一種基于Perl的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備的SNMP代理

魏榮娟　周　歡

（西安郵電大學(xué)　西安　710000）

1　引言

最近的技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了開發(fā)的低成本、低功耗，以及多功能的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備。其中之一就是單片機(jī)被廣泛地應(yīng)用到各種嵌入式系統(tǒng)中。這些設(shè)備集成了傳感器、處理和通信能力。我們可以把這些設(shè)備應(yīng)用到其他各行各業(yè)中，例如農(nóng)業(yè)、工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等，使其具有普變性。因此在今天，越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng)控制著許多常用的設(shè)備。例如，智能生活，一個(gè)全新的服務(wù)，通過(guò)利用技術(shù)給你帶來(lái)額外的舒適、方便、效率來(lái)提高你的生活質(zhì)量。異構(gòu)技術(shù)產(chǎn)品和普遍的系統(tǒng)正在激增，這些占據(jù)了專業(yè)、個(gè)人、交通、交通生活環(huán)境等各個(gè)方面。有關(guān)發(fā)現(xiàn)服務(wù)、自動(dòng)化、環(huán)境意識(shí)、安全處理等方面的問(wèn)題已經(jīng)在研究中得到解決。幾個(gè)優(yōu)秀成果主要集中在調(diào)度或管理上。然而這些問(wèn)題并沒有得到徹底的解決。此外，長(zhǎng)期以來(lái)收視率一直被視為一個(gè)重要的反饋機(jī)制，其結(jié)果極大地影響了電視公司、廣告商、節(jié)目制作人的巨大利潤(rùn)，并且決定了節(jié)目的長(zhǎng)度。相反，一旦網(wǎng)絡(luò)嵌入式設(shè)備成為主要的娛樂設(shè)備，設(shè)備就應(yīng)提供基本的運(yùn)算功能，然而，這種方法的主要問(wèn)題之一是網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備的控制。

簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP），它可以管理和監(jiān)控IP網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備［1］，大多數(shù)的專業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)單元都附帶著SNMP代理［2］。我們必須啟動(dòng)、配置這些代理使它們能夠與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）進(jìn)行通信。SNMP網(wǎng)絡(luò)管理有許多優(yōu)秀的產(chǎn)品，如MIB管理、家庭自動(dòng)化、電力線路控制，集群管理和安全。一般來(lái)說(shuō)，這些代理是為具有強(qiáng)大的計(jì)算功能的設(shè)備設(shè)計(jì)的。隨著網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的需求，我們將提供一個(gè)更簡(jiǎn)單的方法來(lái)設(shè)計(jì)和管理這些代理。因?yàn)樵S多基于單片機(jī)的嵌入式設(shè)備是通過(guò)串口通信的，我們將設(shè)計(jì)一個(gè)新的代理來(lái)滿足此需求。

本文提出了一種基于單片機(jī)的SNMP代理來(lái)高效地控制網(wǎng)絡(luò)化嵌入式儀器。我們這個(gè)代理的目的是提供一種有效的方式來(lái)將SNMP的GET命令解釋成為串口通信協(xié)議。此外，代理也可以從網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式設(shè)備接收數(shù)據(jù)［3］。我們將SNMP庫(kù)和單片機(jī)的功能整合在一起，沒有涉及MIB模塊，而是設(shè)計(jì)了一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式設(shè)備。這種技術(shù)將會(huì)幫助設(shè)計(jì)師來(lái)構(gòu)建一個(gè)用于單片機(jī)應(yīng)用程序的小型SNMP代理。

2　SNMP網(wǎng)絡(luò)管理

在所有的網(wǎng)絡(luò)化配置中都有兩種類型的系統(tǒng)：代理和管理者，這是所有網(wǎng)絡(luò)管理的基本思想。SNMP，它可以管理和監(jiān)控IP網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備。通常支持SNMP的設(shè)備包括路由器、交換機(jī)、服務(wù)器、工作站等等［4］。網(wǎng)絡(luò)上所有需要被管理的設(shè)備，都需要一個(gè)代理模塊。它主要在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中用于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上連接的設(shè)備，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理［5］。因此，代理負(fù)責(zé)1）收集和維護(hù)有關(guān)系統(tǒng)環(huán)境的信息，2）提供這些信息給管理者，3）響應(yīng)管理者的命令來(lái)更改配置或操作參數(shù)。

圖1顯示了有代理的SNMP簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理模塊的工作過(guò)程。SNMP有四個(gè)主要組件：網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、被管理的設(shè)備、代理和管理信息庫(kù)（MIB），SNMP管理者和SNMP代理之間的通信主要通過(guò)5個(gè)基本信息來(lái)實(shí)現(xiàn)［6］，分別是 GET，GET-NEXT，GETRESPONSE，SET，和 TRAP。GET和 GETNEXT消息允許管理者為一個(gè)特定的變量請(qǐng)求信息。管理信息庫(kù)（MIB）是一個(gè)用于管理通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)體的數(shù)據(jù)庫(kù)［7］。圖2是SNMPMIB樹的一個(gè)例子，數(shù)據(jù)庫(kù)是層次結(jié)構(gòu)的，而且每個(gè)對(duì)象實(shí)體由對(duì)象標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)識(shí)。

圖1　SNMP代理的工作過(guò)程

圖2　SNMPMIB樹

3　SNMP實(shí)現(xiàn)

SNMP協(xié)議有許多種實(shí)現(xiàn)方式，最著名的SNMP代理有3Com（SuperStack II），Cisco，HP，IBM，Nortel（Baystack450，Passport 8610） ，UCD/Net-SNMP，MicrosoftWindows XP代理，NuDesign代理，SNMP Research CIA代理，Cabletron系統(tǒng)（ssr2000），Xircom（GemTek）等。

考慮到成本問(wèn)題，基于開源工具NetSNMP來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的SNMP代理。Net-SNMP是一套使用IPv4和 IPv6來(lái)實(shí)現(xiàn)SNMP v1，SNMP v2c和SNMP v3的應(yīng)用程序。這套程序包括：從支持SNMP的設(shè)備中檢索信息、操作設(shè)備的配置信息，檢索一個(gè)固定的信息集合、數(shù)字和MIBOID文本之間的形式轉(zhuǎn)換、一個(gè)接收SNMP通知的守護(hù)進(jìn)程和一個(gè)可擴(kuò)展的SNMP應(yīng)用程序庫(kù)。通過(guò)使用Net-SNMP設(shè)計(jì)一個(gè)框架和接口集成基于perl的SNMP代理。借助于Net-SNMP，可以很容易地開發(fā)我們自己的SNMP代理，而沒有過(guò)多的開銷。

4　網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備的SNMP代理

SNMP是一種被廣泛接受的協(xié)議，它可以管理和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)單元。然而，很多嵌入式設(shè)備可能并不支持本機(jī)SNMP協(xié)議。因此需要一個(gè)代理，它可以提供一個(gè)有效的方式將SNMP的GET命令解釋為串口通信協(xié)議。為了管理網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式應(yīng)用程序的設(shè)備，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的SNMP代理來(lái)有效控制設(shè)備。圖3是我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)架構(gòu)，在設(shè)計(jì)中，集成了Net-SNMP庫(kù)和單片機(jī)的功能，沒有MIB模塊，而是設(shè)計(jì)了一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備。我們使用Net-SNMP的擴(kuò)展代理功能來(lái)映射所設(shè)計(jì)的功能中的MIB庫(kù)的對(duì)象［8］。Net-SNMP代理（snmpd）負(fù)責(zé)處理傳入請(qǐng)求和從Net-SNMP庫(kù)的傳輸層和處理層傳送進(jìn)來(lái)的信息。結(jié)果，專門為基于單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)了一款小型SNMP代理。Net-SNMP是基于以下的技術(shù)來(lái)管理設(shè)備的：

功能命令（如exec、extend、pass）；

動(dòng)態(tài)模塊（如嵌入式perl、dlmod）；

與代理的通信（proxy、SUMX、AgentX）。

我們的設(shè)計(jì)有四個(gè)主要部分：SNMP管理者、嵌入式perl Net-SNMP，perl模塊和網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式設(shè)備。采用CPAN（Perl程序庫(kù)），Net-SNMP代理模塊，這個(gè)模塊提供了一個(gè)API和代理對(duì)象來(lái)支持對(duì)OID樹的處理。

圖3　網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備代理框架

在調(diào)用SNMP代理之前，有幾個(gè)步驟需要完成。首先，要在snmpd.conf文件中設(shè)置基本配置。用戶必須把rocommunity和rwcommunity設(shè)置成read-only和readwrite模式。接下來(lái)，用戶就可以調(diào)用snmpd程序了。我們可以在/etc/rc.conf文件中通過(guò)“snmpd enable=YES”與設(shè)置配置。用下面的命令安裝Perl模塊：

$agent-?register（”serialcontrol”，”.1.3.6.1.4.1.8072.9999.9999”，&serial handler）；

之后，用戶就可以通過(guò)下面這條命令調(diào)用嵌入式 Perl模 塊 ：perldo”/usr/share/snmp/serialcontrol.pl”。

圖4顯示了在FreeBSD系統(tǒng)中SNMP代理的GET命令的處理流程。圖5顯示了串口控制的Perl程序。程序設(shè)置的參數(shù)包括波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位［9］。為了和基于單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備通信，設(shè)置系統(tǒng)的cuau0接到COM1口上［10］。

圖4　FreeBSD系統(tǒng)上的SNMP代理Get

圖5　SNMP串口控制程序

在單片機(jī)模塊中，我們?cè)O(shè)置波特率，串口和匯編程序的命令檢查。尤其是要設(shè)置TH1=256-（（11059000/384）/1200）=232。為了和單片機(jī)通信，如圖6所示，將SNMP代理和串口集成在一起。

圖6　帶串口的SNMP代理的Get命令的集成

5　實(shí)現(xiàn)

在兩種不同的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)我們所提出的SNMP代理：一個(gè)8位單片機(jī)，和一個(gè)ARM操作系統(tǒng)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的SNMP代理。如圖7所示，這個(gè)測(cè)試板的CPU是一個(gè)8位單片機(jī)。

圖7　測(cè)試板1

圖8顯示我們提出的方案的工作環(huán)境。用戶可以使用一臺(tái)PC機(jī)或者上網(wǎng)本來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng)。支持藍(lán)牙協(xié)議的SNMP代理Get/Set的全部程序在圖9中。

圖8　工作環(huán)境

我們用iReasoning MIB browser來(lái)測(cè)試SNMP代理的Get功能，如圖10所示，當(dāng)設(shè)置Net-SNMP代理的OID為.1.3.6.1.4.1.8072.9999.9999.1.0，系統(tǒng)可以獲取到控制狀態(tài)。之后，演示板上的LED燈將會(huì)如圖11所示。同樣地，如果設(shè)置SNMP代理的OID為.1.3.6.1.4.1.8072.9999.9999，演示板上的LED燈將會(huì)如圖12所示。

圖9　SNMP代理的Get/Set步驟

圖10　獲取到的控制狀態(tài)

圖11　實(shí)驗(yàn)結(jié)果1

圖12　實(shí)驗(yàn)結(jié)果2

我們?cè)诨贏RM的系統(tǒng)上也實(shí)現(xiàn)了SNMP代理。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，用SNMP命令和iReasoning MIB瀏覽器執(zhí)行SNMP的Get/Set命令。圖13所示為測(cè)試板2，在基于ARM的Debian Linux系統(tǒng)上的SNMP代理如圖14所示。使用SNMP命令來(lái)對(duì)SNMP代理進(jìn)行設(shè)置。單片機(jī)對(duì)象將會(huì)映射到一個(gè)SNMPOID。圖15所示為測(cè)試板2的工作環(huán)境。

圖13　測(cè)試板2

圖14　SNMP代理在基于ARM的Debian Linux操作系統(tǒng)上的工作流程

在這個(gè)試驗(yàn)中，用PRTG Network Monitor來(lái)監(jiān)控測(cè)試板，SNMP代理可以很容易地得到這些測(cè)試板的一些信息。

圖15　測(cè)試板2的工作環(huán)境

SNMP協(xié)議是基于對(duì)象注冊(cè)樹來(lái)對(duì)對(duì)象機(jī)型驗(yàn)證。目的是提供一個(gè)可以有效地管理設(shè)備對(duì)象的方法。Net-SNMP提供了一個(gè)靈活且可擴(kuò)展的API。我們可以采用這個(gè)API來(lái)構(gòu)建自己的程序，然后，將它添加到代理的MIB列表中。開發(fā)一個(gè)管理程序的方式不同，開銷也就不同。如果用C語(yǔ)言開發(fā)，代碼量有500多行，如果用Perl語(yǔ)言開發(fā)，則代碼量大概是56行。CPU利用率是相似的，如果我們用C語(yǔ)言開發(fā)管理端程序，沒有支持C語(yǔ)言的庫(kù)來(lái)減少開發(fā)的開銷。但是如果采用Perl語(yǔ)言，則可以使用CPAN庫(kù)來(lái)減少開發(fā)的開銷。調(diào)試也很重要，因?yàn)榛赑erl語(yǔ)言的程序規(guī)模比基于C語(yǔ)言方案的要小，所以基于Perl語(yǔ)言的程序調(diào)試也比基于C語(yǔ)言的要容易的多，Perl開發(fā)的速度比C語(yǔ)言的快。

表1　兩種開發(fā)方式的比較

使用SNMP的最大優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，因此它很容易在一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗炔恍枰荛L(zhǎng)時(shí)間來(lái)設(shè)置，也不會(huì)給網(wǎng)絡(luò)造成很大的壓力［11］。用表2的調(diào)查方法控制網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備?？梢杂靡蛱鼐W(wǎng)（TCP/IP）、PSTN調(diào)制解調(diào)器、有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備。如表2所示，SNMP代理可以支持大型網(wǎng)絡(luò)。它是一個(gè)開方式標(biāo)準(zhǔn)，因此很容易將自己的程序和SNMP集成。這個(gè)簡(jiǎn)易的最終成果是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理端，它可以很容易地在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)，而且不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成很大的壓力［12］。此外，它為管理提供了最大的靈活性，管理既可以采用集中式服務(wù)器，也可以通過(guò)分布式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

表2　控制網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備的方式

6　結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于單片機(jī)的SNMP代理，它可以有效地控制網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備。我們將Net-SNMP庫(kù)和單片機(jī)功能集成在一起，沒有建立MIB模塊，而是為資源受限的設(shè)備設(shè)計(jì)了一款小型SNMP代理。這種技術(shù)將會(huì)有助于為網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)小型的SNMP代理，它不僅可以給基于單片機(jī)的設(shè)備提供一個(gè)控制方案，還可以利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和串口通信來(lái)擴(kuò)展其靈活性。和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化嵌入式設(shè)備相比，此技術(shù)擴(kuò)展了適用性，并使管理更加方便。

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