一種可適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計

于占龍 劉越 富春巖 周虹 薛佳楣 王曉娟

摘要：通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理可優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)的資源配置，降低成本，延長系統(tǒng)的生命周期，提高服務(wù)質(zhì)量。但由于異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的特性，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議已不再適用。本項目組提出一種新型的網(wǎng)絡(luò)管理體系架構(gòu)，為了驗證這種新型的網(wǎng)絡(luò)管理體系，本文進行了可適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）16-0018-02

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷拓展，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、規(guī)模也越來越龐大，這時再純粹依靠網(wǎng)絡(luò)管理人員對物聯(lián)網(wǎng)進行管理已經(jīng)不能滿足應(yīng)用的需求，因此物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理的需求提上了日程。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理工作，可提高系統(tǒng)的可靠性、提高效率，解決共享性、自相似性等問題。通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可完成對系統(tǒng)資源優(yōu)化配置、提高性能、發(fā)現(xiàn)并排除故障、提供安全性管理等功能，通過這些功能可保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定、安全可靠、高效的運行[1]。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理要盡可能充分地利用有限的網(wǎng)絡(luò)資源，保證應(yīng)用要求的服務(wù)質(zhì)量。但由于異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的特性，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議已不適用，我們提出一種新型的網(wǎng)絡(luò)管理體系架構(gòu)滿足物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理的需求。

1 網(wǎng)管組織模型設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)是一個包含很多異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)節(jié)點的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，因此需要有一個靈活的網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)來適應(yīng)不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理模型采用分層結(jié)構(gòu)，由中心管理站、分管站、網(wǎng)關(guān)、傳感器網(wǎng)管簇首、節(jié)點代理等五層組成。

中心管理站作為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的最高層，擁有最高權(quán)限，它的功能主要是負責(zé)對整個網(wǎng)絡(luò)的運行進行總體規(guī)劃，以及完成各種狀態(tài)的監(jiān)控。中心管理站可對所有的關(guān)鍵事件進行處理，是整個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的核心。

分管站是中心管理站的下級管理站，可動態(tài)地管理它所轄范圍內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點?？蓪Ψ止芊秶鷥?nèi)的節(jié)點進行配置、進行性能、故障、安全性等管理。它的責(zé)任是形成新任務(wù)、性能、故障等實時的狀態(tài)報告，并發(fā)送到中心管理站。

網(wǎng)關(guān)可完成 IP 網(wǎng)絡(luò)與傳感器網(wǎng)絡(luò)（通常為非 IP 網(wǎng)絡(luò)）的網(wǎng)絡(luò)管理信息轉(zhuǎn)換功能，以便兼容非 IP 的傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理功能。

簇首在邏輯上是網(wǎng)管網(wǎng)關(guān)的下級節(jié)點，可以實現(xiàn)多一些傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理功能，簇首是被指定的或按一定的規(guī)則智能選舉產(chǎn)生，實現(xiàn)簇內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點管理以及維護簇結(jié)構(gòu)，同時接受中心管理站或分管站的管理，報告關(guān)鍵事件。

節(jié)點代理由普通代理和傳感器代理兩部分組成。

2 網(wǎng)管信息模型設(shè)計

信息模型主要描述管理的對象，通過管理信息庫的結(jié)構(gòu)和管理信息的定義來體現(xiàn)。采用了四種基本類型（INTEGER、OCTET STRING、NULL 和 OBJECT IDENTIFIER）和兩個構(gòu)造類型（SEQUENCE 和 SEQUENCE OF）來定義 SNMP 的管理信息庫（MIB）[2]。為了以簡潔而有效的方式來描述被管對象，我們參照 GDMO 規(guī)范，進行了適當(dāng)?shù)母倪M，提供了用于形式化描述 MO 及其相互關(guān)系的語法機制——模板。定義了 6 個模板：管理對象類模板、參數(shù)模板、屬性模板、屬性組模板、動作模板和通知模板。

3網(wǎng)管驗證系統(tǒng)設(shè)計

網(wǎng)管驗證系統(tǒng)主要完成配置管理、性能管理、故障管理和安全管理功能。

3.1配置管理

配置管理是網(wǎng)絡(luò)管理中的最基本任務(wù)，也是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理中最主要的功能之一，是其他管理功能的橋梁，也是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用領(lǐng)域里最成熟的功能。配置管理可完成對網(wǎng)絡(luò)元素的拓撲關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)元素的地址、網(wǎng)絡(luò)運行參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)元素的備份操作條件、網(wǎng)絡(luò)元素的配置更改條件等信息的管理。

配置管理將定義、收集、監(jiān)視和修改這主要針對以下一些網(wǎng)絡(luò)配置信息。這里的配置信息包括管理域內(nèi)的所有被管對象的任何靜態(tài)和動態(tài)信息，配置數(shù)據(jù)不僅僅由配置管理功能使用，還被網(wǎng)絡(luò)管理的其他功能（如性能管理、故障管理、安全管理）廣泛使用。配置管理主要是通過查看和修改被管對象的屬性值來監(jiān)視和控制被管對象和整個網(wǎng)絡(luò)的運行。

3.2 性能管理

任何網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)一定要具備監(jiān)網(wǎng)絡(luò)性能，向網(wǎng)絡(luò)管理者提供實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)性能不理想時，網(wǎng)絡(luò)性能管理功能就可通過對網(wǎng)絡(luò)資源的合理調(diào)整來改善優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能。

本系統(tǒng)性能管理可完成對被管對象的管理，對相關(guān)性能數(shù)據(jù)的收集并進行分析，產(chǎn)生可視化的性能報告，并可進行實時的性能監(jiān)控。該系統(tǒng)的性能管理功能還可選擇監(jiān)測對象和檢測的方式，進行數(shù)據(jù)的收集、分析和統(tǒng)計，管理對象的性能，產(chǎn)生性能的歷史數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)維護。本模塊還可以分析當(dāng)前統(tǒng)計數(shù)據(jù)并進行性能故障的監(jiān)測、產(chǎn)生報警信息，并根據(jù)所獲數(shù)據(jù)及信息及時進行網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的調(diào)整，提供合理有效的網(wǎng)絡(luò)性能報告。

3.3 故障管理

通過網(wǎng)絡(luò)故障管理的功能可以在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，用最短的時間、以最小的代價對網(wǎng)絡(luò)進行恢復(fù)，使網(wǎng)絡(luò)正常運行。對網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)元素的運行狀態(tài)進行實時地監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并校正網(wǎng)絡(luò)元素的故障，并產(chǎn)生相應(yīng)的故障報警并把相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為配置管理的依據(jù)。 本系統(tǒng)的故障管理功能包括6個子功能模塊：故障檢測、報警信息過濾與關(guān)聯(lián)、故障報警、檢索與分析故障信息、排錯支持工具、故障管理配置。

如圖1 所示，故障監(jiān)測模塊主要完成初步的故障確認，在輪詢得到數(shù)據(jù)的變化超過閾值，或者得到代理通告消息時，就發(fā)出報警信息。這里將采用報警信息（報警標識符，報警類型，報警對象類，報警對象實例，嚴重程度，報警時間）的六元組和征兆關(guān)聯(lián)表。

其中報警類型包括 ：通信報警、業(yè)務(wù)質(zhì)量報警、處理機報警、設(shè)備報警、環(huán)境報警等5種。通信報警指連接建立報警、校驗報警、時鐘報警；設(shè)備報警指線路報警、端口報警、電源報警；業(yè)務(wù)質(zhì)量報警指連接建立持續(xù)失敗、相應(yīng)時間持續(xù)超時、網(wǎng)絡(luò)擁塞；處理機報警指緩沖區(qū)溢出、內(nèi)存故障、軟件故障。嚴重程度可分為：嚴重報警、重大報警、報警和次要報警。

故障信息過濾與關(guān)聯(lián)模塊則是在每次收到報警信息后，進行征兆關(guān)聯(lián)表的匹配，判斷與此征兆關(guān)聯(lián)密切的報警是否已經(jīng)發(fā)生，如果為真，則進行嚴重程度的判定，如果當(dāng)前征兆嚴重程度低于已發(fā)生征兆的嚴重程度，則視為冗余，進行丟棄處理，否則將替換原有報警信息，發(fā)出故障警告。

在故障報警模塊中，按照故障的類型和等級進行不同形式的報警提示（如：消息窗口 、聲音或發(fā)送電子郵件）； 而檢索/分析故障信 息模塊則對故障管理信息進 行查詢，對歷史故障信息進行分析，因此需要故障信息日志庫（故障標示符，關(guān)鍵字，故障描述，故障原因，解決方案）的支持；通過排錯支持工具，實現(xiàn)對故障設(shè)備進行實時測試的輔助和提供排錯過程的幫助機制；在故障管理配置中，完成對管理人員和被管對象的維護、設(shè)置閾值等。

3.4 安全管理

本系統(tǒng)的安全管理功能包括兩部分：網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)自身的安全和被管網(wǎng)絡(luò)對象的安全。主要功能包括：用戶身份驗證與授權(quán)；管理信息存儲和傳輸?shù)募用芘c完整性；分組管理與訪問控制；系統(tǒng)日志； 主機系統(tǒng)的安全漏洞檢測；自主安全檢測與防御；監(jiān)視并阻止非法入侵等。

4 總結(jié)

本文對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)及功能模塊進行了設(shè)計，闡述了各模塊的主要功能。通過該系統(tǒng)的驗證，我們提出的新型的網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)具有良好的可擴展性和可伸縮性，能夠滿足網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)要求，同時具有良好的移動自適應(yīng)性和靈活性，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)本身的節(jié)點移動、鏈路暫時及受環(huán)境影響的動態(tài)特征。

參考文獻：

[1] 李健. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與標準化分析[J]. 通信管理與技術(shù)， 2010，6（3）.

[2] Tolle G， Cull er D. Design of an Application cooperative Management System for Wireless Sensor Networks[C]. Proc. EWSN. Feb. 2005： 121-132.