夏波

近年來(lái)，隨著地震觀測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，地震臺(tái)站數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)信息化管理成為地震觀測(cè)體系的重中之重。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、切實(shí)保障網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量？上海地震局通過Cacti開源軟件對(duì)地震觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、圖形化監(jiān)測(cè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，或?qū)槿藗儙?lái)一些啟發(fā)。

數(shù)字地震觀測(cè)

我國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)技術(shù)的開發(fā)始于上世紀(jì)七十年代后期，“九五”期間，中國(guó)地震局主持實(shí)施了“中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)”，全國(guó)地震觀測(cè)系統(tǒng)發(fā)生了根本性變革，由 47個(gè)國(guó)家基本數(shù)字地震臺(tái)和全國(guó)臺(tái)網(wǎng)中心組成的國(guó)家數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，近三十個(gè)區(qū)域遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)中，有三分之二實(shí)施了數(shù)字化改造。

在數(shù)字地震觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)中，人們研究某一地區(qū)的地震活動(dòng)，需要布置一個(gè)區(qū)域臺(tái)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)由幾十個(gè)至百余個(gè)地震臺(tái)組成，各臺(tái)相距數(shù)公里、幾十公里、上百公里不等，臺(tái)點(diǎn)檢測(cè)到的地震信號(hào)通過有線網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線電方法迅速傳至中心記錄站，并進(jìn)行記錄處理。

以上海為例：作為國(guó)際化大都市，上海建有崇明、佘山兩大地震基準(zhǔn)臺(tái)，另有三十多個(gè)無(wú)人值守臺(tái)點(diǎn)分布于各區(qū)縣及周邊海島，其共同組成了上海觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。由于各臺(tái)點(diǎn)都配備了多種地震觀測(cè)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，如何保障臺(tái)站的網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量就顯得尤為重要，其中最為關(guān)鍵的三要素為準(zhǔn)確性、連貫性和實(shí)時(shí)性。

目前，上海地震觀測(cè)主要以測(cè)震、強(qiáng)震、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)為主，以SDH光纖通訊、3G無(wú)線網(wǎng)傳輸以及衛(wèi)星傳輸為通訊手段。上海地震路由交換設(shè)備管理平臺(tái)通過Cacti開源軟件對(duì)崇明地震觀測(cè)臺(tái)、佘山地震觀測(cè)臺(tái)及三十多個(gè)無(wú)人值守臺(tái)站的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備（路由器、交換機(jī)）工作狀態(tài)、實(shí)時(shí)流量進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并通過Web頁(yè)面實(shí)時(shí)顯示、統(tǒng)一管理。其配合上海市地震局原有的基于Nagios的地震監(jiān)測(cè)設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)整個(gè)地震觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控。

Cacti工作流程

Cacti是一套基于PHP、MySQL、SNMP和RRDTool開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)圖形分析工具，其通過PHP語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，主要功能是用SNMP服務(wù)獲取數(shù)據(jù)，然后用RRDTool儲(chǔ)存和更新數(shù)據(jù)。SNMP是簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，通過固定協(xié)議運(yùn)行方式、以O(shè)ID格式提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的全面信息，然后通過SNMP Agent去獲取這些信息并繪制流量；RRDTool是指Round Robin Database 工具（環(huán)狀數(shù)據(jù)庫(kù)），簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一種數(shù)據(jù)繪圖工具，當(dāng)用戶需要查看數(shù)據(jù)的時(shí)候，即可通過RRDTool生成圖表予以呈現(xiàn)。

綜上所述，SNMP和RRDTool是Cacti的關(guān)鍵——SNMP關(guān)系著數(shù)據(jù)的收集，而RRDTool則關(guān)系著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和圖表的生成。

Cacti的工作流程主要包括三方面：一是定時(shí)采集數(shù)據(jù)：Cacti會(huì)定時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集腳本，使用“snmpget”命令或其他自定義的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；二是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：用RRDTool的“update”指令將采集到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到RRD文件中；三是用戶要查看某臺(tái)設(shè)備的流量：在Cacti的PHP頁(yè)面上點(diǎn)擊該設(shè)備，Cacti在數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找該設(shè)備對(duì)應(yīng)的RRD文件的名稱，并運(yùn)行命令讓RRDTool進(jìn)行繪圖。

Cacti助力地震監(jiān)測(cè)

在諸多的工具軟件和解決方案中，上海地震局為何選擇Cacti開源軟件作為地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心架構(gòu)？

首先，Cacti具有低廉的成本和強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)能力。與眾所周知的開放源代碼操作系統(tǒng)Linux一樣，Cacti也是一款可以被視為“Free”的開源軟件。其在提供強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)管理功能的同時(shí)，極大地降低了地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)管理的研發(fā)成本，減少了資金風(fēng)險(xiǎn)。此外，任何一個(gè)管理工作人員都無(wú)需了解RRDTool的復(fù)雜參數(shù)，通過友好的界面、強(qiáng)大的圖形化監(jiān)測(cè)能力，即可了解各臺(tái)站的設(shè)備流量情況。

其次，Cacti作為開源軟件，具有良好的可擴(kuò)展性。上海市地震路由交換設(shè)備管理平臺(tái)可以在滿足現(xiàn)有功能情況下，針對(duì)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行二次開發(fā)。中國(guó)數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范中有明確規(guī)定：任何一個(gè)區(qū)域數(shù)字測(cè)震臺(tái)站，都必須配有寬頻帶數(shù)字地震觀測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器和各網(wǎng)路傳輸設(shè)備。地震路由交換設(shè)備管理平臺(tái)通過配合Nagios強(qiáng)力的故障分析能力及報(bào)警能力，其所能夠檢測(cè)的對(duì)象除了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)接口（流量、轉(zhuǎn)發(fā)速度、丟包率等），還包括服務(wù)器資源（CPU、內(nèi)存、進(jìn)程等）、臺(tái)站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（風(fēng)扇、溫度、電源等）、機(jī)房運(yùn)行環(huán)境（電流、電壓、溫濕度等）、安全設(shè)備性能、連接數(shù)、攻擊數(shù)。未來(lái)，根據(jù)地震觀測(cè)業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，配合Cacti軟件的相關(guān)插件及后續(xù)升級(jí)，平臺(tái)可以對(duì)各類所需業(yè)務(wù)信息進(jìn)行進(jìn)一步收集，并提供實(shí)時(shí)圖形化監(jiān)測(cè)管理，可以為我國(guó)大量的數(shù)字無(wú)人值守臺(tái)站資源維護(hù)及管理水平帶來(lái)巨大的潛在優(yōu)勢(shì)。

Cacti軟件可以實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)流量圖形動(dòng)態(tài)化。眾所周知，在任何數(shù)字化管理系統(tǒng)中，圖形是最直觀、有效的數(shù)據(jù)表示方式之一。對(duì)地震網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理時(shí)，工作人員只要點(diǎn)擊所需的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就能在Web頁(yè)面直接顯示該設(shè)備的實(shí)時(shí)流量，并可以查詢?nèi)我鈿v史時(shí)段的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息?；赗RDTool存儲(chǔ)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，在查詢指定時(shí)間段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)不用瀏覽整個(gè)數(shù)據(jù)文件，而是通過RRDTool提供的圖片生成工具使，用PHP腳本生成動(dòng)態(tài)web圖片。同時(shí)，通過簡(jiǎn)單的Web操作，即可對(duì)任一時(shí)段的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行查詢分析，界面簡(jiǎn)單而友善。

Cacti軟件實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖多樣化。由于每一個(gè)臺(tái)站功能與監(jiān)測(cè)環(huán)境不同，數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生多樣化及時(shí)段性，日常管理中需要對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一分配規(guī)劃。工作人員發(fā)現(xiàn)RRDTool的圖片生成提供了多種參數(shù)，人們可以將若干個(gè)監(jiān)控項(xiàng)目集中顯示在一張圖片中，如部分地震臺(tái)站同時(shí)配備了衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)和3G無(wú)線通訊網(wǎng)，觀測(cè)數(shù)據(jù)中既有強(qiáng)震烈度數(shù)據(jù)，也包括測(cè)震數(shù)據(jù)，管理平臺(tái)可以同時(shí)將不同傳輸流量、不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示在一張圖中，方便工作人員進(jìn)行資源分配及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

臺(tái)站資源運(yùn)維

自中國(guó)數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)以來(lái)，臺(tái)站資源的日常維護(hù)一直是各省市地震局的“遠(yuǎn)、怕、難”問題。在大量的臺(tái)站維護(hù)經(jīng)驗(yàn)中，工作人員發(fā)現(xiàn)臺(tái)站維護(hù)前期的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)在日常地震觀測(cè)運(yùn)維中逐漸成為重要角色，其重要性表現(xiàn)在臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)的故障管理、資源規(guī)劃和安全需要等諸多方面。

臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)故障管理：當(dāng)臺(tái)站故障發(fā)生時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理人員可以通過平臺(tái)提供的各統(tǒng)計(jì)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)圖表、定時(shí)時(shí)間段的曲線圖來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障成因，并進(jìn)行硬件方面的故障排除，提出解決方案，避免不必要的人力和物力資源浪費(fèi)。

臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃：在進(jìn)行臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃時(shí)，工作人員需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中不同臺(tái)站（基準(zhǔn)臺(tái)或無(wú)人值守臺(tái)）、不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（測(cè)震、強(qiáng)震數(shù)據(jù)等）的歷史流量狀態(tài)，包括網(wǎng)絡(luò)流量高峰時(shí)間，在臺(tái)站運(yùn)維期間可以指定監(jiān)測(cè)該臺(tái)站的每一個(gè)端口并進(jìn)行控制，通過一定的調(diào)整為其選擇合適的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，或分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，進(jìn)一步減少故障發(fā)生頻率，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。

臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)安全需要：隨著網(wǎng)絡(luò)中各應(yīng)用領(lǐng)域、規(guī)模在快速增長(zhǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)傳播的計(jì)算機(jī)病毒種類越來(lái)越多，傳播速度更快，感染面積更廣，臺(tái)站信息安全受到了嚴(yán)重的威脅。當(dāng)前，大多數(shù)臺(tái)站均采用公網(wǎng)傳輸手段，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全至關(guān)重要。通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，工作人員可以發(fā)現(xiàn)各臺(tái)站的網(wǎng)絡(luò)安全漏洞，并及時(shí)地做出預(yù)防排查。

不難發(fā)現(xiàn)，上海地震臺(tái)站的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為上海市防震減災(zāi)事業(yè)中不可缺少的組成部分。借助于Cacti插件構(gòu)架的地震路由交換設(shè)備管理平臺(tái)，以其強(qiáng)大的功能將網(wǎng)絡(luò)管理粒度深入化、細(xì)微化，大大提高了當(dāng)前地震觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)管理水平和技術(shù)防范水平。