丁青，范磬亞，俞海平，張義東，吉翔

0 引言

隨著校園網支撐的業(yè)務越來越廣泛，網絡負荷變得越來越重，網絡在運行過程中經常會出現(xiàn)不可預知的突發(fā)故障。如果不能及時獲知消息、排除故障，有可能會造成網絡性能變差甚至引發(fā)網絡大面積癱瘓。校園網的骨干和中心是核心通信設備與提供核心業(yè)務的服務器[1]，它們是校園網正常運轉的基礎。只要能確保它們的正常運行，就能夠保證整個網絡不出大的問題。

而隨著移動通信技術的迅速發(fā)展，作為移動通信的一種重要增值業(yè)務的SMS(短消息服務)也得到了迅速的發(fā)展。在校園信息化的建設過程中，短信功能的應用逐步扮演著越來越重要的作用，積極地推動著校園信息化的快速發(fā)展?；谶@樣的思想，我們自主開發(fā)了一套校園網自動監(jiān)控報警系統(tǒng)。這套系統(tǒng)對網絡中的核心設備和服務器加以實時監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)運行故障，立即通過短消息方式向網絡管理員報警，網絡管理員收到報警后及時采取措施排除故障，從而確保網絡通暢和數(shù)據安全[2]。

1 系統(tǒng)的構成

圖1 總體結構

校園網自動監(jiān)控報警系統(tǒng)的總體結構如圖1所示，整個系統(tǒng)按功能劃分，分為設備監(jiān)控模塊、短消息收發(fā)模塊和系統(tǒng)集成模塊。設備監(jiān)控模塊根據相關網絡管理協(xié)議實時監(jiān)控連接到校園網的所有路由器、交換機、服務器以及 UPS等關鍵設備。短消息收發(fā)模塊通過RS232連接GSM模塊，實現(xiàn)短消息報警功能，一旦發(fā)現(xiàn)網絡故障，則立即將報警信息通過GPRS網絡發(fā)送到網管員手機。系統(tǒng)集成模塊則是系統(tǒng)頂層模塊，每隔一定的時間，通過調用設備監(jiān)控模塊輪詢網絡設備，如果發(fā)現(xiàn)設備故障，則調用短消息收發(fā)模塊向網管員報警，另外由于采用B/S架構，網管員桌面可以在校園網任意授權節(jié)點連接系統(tǒng)所在服務器，通過瀏覽器查看設備狀態(tài)并對系統(tǒng)進行相關配置。

按軟硬件劃分，該系統(tǒng)分為軟件和硬件兩部分。軟件部分整體采用.NET技術來實現(xiàn)，后臺數(shù)據庫為SQL Server，軟件開發(fā)工具采用了Visual Studio.Net平臺，軟件運行環(huán)境為 Windows 2003 Server。硬件部分選用的 GSM 模塊是Wavecom的Q2304A，支持AT指令集收發(fā)短消息。

2 功能模塊的實現(xiàn)

系統(tǒng)由三大功能模塊組成，分為設備監(jiān)控模塊、短消息收發(fā)模塊、系統(tǒng)集成模塊，它們都基于微軟公司的.NET Framework 來實現(xiàn)。

2.1 設備監(jiān)控模塊

網絡設備的監(jiān)控主要依據相關的網絡管理協(xié)議來進行，常用的有因特網報文管理協(xié)議(ICMP)和簡單網絡管理協(xié)議(SNMP)。ICMP是IP層的標準協(xié)議，它允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關異常情況的報告[4]。目前的設備監(jiān)控模塊實現(xiàn)了最基本的連通性檢測，主要采用基于ICMP的Ping服務來實現(xiàn)。

基于面向對象的設計方法，設備監(jiān)控模塊被定義成一個類名為DevMon的類，它所包含的成員方法主要是靜態(tài)的基于各種網絡管理協(xié)議的檢測函數(shù)。連通性檢測的函數(shù)定義為public static Boolean ICMP_PING(string DevIpAddr)，關鍵代碼如下：

首先新生成Ping類對象PingSender，然后設置Ping服務相關參數(shù)（禁止數(shù)據包分段、生成包含32個字節(jié)發(fā)送數(shù)據的緩沖區(qū)和設置超時時間為480毫秒），接著調用同步方法Send向目標IP地址發(fā)送ICMP回聲報文，最后根據應答結果來決定返回值為真或假。

2.2 短消息收發(fā)模塊

GSM模塊能夠支持所有GSM短消息通訊功能，主要包括中心號碼設置、消息模式配置、發(fā)送、接收和刪除等，上位機則通過發(fā)送相應的AT指令來控制GSM模塊進行相關操作[5]。短消息收發(fā)模塊同樣被設計成一個類名為GsmSMS的類，它通過對AT指令進行封裝實現(xiàn)了短消息通訊相關的主要功能。

2.2.1 UML圖

圖2 GsmSMS類的UML圖

GsmSMS類的UML圖如圖2所示，這里列出了最主要的成員變量和成員函數(shù)。私有成員變量 rs232是 SerialPort類對象，SerialPort借助rs232可以方便的實現(xiàn)串口相關操作。公有的成員函數(shù)一共有五個：GsmInit用于初始化GSM 模塊，GsmSendSMS用于發(fā)送短消息，GsmReadSMS用于閱讀短消息，GsmSetSMSC用于設置短消息中心號碼，GsmDeleteSMS用于刪除短消息。

2.2.2 成員函數(shù)的實現(xiàn)

成員函數(shù)的實現(xiàn)都依據相關的AT指令[6]，如表1所示。

表1 相關AT指令

以 GSM 模塊初始化（GsmInit）和發(fā)送短消息（GsmSendSMS）為例，介紹 GsmSMS類成員函數(shù)的具體實現(xiàn)。

圖3 GsmInit和GsmSendSMS的流程圖

GsmInit的其程序流程圖如圖3中（a）所示。首先根據輸入參數(shù)（串口名、波特率、奇偶校驗、數(shù)據長度和停止位）來創(chuàng)建SerialPort類對象，接著調用SerialPort類方法Open()打開串口，然后通過串口向GSM模塊發(fā)送“AT”查詢模塊的狀態(tài)，如果模塊處于活動狀態(tài)，則進一步發(fā)送“AT+CGMF=1”配置短消息為文本模式，如果配置成功，則初始化成功并返回TRUE。

GsmSendSMS的程序流程圖如圖3中（b）所示。首先利用發(fā)送短消息 AT指令發(fā)送對方號碼，接收到“>”提示符后，再發(fā)送短消息內容，然后等待直到返回包含“ERROR”或“CMGS”的響應，如果返回“CMGS”則表示發(fā)送成功，如果返回“ERROR”則表示發(fā)送失敗。

2.3 系統(tǒng)集成模塊

系統(tǒng)集成模塊是整個系統(tǒng)的運轉調度中心，通過該中心實現(xiàn)了對網絡的實時監(jiān)控。首先是系統(tǒng)初始化：初始化GSM模塊，連接后臺數(shù)據庫獲知監(jiān)控設備列表以及網管員名單，并根據輸入參數(shù)配置運行參數(shù)。然后進行定時批量監(jiān)控，定時對位于監(jiān)控設備列表上的每個設備調用設備監(jiān)控模塊加以檢測并記錄結果。最后，如果發(fā)現(xiàn)設備故障，則根據一定的報警策略向網管員手機發(fā)送報警信息。

2.3.1 UML圖

系統(tǒng)集成模塊相關的UML圖如圖4所示。

圖4 MonAlarm類的UML圖

其中MonDev結構用于保存設備信息和狀態(tài)，ID、Type、Location和 IPAddr分別對應監(jiān)控設備的名稱、類型、位置和IP地址，直接來源于數(shù)據庫；Status則表明設備是否正常工作，AlarmFlag則標志是否已經報警，AlarmCount則記錄設備報警次數(shù)。

MonAlarm類實現(xiàn)整個系統(tǒng)集成，其成員變量一共有6個：mdlist為所有受監(jiān)控設備對應的 MonDev結構列表，devalarm_limit為單個設備報警的次數(shù)限制，allalarm_limit為所有報警的次數(shù)限制，allalarmcount則是所有報警計數(shù)值，montimer是基于.NET的 Timer類的監(jiān)控定時器，sms_agent則是GsmSMS類對象。

MonAlarm成員函數(shù)一共包括5個。公有 的Init 用于執(zhí)行系統(tǒng)初始化，通過sms_agent調用GsmInit初始化GSM模塊；連接數(shù)據庫生成 mdlist并對 Status、AlarmFlag和AlarmCount進行初始化，分別設置成True、False和0；此外，初始化allalarmcount為0 ，并根據輸入參數(shù)配置用于限制報警次數(shù)的 devalarm_limit和 allalarm_limit。SetTimer用于配置監(jiān)控定時器，參數(shù)interval表示秒為單位定時間隔，參數(shù)enable決定是否啟動或停止監(jiān)控定時器。MonAll實施監(jiān)控批處理，針對mdlist中每個設備調用DevMon類的監(jiān)控函數(shù)，并根據結果更新Status。SMSAlarm則在實施監(jiān)控之后根據mdlist中的狀態(tài)信息，再依據一定的報警策略決定是否通過sms_agent來發(fā)送報警信息。OnTimedEvent則是定時器事件函數(shù)，包含整個監(jiān)控報警流程，先調用 MonAll，然后再調用SMSAlarm。需要說明的是，MonAlarm類的mdlist公有成員變量，它能夠被外部直接訪問，從而可以方便的在Web頁中顯示所有監(jiān)控情況。

2.3.2 系統(tǒng)報警策略

短消息報警能夠提高管理效率，但也會帶來一些成本開銷。因此，在保證報警有效性的情況下，如何設計報警策略來盡可能的降低成本，是系統(tǒng)很需要考慮的問題。首先要避免重復報警，只有當監(jiān)控到設備從正常狀態(tài)(Status=True)變?yōu)榉钦顟B(tài)(Status=False)時，才發(fā)送短消息報警。其次要控制設備的報警次數(shù)，對單個設備的報警次數(shù) AlarmCount需要加以限制，避免設備出現(xiàn)時好時壞的情況時反復報警 ；此外，對系統(tǒng)總共的報警次數(shù) allalarmcount也應該加以限制，避免由于系統(tǒng)所在服務器本身和網絡斷開而大量報警的情況。

上述報警策略集成在成員函數(shù)SMSAlarm中，實現(xiàn)流程圖如圖5所示。另外，由于系統(tǒng)對報警次加了限制，每報警一次，設備和系統(tǒng)所允許的報警次數(shù)都會各減少一次，因而在網管員收到報警并手動排除故障之后，需要再次調用Init執(zhí)行系統(tǒng)初始化。

圖5 報警策略流程圖

3 結語

本文介紹的校園網自動監(jiān)控報警系統(tǒng)目前已在本院網絡中心投入運行，為網管員發(fā)現(xiàn)、排除網絡故障和確保網絡正常運行發(fā)揮了重要的作用。下一步的工作，主要是考慮采用更為專業(yè)的網管協(xié)議來監(jiān)控網絡設備，特別是對于重要的服務器，除了基本的連通性檢測，對于流量、服務、安全等方面的監(jiān)控也非常重要，通過加強對各種安全隱患的提前預警，進而做到防患于未然。

[1]何發(fā)鎂等.嵌入式網絡管理報警系統(tǒng)的設計[J].計算機工程,2007,(20):101-103.

[2]張杰等.基于嵌入式系統(tǒng)的網絡故障檢測報警系統(tǒng)[J].內蒙古大學學報(自然科學版),2009,(3):356-359.

[3]金旭亮.編程的奧秘——.NET軟件技術學習與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006-1 .

[4]謝希仁.計算機網絡教程[M].北京:人民郵電出版社.2006-5.

[5]謝春祥等.基于 GSM/GPRS的終端式短信平臺開發(fā)[J].計算機工程和設計,2007,(4):1680-1682.

[6]郭輝.基于GSM SMS的短信平臺及其應用系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].南京:東南大學,2006:15-16.