地震观测中的Cacti开源软件应用

夏波

近年来，随着地震观测技术迅速发展，地震台站数据的网络信息化管理成为地震观测体系的重中之重。如何实现对网络和服务器性能的实时监测、切实保障网络服务质量？上海地震局通过Cacti开源软件对地震观测数据进行实时、图形化监测的实践经验，或将为人们带来一些启发。

数字地震观测

我国数字地震观测技术的开发始于上世纪七十年代后期，“九五”期间，中国地震局主持实施了“中国数字地震观测系统建设”，全国地震观测系统发生了根本性变革，由 47个国家基本数字地震台和全国台网中心组成的国家数字地震台网应运而生，近三十个区域遥测地震台网中，有三分之二实施了数字化改造。

在数字地震观测系统建设中，人们研究某一地区的地震活动，需要布置一个区域台网，网络由几十个至百余个地震台组成，各台相距数公里、几十公里、上百公里不等，台点检测到的地震信号通过有线网络或无线电方法迅速传至中心记录站，并进行记录处理。

以上海为例：作为国际化大都市，上海建有崇明、佘山两大地震基准台，另有三十多个无人值守台点分布于各区县及周边海岛，其共同组成了上海观测台网。由于各台点都配备了多种地震观测设备及网络交换设备，如何保障台站的网络通讯质量就显得尤为重要，其中最为关键的三要素为准确性、连贯性和实时性。

目前，上海地震观测主要以测震、强震、预报数据为主，以SDH光纤通讯、3G无线网传输以及卫星传输为通讯手段。上海地震路由交换设备管理平台通过Cacti开源软件对崇明地震观测台、佘山地震观测台及三十多个无人值守台站的网络交换设备（路由器、交换机）工作状态、实时流量进行远程监控，并通过Web页面实时显示、统一管理。其配合上海市地震局原有的基于Nagios的地震监测设备统一监控平台，对整个地震观测系统进行全面监控。

Cacti工作流程

Cacti是一套基于PHP、MySQL、SNMP和RRDTool开发的网络流量监测图形分析工具，其通过PHP语言实现，主要功能是用SNMP服务获取数据，然后用RRDTool储存和更新数据。SNMP是简单网络管理协议，通过固定协议运行方式、以OID格式提供系统运行状态的全面信息，然后通过SNMP Agent去获取这些信息并绘制流量；RRDTool是指Round Robin Database 工具（环状数据库），简单来说就是一种数据绘图工具，当用户需要查看数据的时候，即可通过RRDTool生成图表予以呈现。

综上所述，SNMP和RRDTool是Cacti的关键——SNMP关系着数据的收集，而RRDTool则关系着数据存储和图表的生成。

Cacti的工作流程主要包括三方面：一是定时采集数据：Cacti会定时运行数据采集脚本，使用“snmpget”命令或其他自定义的方式进行数据采集；二是存储数据：用RRDTool的“update”指令将采集到的数据储存到RRD文件中；三是用户要查看某台设备的流量：在Cacti的PHP页面上点击该设备，Cacti在数据库中寻找该设备对应的RRD文件的名称，并运行命令让RRDTool进行绘图。

Cacti助力地震监测

在诸多的工具软件和解决方案中，上海地震局为何选择Cacti开源软件作为地震监测系统的核心架构？

首先，Cacti具有低廉的成本和强大的监测能力。与众所周知的开放源代码操作系统Linux一样，Cacti也是一款可以被视为“Free”的开源软件。其在提供强大网络管理功能的同时，极大地降低了地震监测网络管理的研发成本，减少了资金风险。此外，任何一个管理工作人员都无需了解RRDTool的复杂参数，通过友好的界面、强大的图形化监测能力，即可了解各台站的设备流量情况。

其次，Cacti作为开源软件，具有良好的可扩展性。上海市地震路由交换设备管理平台可以在满足现有功能情况下，针对业务需求进行二次开发。中国数字测震台网技术规范中有明确规定：任何一个区域数字测震台站，都必须配有宽频带数字地震观测系统、数据采集器和各网路传输设备。地震路由交换设备管理平台通过配合Nagios强力的故障分析能力及报警能力，其所能够检测的对象除了现有网络接口（流量、转发速度、丢包率等），还包括服务器资源（CPU、内存、进程等）、台站设备运行状态（风扇、温度、电源等）、机房运行环境（电流、电压、温湿度等）、安全设备性能、连接数、攻击数。未来，根据地震观测业务的实际需求，配合Cacti软件的相关插件及后续升级，平台可以对各类所需业务信息进行进一步收集，并提供实时图形化监测管理，可以为我国大量的数字无人值守台站资源维护及管理水平带来巨大的潜在优势。

Cacti软件可以实现地震数据实时流量图形动态化。众所周知，在任何数字化管理系统中，图形是最直观、有效的数据表示方式之一。对地震网络设备进行管理时，工作人员只要点击所需的网络设备就能在Web页面直接显示该设备的实时流量，并可以查询任意历史时段的网络数据信息。基于RRDTool存储的监控数据，在查询指定时间段的监测数据时不用浏览整个数据文件，而是通过RRDTool提供的图片生成工具使，用PHP脚本生成动态web图片。同时，通过简单的Web操作，即可对任一时段的数据流量进行查询分析，界面简单而友善。

Cacti软件实现了监测数据曲线图多样化。由于每一个台站功能与监测环境不同，数据会产生多样化及时段性，日常管理中需要对其进行统一分配规划。工作人员发现RRDTool的图片生成提供了多种参数，人们可以将若干个监控项目集中显示在一张图片中，如部分地震台站同时配备了卫星通讯网络和3G无线通讯网，观测数据中既有强震烈度数据，也包括测震数据，管理平台可以同时将不同传输流量、不同业务数据，同时显示在一张图中，方便工作人员进行资源分配及网络规划。

台站资源运维

自中国数字化地震台网建设以来，台站资源的日常维护一直是各省市地震局的“远、怕、难”问题。在大量的台站维护经验中，工作人员发现台站维护前期的网络监测在日常地震观测运维中逐渐成为重要角色，其重要性表现在台站网络的故障管理、资源规划和安全需要等诸多方面。

台站网络故障管理：当台站故障发生时，网络管理人员可以通过平台提供的各统计时间的统计图表、定时时间段的曲线图来分析网络监测数据，及时、准确地发现故障成因，并进行硬件方面的故障排除，提出解决方案，避免不必要的人力和物力资源浪费。

台站网络资源规划：在进行台站网络资源规划时，工作人员需要根据网络中不同台站（基准台或无人值守台）、不同业务数据（测震、强震数据等）的历史流量状态，包括网络流量高峰时间，在台站运维期间可以指定监测该台站的每一个端口并进行控制，通过一定的调整为其选择合适的网络传输介质，或分配网络带宽，进一步减少故障发生频率，提高网络运行效率。

台站网络安全需要：随着网络中各应用领域、规模在快速增长，通过网络传播的计算机病毒种类越来越多，传播速度更快，感染面积更广，台站信息安全受到了严重的威胁。当前，大多数台站均采用公网传输手段，网络数据安全至关重要。通过网络监测，工作人员可以发现各台站的网络安全漏洞，并及时地做出预防排查。

不难发现，上海地震台站的网络监测已经成为上海市防震减灾事业中不可缺少的组成部分。借助于Cacti插件构架的地震路由交换设备管理平台，以其强大的功能将网络管理粒度深入化、细微化，大大提高了当前地震观测的网络管理水平和技术防范水平。