工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的開發(fā)

摘要：基于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的目的是維護(hù)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)中的各種資源得到有效的利用，而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑹蔷W(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中其他網(wǎng)絡(luò)管理功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。拓?fù)湫畔⒌目焖佟?zhǔn)確收集以及圖形化顯示可使網(wǎng)絡(luò)管理員方便有效的對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)配置、性能分析、故障定位、安全管理等。本文詳細(xì)闡述了工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，討論了系統(tǒng)的框架以及主要功能模塊。

關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)管理；拓?fù)?/p>

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)27-1918-02

Development of Industrial Ethernet Network Management System

MA Ke

(Qinghai Normal University， Xining 810008， China)

Abstract: The network management system， based on the industrial Ethernet， is to maintain network running， and to make use of the various resources of network efficiently. Topology information of network is the foundation of other functions to be implemented in the network management system. Collecting topology information fast， accurately， and showing the network topology to the network administrator by way of various methods are important. Then， system disposing， analysis of performance， localization of fault and safety management can carry on. In this paper， it talks about the architecture of industrial network management system and the main function of each module.

Key words: industrial ethernet; network management; topology

1 引言

國內(nèi)外學(xué)者近年來在工業(yè)以太網(wǎng)的研究工作中表明，新技術(shù)的介入和具有實(shí)時(shí)功能的以太網(wǎng)協(xié)議的產(chǎn)生，使工業(yè)以太網(wǎng)將逐步成為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。碰撞沖突產(chǎn)生的帶寬問題和排隊(duì)時(shí)延的不確定性問題，在理論上都得到了不同程度的解決。網(wǎng)絡(luò)管理作為工業(yè)以太網(wǎng)中的重要研究對(duì)象之一，成為現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了

一種適用于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

2 工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)管系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可見，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)由遠(yuǎn)程管理主機(jī)、本地管理主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器和設(shè)備四個(gè)部分組成。其中本地管理主機(jī)模塊是整個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文所涉及到的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理，是希望能將現(xiàn)已經(jīng)存在的企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，所以該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)分為三個(gè)部分：底層數(shù)據(jù)通信模塊，數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)模塊和表示層。

1） 底層數(shù)據(jù)通信模塊：底層為數(shù)據(jù)通信部分，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)使用SNMP協(xié)議與被管的設(shè)備進(jìn)行通信，獲取SNMP實(shí)體中MIB庫中的信息。這里采用了面向?qū)ο蟮姆椒?，即把每個(gè)被管設(shè)備都當(dāng)作一個(gè)對(duì)象，當(dāng)對(duì)被管對(duì)象進(jìn)行訪問時(shí)，只要調(diào)用Advent Net SNMP API函數(shù)，便可獲取相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信息。

2） 數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)模塊：負(fù)責(zé)對(duì)采集信息處理和系統(tǒng)的配置、輪詢、日志、故障、拓?fù)涞墓芾砉δ?。如?duì)采集數(shù)據(jù)需要及時(shí)顯示，則直接傳給表示層。系統(tǒng)配置主要是設(shè)置閥值和對(duì)被管理的設(shè)備信息進(jìn)行配置。輪詢查詢的主要作用是實(shí)時(shí)監(jiān)控被管實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)。日志是對(duì)用戶操作以及程序運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的異常給予記錄。故障管理是對(duì)被代理設(shè)備的故障時(shí)發(fā)出的陷阱通知給予及時(shí)的接收處理。拓?fù)淠K是對(duì)在被管實(shí)體實(shí)現(xiàn)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，并用圖形方式顯示。

3） 表示層：在系統(tǒng)和用戶之間建立一種通信方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理者對(duì)系統(tǒng)的訪問。

4 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)管理按功能分成六大模塊:拓?fù)涔芾?、故障管理、性能管理、配置管理、用戶管理和日志管理。下面分別對(duì)各個(gè)模塊功能的具體描述。

4.1 拓?fù)涔芾?/p>

拓?fù)涔芾硖峁┚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示與多視圖管理功能，用戶能夠在拓?fù)湟晥D上清晰、直觀的掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及各層設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要由拓?fù)鋵?dǎo)航圖、拓?fù)錁浣M成。拓?fù)涔芾硎蔷W(wǎng)絡(luò)管理中的其它模塊管理的基礎(chǔ)，也是本文的研究重點(diǎn)內(nèi)容。

在該管理模塊中，根據(jù)配置，可以自動(dòng)獲取受控網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)給管理員；同時(shí)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)刷新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌园l(fā)現(xiàn)和呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變化。也提供手工刷新方式。在拓?fù)錁涔?jié)點(diǎn)、拓?fù)鋵?dǎo)航圖上會(huì)直觀顯示網(wǎng)絡(luò)元素和鏈路的當(dāng)前告警信息，例如當(dāng)出現(xiàn)連接斷路時(shí)用紅色虛線來表示。管理員可以添加、刪除、修改網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)。在該功能中還提供完善的圖形、布局、查找操作。拓?fù)涔芾砟K細(xì)分成7個(gè)模塊（如圖3），分別是：拓?fù)湫畔⒉杉刂颇K；拓?fù)湫畔⒉杉K；拓?fù)湫畔⒎治瞿K；顯示控制模塊；顯示模塊；警告模塊；MIB信息提取模塊。

拓?fù)涔芾淼墓ぷ髁鞒淌牵紫韧負(fù)湫畔⒉杉K根據(jù)拓?fù)湫畔⒉杉刂颇K提供的一些參數(shù)（比如采集范圍、采集時(shí)間），利用前面所述的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法提供的方法采集到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑?，并保存到相?yīng)到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中。信息分析模塊則對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得出網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備之間的連接關(guān)系，再交給顯示模塊進(jìn)行圖形化的顯示。如果在采集拓?fù)湫畔⑦^程中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常，則通過告警模塊，以各種方式向用戶告警。除此之外，還提供了MIB庫的各個(gè)變量瀏覽，通過圖形顯示方式，將保存的樹型結(jié)構(gòu)的MIB變量的值顯示給管理員。管理員直接利用這些值來提取相應(yīng)的信息。

4.2 故障管理

故障管理是指實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)所有網(wǎng)元設(shè)備的告警監(jiān)測(cè)和故障定位，配合管理其他功能進(jìn)行故障排除和系統(tǒng)設(shè)備復(fù)測(cè)，還能收集和處理各網(wǎng)絡(luò)單元的各種故障、告警及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)異常信息，能夠以聲、光等形式直觀的提示維護(hù)人員。并具有各種分類統(tǒng)計(jì)和指導(dǎo)分析的功能。

實(shí)時(shí)接收網(wǎng)元上報(bào)的告警和通知報(bào)告，提供告警描述、級(jí)別、類型、時(shí)間、原因、位置、設(shè)備標(biāo)識(shí)、告警處理建議等詳細(xì)信息，提供告警自動(dòng)和手工同步，確保告警的準(zhǔn)確性。

告警級(jí)別分為嚴(yán)重告警、重要告警、普通告警、和輕微告警；提供告警的確認(rèn)、反確認(rèn)、清除；提供告警過濾、提供告警前轉(zhuǎn)，可將告警發(fā)送到指定郵箱；打印和輸出到文件。

網(wǎng)絡(luò)管理員可自行定義告警級(jí)別，以及告警提示聲音等。提供告警處理建議定制，系統(tǒng)提供缺省的處理建議，可根據(jù)指定的條件查詢當(dāng)前告警、歷史告警、通知信息。

4.3 性能管理與配置管理

性能管理負(fù)責(zé)設(shè)備的性能監(jiān)視和分析，從網(wǎng)元采集各種性能數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后生成性能報(bào)告，為維護(hù)部門和管理部門提供數(shù)據(jù)，以便指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、調(diào)整，改善網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量。

配置管理模塊主要是通過配置管理器對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置屬性進(jìn)行配置、查詢、修改。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是指工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備（網(wǎng)元），設(shè)備包含機(jī)架、機(jī)框、插槽和電路板，以及物理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的各種設(shè)備。配置管理包括對(duì)網(wǎng)元的物理配置管理和邏輯配置管理，物理配置管理是對(duì)設(shè)備、機(jī)架、機(jī)框、插槽、電路板和端口等物理實(shí)體的屬性進(jìn)行管理，邏輯配置管理可以對(duì)設(shè)備中包含的各種功能實(shí)體進(jìn)行配置操作。

5 仿真實(shí)驗(yàn)

為了證明采用基于簡(jiǎn)單管理協(xié)議和快速生成樹相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法的有效性和高效性，本文使用JAVA語言做了實(shí)驗(yàn)。由于路由器的訪問權(quán)限和安全性限制，實(shí)驗(yàn)是在依據(jù)真實(shí)數(shù)據(jù)模擬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行。根據(jù)得到的拓?fù)湫畔⒔?jīng)過分析知道該算法的發(fā)現(xiàn)方法是有效的。本文通過與完全基于傳統(tǒng)的生成樹的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓路椒ㄏ啾容^，結(jié)果如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)分別對(duì)2個(gè)、5個(gè)、7個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥曰謴?fù)能力的量度C采用下式計(jì)算：

其中Cn代表n個(gè)節(jié)點(diǎn)變化時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥曰謴?fù)能力的量度值，Tr代表r個(gè)連續(xù)節(jié)點(diǎn)變化時(shí)拓?fù)鋸陌l(fā)生變化時(shí)刻到拓?fù)涓峦瓿伤?jīng)歷的時(shí)間值。

6 小結(jié)

本文提出了一種適用于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了各個(gè)功能模塊的作用。并對(duì)前面講述的內(nèi)容做了仿真實(shí)驗(yàn)。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>