以云南省IP地址及云南省基础地理数据为基础,建立云南省IP地址定位与状态变化数据基础数据库,使用互联网信报控制协议完成全省IP地址的常态与异常数据收集,并对数据进行分析整理,根据相关模型产出震区IP地址在线状态变化图等结果资料。软件系统业务流程如图2所示。
2.1 系统功能
按照云南省地震局现有应急指挥技术系统特点,基于IP的灾区灾情信息收集系统全部部署于阿里云服务器,共分IP地址后台扫描端、主控分析端两大部分,相关软硬件环境需求见表3。扫描端以云计算节点方式长期独立运行并生产数据,与主控分析端通过MSMQ(微软消息队列)方式进行数据传输与作业交接; 所有的数据读取、分发、存储工作由主控分析端完成,并负责响应由软件系统定期发起或由用户随机发起的各类数据核算、查看、分析作业(钱文静,邓仲华,2009)。
图2 软件系统业务流程图
Fig.2 Flow chart of the software system business
软件系统功能总体包含系统参数设置、IP地址扫描、IP地址常态值核算、数据产出(已完成方法研究,软件功能未实现)4个方面。功能模块根据应用时间、服务对象不同,对上述4方面功能进行了进一步的分割或结合,以保证系统运行期各模块之间互联、互通便捷且不相互影响(陶彩霞等,2013),具体功能设计见表4。
2.2 运行状态
截至2017年3月,IP地址后台扫描软件系统已完成设计部署,试运行24 d,未发现重大设计失误或数据偏差,运行界面见图3。试运行期间,设定IP地址扫描速率为750次/s,重访周期约为30～45 min; 期间共收集数据7亿余条,完成一次常态值核算,核算常态值3.6亿余条。
经校验,常态值的分布情况与预想值较为接近。图4为较典型的IP地址在线状态分布图,由连续3周的观测数据汇总得到,统计时为得到较
表3 软件系统部署要求
Tab.3 Deployment requirements of the software system
为典型的曲线,已将休息日数据剔除。图中IP地址为疑似某小型企业固定IP地址在线状态分布,其在线时间段与法定工作时段有明显的正相关关系,法定工作时间其在线率接近100%,而其他时间则几乎为0%,0点的数据突跳为测试用异常数据。
由此类常态值可分析、分辨出IP地址对应的用户个体(群体),此类分析结果可直接作用于震后人员伤亡、迁移评估,对震后的灾情估算有较大价值,尤其对人员伤亡情况判断有重要意义。此类数据的分析、分辨模型仍需较长时间进行研究,以便获得更为准确的判别结果。
表4 IP地址扫描软件功能
Tab.4 Function of IP address scanning software
图3 软件系统运行界面
Fig.3 Running interface of the software system
图4 疑似小型企业固定IP地址在线状态变化图
Fig.4 Online state change curve of the fixed IP address of suspected small business
2.3 预期成果及地震应用
在地震灾害(紧急事件)发生后的一定时间段内,使用上述方法及软件系统,对震区IP地址逐一进行短周期重访操作,将这些目标主机因电力中断、线缆破坏、人为关机等原因而引起的通信中断(曹刻等,2008),因民众仓促避难无暇上网而引发的网络通畅,因灾民集中使用网络而引发的网络阻塞等网络状态进行收集,并逐一根据位置信息在地图上进行分时段标绘,即得到图5。
图5 震区IP地址状态分布图(模拟数据)
Fig.5 Distribution map of IP address state in seismic area(simulation data)
从此类图件中可快速准确地判读出地震灾害极重灾区(高烈度区)、通信中断、阻塞、生命线工程破坏等内容(帅向华等,2014)。如图5a为模拟全省IP地址震后状态分布图,其中红色区域为通信中断地区,由此可认定该区的地面线路基本中断,造成原因可能为地面通信线路故障; 黄色区域为高延迟区域,此区域可能为震感强烈区域,导致该区居民集中使用网络资源进行报灾、发送微博微信等引发区域网络阻塞。图5b为震后城市IP地址状态分布图,可明显判读出一呈条带状分布的通信中断区域,此区域的通信中断极有可能是由为该区域提供电力的输电线路损坏而引起。
2017年2～3月,软件系统覆盖区共发生2次
4.0级以上地震,分别为2月8日云南鲁甸4.9级、3月12日云南鲁甸4.5级地震。这2次地震发生后,软件系统均根据EQIM数据自动创建并开始进行紧急事件扫描,2月8日地震事件持续扫描为5 h,扫描半径50 km; 3月12日地震事件持续扫描时间为6 h,扫描半径60 km。
这2次地震事件均未收集到有效的网络状态突变数据。由图6可知,常在线设备的延迟数据并未因地震事件发生较大波动,震后延迟波动范围与常态值基本保持一致,并未发生预计中的突跳,其原因在于两次地震震区均为地震常发区,且震级偏小,当地居民对此类不会造成较大损失或生命线工程毁坏的地震并不会采取较为激烈的应急动作。
图6 2017年3月12日鲁甸4.5级地震震区某常在线IP地址延迟数据对比图
Fig.6 Comparison of the frequent online IP address delay data in the Ludian MS4.5 seismic area on Mar.12,2017
鉴于上述2次地震案例,该软件系统在应对云南省内较小地震的过程中尚存在一定不足,其原因主要为:(1)软件系统设计的应对目标地震为震级较大、具有较大破坏力的地震,设计采用的数据收集方式、精度不能很好地应用于较小地震;(2)软件系统数据分析方式、方法不能较为准确地体现数据的微小波动。后期将对上述两个问题进行详细研究并提出解决方案与更优的数据分析方法。
2.4 其他说明事项
本软件系统使用的主机在线状态探测方法是互联网点对点联通状态测试的最常用方法,其回报内容有限且不涉及隐私,非有意进行特定特殊参数设置并进行大量并发操作不具有危害性。软件系统试运行阶段所有运行参数(探测及重访周期等)设置均在合理、合法范围内,公网出入流较小且稳定,不具备有害行为特征,不会被认定为有害软件或黑客软件(冯登国等,2014)。
