基站型航標通信鏈路自動化監測系統研究

于盈

摘 要

為保障基站型通信鏈路的可用性和故障反應實時性，文章以大連航標處基站型航標設施為依托，針對性的研究設計了基站型航標通信鏈路自動化監測系統，重點研究了在不改變現有網絡物理架構情況下，為大連航標處各基站型航標網絡節點提供實時動態網絡連接狀態監測服務；設計了系統總體架構，鏈路檢測、故障點定位和報警業務邏輯；并重點研究了通信鏈路自動檢測技術；為大連航標處網絡系統完好性運行，實時快速鎖定網絡故障節點提供了直觀有效地工具。結果表明，該系統可實時反應網絡通信鏈路通信狀況，快速定位網絡故障節點，有效提高了基站型航標設施的可用性和可靠性。

【關鍵詞】基站型航標 通信鏈路 自動化監測

航標助導航設施在保障船舶安全航行，保護海上環境方面具有十分重要的意義。其中，基站性航標設施如AIS基站、DGPS臺站等是船岸信息溝通的重要通道，其通信鏈路可用性與穩定性直接關系到船岸信息交換、航海保障的服務質量。目前，大連航標處現有8座AIS基站、2座DGPS臺站、7個航標站，為了發揮這些站點設施在航標遙測遙控、航標作業維護、區域水上交通管理等服務中的作用，隨時監測故障，保障鏈路暢通，保障設施正常運行，需要實時監測其通信鏈路，以獲得滿足上述服務需求的數據信息。目前主要靠人員值班，定時巡檢發現網絡通信鏈路故障。這種方法不但是值班人員工作壓力較大，且故障發現、故障點定位的實時性較差。針對該問題，需要研究基于網絡通信技術的系統網絡鏈路檢測、故障點自動定位方法。本文首先設計了系統總體架構，鏈路檢測、故障點定位和報警業務邏輯；并重點研究了通信鏈路自動檢測技術；為大連航標處網絡系統完好性運行，實時快速鎖定網絡故障節點提供了直觀有效地工具。

1 系統架構與關鍵技術研究

1.1 系統總體架構設計

基站型航標通信鏈路自動化監測系統不僅能夠檢測到目標節點的通信鏈路運行狀況，還能夠檢測到其中所經過的每個網絡路由節點。從而使任何一處發生網絡故障時即可以立刻判斷故障位置，而不需要從頭排查?；谶@一需求，該系統總體上分為四個核心模塊和一個數據庫模塊。分別是目標終端配置與圖形化設置模塊、通信鏈路監測核心管理模塊、故障自適應報警模塊和故障節點自動化定位模塊，另外包括系統數據庫模塊。整體框架圖如圖1所示：

1.2 系統通信鏈路檢測和故障報警業務邏輯設計

針對大連航標處各基站型航標網絡拓撲和業務應用分析，系統通信鏈路檢測及故障報警總體業務邏輯如圖2所示。

其中圖形化配置界面由用戶輸入配置需要監測的基站型航標地址后，鏈路監測模塊加載自動監測目標，并實時通過故障節點自動化定位模塊檢測鏈路通信狀況，結果實時反映在圖形界面上。一點有故障出現，故障節點自動化定位模塊定位故障位置，并通知鏈路監測模塊，供其通知報警模塊自適應判斷故障類型進行報警。

1.3 通信鏈路自動監測技術研究

目前，無源檢測網絡終端技術有兩種，其中之一是利用SNMP網絡管理協議進行檢測網絡鏈接狀況[5]，該方法優點是功能強大，但實現十分復雜，一般常用于大型網絡自動搜索的所有網絡節點的管理。其二是利用Tracerouter和Ping指令協同監測特定目標節點的網絡鏈路狀況[6]，其優點是檢測效率高，實現簡單?；诒菊n題需求，主要是針對特定目標終端的網絡通信鏈路的檢測和監測，因此采用了第二種方法。利用Tracerouter和Ping指令檢測網絡鏈路的技術實現業務流程圖如圖3所示。

目標終端鏈路自動監測技術中有兩個關鍵點，其一是每過一定時間（1分鐘），鏈路自動化檢測核心管理模塊會自動向數據庫申請是否存在待檢測目標終端，發現有檢測鏈路時啟動tracerouter進行鏈路檢測，檢測結果存儲至數據庫；其二是當有鏈路穩定時，每隔1分鐘利用ping指令檢測目標節點的連通性，從后向前監測，后級連通時則不需檢測前級節點，否則，逐步向前監測節點連通狀況，并最終確定故障節點。

前述檢測過程每分鐘自動執行一次，以達到網絡鏈路檢測的實時性，滿足系統設計指標反應時間為3分鐘的要求。

1.4 鏈路故障節點自動化定位技術研究

基于通信鏈路自動監測技術，系統每隔一定時間間隔（1分鐘）就會自動對各節點通信鏈路進行連通性檢測。當發現有故障節點時，系統會重復3次間隔性檢測鏈路通斷，3次檢測確定故障節點后，將形成節點故障描述數據結構體，發送給報警模塊，報警模塊接到指令后，按照報警策略形成特定報警電文發送至聲光/短信一體化報警設備進行報警。同時將故障狀態寫入數據庫，以供系統圖形化界面顯示。具體流程圖圖4所示。

1.5 聲光/短信一體化報警設備研究

課題根據報警策略和報警協議重新設計開發了原有的聲光/短信以替換報警設備相關技術，使其更好地將各種報警信息通知監管人員，減輕值班人員工作壓力，其物理結構圖如圖5所示。

該設備接收系統故障自適應報警模塊發送來的報警指令電文，并將報警電文解析后啟動相應的報警方式。同時支持報警級別信息設置和報警級別設置功能。另外，當值班員按下聲光報警確認按鍵后，設備會發送確認指令至系統故障自適應報警模塊，以提供報警確認支持。

報警終端設備由串口通信模塊、主控模塊、短信報警模塊和聲光報警模塊組成。主控模塊是報警終端設備核心，負責管理各種報警指令的執行和報警確認電文的形成。串口通信模塊主要負責與系統故障自適應報警模塊之間的信息交換，并采用了FIFO技術實現電文的緩存處理。短信報警模塊由主控模塊控制對目標手機用戶發送報警短信。聲光報警模塊由主控模塊控制啟動相應的聲音/燈光/聲光報警支持。

2 結論

該系統成果已經應用于大連航標處各鏈路監控與管理應用中，不僅可以提高大連航標處所有臺站網絡通信鏈路的可用性與完好性監測，還可以有效降低現場檢測次數和管理人員工作壓力，及時發現故障，減少設備故障時間，提高通信鏈路故障恢復效率。有效保障轄區航標設施正常運行，設備信號實時收發，提高航標設施的可用率，從而保障船舶航行安全。

參考文獻

[1]王英志.航標的發展趨勢[J].大連海事大學學報，1994.

[2]李汶.21世紀視覺航標發展政策的探討[J].中國航海，1996（01）：23-26.

[3]Chang S J.Development and analysis of AIS applications as an efficient tool for vessel traffic service[C]. IEEE TECHNO-OCEAN'04.IEEE，2004.

[4]吳允平，蔡聲鎮，劉華松.航標遙測遙控信息系統的設計與實現[J].計算機工程，2006，32（12）：253-254.

[5]Gavalas D，Greenwood D，Ghanbari M， et al.Advanced network monitoring applications based on mobile/intelligent agent technology[J]. Computer Communications，2000.

[6]Cassata R，Ali Z.Ping and Traceroute with Evidence Collection in Photonic Networks[J].2008.

作者單位

北海航海保障中心大連航標處 遼寧省大連市 116001endprint

摘 要

為保障基站型通信鏈路的可用性和故障反應實時性，文章以大連航標處基站型航標設施為依托，針對性的研究設計了基站型航標通信鏈路自動化監測系統，重點研究了在不改變現有網絡物理架構情況下，為大連航標處各基站型航標網絡節點提供實時動態網絡連接狀態監測服務；設計了系統總體架構，鏈路檢測、故障點定位和報警業務邏輯；并重點研究了通信鏈路自動檢測技術；為大連航標處網絡系統完好性運行，實時快速鎖定網絡故障節點提供了直觀有效地工具。結果表明，該系統可實時反應網絡通信鏈路通信狀況，快速定位網絡故障節點，有效提高了基站型航標設施的可用性和可靠性。

【關鍵詞】基站型航標 通信鏈路 自動化監測

航標助導航設施在保障船舶安全航行，保護海上環境方面具有十分重要的意義。其中，基站性航標設施如AIS基站、DGPS臺站等是船岸信息溝通的重要通道，其通信鏈路可用性與穩定性直接關系到船岸信息交換、航海保障的服務質量。目前，大連航標處現有8座AIS基站、2座DGPS臺站、7個航標站，為了發揮這些站點設施在航標遙測遙控、航標作業維護、區域水上交通管理等服務中的作用，隨時監測故障，保障鏈路暢通，保障設施正常運行，需要實時監測其通信鏈路，以獲得滿足上述服務需求的數據信息。目前主要靠人員值班，定時巡檢發現網絡通信鏈路故障。這種方法不但是值班人員工作壓力較大，且故障發現、故障點定位的實時性較差。針對該問題，需要研究基于網絡通信技術的系統網絡鏈路檢測、故障點自動定位方法。本文首先設計了系統總體架構，鏈路檢測、故障點定位和報警業務邏輯；并重點研究了通信鏈路自動檢測技術；為大連航標處網絡系統完好性運行，實時快速鎖定網絡故障節點提供了直觀有效地工具。

1 系統架構與關鍵技術研究

1.1 系統總體架構設計

基站型航標通信鏈路自動化監測系統不僅能夠檢測到目標節點的通信鏈路運行狀況，還能夠檢測到其中所經過的每個網絡路由節點。從而使任何一處發生網絡故障時即可以立刻判斷故障位置，而不需要從頭排查?；谶@一需求，該系統總體上分為四個核心模塊和一個數據庫模塊。分別是目標終端配置與圖形化設置模塊、通信鏈路監測核心管理模塊、故障自適應報警模塊和故障節點自動化定位模塊，另外包括系統數據庫模塊。整體框架圖如圖1所示：

1.2 系統通信鏈路檢測和故障報警業務邏輯設計

針對大連航標處各基站型航標網絡拓撲和業務應用分析，系統通信鏈路檢測及故障報警總體業務邏輯如圖2所示。

其中圖形化配置界面由用戶輸入配置需要監測的基站型航標地址后，鏈路監測模塊加載自動監測目標，并實時通過故障節點自動化定位模塊檢測鏈路通信狀況，結果實時反映在圖形界面上。一點有故障出現，故障節點自動化定位模塊定位故障位置，并通知鏈路監測模塊，供其通知報警模塊自適應判斷故障類型進行報警。

1.3 通信鏈路自動監測技術研究

目前，無源檢測網絡終端技術有兩種，其中之一是利用SNMP網絡管理協議進行檢測網絡鏈接狀況[5]，該方法優點是功能強大，但實現十分復雜，一般常用于大型網絡自動搜索的所有網絡節點的管理。其二是利用Tracerouter和Ping指令協同監測特定目標節點的網絡鏈路狀況[6]，其優點是檢測效率高，實現簡單?；诒菊n題需求，主要是針對特定目標終端的網絡通信鏈路的檢測和監測，因此采用了第二種方法。利用Tracerouter和Ping指令檢測網絡鏈路的技術實現業務流程圖如圖3所示。

目標終端鏈路自動監測技術中有兩個關鍵點，其一是每過一定時間（1分鐘），鏈路自動化檢測核心管理模塊會自動向數據庫申請是否存在待檢測目標終端，發現有檢測鏈路時啟動tracerouter進行鏈路檢測，檢測結果存儲至數據庫；其二是當有鏈路穩定時，每隔1分鐘利用ping指令檢測目標節點的連通性，從后向前監測，后級連通時則不需檢測前級節點，否則，逐步向前監測節點連通狀況，并最終確定故障節點。

前述檢測過程每分鐘自動執行一次，以達到網絡鏈路檢測的實時性，滿足系統設計指標反應時間為3分鐘的要求。

1.4 鏈路故障節點自動化定位技術研究

基于通信鏈路自動監測技術，系統每隔一定時間間隔（1分鐘）就會自動對各節點通信鏈路進行連通性檢測。當發現有故障節點時，系統會重復3次間隔性檢測鏈路通斷，3次檢測確定故障節點后，將形成節點故障描述數據結構體，發送給報警模塊，報警模塊接到指令后，按照報警策略形成特定報警電文發送至聲光/短信一體化報警設備進行報警。同時將故障狀態寫入數據庫，以供系統圖形化界面顯示。具體流程圖圖4所示。

1.5 聲光/短信一體化報警設備研究

課題根據報警策略和報警協議重新設計開發了原有的聲光/短信以替換報警設備相關技術，使其更好地將各種報警信息通知監管人員，減輕值班人員工作壓力，其物理結構圖如圖5所示。

該設備接收系統故障自適應報警模塊發送來的報警指令電文，并將報警電文解析后啟動相應的報警方式。同時支持報警級別信息設置和報警級別設置功能。另外，當值班員按下聲光報警確認按鍵后，設備會發送確認指令至系統故障自適應報警模塊，以提供報警確認支持。

報警終端設備由串口通信模塊、主控模塊、短信報警模塊和聲光報警模塊組成。主控模塊是報警終端設備核心，負責管理各種報警指令的執行和報警確認電文的形成。串口通信模塊主要負責與系統故障自適應報警模塊之間的信息交換，并采用了FIFO技術實現電文的緩存處理。短信報警模塊由主控模塊控制對目標手機用戶發送報警短信。聲光報警模塊由主控模塊控制啟動相應的聲音/燈光/聲光報警支持。

2 結論

該系統成果已經應用于大連航標處各鏈路監控與管理應用中，不僅可以提高大連航標處所有臺站網絡通信鏈路的可用性與完好性監測，還可以有效降低現場檢測次數和管理人員工作壓力，及時發現故障，減少設備故障時間，提高通信鏈路故障恢復效率。有效保障轄區航標設施正常運行，設備信號實時收發，提高航標設施的可用率，從而保障船舶航行安全。

參考文獻

[1]王英志.航標的發展趨勢[J].大連海事大學學報，1994.

[2]李汶.21世紀視覺航標發展政策的探討[J].中國航海，1996（01）：23-26.

[3]Chang S J.Development and analysis of AIS applications as an efficient tool for vessel traffic service[C]. IEEE TECHNO-OCEAN'04.IEEE，2004.

[4]吳允平，蔡聲鎮，劉華松.航標遙測遙控信息系統的設計與實現[J].計算機工程，2006，32（12）：253-254.

[5]Gavalas D，Greenwood D，Ghanbari M， et al.Advanced network monitoring applications based on mobile/intelligent agent technology[J]. Computer Communications，2000.

[6]Cassata R，Ali Z.Ping and Traceroute with Evidence Collection in Photonic Networks[J].2008.

作者單位

北海航海保障中心大連航標處 遼寧省大連市 116001endprint

摘 要

為保障基站型通信鏈路的可用性和故障反應實時性，文章以大連航標處基站型航標設施為依托，針對性的研究設計了基站型航標通信鏈路自動化監測系統，重點研究了在不改變現有網絡物理架構情況下，為大連航標處各基站型航標網絡節點提供實時動態網絡連接狀態監測服務；設計了系統總體架構，鏈路檢測、故障點定位和報警業務邏輯；并重點研究了通信鏈路自動檢測技術；為大連航標處網絡系統完好性運行，實時快速鎖定網絡故障節點提供了直觀有效地工具。結果表明，該系統可實時反應網絡通信鏈路通信狀況，快速定位網絡故障節點，有效提高了基站型航標設施的可用性和可靠性。

【關鍵詞】基站型航標 通信鏈路 自動化監測

航標助導航設施在保障船舶安全航行，保護海上環境方面具有十分重要的意義。其中，基站性航標設施如AIS基站、DGPS臺站等是船岸信息溝通的重要通道，其通信鏈路可用性與穩定性直接關系到船岸信息交換、航海保障的服務質量。目前，大連航標處現有8座AIS基站、2座DGPS臺站、7個航標站，為了發揮這些站點設施在航標遙測遙控、航標作業維護、區域水上交通管理等服務中的作用，隨時監測故障，保障鏈路暢通，保障設施正常運行，需要實時監測其通信鏈路，以獲得滿足上述服務需求的數據信息。目前主要靠人員值班，定時巡檢發現網絡通信鏈路故障。這種方法不但是值班人員工作壓力較大，且故障發現、故障點定位的實時性較差。針對該問題，需要研究基于網絡通信技術的系統網絡鏈路檢測、故障點自動定位方法。本文首先設計了系統總體架構，鏈路檢測、故障點定位和報警業務邏輯；并重點研究了通信鏈路自動檢測技術；為大連航標處網絡系統完好性運行，實時快速鎖定網絡故障節點提供了直觀有效地工具。

1 系統架構與關鍵技術研究

1.1 系統總體架構設計

基站型航標通信鏈路自動化監測系統不僅能夠檢測到目標節點的通信鏈路運行狀況，還能夠檢測到其中所經過的每個網絡路由節點。從而使任何一處發生網絡故障時即可以立刻判斷故障位置，而不需要從頭排查?；谶@一需求，該系統總體上分為四個核心模塊和一個數據庫模塊。分別是目標終端配置與圖形化設置模塊、通信鏈路監測核心管理模塊、故障自適應報警模塊和故障節點自動化定位模塊，另外包括系統數據庫模塊。整體框架圖如圖1所示：

1.2 系統通信鏈路檢測和故障報警業務邏輯設計

針對大連航標處各基站型航標網絡拓撲和業務應用分析，系統通信鏈路檢測及故障報警總體業務邏輯如圖2所示。

其中圖形化配置界面由用戶輸入配置需要監測的基站型航標地址后，鏈路監測模塊加載自動監測目標，并實時通過故障節點自動化定位模塊檢測鏈路通信狀況，結果實時反映在圖形界面上。一點有故障出現，故障節點自動化定位模塊定位故障位置，并通知鏈路監測模塊，供其通知報警模塊自適應判斷故障類型進行報警。

1.3 通信鏈路自動監測技術研究

目前，無源檢測網絡終端技術有兩種，其中之一是利用SNMP網絡管理協議進行檢測網絡鏈接狀況[5]，該方法優點是功能強大，但實現十分復雜，一般常用于大型網絡自動搜索的所有網絡節點的管理。其二是利用Tracerouter和Ping指令協同監測特定目標節點的網絡鏈路狀況[6]，其優點是檢測效率高，實現簡單。基于本課題需求，主要是針對特定目標終端的網絡通信鏈路的檢測和監測，因此采用了第二種方法。利用Tracerouter和Ping指令檢測網絡鏈路的技術實現業務流程圖如圖3所示。

目標終端鏈路自動監測技術中有兩個關鍵點，其一是每過一定時間（1分鐘），鏈路自動化檢測核心管理模塊會自動向數據庫申請是否存在待檢測目標終端，發現有檢測鏈路時啟動tracerouter進行鏈路檢測，檢測結果存儲至數據庫；其二是當有鏈路穩定時，每隔1分鐘利用ping指令檢測目標節點的連通性，從后向前監測，后級連通時則不需檢測前級節點，否則，逐步向前監測節點連通狀況，并最終確定故障節點。

前述檢測過程每分鐘自動執行一次，以達到網絡鏈路檢測的實時性，滿足系統設計指標反應時間為3分鐘的要求。

1.4 鏈路故障節點自動化定位技術研究

基于通信鏈路自動監測技術，系統每隔一定時間間隔（1分鐘）就會自動對各節點通信鏈路進行連通性檢測。當發現有故障節點時，系統會重復3次間隔性檢測鏈路通斷，3次檢測確定故障節點后，將形成節點故障描述數據結構體，發送給報警模塊，報警模塊接到指令后，按照報警策略形成特定報警電文發送至聲光/短信一體化報警設備進行報警。同時將故障狀態寫入數據庫，以供系統圖形化界面顯示。具體流程圖圖4所示。

1.5 聲光/短信一體化報警設備研究

課題根據報警策略和報警協議重新設計開發了原有的聲光/短信以替換報警設備相關技術，使其更好地將各種報警信息通知監管人員，減輕值班人員工作壓力，其物理結構圖如圖5所示。

該設備接收系統故障自適應報警模塊發送來的報警指令電文，并將報警電文解析后啟動相應的報警方式。同時支持報警級別信息設置和報警級別設置功能。另外，當值班員按下聲光報警確認按鍵后，設備會發送確認指令至系統故障自適應報警模塊，以提供報警確認支持。

報警終端設備由串口通信模塊、主控模塊、短信報警模塊和聲光報警模塊組成。主控模塊是報警終端設備核心，負責管理各種報警指令的執行和報警確認電文的形成。串口通信模塊主要負責與系統故障自適應報警模塊之間的信息交換，并采用了FIFO技術實現電文的緩存處理。短信報警模塊由主控模塊控制對目標手機用戶發送報警短信。聲光報警模塊由主控模塊控制啟動相應的聲音/燈光/聲光報警支持。

2 結論

該系統成果已經應用于大連航標處各鏈路監控與管理應用中，不僅可以提高大連航標處所有臺站網絡通信鏈路的可用性與完好性監測，還可以有效降低現場檢測次數和管理人員工作壓力，及時發現故障，減少設備故障時間，提高通信鏈路故障恢復效率。有效保障轄區航標設施正常運行，設備信號實時收發，提高航標設施的可用率，從而保障船舶航行安全。

參考文獻

[1]王英志.航標的發展趨勢[J].大連海事大學學報，1994.

[2]李汶.21世紀視覺航標發展政策的探討[J].中國航海，1996（01）：23-26.

[3]Chang S J.Development and analysis of AIS applications as an efficient tool for vessel traffic service[C]. IEEE TECHNO-OCEAN'04.IEEE，2004.

[4]吳允平，蔡聲鎮，劉華松.航標遙測遙控信息系統的設計與實現[J].計算機工程，2006，32（12）：253-254.

[5]Gavalas D，Greenwood D，Ghanbari M， et al.Advanced network monitoring applications based on mobile/intelligent agent technology[J]. Computer Communications，2000.

[6]Cassata R，Ali Z.Ping and Traceroute with Evidence Collection in Photonic Networks[J].2008.

作者單位

北海航海保障中心大連航標處 遼寧省大連市 116001endprint