基于Web的水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息管理系統(tǒng)設(shè)計

摘要摘要：針對水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息監(jiān)控難的問題，設(shè)計一種基于Web的水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用捎帶機制，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息傳輸?shù)剿鎱R聚節(jié)點，再由匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)提交給系統(tǒng)服務(wù)器。用戶通過Web客戶端查詢網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)和性能監(jiān)控。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以動態(tài)、實時監(jiān)控水聲網(wǎng)絡(luò)運行過程，為水聲網(wǎng)絡(luò)管理平臺的發(fā)展提供了解決方案。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：水聲網(wǎng)絡(luò)；信息管理；匯聚節(jié)點；狀態(tài)監(jiān)控

DOIDOI：10.11907/rjdk.1431046

中圖分類號：TP319

文獻標(biāo)識碼：A文章編號文章編號：16727800（2015）004010803

0引言

隨著水聲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，海洋網(wǎng)絡(luò)越來越受到關(guān)注。海洋特殊的地理環(huán)境使得人們難以實地監(jiān)測海水中水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置、電量等信息。因此，水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。

基于B/S模式的Web服務(wù)已成為混合應(yīng)用領(lǐng)域的熱點技術(shù)[1]，能為人們提供基于網(wǎng)絡(luò)的隨時隨地的信息查詢和操作服務(wù)，大大提高了信息共享和數(shù)據(jù)管理的效率。文獻[1]針對陸地上的城域網(wǎng)提出了一種基于Web和TCP套接字技術(shù)的拓?fù)涔芾硐到y(tǒng)（Topology Management System， TMS）。TMS能通過拓?fù)鋱D獲取延遲來測算和分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫阅?。文獻[1]在TMS的基礎(chǔ)上設(shè)計了一套分布式Web服務(wù)管理系統(tǒng)（Web Services Distributed Management， WSDM），通過友好的操作界面輕松地管理分布式TMS所采集的數(shù)據(jù)。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日益復(fù)雜，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的多樣化發(fā)展上[2]，例如以太網(wǎng)、移動自組網(wǎng)（Ad Hoc）和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。不同廠商的人工收集數(shù)據(jù)和不同類

型設(shè)備的數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)和語義都不相同，為網(wǎng)絡(luò)信息綜合管理系統(tǒng)設(shè)計帶來難度。Lisa Frye等[2]針對混合型網(wǎng)絡(luò)提出了一種基于實體論的網(wǎng)絡(luò)管理方式，用以進行拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)等網(wǎng)絡(luò)管理操作。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾韺儆诰W(wǎng)絡(luò)信息管理的一個子模塊，具有可擴展性和可用性特征。Java技術(shù)在Web互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。文獻[3]基于全局共享的Java命名和目錄接口（Java Naming and Directory Interface， JNDI）技術(shù)設(shè)計了一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾硐到y(tǒng)，該系統(tǒng)能夠提高JavaEE（J2EE）服務(wù)端組件（EJB）的性能和可擴展性。

段海新等[4]中提出了一種基于Web和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)模型，并描述了一個基于該模型的名為Super Domain的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實現(xiàn)機制。Super Domain網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)于1999年通過科技部和教育部組織的技術(shù)鑒定。目前，該系統(tǒng)在CERNET網(wǎng)絡(luò)運行中心管理CERNET國家骨干網(wǎng)絡(luò)40多臺路由器和管理中心12臺服務(wù)器[4]。簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol， SNMP）能支持網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，用以監(jiān)測連接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備是否有任何引起管理上關(guān)注的情況。傳統(tǒng)的SNMP管理軟件或系統(tǒng)大部分基于C/S模式。相對于B/S模式來說，C/S模式管理系統(tǒng)或軟件會給網(wǎng)絡(luò)管理工作帶來不便。文獻[5]提出了一種基于Web技術(shù)與SNMP網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)，但仍停留于理論設(shè)計層面。

目前，大部分網(wǎng)絡(luò)管理研究都限于陸地網(wǎng)絡(luò)。由于水聲網(wǎng)絡(luò)的通信介質(zhì)、通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特性與陸地網(wǎng)絡(luò)有很大差異，因此陸地上有線和無線網(wǎng)路的管理機制難以直接移植到水聲網(wǎng)絡(luò)中。為解決水聲網(wǎng)絡(luò)難以監(jiān)控和管理的問題，本文提出一種基于Web的水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息管理系統(tǒng)（Under Water Network Management System based Web， UWNMW），用以監(jiān)控水聲網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闆r和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能量變化情況。

1UWNMW設(shè)計

與無線信道相比，海洋水聲信道具有強噪聲、高延遲和低帶寬等特點，其復(fù)雜多變的環(huán)境造成信號能量不同程度衰減[6]。因此，陸地網(wǎng)絡(luò)管理機制難以移植到水聲網(wǎng)絡(luò)管理中，也難以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控和管理。為節(jié)約網(wǎng)絡(luò)信道資源，降低水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能量消耗，減少網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的延遲，本文利用信息捎帶機制，通過收集水聲網(wǎng)絡(luò)的正常通信數(shù)據(jù)信息，以及Web可視化操作界面掌握網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)浼澳芰糠植冀Y(jié)構(gòu)。

1.1信息捎帶與存儲

水聲網(wǎng)絡(luò)主要是將水下采集或者接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿?，再由匯聚節(jié)點向陸地傳輸?？梢栽跀?shù)據(jù)報文頭部添加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點的位置和能量信息，利用水聲多跳網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式，將數(shù)據(jù)報文所經(jīng)節(jié)點的位置和能量信息帶到匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點分離出水聲節(jié)點的位置、能量信息以及數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給水上異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)中的UWNMW服務(wù)器進行處理和存儲。UWNMW系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為獲取水聲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位置和能量信息，用戶必須通過Web客戶端對水聲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行設(shè)置。具體過程如下：

（1）操作用戶從Web客戶端向UWNMW服務(wù)器發(fā)送命令。

（2）UWNMW服務(wù)器接收操作用戶從Web客戶端發(fā)送的指令后，對指令進行分析，并根據(jù)指令內(nèi)容，向水面匯聚節(jié)點發(fā)送控制命令。

（3）水面匯聚節(jié)點收到來自UWNMW服務(wù)器的控制命令后，根據(jù)命令內(nèi)容，向海底水聲網(wǎng)絡(luò)廣播控制信息。

（4）水聲節(jié)點收到控制信息后，修改自身設(shè)置狀態(tài)，進入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報告模式。

當(dāng)水聲節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報告模式，即可通過正常的數(shù)據(jù)報文傳輸，將水聲節(jié)點的狀態(tài)寫入報文中，跟隨數(shù)據(jù)報文到達水面匯聚節(jié)點，最終到達UWNMW服務(wù)器。當(dāng)水聲節(jié)點有數(shù)據(jù)需要發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)時，首先查看自身狀態(tài)，如果處于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報告模式，則在數(shù)據(jù)報文的數(shù)據(jù)部分加入附帶信息，信息結(jié)構(gòu)如圖2所示，然后將報文發(fā)送出去。

圖2中數(shù)據(jù)部分是水聲節(jié)點需要發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)；節(jié)點編號列表部分記錄報文從源節(jié)點開始所經(jīng)過的所有水聲節(jié)點的編號；位置信息列表記錄報文經(jīng)過各節(jié)點時水聲節(jié)點所處的位置信息；能量信息列表記錄報文經(jīng)過各節(jié)點時，水聲節(jié)點的剩余能量信息。位置信息列表和能量信息列表的內(nèi)容順序按照節(jié)點編號列表的順序組織。

攜帶節(jié)點位置和能量信息的數(shù)據(jù)報文以多跳傳輸?shù)姆绞剑瑥脑垂?jié)點到達水面匯聚節(jié)點后，由匯聚節(jié)點將“節(jié)點編號列表”、“位置信息列表”、“能量信息列表”和數(shù)據(jù)部分分離出來，并傳給UWNMW服務(wù)器。UWNMW服務(wù)器收到匯聚節(jié)點傳來的信息后，將信息分門別類的存儲到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫中存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位置和能量信息的基本表項如表1所示。

1.2信息處理與分析

UWNMW服務(wù)器邏輯分析程序?qū)崟r對數(shù)據(jù)庫中網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進行監(jiān)控，一旦有數(shù)據(jù)發(fā)生變化，則將數(shù)據(jù)分析并繪制成圖表，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給Web客戶端。UWNMW系統(tǒng)的信息處理邏輯如圖3所示。

UWNMW系統(tǒng)程序主要分為6個模塊，即信息查詢模塊、信息更新模塊、命令分析模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、匯聚節(jié)點控制模塊和數(shù)據(jù)接收模塊。

（1）信息查詢模塊主要為Web客戶端提供數(shù)據(jù)檢索功能，從數(shù)據(jù)庫中提取符合條件的數(shù)據(jù)。該模塊類似于普通的Web系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫查詢功能，主要關(guān)注數(shù)據(jù)庫的檢索效率和準(zhǔn)確率指標(biāo)。

（2）信息更新模塊主要用于保存數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要來自客戶的輸入和水聲節(jié)點的傳輸。

（3）命令分析模塊主要用于解析操作用戶從Web客戶端發(fā)送的操作指令，并調(diào)用匯聚節(jié)點控制模塊。該模塊首先利用信息查詢模塊來檢索已有的指令庫，根據(jù)指令庫中的要求，組成匯聚節(jié)點控制命令；然后，將控制命令作為參數(shù)調(diào)用匯聚節(jié)點控制模塊，向水面匯聚節(jié)點發(fā)送控制命令。

（4）數(shù)據(jù)接收模塊主要用于接收Web客戶端和水面匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)，并交由數(shù)據(jù)分析模塊來提取相關(guān)信息，再調(diào)用信息更新模塊來保存數(shù)據(jù)。

2系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵點

基于Web的水聲網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)以水面匯聚節(jié)點作為橋梁，中轉(zhuǎn)來自UWNMW服務(wù)器的命令和水聲節(jié)點的數(shù)據(jù)，因此提高水面匯聚節(jié)點處理程序的效率成為提高系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。如果水面匯聚節(jié)點程序或硬件處理能力低，則直接影響系統(tǒng)命令的廣播和水聲節(jié)點數(shù)據(jù)的接收提取，將直接降低操作用戶在Web客戶端的體驗。影響系統(tǒng)整體效率的關(guān)鍵是UWNMW系統(tǒng)程序的命令分析模塊。本文設(shè)計中，UWNMW系統(tǒng)程序的命令分析模塊需要先在數(shù)據(jù)庫命令集合中查找命令相關(guān)信息，根據(jù)查詢結(jié)果重構(gòu)水面匯聚節(jié)點控制命令。實現(xiàn)動態(tài)的命令更新和解析機制，直接影響系統(tǒng)整體的可擴展性和可操作性。

3結(jié)語

針對水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息監(jiān)控難的問題，本文設(shè)計了一種基于Web的水聲網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用捎帶機制，通過正常的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息傳輸?shù)剿嫔系膮R聚節(jié)點，再由匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)提交給服務(wù)器。操作用戶通過Web客戶端查詢數(shù)據(jù)庫中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)信息，或者向水聲節(jié)點發(fā)送狀態(tài)修改命令。UWNMW系統(tǒng)利用簡單的設(shè)備和結(jié)構(gòu)，可以動態(tài)、實時地監(jiān)控整個水聲網(wǎng)絡(luò)運行過程的變化情況，為水聲網(wǎng)絡(luò)管理平臺的發(fā)展提供一種有效解決方案。

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