趨勢，且平均上升幅度也出現了明顯增大，最大速率值超過了110 Mb/s，能夠對已輸出的電力信息參量進行快速的容災存儲。

圖6 反映了電力通信數據容災量等于40 GB 時，信息備份量與備份時間的影響關系。

圖6 電力通信數據備份時間

由圖6 可知，在電力通信數據容災量恒定的情況下，信息備份量越大則所需的備份時間也就越長，但與理想數值相比，應用目錄哈希樹容災備份方法后，通信數據備份時間的上升幅度明顯更小，符合快速備份電力通信數據的實際應用需求。

4 結束語

目錄哈希樹作為一項可行的電力通信網絡定義原則，能夠在維持節點部署平衡關系的同時，促進網絡環境中的數據負載情況快速趨于均衡性表現狀態，且由于Windows 存儲棧的存在，電力通信網絡中的數據容災備份頻率值不斷增大，可為待服務對象提供更為可行的執行環境。電力通信網絡數據容災備份方法不但在網絡體系中形成了高度集中的信息存儲環境，也保障了數據信息的傳輸完整性，這對于目錄哈希樹結構的應用價值作出了較好印證。