基于目录哈希树的电力通信网络数据容灾备份

刘元莹

（国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏镇江 212002）

容灾备份处理是解决电力通信数据安全的一个重要手段，其是对电力通信网络环境中的数据进行高度集中化处理，并同时保障传输信息的副本存储异地性与冗余性。在实施异地信息按需调度时，容灾备份机制能够有效抵御突发性数据对电力通信网络造成的影响。一方面增强网络主体的应用安全性，另一方面也可实现对通信数据信息的高度集中化处理[1-2]。数据容灾备份处理的核心在于数据信息的同步。一般来说，信息参量间的同步传输等级越高，通信网络主机所具备的集中化存储能力也就越强。

受到节点转存能力的影响，随着数据信息传输量的增大，电力通信网络中的信息传输完整性很难持续保持高水平的状态，这也是导致数据库主机集中性存储能力不断下降的主要原因。为解决上述问题，引入目录哈希树，设计电力通信网络数据的容灾备份方法，通过网络节点重新部署的方式，均衡通信数据信息之间的负载关系，再利用Windows 存储栈，设置容灾备份服务对象的具体连接格式，进而实现对容灾备份频率指标数值的规划与计算。

1 基于目录哈希树的容灾备份组网

电力通信网络数据的容灾备份组，包含目录哈希树定义、网络节点部署、数据负载均衡三个处理环节，具体搭建操作流程如下。

1.1 目录哈希树定义

在电力通信网络中，目录哈希树节点为一个完整的七元组结构，表示为＜*father,hash,hashMap,flag,path,fileName,childSET＞。其中，*father 节点表示目录哈希树结构中的父节点指针，标注了电力通信数据的起始传输位置。hash 节点是可供电力通信网络直接查询的数据信息标志位，大多数取值结果为“0”或“1”，但初始数值始终为“0”。hashMap节点为与电力通信数据相关的哈希列表文件夹，同时包含当前情况下所有与电力通信数据相关的哈希值定义结果。flag 为目录哈希树结构中信息节点的遍历次数值，该项指标的物理取值越大，目录哈希树结构的稳定性水平也越高。path 节点为电力通信网络中的数据信息文件或文件夹路径[3-4]。fileName 节点为数据信息文件或文件夹的名称，包含哈希命名、表单命名两种形式。childSET 节点为目录哈希树本层目录下的文件夹名称，如果文件夹内的通信数据存储为空值，则表明数据信息参量对应为低速传输状态。

1.2 网络节点部署

为适应电力通信网络数据的容灾备份需求，网络节点部署应分别从数据层、列表层、资源层三个方向实施调试，如图1 所示。其中，数据层位于电力通信网络最顶端，能够感应目录哈希树结构的存在形式，并根据通信数据信息的传输量条件，更改待备份信息的转录格式，从而实现对通信数据的高度化集中存储[5-6]。列表层位于电力通信网络中部，向上接收来自数据层的电力信息参量，向下与资源层建立良好的数据互通关系。资源层位于电力通信网络最底端，在目录哈希树结构作用下，该层级体系负责调整待处理的信息参量，并二次调试相关通信节点所处位置。

图1 电力通信网络的节点部署

出于应用安全性考虑，数据信息参量在电力通信网络中的传输方向只能由上级指向下级。

1.3 数据负载均衡

负载均衡是一种对电力通信数据流量均衡分配的服务，可将容灾备份工作分摊到各个不同的网络节点上进行操作，共同完成对通信数据信息的处理任务。这种操作方法能够很好地扩展电力通信网络对于目录哈希树结构的服务能力，通过多次分发数据信息流量的方式，消除边缘节点对电力通信网络集中存储节点的影响，从而提升数据信息的传输完整性水平[7-8]。在电力通信吞吐量激增的情况下，数据容灾备份速度极易受到影响，从而产生较为明显的信息传输波动，抑制数据参量的高度集中性存储环境。而数据负载均衡处理行为的存在，较好地适应了电力通信吞吐量的上升趋势，在维持数据信息存储集中性的同时，促进容灾备份指令的快速执行[9-10]。设代表电力通信的吞吐量实值，代表电力通信数据的流量传输均值，Q代表通信数据负载系数，δ代表电力通信服务扩展系数，p′代表电力通信网络中容灾备份节点的部署条件，联立上述物理量，可将电力通信数据的负载均衡条件表示为：

数据负载均衡处理消耗了电力通信网络中大量待容灾备份的数据信息，这也是实现信息参量高度集中存储的关键处理环节。

2 电力通信网络的数据容灾备份处理

联合目录哈希树结构，按照Windows 存储栈构建、服务对象设置、容灾备份频率计算的执行流程，实现电力通信网络的数据容灾与备份处理。

2.1 Windows存储栈

由于目录哈希树的存在，Windows 存储栈可将电力通信网络中的信息参量直接整合，并按照服务对象节点的分布形式，规划数据容灾备份指令的实施强度。电力通信服务与数据容灾备份服务之间始终保持较高强度的信息互传连接[11-12]。数据传输驱动程序、通信数据转存程序可同时干扰目录哈希树的运转能力，若以电力通信网络数据容灾以及备份处理作为行为目标，则可认为在通信端口与哈希端口同时连接的情况下，网络体系在单位时间内存储的数据信息量越大。Windows 存储栈体系结构如图2 所示。

图2 Windows存储栈体系结构

Windows 存储栈所具备的通信数据转存能力全部由体系结构底层的存储设备提供。

2.2 服务对象设置

服务对象的设置是针对电力通信网络中未存储信息进行的行为化处理，但在已知Windows 存储栈应用能力的情况下，过于散乱的节点排布形式不但会导致数据信息存储集中性水平的下降，还会适度加大数据的容灾备份处理压力[13-14]。为解决上述问题，在电力通信网络中尽可能地将通信数据信息归于同一存储位置，一方面降低信息参量在网络环境中的传输强度，为数据的容灾备份处理提供保障，另一方面也能够充分满足对于电力通信数据的高度集中化存储需求。设λ表示数据服务节点分类次数，表示与Windows 存储栈匹配的数据信息过滤条件，联立式（1），可将电力通信网络数据容灾备份服务对象设置结果表示为：

其中，x表示电力通信数据的预设存储数值，表示电力通信数据的实际存储数值。由于信息传输量需求的不同，在数据容灾备份处理过程中，服务对象的设置标准也有所不同。

2.3 容灾备份频率

容灾备份频率应与电力通信网络中数据信息的存储需求完全匹配，特别是在目录哈希树结构的作用下，过高或过低的容灾备份频率数值，都有可能对网络主体所具备的数据存储能力造成影响。容灾备份实际上是两个完全独立的物理概念，“容灾”是指在通信系统遭受攻击时可通过资源平均分配的方式，保障网络体系的正常运行能力；“备份”则是借助数据库主机对电力通信网络数据进行多次转存，从而避免重要信息参量出现丢失的情况[15-16]。选取a、b作为两个不同的通信网络节点编码系数，Ta、Tb分别代表与系数a和系数b匹配的通信数据转存目标值，联立式（2），可将容灾备份频率计算结果表示为：

3 实例分析

连接数据库集群、网络服务器、电力通信平台等多个硬件设备结构，所有电力通信数据的传输方向完全固定，只能由数据库集群设备，经由备份设备与网络容灾中心，最终进入电力专线通信网络中。容灾备份原理如图3 所示。

图3 电力通信网络数据容灾备份原理

采用目录哈希树，筛选电力通信网络构建所需的数据信息，在主哈希结构保持稳定的情况下，子目录延伸距离越长，代表该场景下的数据信息容量值越大。数据筛选如图4 所示。

图4 基于目录哈希树的通信数据筛选

分别以10 GB、20 GB、30 GB、40 GB 的数据信息容量条件作为实验环境，记录在不同输出条件下，电力通信数据容灾存储速率的具体变化情况，如图5所示。

图5 电力通信数据容灾存储速率

由图5 可知，理想情况下，随着数据输出量的增大，电力通信数据容灾存储速率也会表现出不断增大的变化情况，但其平均上升幅度相对较小。而在目录哈希树容灾备份方法作用下，随着数据输出量的增大，电力通信数据容灾存储速率依然保持不断增大的变化趋势，且平均上升幅度也出现了明显增大，最大速率值超过了110 Mb/s，能够对已输出的电力信息参量进行快速的容灾存储。

图6 反映了电力通信数据容灾量等于40 GB 时，信息备份量与备份时间的影响关系。

图6 电力通信数据备份时间

由图6 可知，在电力通信数据容灾量恒定的情况下，信息备份量越大则所需的备份时间也就越长，但与理想数值相比，应用目录哈希树容灾备份方法后，通信数据备份时间的上升幅度明显更小，符合快速备份电力通信数据的实际应用需求。

4 结束语

目录哈希树作为一项可行的电力通信网络定义原则，能够在维持节点部署平衡关系的同时，促进网络环境中的数据负载情况快速趋于均衡性表现状态，且由于Windows 存储栈的存在，电力通信网络中的数据容灾备份频率值不断增大，可为待服务对象提供更为可行的执行环境。电力通信网络数据容灾备份方法不但在网络体系中形成了高度集中的信息存储环境，也保障了数据信息的传输完整性，这对于目录哈希树结构的应用价值作出了较好印证。