一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

摘要：為了使WLAN提供高效、可靠的業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)一個(gè)功能強(qiáng)大的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理端系統(tǒng)是非常必要的。本文設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種基于JMX架構(gòu)技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理端系統(tǒng)，主要涉及到：體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、拓?fù)涔芾砟K以及無(wú)線(xiàn)射頻管理模塊和網(wǎng)絡(luò)故障管理模塊的原理等等。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)；管理系統(tǒng)；JMX

中圖分類(lèi)號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 23-0000-03

1 概述

近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的不斷增加，以IEEE802.11協(xié)議為基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的研究成為熱點(diǎn)。最初開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）的目標(biāo)是對(duì)有線(xiàn)LAN進(jìn)行無(wú)線(xiàn)擴(kuò)展，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)LAN 的功能，并以比有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)更加低廉的價(jià)格和更加方便、靈活的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)，主要用于企業(yè)和家庭網(wǎng)絡(luò)。但隨著蜂窩移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的成功和WLAN技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了與電信網(wǎng)絡(luò)融合提供公共WLAN服務(wù)的趨勢(shì)，即電信運(yùn)營(yíng)商在熱點(diǎn)地區(qū)（機(jī)場(chǎng)、賓館、會(huì)議中心等）布設(shè)WLAN網(wǎng)絡(luò)，使人們可以通過(guò)WLAN網(wǎng)絡(luò)非常方便的享受高速的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)，這極大地拓展了WLAN的應(yīng)用空間。

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是采用無(wú)線(xiàn)傳輸媒介的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，由于它是利用空中的電磁波進(jìn)行信息的傳輸，因此與傳統(tǒng)的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相比，具有更大的靈活性，而且安裝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理軟件是專(zhuān)門(mén)為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，它可以方便無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)故障和無(wú)線(xiàn)接入客戶(hù)端進(jìn)行統(tǒng)一管理及配置。

本文提出一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，具有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備管理、拓?fù)湔故?、用?hù)管理、故障管理等功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本管理系統(tǒng)功能強(qiáng)大，系統(tǒng)的擴(kuò)展性較好，主要依托與JMX架構(gòu)和RMI接口技術(shù)，該技術(shù)能有效減少大型網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的復(fù)雜程度。它包括資源封裝層、代理層和分布式服務(wù)層（Distributed Services layer）。它主要完成對(duì)接入點(diǎn)設(shè)備的設(shè)置、監(jiān)控以及用戶(hù)信息的管理。

資源封裝層定義了JMX可管理資源的設(shè)計(jì)規(guī)范，JMX可管理資源包括應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，通過(guò)一定的設(shè)計(jì)模式實(shí)現(xiàn)一組特定的接口，對(duì)應(yīng)為一個(gè)或多個(gè)Mbean，這個(gè)接口包含了可管理資源提供給外界的管理內(nèi)容，包括屬性值、方法、能發(fā)布的消息、構(gòu)造函數(shù)等。消息傳遞模式以java事件模型為基礎(chǔ)，Mbean實(shí)例或者M(jìn)bean服務(wù)器通過(guò)實(shí)現(xiàn)NotificationBroadcaster接口來(lái)發(fā)送消息，其它的對(duì)象通過(guò)實(shí)現(xiàn)NotificationListening接口再經(jīng)注冊(cè)后可以接收這些消息并做出相應(yīng)的處理。

代理層直接控制可管理資源并使它們能被遠(yuǎn)程的管理者訪問(wèn)，它由Mbean服務(wù)器和代理服務(wù)兩個(gè)組件組成，它們通常和所控制的資源運(yùn)行在同一臺(tái)機(jī)器上。

Mbean服務(wù)器是代理層的關(guān)健組件，設(shè)備層的Mbean只有在Mbean服務(wù)器上注冊(cè)，才能由管理者對(duì)它進(jìn)行管理。Mbean服務(wù)器把Mbean所實(shí)現(xiàn)的管理接口中的內(nèi)容暴露給外界管理者，使外界管理者可以管理Mbean，但不能直接引用Mbean。MBean服務(wù)器是代理內(nèi)部的核心組件，集中控制著各種MBean，每個(gè)MBean都必須向MBean服務(wù)器注冊(cè)，并提供唯一的標(biāo)志：對(duì)象名。當(dāng)使用MBean服務(wù)器時(shí)，通過(guò)該對(duì)象名對(duì)已注冊(cè)的MBean進(jìn)行尋址。MBean服務(wù)器對(duì)外提供唯一的接口來(lái)操作所有向它注冊(cè)的MBean。JMX代理能夠根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地裝入和卸裝MBean，因此具有良好的擴(kuò)展性和伸縮性。代理服務(wù)組件能夠?qū)ψ?cè)在Mbean服務(wù)器的Mbean做管理操作及提供服務(wù)，而它們本身也是以Mbean的形式注冊(cè)在Mbean服務(wù)器中的，因此外界也可以通過(guò)Mbean服務(wù)器控制它們。

分布式服務(wù)層定義了外界訪問(wèn)代理層的接口和組件。最重要和必備的組件是連接器或協(xié)議適配器，它把管理組件的管理指令映像為代理層可以接受的指令，以及把代理層的信息傳送給管理組件。各種管理組件可以分布在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)位置，它們之間相互配合，提供了分布式、規(guī)?；墓芾砉δ?。

以上介紹了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)所依靠的主要技術(shù)，在實(shí)際中本系統(tǒng)主要包括客戶(hù)端代理、管理服務(wù)器和設(shè)備層三部分組成。系統(tǒng)運(yùn)行在管理服務(wù)器和無(wú)線(xiàn)控制器上，其體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架如圖1所示?？蛻?hù)端代理和管理服務(wù)器間采用JMX（Java Management Extensions）協(xié)議進(jìn)行通信。

圖1.無(wú)線(xiàn)管理軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架

管理客戶(hù)端包括無(wú)線(xiàn)射頻管理視圖、拓?fù)涔芾硪晥D、故障管理視圖和用戶(hù)管理視圖等。無(wú)線(xiàn)射頻管理視圖提供了AP信道分布、信道覆蓋可視化的二維視圖。拓?fù)涔芾硪晥D包括邏輯視圖和物理視圖兩種視圖，既能從網(wǎng)絡(luò)的邏輯連接關(guān)系展示設(shè)備間的連接關(guān)系，同時(shí)從物理視圖中可以展示每個(gè)接入設(shè)備的區(qū)域布局。故障管理視圖能根據(jù)當(dāng)前用戶(hù)視圖展示每個(gè)設(shè)備的故障告警和出現(xiàn)故障設(shè)備的區(qū)域。

管理服務(wù)器定義了遠(yuǎn)程訪問(wèn)的接口，將管理接口劃分為射頻管理接口、安全管理接口、拓?fù)涔芾斫涌?、設(shè)備管理接口、用戶(hù)管理接口、故障管理接口和性能管理接口，接口以MBean方式在MBean 服務(wù)器中注冊(cè)，并被分配一個(gè)唯一的對(duì)象名作為標(biāo)識(shí)。MBeanServer接口中提供了一些針對(duì)MBean進(jìn)行的操作，包括：查找指定的MBean、讀寫(xiě)MBean的屬性值、調(diào)用MBean中的方法、獲取MBean的管理接口和發(fā)出的通知等。采用JMX/RMI連接器實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端和管理服務(wù)器之間的通信。

管理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間采用SNMP、ICMP、RPC進(jìn)行控制管理。比如交互設(shè)備信息、無(wú)線(xiàn)用戶(hù)信息、配置信息、事件通告等。

2.1 拓?fù)涔芾砟K

拓?fù)涔芾硖峁┝送負(fù)鋱D編輯功能，便于用戶(hù)系統(tǒng)查看網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r，建立從網(wǎng)元數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞娜媪私?。用?hù)可以往拓?fù)鋱D內(nèi)增加、編輯、刪除各種拓?fù)湓兀òㄗ泳W(wǎng)，無(wú)線(xiàn)控制器，AP，交換機(jī)等），可以修改拓?fù)湓氐膶傩?，還可進(jìn)入設(shè)備管理界面，進(jìn)行特定的設(shè)備管理，并提供了邏輯視圖和物理視圖兩種視圖。

2.2 無(wú)線(xiàn)射頻管理模塊

無(wú)線(xiàn)射頻管理解決如何為接入點(diǎn)自動(dòng)配置最佳工作頻率和傳輸功率，監(jiān)控干擾、管理覆蓋范圍并定期調(diào)整接入點(diǎn)無(wú)線(xiàn)資源分配，保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋和吞吐，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入用戶(hù)的負(fù)載均衡。無(wú)線(xiàn)射頻管理的內(nèi)容包括：

（1）實(shí)時(shí)分析無(wú)線(xiàn)資源：無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)將定期自動(dòng)掃描信道，以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信道負(fù)載，干擾情況等。

（2）自動(dòng)分配無(wú)線(xiàn)信道：自動(dòng)為每個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)分配無(wú)線(xiàn)信道，并能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的干擾變化，鄰居接入點(diǎn)的信道使用情況等動(dòng)態(tài)的調(diào)整無(wú)線(xiàn)信道的分配。

（3）自動(dòng)設(shè)置發(fā)射功率：能夠?yàn)槊總€(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)調(diào)整發(fā)射功率，以保證無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量。

（4）自我修復(fù)網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)某個(gè)接入點(diǎn)失效造成了網(wǎng)絡(luò)存在無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋黑洞時(shí)，這個(gè)區(qū)域周?chē)慕尤朦c(diǎn)將立即檢測(cè)到覆蓋黑洞并通過(guò)發(fā)射功率的調(diào)整來(lái)修復(fù)黑洞。

（5）可擴(kuò)展的系統(tǒng)：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，新的接入點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)能自動(dòng)為它們分配射頻資源而不影響現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。

（6）實(shí)時(shí)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)健康：系統(tǒng)為管理員提供了充分的數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)視WLAN網(wǎng)絡(luò)，包括信道利用率，干擾，接入點(diǎn)信道分配等，使管理員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況一目了然。

（7）實(shí)時(shí)負(fù)載均衡：系統(tǒng)能實(shí)時(shí)在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中平衡負(fù)載，保證網(wǎng)絡(luò)的吞吐和性能。

系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)的無(wú)線(xiàn)資源管理，包括：

（1）掃描。每個(gè)接入點(diǎn)啟動(dòng)后，通過(guò)CAPWAP協(xié)議與無(wú)線(xiàn)控制器建立隧道，并從無(wú)線(xiàn)控制器獲取基本的配置。無(wú)線(xiàn)控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)執(zhí)行掃描過(guò)程。通過(guò)定期的信道掃描，系統(tǒng)能分析和了解信道的質(zhì)量、干擾情況、鄰居接入點(diǎn)的分布等。為了不影響用戶(hù)的接入業(yè)務(wù)和產(chǎn)生不必要的干擾，系統(tǒng)將采用優(yōu)化算法來(lái)掃描過(guò)程，比如避免相鄰AP同時(shí)進(jìn)行掃描，動(dòng)態(tài)控制每個(gè)掃描的時(shí)隙。

（2）分析。無(wú)線(xiàn)控制器將對(duì)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)定期上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合分析。這些數(shù)據(jù)包括：干擾、噪音、丟包率、有效信號(hào)強(qiáng)度等，它們將幫助無(wú)線(xiàn)控制器構(gòu)建無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的完整視圖，為管理控制提供決策數(shù)據(jù)。

（3）決策。在無(wú)線(xiàn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，周?chē)沫h(huán)境有可能發(fā)生影響當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的變化，如：上行鏈路斷開(kāi)、空氣中存在影響設(shè)備信號(hào)的其他無(wú)線(xiàn)信號(hào)、大量用戶(hù)接入同一個(gè)VAP等等，此時(shí)可以讓當(dāng)前設(shè)備做出一些相應(yīng)的調(diào)整，來(lái)降低環(huán)境變化對(duì)設(shè)備的影響。利用前期分析的數(shù)據(jù)，無(wú)線(xiàn)控制器將采用智能的算法對(duì)射頻資源進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)度，以適應(yīng)無(wú)線(xiàn)環(huán)境的變化。

系統(tǒng)使用了優(yōu)化的信道和功率選擇算法、加權(quán)判斷以及抑制限度，自動(dòng)評(píng)估資源調(diào)整的影響，能確保系統(tǒng)的控制是可靠的。系統(tǒng)還提供了智能設(shè)置功能可以讓設(shè)備根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的變化自動(dòng)進(jìn)行一些調(diào)整，以達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的優(yōu)化。智能設(shè)置包括：負(fù)載均衡、信道自動(dòng)調(diào)整和功率自動(dòng)調(diào)整。

（4）執(zhí)行。無(wú)線(xiàn)控制器將新的發(fā)射功率，信道分配等決策發(fā)送到接入點(diǎn)，接入點(diǎn)負(fù)責(zé)使用這些配置。系統(tǒng)提供了兩種控制模式，參考模式和立即模式，改選擇增加了系統(tǒng)使用的靈活性。參考模式下，系統(tǒng)不進(jìn)行實(shí)際的控制策略執(zhí)行，只是給出建議的功率、信道設(shè)定值，管理員可以決定是否執(zhí)行這些配置，確保了用戶(hù)控制的靈活性。在立即模式下，將根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算出的信道等參數(shù)進(jìn)行立即設(shè)置。

2.3 網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測(cè)

故障管理包括主動(dòng)探測(cè)和實(shí)時(shí)接收AC的告警通告的方式獲得當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中可能的事件，一方面在拓?fù)湟晥D中顯示故障所在的區(qū)域和物理位置，另一方面，以列表的形式顯示，分級(jí)別顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的故障事件，告警分級(jí)包括一般、警告、嚴(yán)重、致命，事件分類(lèi)包括性能告警，IP地址改變、加密方式改變、AP信道配置改變等。

網(wǎng)絡(luò)故障管理主要有三個(gè)步驟：第一步是獲取網(wǎng)絡(luò)資源的狀態(tài)信息，即信息獲取。第二步是對(duì)獲取的信息進(jìn)行過(guò)濾，即信息過(guò)濾。網(wǎng)絡(luò)中存在大量的信息冗余，對(duì)同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)故障，某個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象可能會(huì)連續(xù)發(fā)送多次告警信息，在這種情況下，過(guò)濾這些冗余信息，為進(jìn)一步的故障診斷提供更有價(jià)值的信息。第三步網(wǎng)絡(luò)故障診斷，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)，通過(guò)邏輯方法、模型方法、決策理論及人工智能等方法，有效結(jié)合觀測(cè)到的與網(wǎng)絡(luò)故障有關(guān)的各種信息，給出可能的故障假設(shè)和診斷操作建議，執(zhí)行診斷操作，如果找到真正的故障原因，診斷任務(wù)終止，否則繼續(xù)搜尋新信息，并排除其它可能的故障假設(shè)，直到找到故障原因。

2.4 性能管理模塊

性能管理模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)讀取被管對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)，如線(xiàn)路的流量、丟包率和延遲，主機(jī)或路由器的負(fù)載、存儲(chǔ)介質(zhì)的利用率等，對(duì)超過(guò)系統(tǒng)性能閥值的參數(shù)向管理員告警；對(duì)各種性能參數(shù)，系統(tǒng)生成不同時(shí)間粒度的性能曲線(xiàn)圖，以反映網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的使用情況和歷史發(fā)展趨勢(shì)。系統(tǒng)分析網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)，用餅型圖反映網(wǎng)絡(luò)中各種應(yīng)用服務(wù)所占的比例，用直方圖反映線(xiàn)路流量的分布和通斷統(tǒng)計(jì)情況，以分析網(wǎng)絡(luò)的利用率和可用性，生成性能監(jiān)測(cè)報(bào)告。

3 系統(tǒng)運(yùn)用情況

拓?fù)涔芾硪晥D實(shí)現(xiàn)了靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃功能，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際部署，添加和編輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系。它實(shí)現(xiàn)了邏輯視圖和物理視圖，物理視圖采用層次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟晥D展示模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域管理。如圖2所示，該圖為某區(qū)域物理部署視圖。

邏輯視圖以分層方式提供了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機(jī)、AC、AP和終端的所屬區(qū)域、相互間連接關(guān)系。如圖4所示。

射頻管理視圖提供了AP信道分布、信道覆蓋可視化的二維視圖，采用多圖層疊加技術(shù)、著色層中每個(gè)像素點(diǎn)保存了多個(gè)信道的信息、將RGB轉(zhuǎn)換為HSL，顏色漸變?nèi)岷?、采用圖層的透明處理技術(shù)。如圖5所示。

4 小結(jié)

本網(wǎng)絡(luò)管理軟件是針對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)用戶(hù)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，性能需求以及管理需求，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的一套集無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備管理、拓?fù)湔故?、用?hù)管理、故障管理等功能于一身的綜合性網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)。隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)WLAN網(wǎng)絡(luò)的有效管理也愈發(fā)重要。本系統(tǒng)也會(huì)在日常使用中不斷地完善自身功能，從而為網(wǎng)管人員的使用提供可靠支撐。

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[作者簡(jiǎn)介]

喻曦（1984-），男，重慶人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)；酈蘇丹（1973-），男，安徽人，副教授，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；陳琳（1976-），女，福建人，副研究員，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；張紅軍（1978-），男，遼寧人，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。