一种数据中心网络设备信息采集节点部署方法

1.本技术涉及数据中心设备信息监控领域，具体涉及一种数据中心网络设备信息采集节点部署方法。


背景技术：

2.数据中心是新型电力系统数字化和智能化的基础支撑设施，数据中心的稳定运行是电力系统各类业务稳定运行的保障。数据中心设备信息的监控是对数据中心的设备进行运行维护的基础，通过对设备运行信息的持续监控，及时或者提前发现设备的异常状态，有助于提高数据中心的运维效率，保障各项业务的稳定运行。
3.目前数据中心网络设备信息监控的方式是网络管理站(网络设备信息采集节点)向网络中的每个设备代理以固定的频率发送数据请求，设备代理在接收到管理站的数据请求之后进行响应，将所需要的数据发送给管理站。由于采集间隔的存在，上述设备信息采集的方式可能无法获取设备运行状态的完整过程，且信息采集节点部署未考虑设备自身的运行状态和网络整体状态，导致网络设备信息采集无法满足实时性和准确性的要求。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种数据中心网络设备信息采集节点部署方法，采集节点的数量最少，设备节点数据采集的平均时延更小，有效降低了监控成本，提高了设备信息采集的效率。
5.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
6.本技术实施例提供一种数据中心网络设备信息采集节点部署方法，包括如下步骤：
7.步骤1：收集一段时间内网络中各设备节点的运行状态数据，测量网络中每条链路的时延；
8.步骤2：根据所述设备节点的运行状态数据，计算每个设备节点的最佳监控频率和监控容忍时延；
9.步骤3：根据设备节点的监控容忍时延和网络链路时延计算当设备节点被部署为采集节点后在其监控范围内的设备节点；
10.步骤4：利用每个设备节点的监控范围构建数学模型，根据所述模型计算并选择采集节点，得到最优采集节点部署方案。
11.步骤1中所述网络包含n个设备节点vi(i＝1,2,...,n)，每个设备节点vi包含m个运行状态s
ik
(k＝1,2,...,m)，设备节点vi与设备节点vj之间的时延为最短链路时延t
ij
。
12.步骤2具体包括以下步骤：
13.步骤2.1：对设备节点的每个运行状态数据序列进行傅里叶变化：
14.15.步骤2.2：计算设备节点所有运行状态数据序列的最大频率:
16.f
max
(vi)＝max{f
max
(s
ik
)},k＝1,2,
…
,m
17.步骤2.3：由奈奎斯特采样定理可知，当采样频率大于等于信号的最大频率的2倍时，采样信号可以无损的恢复为原始信号，为了在信息收集端恢复每个设备节点的运行状态数据，设定设备节点vi的最佳监控频率为：
[0018][0019]
则设备节点vi的监控容忍时延为：
[0020][0021]
步骤3中信息采集节点xj是从设备节点中选取得到，当某个设备节点被选择作为信息采集节点时，处在其监控范围内的设备节点vi应满足到信息采集节点xj的链路时延小于设备节点vi的监控容忍时延：t
ij
≤r(vi)。
[0022]
步骤4具体包括以下步骤：
[0023]
步骤4.1：所述数学模型的优化目标是最小化信息采集节点的数量，同时满足所有设备节点都可以以最佳监控频率被监控，因此根据设备节点监控范围可构建以下数学模型：
[0024][0025]
s.t.
[0026][0027][0028]
xj∈{0,1},j＝1,2,
…
,n
[0029]
其中，a
ij
＝1表示设备节点vi处在信息采集节点xj的监控范围内，a
ij
＝0则表示设备节点vi处在信息采集节点xj的监控范围外，xj＝1表示设备节点vj被选择作为信息采集节点，xj＝1则表示设备节点vj未被选择作为信息采集节点，表示每个设备节点vi至少能被一个信息采集节点xj监控；
[0030]
步骤4.2：利用分支定界法求解上述整数线性规划模型，求解结果为最少的信息采集节点的数量和被选中作为信息采集节点的设备节点；
[0031]
步骤4.3：若存在多个最少信息采集节点部署方案，为了使设备节点信息采集更高效，选择总时延t
total
最小的作为最优信息采集节点部署方案：
[0032]
[0033]
其中，x表示步骤4.2中求解得到的一种最优解。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0035]
通过收集设备节点的运行状态和测量网络链路时延，根据设备节点运行序列和傅里叶变换计算设备节点的监控频率和监控容忍时延，根据设备节点的监控容忍时延和链路时延计算当设备节点部署为采集节点后的监控范围，利用各设备节点的监控范围构建整数规划模型，并根据平均时延选择最优采集节点部署方案，提出的优化部署方案中采集节点的数量最少，设备节点数据采集的平均时延更小，有效降低了监控成本，提高了设备信息采集的效率。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0037]
图1是本发明方法的流程图；
[0038]
图2是网络设备拓扑图；
[0039]
图3是本发明方法的信息采集节点部署方案。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0041]
图1为本发明的方法流程图。
[0042]
下面结合图1、图2和图3，介绍本发明的具体实施方式为一种数据中心网络设备信息采集节点部署方法，包括以下具体步骤：
[0043]
步骤1：收集一段时间内网络中各设备节点的运行状态数据，测量网络中每条链路的时延,网络中包含n个设备节点vi(i＝1,2,...,n)，每个设备节点vi包含m个运行状态s
ik
(k＝1,2,...,m)，设备节点vi与设备节点vj之间的时延为最短链路时延t
ij
；
[0044]
步骤2：根据所述设备节点的运行状态数据，计算每个设备节点的最佳监控频率和监控容忍时延；
[0045]
步骤2.1：对设备节点的每个运行状态数据序列进行傅里叶变化：
[0046][0047]
步骤2.2：计算设备节点所有运行状态数据序列的最大频率:
[0048]fmax
(vi)＝max{f
max
(s
ik
)},k＝1,2,
…
,m
[0049]
步骤2.3：由奈奎斯特采样定理可知，当采样频率大于等于信号的最大频率的2倍时，采样信号可以无损的恢复为原始信号，为了在信息收集端恢复每个设备节点的运行状态数据，设定设备节点vi的最佳监控频率为：
[0050][0051]
则设备节点vi的监控容忍时延为：
[0052][0053]
步骤3：根据设备节点的监控容忍时延和网络链路时延计算当设备节点被部署为采集节点后在其监控范围内的设备节点,其中信息采集节点xj是从设备节点中选取得到，当某个设备节点被选择作为信息采集节点时，处在其监控范围内的设备节点vi应满足到信息采集节点xj的链路时延小于设备节点vi的监控容忍时延：t
ij
≤r(vi)；
[0054]
步骤4：利用每个设备节点的监控范围构建数学模型，根据所述模型计算并选择采集节点，得到最优采集节点部署方案；
[0055]
步骤4.1：所述数学模型的优化目标是最小化信息采集节点的数量，同时满足所有设备节点都可以以最佳监控频率被监控，因此根据设备节点监控范围可构建以下数学模型：
[0056][0057]
s.t.
[0058][0059][0060]
xj∈{0,1},j＝1,2,
…
,n
[0061]
其中，a
ij
＝1表示设备节点vi处在信息采集节点xj的监控范围内，a
ij
＝0则表示设备节点vi处在信息采集节点xj的监控范围外，xj＝1表示设备节点vj被选择作为信息采集节点，xj＝1则表示设备节点vj未被选择作为信息采集节点，表示每个设备节点vi至少能被一个信息采集节点xj监控；
[0062]
步骤4.2：利用分支定界法求解上述优化问题的最优解，求解结果为最少的信息采集节点的数量和被选中作为信息采集节点的设备节点；
[0063]
首先对整数变量进行松弛，即：0≤xj≤1,j＝1,2,
…
,n，原整数线性规划问题变为了一般形式的线性规划问题，对变化后的线性规划问题进行求解，若求解结果中得到的优化变量为整数，则求解结果为原问题的最优解。若求解结果中得到的优化变量非整数，则对非整数的优化变量进行分支，即分为该变量为0或1两种情况，分别求解两种情况下的最优解，并根据求解结果中优化变量是否为整数继续进行分支求解。在分支求解过程中，若出现变量均为0或1的整数的解，即为原问题的一个可行解，可作为原问题的上界，当任何分支的最优解的高于该上界时，即不再进行分支；而原问题的下界由当前所有分支的最优解的最小值确定，通过不断的分支定界求解，最终得到原整数线性规划问题的最优解。
[0064]
步骤4.3：若存在多个最少信息采集节点部署方案，为了使设备节点信息采集更高效，选择总时延t
total
最小的作为最优信息采集节点部署方案：
[0065][0066]
其中，x表示步骤4.2中求解得到的一种最优解。
[0067]
下面结合应用实例进行进一步的说明，如图2所示为pod数为4的fat-tree网络拓扑结构，其中包含36个设备节点(4台三层交换机、16台二层交换机、16台服务器)，48条链路，图中数字为设备编号。通过各台设备的任务管理器获取设备在一段时间内的运行状态数据并通过傅里叶变换计算频谱成分，确定每台设备的最佳监控频率和监控容忍时延。通过网管软件测量网络中每条链路的时延，结合每台设备的监控容忍时延确定每台设备的监控范围。经过建模和计算后，信息采集节点部署结果如图3所示，共部署了3个信息采集节点，其中具有相同颜色的节点由具有相同颜色的信息采集节点进行数据的采集。
[0068]
相较于现有技术，本发明提出一种数据中心网络设备信息采集节点部署方法，通过收集设备节点的运行状态和测量网络链路时延，根据设备节点运行序列和傅里叶变换计算设备节点的监控频率和监控容忍时延，根据设备节点的监控容忍时延和链路时延计算当设备节点部署为采集节点后的监控范围，利用各设备节点的监控范围构建整数规划模型，并根据平均时延选择最优采集节点部署方案。本发明提出的优化部署方案中采集节点的数量最少，设备节点数据采集的平均时延更小，有效降低了监控成本，提高了设备信息采集的效率。
[0069]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。