CN111756643A - 一种港口运行网络控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种港口运行网络控制系统，包括：应用识别模块、带宽管理模块、带宽自动分配模块、报告分析模块和管理客户端。所述应用识别模块采用基于DPI的智能分类引擎，对网络协议和应用进行自动识别分类并对新的应用及协议进行更新；所述带宽管理模块用于对港口运行关键业务进行优先级的划分并为不同级别的业务应用和网络协议划分相关级别的虚拟带宽通道；所述带宽自动分配模块用于通过相关参数实现应用优化与带宽控制并合理分配网络带宽；所述报告分析模块用于对带宽和应用的使用现状进行评估；所述管理客户端用于管理员对网络应用带宽进行监控调整，相应地，提出一种港口运行网络控制方法，本发明可有效控制港口业务网络的使用，并较好地避免网络拥堵状况，提升应用及业务使用处理效率。

Description

一种港口运行网络控制系统及方法
技术领域
本发明涉及港口工业控制技术领域，尤其涉及到一种港口运行网络控制系统及方法。
背景技术
港口管理需要运行不同级别的港口集装箱、散杂货管理ERP软件，包括办公管理系统，海关放行系统和视频监控系统等等，由于数据量较大，当在网络高峰期时，网络拥塞严重，许多应用无法使用。而发生网络拥塞的原因大多是诸如电驴P2P类、流媒体及在线视频等应用占用了带宽通道。而目前的港口网络控制系统存在网络应用业务不透明而无法分析、评估网络中的流量和带宽的使用效率以及网络的使用不是根据业务应用的优先级以及重要程度来支配导致影响重要业务的问题，因此，研究一种可对网络带宽使用进行较好控制的网络控制系统十分有意义。
综上所述，提供一种可有效控制港口业务网络的使用，并较好地避免网络拥堵状况，提升应用及业务使用处理效率的港口运行网络控制系统及方法，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种港口运行网络控制系统及方法，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种港口运行网络控制系统，包括：应用识别模块、带宽管理模块、带宽自动分配模块、报告分析模块和管理客户端；
所述应用识别模块采用基于DPI的智能分类引擎，实现对网络中L2-L7层网络协议和应用进行自动识别和分类并对新的应用及协议进行更新，所述应用识别模块包括特征库更新单元和应用识别分类单元；
所述带宽管理模块用于对港口运行关键业务进行优先级的划分并为不同级别的业务应用和网络协议划分相关级别的虚拟带宽通道，然后在所述相关级别的虚拟带宽通道下面为不同的网络协议和业务应用细分相应的子通道，从而提供最大带宽限制、保证带宽、带宽组件和随机公平队列功能；
所述带宽自动分配模块用于通过相关参数实现应用优化与带宽控制并合理分配网络带宽；
所述报告分析模块用于对带宽和应用的使用现状进行评估，管理员可以根据带宽和应用使用现状的详细评估找到当前网络带宽使用和应用性能方面存在的问题并为后续的应用优化和带宽控制提供依据，所述报告分析模块包括报告分析列表和图文显示单元；
所述管理客户端用于管理员对网络应用带宽进行监控调整，所述管理客户端与所述报告分析模块相连。
进一步地，所述相关参数包括目的IP、时间段、VLANID、Session数和应用协议。
进一步地，所述带宽管理模块包括基于协议和基于IP的实时协议分析器和IP带宽管理设备，所述IP带宽管理设备分布式的部署在用户的各个网络当中采用MIPS架构。
更进一步地，所述报告分析模块还包括数据备份单元、管理服务器和数据库，所述管理服务器用于集中管理和控制部署在网络中的所有IP带宽管理设备并接收来自于不同IP带宽管理设备的数据，然后进行详细地分析和统计报告，所述数据库与所述管理服务器相连接存储实时及历史流量数据和配置管理信息，所述数据备份单元、所述报告分析列表和图文显示单元均与所述管理服务器相连。
进一步地，所述带宽管理模块采用令牌桶算法进行精确的流量整形与控制支持多层次和多级的带宽通道的划分。
进一步地，所述带宽自动分配模块采用优先级分配算法公平的分配带宽避免带宽被某一用户或应用抢占。
更进一步地，所述IP带宽管理设备支持多种方式的旁路措施Bypass内置电口旁路以及外置光Bypass交换机，在设备故障和断电时不影响网络的正常运行，所述IP带宽管理设备采用透明模式以桥接方式接在核心交换机和网路防火墙之间，无需配置IP地址和改变现有网络结构及客户端计算机设定。
进一步地，所述管理客户端可通过WEB浏览器访问所述管理服务器进而对所述IP带宽管理设备进行管理。
一种港口运行网络控制方法，具体包括：
S10:所述应用识别分类单元与所述基于协议和基于IP的实时协议分析器以及所述IP带宽管理设备相连用于对多种应用进行分类识别，同时在有新的应用接入网络时，管理员可通过所述特征库更新单元对应用列表进行更新；
S20:采用令牌桶算法对港口运行关键业务应用进行优先级的划分并为不同级别的业务应用和网络协议划分划分高、中、低三种级别的虚拟带宽通道，然后在高、中、低三种级别的通道下面为不同的网络协议和业务应用细分相应的子通道，同时采用优先级分配算法公平的分配带宽避免带宽被某一用户或应用抢占，从而保证最大带宽限制和随机公平队列；
S30:管理员通过监控目的IP、时间段、VLANID、Session数和应用协议的参数实现应用优化与带宽控制；
S40:所述报告分析模块的管理服务器与所述不同IP带宽管理设备相连接收来自于不同IP带宽管理设备的数据，然后对带宽和应用的使用现状进行评估，管理员通过所述管理客户端访问所述管理服务器，根据带宽和应用使用现状的详细评估找到当前网络带宽使用和应用性能方面存在的问题并为后续的应用优化和带宽控制提供依据；
S50:同时所述数据库将接收到的实时及历史流量数据和配置管理信息进行存储，并在所述数据备份单元进行备份。
进一步地，所述优先级分配算法具体包括：设每个子通道的最小带宽为
Figure BDA0002548459350000045
高、中、低级通道占用的带宽大小分别为Bh、Bm和Bl,使用的总带宽为B；根据公式
Figure BDA0002548459350000041
为高级通道分配带宽,其中，Si为实时应用业务的带宽，
Figure BDA0002548459350000042
为控制信息带宽并判断是否有高级通道的业务，若无只为该通道分配
Figure BDA0002548459350000043
保证传输控制信息；采用最大和最小窗口方法为中级通道分配带宽，设
Figure BDA0002548459350000044
的最大传输窗口为Tmax，最小传输窗口为Tmin，根据公式
Figure BDA0002548459350000051
和公式
Figure BDA0002548459350000052
计算传输窗口；当
Figure BDA0002548459350000053
时，
Figure BDA0002548459350000054
当
Figure BDA0002548459350000055
则
Figure BDA0002548459350000056
当
Figure BDA0002548459350000057
时，则
Figure BDA0002548459350000058
其中，
Figure BDA0002548459350000059
为带宽保证系数保证了中级通道业务在低负载时稳定的带宽分配，
Figure BDA00025484593500000510
为中级通道第i个子通道的业务带宽请求，ε为公平调节因子；根据公式
Figure BDA00025484593500000511
计算低级通道的分配带宽，其中，
Figure BDA00025484593500000512
为低级通道第i个子通道的业务带宽请求。
本发明的有益效果是，该发明可有效控制港口业务网络的使用，并较好地避免网络拥堵状况，提升应用及业务使用处理效率。
下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。
图1为本发明中一种港口运行网络控制系统连接结构示意图。
图2为本发明中一种港口运行网络控制方法具体步骤示意图。
图3为本实施例中优先级分配算法具体步骤示意图。
图4为本实施例中优先级分配算法过程流程图。
图5为本实施例中的网络控制系统组成结构示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种可有效控制港口业务网络的使用，并较好地避免网络拥堵状况，提升应用及业务使用处理效率的港口运行网络控制系统及方法。如图1至图5所示，该系统包括：应用识别模块、带宽管理模块、带宽自动分配模块、报告分析模块和管理客户端，其中，所述应用识别模块采用基于DPI的智能分类引擎，实现对网络中L2-L7层网络协议和应用进行自动识别和分类并对新的应用及协议进行更新，所述应用识别模块包括特征库更新单元和应用识别分类单元。所述管理客户端用于管理员对网络应用带宽进行监控调整，所述管理客户端与所述报告分析模块相连。
所述带宽管理模块用于对港口运行关键业务进行优先级的划分并为不同级别的业务应用和网络协议划分相关级别的虚拟带宽通道，然后在所述相关级别的虚拟带宽通道下面为不同的网络协议和业务应用细分相应的子通道，从而提供最大带宽限制、保证带宽、带宽组件和随机公平队列功能，而所述带宽管理模块包括基于协议和基于IP的实时协议分析器和IP带宽管理设备，所述IP带宽管理设备分布式的部署在用户的各个网络当中采用MIPS架构。所述带宽管理模块采用令牌桶算法进行精确的流量整形与控制支持多层次和多级的带宽通道的划分。
所述带宽自动分配模块用于通过相关参数实现应用优化与带宽控制并合理分配网络带宽，其中，所述相关参数包括目的IP、时间段、VLANID、Session数和应用协议。所述带宽自动分配模块采用优先级分配算法公平的分配带宽避免带宽被某一用户或应用抢占。
所述报告分析模块用于对带宽和应用的使用现状进行评估，管理员可以根据带宽和应用使用现状的详细评估找到当前网络带宽使用和应用性能方面存在的问题并为后续的应用优化和带宽控制提供依据，所述报告分析模块包括报告分析列表和图文显示单元，其中，所述报告分析模块还包括数据备份单元、管理服务器和数据库，所述管理服务器用于集中管理和控制部署在网络中的所有IP带宽管理设备并接收来自于不同IP带宽管理设备的数据，然后进行详细地分析和统计报告，所述数据库与所述管理服务器相连接存储实时及历史流量数据和配置管理信息，所述数据备份单元、所述报告分析列表和图文显示单元均与所述管理服务器相连。所述IP带宽管理设备支持多种方式的旁路措施Bypass内置电口旁路以及外置光Bypass交换机，在设备故障和断电时不影响网络的正常运行，所述IP带宽管理设备采用透明模式以桥接方式接在核心交换机和网路防火墙之间，无需配置IP地址和改变现有网络结构及客户端计算机设定，且所述管理客户端可通过WEB浏览器访问所述管理服务器进而对所述IP带宽管理设备进行管理。
如图2所示，一种港口运行网络控制方法，具体包括：
S10:所述应用识别分类单元与所述基于协议和基于IP的实时协议分析器以及所述IP带宽管理设备相连用于对多种应用进行分类识别，同时在有新的应用接入网络时，管理员可通过所述特征库更新单元对应用列表进行更新；
S20:采用令牌桶算法对港口运行关键业务应用进行优先级的划分并为不同级别的业务应用和网络协议划分划分高、中、低三种级别的虚拟带宽通道，然后在高、中、低三种级别的通道下面为不同的网络协议和业务应用细分相应的子通道，同时采用优先级分配算法公平的分配带宽避免带宽被某一用户或应用抢占，从而保证最大带宽限制和随机公平队列；
S30:管理员通过监控目的IP、时间段、VLANID、Session数和应用协议的参数实现应用优化与带宽控制；
S40:所述报告分析模块的管理服务器与所述不同IP带宽管理设备相连接收来自于不同IP带宽管理设备的数据，然后对带宽和应用的使用现状进行评估，管理员通过所述管理客户端访问所述管理服务器，根据带宽和应用使用现状的详细评估找到当前网络带宽使用和应用性能方面存在的问题并为后续的应用优化和带宽控制提供依据；
S50:同时所述数据库将接收到的实时及历史流量数据和配置管理信息进行存储，并在所述数据备份单元进行备份。
如图3至图4所示，所述优先级分配算法具体包括：a.设每个子通道的最小带宽为
Figure BDA0002548459350000081
高、中、低级通道占用的带宽大小分别为Bh、Bm和Bl,使用的总带宽为B；b.根据公式
Figure BDA0002548459350000082
为高级通道分配带宽,其中，Si为实时应用业务的带宽，
Figure BDA0002548459350000083
为控制信息带宽并判断是否有高级通道的业务，若无只为该通道分配
Figure BDA0002548459350000084
保证传输控制信息；c.采用最大和最小窗口方法为中级通道分配带宽，设
Figure BDA0002548459350000085
的最大传输窗口为Tmax，最小传输窗口为Tmin，根据公式
Figure BDA0002548459350000086
和公式
Figure BDA0002548459350000087
计算传输窗口；当
Figure BDA0002548459350000088
时，
Figure BDA0002548459350000089
当
Figure BDA00025484593500000810
则
Figure BDA00025484593500000811
当
Figure BDA0002548459350000091
时，则
Figure BDA0002548459350000092
其中，
Figure BDA0002548459350000093
为带宽保证系数保证了中级通道业务在低负载时稳定的带宽分配，
Figure BDA0002548459350000094
为中级通道第i个子通道的业务带宽请求，ε为公平调节因子，
Figure BDA0002548459350000095
d.根据公式
Figure BDA0002548459350000096
计算低级通道的分配带宽，其中，
Figure BDA0002548459350000097
为低级通道第i个子通道的业务带宽请求。
应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种港口运行网络控制系统，其特征在于，包括：应用识别模块、带宽管理模块、带宽自动分配模块、报告分析模块和管理客户端；
所述应用识别模块采用基于DPI的智能分类引擎，实现对网络中L2-L7层网络协议和应用进行自动识别和分类并对新的应用及协议进行更新，所述应用识别模块包括特征库更新单元和应用识别分类单元；
所述带宽管理模块用于对港口运行关键业务进行优先级的划分并为不同级别的业务应用和网络协议划分相关级别的虚拟带宽通道，然后在所述相关级别的虚拟带宽通道下面为不同的网络协议和业务应用细分相应的子通道，从而提供最大带宽限制、保证带宽、带宽组件和随机公平队列功能；
所述带宽自动分配模块用于通过相关参数实现应用优化与带宽控制并合理分配网络带宽；
所述报告分析模块用于对带宽和应用的使用现状进行评估，管理员可以根据带宽和应用使用现状的详细评估找到当前网络带宽使用和应用性能方面存在的问题并为后续的应用优化和带宽控制提供依据，所述报告分析模块包括报告分析列表和图文显示单元；
所述管理客户端用于管理员对网络应用带宽进行监控调整，所述管理客户端与所述报告分析模块相连。
2.根据权利要求1所述的港口运行网络控制系统，其特征在于，所述相关参数包括目的IP、时间段、VLANID、Session数和应用协议。
3.根据权利要求1所述的港口运行网络控制系统，其特征在于，所述带宽管理模块包括基于协议和基于IP的实时协议分析器和IP带宽管理设备，所述IP带宽管理设备分布式的部署在用户的各个网络当中采用MIPS架构。
4.根据权利要求3所述的港口运行网络控制系统，其特征在于，所述报告分析模块还包括数据备份单元、管理服务器和数据库，所述管理服务器用于集中管理和控制部署在网络中的所有IP带宽管理设备并接收来自于不同IP带宽管理设备的数据，然后进行详细地分析和统计报告，所述数据库与所述管理服务器相连接存储实时及历史流量数据和配置管理信息，所述数据备份单元、所述报告分析列表和图文显示单元均与所述管理服务器相连。
5.根据权利要求1所述的港口运行网络控制系统，其特征在于，所述带宽管理模块采用令牌桶算法进行精确的流量整形与控制支持多层次和多级的带宽通道的划分。
6.根据权利要求1所述的港口运行网络控制系统，其特征在于，所述带宽自动分配模块采用优先级分配算法公平的分配带宽避免带宽被某一用户或应用抢占。
7.根据权利要求3所述的港口运行网络控制系统，其特征在于，所述IP带宽管理设备支持多种方式的旁路措施Bypass内置电口旁路以及外置光Bypass交换机，在设备故障和断电时不影响网络的正常运行，所述IP带宽管理设备采用透明模式以桥接方式接在核心交换机和网路防火墙之间，无需配置IP地址和改变现有网络结构及客户端计算机设定。
8.根据权利要求1所述的港口运行网络控制系统，其特征在于，所述管理客户端可通过WEB浏览器访问所述管理服务器进而对所述IP带宽管理设备进行管理。
9.一种港口运行网络控制方法，其特征在于，具体包括：
S10:所述应用识别分类单元与所述基于协议和基于IP的实时协议分析器以及所述IP带宽管理设备相连用于对多种应用进行分类识别，同时在有新的应用接入网络时，管理员可通过所述特征库更新单元对应用列表进行更新；
S20:采用令牌桶算法对港口运行关键业务应用进行优先级的划分并为不同级别的业务应用和网络协议划分划分高、中、低三种级别的虚拟带宽通道，然后在高、中、低三种级别的通道下面为不同的网络协议和业务应用细分相应的子通道，同时采用优先级分配算法公平的分配带宽避免带宽被某一用户或应用抢占，从而保证最大带宽限制和随机公平队列；
S30:管理员通过监控目的IP、时间段、VLANID、Session数和应用协议的参数实现应用优化与带宽控制；
S40:所述报告分析模块的管理服务器与所述不同IP带宽管理设备相连接收来自于不同IP带宽管理设备的数据，然后对带宽和应用的使用现状进行评估，管理员通过所述管理客户端访问所述管理服务器，根据带宽和应用使用现状的详细评估找到当前网络带宽使用和应用性能方面存在的问题并为后续的应用优化和带宽控制提供依据；
S50:同时所述数据库将接收到的实时及历史流量数据和配置管理信息进行存储，并在所述数据备份单元进行备份。
10.根据权利要求9所述的港口运行网络控制方法，其特征在于，所述优先级分配算法具体包括：设每个子通道的最小带宽为
Figure FDA0002548459340000041
高、中、低级通道占用的带宽大小分别为Bh、Bm和Bl,使用的总带宽为B；根据公式
Figure FDA0002548459340000042
为高级通道分配带宽,其中，Si为实时应用业务的带宽，
Figure FDA0002548459340000043
为控制信息带宽并判断是否有高级通道的业务，若无只为该通道分配
Figure FDA0002548459340000044
保证传输控制信息；采用最大和最小窗口方法为中级通道分配带宽，设
Figure FDA0002548459340000045
的最大传输窗口为Tmax，最小传输窗口为Tmin，根据公式
Figure FDA0002548459340000046
和公式
Figure FDA0002548459340000047
计算传输窗口；当
Figure FDA0002548459340000048
Figure FDA0002548459340000049
时，
Figure FDA00025484593400000410
当
Figure FDA00025484593400000411
则
Figure FDA00025484593400000412
当
Figure FDA00025484593400000413
时，则
Figure FDA00025484593400000414
其中，
Figure FDA00025484593400000415
为带宽保证系数保证了中级通道业务在低负载时稳定的带宽分配，
Figure FDA00025484593400000416
为中级通道第i个子通道的业务带宽请求，ε为公平调节因子；根据公式
Figure FDA00025484593400000417
计算低级通道的分配带宽，其中，
Figure FDA00025484593400000418
为低级通道第i个子通道的业务带宽请求。
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