XML技術(shù)在艦船通信控制管理中的應(yīng)用研究＊

王近濤

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430079）

1 引言

隨著海軍艦艇通信系統(tǒng)建設(shè)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、接入的設(shè)備和承載的業(yè)務(wù)也不斷增多，對(duì)通信控制管理技術(shù)提出了更高的要求。進(jìn)一步提高控制管理的可擴(kuò)展性、確保通信系統(tǒng)的高效運(yùn)行顯的尤為重要。

目前艦船通信系統(tǒng)的控制管理多采用了SNMP協(xié)議和私有協(xié)議，然而由于SNMP缺乏協(xié)議擴(kuò)展和復(fù)雜層次配置內(nèi)容的表示能力，私有協(xié)議的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流表示方式使得管理協(xié)議的可讀性差，不便于擴(kuò)展，這些不足決定了二者不適宜作為未來復(fù)雜通信系統(tǒng)的控制管理協(xié)議。

基于 XML（eXtensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語言）的數(shù)據(jù)表示方式是目前網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備控制管理技術(shù)的最新研究方向［1］，XML技術(shù)具有良好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、可擴(kuò)展性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)化程度高、內(nèi)容具有良好的可讀性并且易于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)［2］。上述優(yōu)點(diǎn)使得XML技術(shù)可作為未來海軍艦艇通信系統(tǒng)內(nèi)部的控制管理協(xié)議。

2 XML與通信控制管理協(xié)議

XML是由 W3C（World Wide Web Consortium）于1998年2月發(fā)布的一種標(biāo)準(zhǔn)，它是一種數(shù)據(jù)交換格式，具有較強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性［3］。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)描述能力使XML適宜于艦船通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理及設(shè)備控制協(xié)議。XML作為艦船通信控制管理協(xié)議具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)性方面，XML可以方便有效地表示樹形結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這就使得XML可以作為表示數(shù)據(jù)的手段［4］。

2）擴(kuò)展性方面，XML還是一組用于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式和結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法，可以生成方便不同的計(jì)算機(jī)和應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)文件［5］。

3）在數(shù)據(jù)傳輸方面，可以根據(jù)需要采用多種協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)。

4）在數(shù)據(jù)處理方面，XML提供了DOM以及SAX API接口，方便用戶提取XML文檔中描述的管理數(shù)據(jù)信息［6］。

完整的通信控制管理協(xié)議應(yīng)包括通信協(xié)議棧、控制管理模型和管理信息模型三個(gè)要素，這三個(gè)要素分別實(shí)現(xiàn)了通信控制管理協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸、控制管理模式和數(shù)據(jù)表示等方面的功能，結(jié)合起來共同實(shí)現(xiàn)了控制管理接口的全部功能。組成如圖1所示。

圖1 通信控制管理協(xié)議組成

通信協(xié)議棧完成控制管理消息端到端的通信［7］，并將消息在應(yīng)用程序與被管控對(duì)象代理間傳送［8］，基于XML的通信控制管理接口的通信協(xié)議棧是TCP／IP，采用 HTTP／POST綁定SOAP請(qǐng)求［9］。通信協(xié)議棧應(yīng)具備如下的基本功能。

1）信息的傳輸與系統(tǒng)無關(guān)。通信協(xié)議棧應(yīng)在操作系統(tǒng)上進(jìn)行封裝，協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)應(yīng)屏蔽操作系統(tǒng)的差異，以保證協(xié)議可以在不同的操作系統(tǒng)上運(yùn)行。一般采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP／IP協(xié)議棧或在之上的HTTP協(xié)議，通過HTTP的GET或POST消息實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和被控對(duì)象間的通信。

2）信息的傳輸應(yīng)具有可靠保證。應(yīng)具備可靠消息服務(wù)的能力，控制XML消息的發(fā)送和確認(rèn)，包括完整性檢查、重新發(fā)送控制、錯(cuò)誤通知、消息的確認(rèn)等。

3）支撐大批量的數(shù)據(jù)傳輸。在基于XML的控制管理接口中，傳送大數(shù)據(jù)量的配置信息、性能數(shù)據(jù)和故障信息，協(xié)議棧應(yīng)提供FTP等其它數(shù)據(jù)傳輸方式，提高傳輸效率。

控制管理模式對(duì)信息的傳送采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行建模。根據(jù)設(shè)備端和管理端所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同，主要有兩種工作模式：Peer to Peer對(duì)等模式和Client／Server主從模式［13］。設(shè)備端在啟動(dòng)后根據(jù)系統(tǒng)的配置啟動(dòng)正確的工作模式流程，管理端同時(shí)處理兩種工作模式。

1）Peer to Peer對(duì)等模式

在Peer to Peer對(duì)等模式下，設(shè)備端和管理端一般都處于同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)部，通訊無需經(jīng)過防火墻或安全隔離設(shè)備等隔離系統(tǒng)時(shí)，在該模式下設(shè)備端和管理端都同時(shí)作為服務(wù)端和客戶端，既提供接口供對(duì)方調(diào)用，也調(diào)用對(duì)方的服務(wù)接口。組成如圖2所示。

圖2 對(duì)等模式組成圖

2）Client／Server主從模式

當(dāng)管理端處于網(wǎng)絡(luò)中而設(shè)備端位于隔離系統(tǒng)后，在管理端與設(shè)備端之間存在防火墻等隔離系統(tǒng)時(shí)，由于防火墻的存在，設(shè)備端只能向管理端發(fā)送Request消息，不能發(fā)送Response消息，因此設(shè)備端只能作為Client，調(diào)用管理端提供的服務(wù)接口，管理端作為Server，向設(shè)備端提供服務(wù)功能，供設(shè)備端調(diào)用。組成如圖3所示。

圖3 主從模式組成圖

管理信息模型是指通信控制管理應(yīng)用程序透過控制管理接口所看到的被管對(duì)象間的抽象表示形式。在基于XML的網(wǎng)絡(luò)管理接口中采用XML／Schema為管理信息進(jìn)行建模。

3 基于XML的通信控制管理方案

考慮到目前艦船通信控制管理系統(tǒng)對(duì)設(shè)備和子網(wǎng)的管理多采用SNMP協(xié)議和私有協(xié)議，基于XML的管理方案需要對(duì)以往的協(xié)議進(jìn)行適配，以保障通信控制管理協(xié)議南向接口可適應(yīng)目前通信系統(tǒng)不同設(shè)備的管理需求。下面將沿用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理的管理者—代理模型，探討基于XML的控制管理系統(tǒng)可能采取的方案。

3.1 XML＿based Manager—SNMP Agent方案

第一種方案保留SNMP代理，用XML＿based管理者代替SNMP管理者，其主要結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。

圖4 XML＿based Manager—SNMP Agent模型

在此方案中采用XML DTD或Schema描述管理信息結(jié)構(gòu)（類似于SNMP SMI），HTTP作為傳輸數(shù)據(jù)的手段。管理數(shù)據(jù)以XML文檔格式存取，并用標(biāo)準(zhǔn)的XML技術(shù)進(jìn)行處理。由于該管理者和SNMP代理雙方所采用的技術(shù)不同，在它們之間需要增設(shè)一個(gè)XML／SNMP網(wǎng)關(guān)，管理者通過此網(wǎng)關(guān)來使用和管理現(xiàn)有的SNMP代理。XML／SNMP網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)SNMP SMI到XML Schema的轉(zhuǎn)換。

3.2 XML＿based Manager—XML＿based Agent方案

當(dāng)不考慮現(xiàn)有控制管理協(xié)議，開發(fā)一個(gè)全新的通信控制管理系統(tǒng)時(shí)，利用XML＿based管理者管理XML＿based代理是充分發(fā)揮XML網(wǎng)絡(luò)管理優(yōu)勢(shì)的最理想方案，其主要結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

圖5 XML＿based Manager—XML＿based Agent模型

在此方案中選用XML Schema來描述管理信息結(jié)構(gòu)，管理者和代理之間采用HTTP協(xié)議進(jìn)行通信，管理數(shù)據(jù)以XML格式存放。管理者通過不同的URL執(zhí)行發(fā)出請(qǐng)求、接收回復(fù)和陷阱等各種功能。代理方使用XPath handler解析從管理者發(fā)來的XPath表達(dá)式，并通過DOM接口在事先解析好的DOM樹中定位所要操作的結(jié)點(diǎn)，之后DOM樹利用管理后端接口向系統(tǒng)應(yīng)用程序發(fā)出取值請(qǐng)求，獲得響應(yīng)后將該結(jié)點(diǎn)的值層層返回發(fā)送給管理者。

4 XML在艦船通信控制管理中的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

艦船通信系統(tǒng)通常由分布式的網(wǎng)絡(luò)傳輸單元組成。采用基于XML＿based的網(wǎng)絡(luò)管理模型，可有效的適應(yīng)控制管理信息的擴(kuò)展需求。通信控制管理系統(tǒng)作為管理端實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)傳輸單元的統(tǒng)一管理。管理模型如圖6所示。

在艦船通信控制管理中的控制管理消息采用基于XML標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，通過XML／Schema來建

圖6 艦船通信控制管理架構(gòu)

模，并以XSD的形式存儲(chǔ)在本地，作為傳輸XML消息合法性校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)?；拘畔⑷绫?所示。

表1 XML標(biāo)準(zhǔn)的文本消息結(jié)構(gòu)

具體協(xié)議形式示例如圖7所示。

圖7 基于XML的通信控制管理消息體示例

5 結(jié)語

艦船通信系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜性不斷增加，異構(gòu)性日益普遍，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)已經(jīng)不能滿足新的網(wǎng)管需求。本文利用XML技術(shù)在管理者與被管設(shè)備之間易于傳遞XML格式的管理消息的優(yōu)點(diǎn)，介紹了一種基于XML技術(shù)的艦船通信控制管理技術(shù)，用于目前艦船通信設(shè)備和子網(wǎng)的管理方式，具有很好的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

［1］Tostem Kylie，F(xiàn)rank Startup.Integrating SNMP agents with XML-based management systems［J］.IEEE Communications Magazine，2004，7

［2］榮波，周旗.基于XML的新一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)管方案［J］.網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用，2002（5）：68～70

［3］崔建群，吳黎兵，肖德寶.基于XML的被管網(wǎng)元對(duì)象模型的建立方法［J］.計(jì)算機(jī)工程，31（14）：132～134

［4］VeriSign White Paper.XML Trust Services，2001，11

［5］［EB／OL］.http：／／www.w3.org／Encryption／2001，2002-12-31

［6］［EB／OL］.http：／／www.w3.org／Signature，2002-12-31

［7］Entrust Technologies.Web Services Trust and XML Security Standards，2001，4

［8］cs-xacml-specification［EB／OL］.http：／／www.oasisopen.org／committees／documents.php

［9］［美］莫里森.XML揭密［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001，6

［10］張小霞.一種基于XML與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的映射算法［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2011，39（2）

［11］熊才權(quán)，李永輝.基于XML的空間數(shù)據(jù)互操作與可視化的研究與應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2009，37（6）

［12］姚雅鵑.XML數(shù)據(jù)路徑索引技術(shù)研究與分析［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2011，39（1）

［13］Entrust Technologies.XML Strategy for Authorization，2001，4