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电网企业信息网带宽需求预测算法设计 王志强（浙江省电力公司 科技信息部，浙江 杭州 310007） 摘 要：网络带宽需求预测结果是编制电网企业信息网规划容量的依据和基础。本文依据计算机通信网信息量理论，在分析了各种影响网络传输的因素的基础上，设计出一种基于排队分析模型的网络带宽需求预测算法。 关键词：网络带宽；需求预测；算法 引言 信息网是电网企业重要的信息化基础设施之一，是为非电网监控系统联网服务的公司内联网络，覆盖公司系统各单位、变电所、集控站、供电营业所，并负责与外网、因特网的连接。随着信息技术应用广度和深度的不断扩展，各类应用系统的联网投运，对网络特别是主干网处理能力要求越来越高。同电网发展规划编制必须以电力负荷预测结果为依据一样，在信息网规划阶段对网络流量进行合理的预测，基本准确地计算出需要的网络带宽，并据此进行网络规划，以保证网络对应用的服务质量是非常必要的。提出一个可用的网络带宽需求预测算法是当前规划编制中必须解决的技术课题。 计算机通信网信息量理论概述 根据现有的负载信息或根据对于一个新环境估算的负载情况进行性能估计有以下多种可能的方法：⑴基于实际数值作系统建成后的分析，⑵通过对现有状况作简单推广来估计预期的未来情形，⑶基于排队理论制定一个解析模型，⑷编程并运行一个仿真模型。 没有现成的数据，第一种方法难以采用。网络上的请求大多是不可能精确预见的，第二种方法预测误差相当大。第三种就是利用一个解析模型，这个模型可以表达一组方程式，通过解方程式我们就可以得到需要了解的参数。对于计算机，操作系统，联网问题，此外实际还有许多使用的实际问题，都可以用基于排队论的解析模型来处理。不过排队论的缺点是：为了推导出我们要求参数的方程，我们需要很多假设。最后一种方法是仿真模型。只要有足够大的并且灵活的仿真程序，就可以对实际问题模型化，并且不需要太多的假设。但是，一般情况下不采用这种方法。一方面，这种算法同样会有误差，而且工程量非常大，有时侯甚至要运行几天甚至几个星期。另一方面，用排队论得出的结果通常与仿真模型得出的没有太大区别。因此通常用排队论来解决。 1.1排队模型 排队模型有两种：单服务员队列、多服务员队列，如图1、图2所示。图1描述了最简单的排队系统。这个系统的中心元素是一个服务员。它负责为顾客提供某种服务。从某种顾客群体中来到的顾客到达这个系统要求服务。若服务员是空闲的，顾客就会立即得到服务。否则到达顾客就加入等待队列中。当服务员完成一个顾客时这个顾客就离开系统。如果队列中有顾客，就立即为下一个顾客服务。图2表示了简单模型推广到多个服务员的情形。这些服务员共享一个队列。如果一个顾客到达至少有一个服务员是可以服务的，那么这个顾客就会被提交那个服务员，否则进入队列等待。这种情况下，进入队列的顾客有可能被任何一个服务员服务。另一种可能是多个队列，即每个服务员对应一个队列。顾客进入队列之后，只能被该服务员服务。 1.2采用的排队分析模型 单服务员、多服务员队列分析公式涉及大量的假设和概率论知识，推动过程比较复杂，这里只引用结果。 在排队分析中，数据报都是假设以泊松到达规律到达网络中排队的，由于IP数据报的大小是变化的，所以数据报在网络中从开始传送到结束的时间（传送时间）是指数分布的，由于假设所有数据报都在同一个物理通道上走，所以服务员为单服务员。因此采用的排队分析模型为单服务员、泊松到达、指数分布服务时间。 每个数据报在系统中平均花费的时间Tq = 平均排队时间Tw + 平均传送时间Ts，令带宽的利用率为，泊松到达、指数分布服务时间的公式： 从该公式可以看出，当接近1时，每个数据报在系统中平均花费的时间将趋向无穷大。 网络带宽需求预测算法设计 2.1网络带宽需求预测算法设计时考虑的若干因素 2.1.1网络承载的业务数据类型 不同类型的数据对网络带宽的要求是不同的，对网络数据作一个大的分类，可以分成三大类：实时数据、非实时数据、网络管理数据。 实时数据要求的网络带宽是一定的，比如需要2Mbit/s传输图像信息，如果网络提供的带宽小于2Mbit/s，则会影响图像传送质量，如减少每秒传输的帧数引起图像感觉不连续，图像产生马赛克现象等。 对非实时数据，有以下4个因素影响其所要求的网络带宽： 网络能提供的带宽。网络提供的带宽越大，非实时数据能利用的带宽也越大。 特定应用系统或协议要求的最小带宽。如SAP系统每点要求的最小带宽是4Kbit/s，如果小于这个带宽，则系统会认为网络断了。还比如TCP协议所能接受的超时时间等。 用户能忍受的带宽。比如浏览一页100K的Web页面，有的能忍受5秒钟，有的能忍受30秒钟。 如果所有非实时数据在一定时间T之内（如上班时间）同时使用，产生一定的数据量D，则网络至少应提供的带宽 = D/