馬素剛 李宥謀

(西安郵電學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710121)

0 引言

隨著嵌入式技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式設(shè)備不斷推陳出新，對(duì)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化也提出了更高的要求。然而，許多早期的嵌入式設(shè)備沒有網(wǎng)絡(luò)接口，無法通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。對(duì)嵌入式設(shè)備的管理與維護(hù)，必須是操作人員在工作現(xiàn)場(chǎng)操作設(shè)備面板或攜帶筆記本電腦連接專用接口(如 RS-232、I2C、SPI、GPIB等)進(jìn)行調(diào)試。這種方式無法滿足設(shè)備調(diào)試的實(shí)時(shí)性要求，也浪費(fèi)了人力和財(cái)力。

簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(simple network management protocol，SNMP)是目前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較為廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議［1］，使用SNMP要求通信雙方都支持UDP和IP協(xié)議。由于許多早期的嵌入式設(shè)備不支持TCP/IP協(xié)議，為實(shí)現(xiàn)對(duì)這些非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的管理，可以采用委托(Proxy)代理［2］。Proxy代理將SNMP管理站發(fā)出的SNMP報(bào)文轉(zhuǎn)換為設(shè)備特定的消息格式，從而使管理者能夠管理多種類型的設(shè)備。

本文闡述了Proxy代理的軟硬件設(shè)計(jì)方法，以及如何通過串口連接將委托代理應(yīng)用于微波傳輸設(shè)備的遠(yuǎn)程管理。

1 網(wǎng)管系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

SNMP采用代理/管理站模型［3］，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。Proxy代理使得非標(biāo)準(zhǔn)SNMP設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)管理功能。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 System architecture

1.1 系統(tǒng)組成

整個(gè)系統(tǒng)由管理站(network management station，NMS)、Internet、Proxy代理和被管設(shè)備組成。管理站運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)管理軟件(如AT-SNMPc、HP OpenView等)，通過Internet與Proxy代理連接。Proxy代理通過專用接口與被管設(shè)備連接，發(fā)送查詢、控制命令，同時(shí)接收被管設(shè)備主動(dòng)發(fā)送的告警信息。被管設(shè)備(如一些常用的儀器儀表、傳輸設(shè)備等)運(yùn)行自身的監(jiān)測(cè)程序，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集傳輸，同時(shí)還需要提供專用調(diào)試接口。

1.2 工作原理

管理站對(duì)被管設(shè)備的監(jiān)控主要包括查詢?cè)O(shè)備信息、設(shè)置設(shè)備參數(shù)以及處理告警信息。

1.2.1 設(shè)備信息的查詢

查詢?cè)O(shè)備信息按以下步驟進(jìn)行。

①管理站上運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，通過SNMP協(xié)議，向Proxy代理發(fā)送查詢信息的Get請(qǐng)求，運(yùn)行于Proxy代理中的Agent進(jìn)程接收查詢請(qǐng)求。

②Agent進(jìn)程讀取Proxy代理中保存被管設(shè)備信息的文件，并通過SNMP協(xié)議向管理站作出回應(yīng)。為保證Proxy代理保存信息的實(shí)時(shí)性，被管設(shè)備定期(如1 s)通過專用接口(如RS-232)向Proxy代理發(fā)送自身的各種參數(shù)信息。

1.2.2 設(shè)備參數(shù)的設(shè)置

設(shè)置設(shè)備參數(shù)的流程如下。

①管理站通過SNMP協(xié)議，向Proxy代理發(fā)送設(shè)置參數(shù)的Set請(qǐng)求，運(yùn)行于Proxy代理中的Agent進(jìn)程接收設(shè)置請(qǐng)求。

②Proxy代理收到設(shè)置請(qǐng)求后，采用專用通信協(xié)議(如串口通信協(xié)議)，把設(shè)置請(qǐng)求傳送到被管設(shè)備。被管設(shè)備完成設(shè)置操作后，對(duì)Proxy代理作出回應(yīng)。

③Proxy代理向管理站回應(yīng)完成設(shè)置信息。

1.2.3 告警信息的處理

對(duì)于被管設(shè)備中發(fā)生的告警，需要主動(dòng)向管理站發(fā)送告警信息，工作流程如下。

①運(yùn)行于被管設(shè)備上的監(jiān)測(cè)程序發(fā)現(xiàn)有告警產(chǎn)生時(shí)，通過專用接口把告警信息主動(dòng)發(fā)送到Proxy代理。

②運(yùn)行于Proxy代理的Agent進(jìn)程發(fā)現(xiàn)有告警產(chǎn)生時(shí)，及時(shí)通過SNMP Trap報(bào)文把告警信息發(fā)送至管理站。

2 軟硬件設(shè)計(jì)

Proxy代理負(fù)責(zé)將管理站發(fā)送的Get、Set請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為專用命令，然后發(fā)送至被管設(shè)備;同時(shí)把被管設(shè)備主動(dòng)發(fā)送的告警信息轉(zhuǎn)換為Trap報(bào)文并發(fā)送至管理站。Proxy代理采用S3C2410 CPU和嵌入式Linux操作系統(tǒng)，運(yùn)行SNMP Agent程序以及與被管設(shè)備相關(guān)的專用通信程序。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

Proxy代理采用韓國(guó)Samsung公司的S3C2410高性能ARM處理器［4］，運(yùn)行頻率可達(dá)266 MHz。S3C2410處理器基于ARM920T內(nèi)核(16/32 bit RISC CPU)，集成了大量的功能單元，主要包括內(nèi)存管理單元MMU、獨(dú)立的16 kB 指令 Cache、16 kB 數(shù)據(jù) Cache、4通道 DMA、3通道UART、2通道SPI、PLL數(shù)字鎖相環(huán)等。Proxy代理還包括存儲(chǔ)器(64 MB SDRAM、64 MB Nand Flash)、CS8900以太網(wǎng)控制器、2個(gè)輸出串口、SPI接口、I2C接口和JTAG調(diào)試接口等元件。

Proxy代理的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Proxy代理的硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 Hardware architecture of Proxy Agent

2.2 SNMP Agent設(shè)計(jì)

在Proxy代理硬件平臺(tái)上成功移植了基于2.6內(nèi)核的嵌入式Linux操作系統(tǒng)［5］，并使用C語言編寫了SNMP Agent程序。

SNMP Agent是在net-snmp軟件包的基礎(chǔ)上，通過二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)的［6］。擴(kuò)展后的Agent除了可以響應(yīng)管理站發(fā)來的Get、Set請(qǐng)求外，還可以把專用通信程序接收的告警信息轉(zhuǎn)換為Trap報(bào)文，并發(fā)送至管理站。Agent設(shè)計(jì)主要完成管理信息庫(management information base，MIB)設(shè)計(jì)和Agent程序擴(kuò)展。

2.2.1 MIB 庫的設(shè)計(jì)

通過對(duì)實(shí)際設(shè)備功能及應(yīng)用場(chǎng)合的分析［7］，從配置管理、性能管理和故障管理等方面增加管理對(duì)象。擴(kuò)展的MIB庫對(duì)象屬于私有MIB變量，它們?cè)趇so.org.dod.internet.private.enterprises 子樹下加以定義。MIB庫采用OSI的抽象語法標(biāo)志ASN.1編寫。

2.2.2 Agent程序的擴(kuò)展

Agent程序主要包含 Init、Get、Set和 Notification 這4個(gè)子模塊。

①Init模塊:Init模塊通過函數(shù)init_NMS()完成代理的初始化功能，即注冊(cè)擴(kuò)展的MIB、初始化自定義變量和設(shè)置定時(shí)器等。

② Get模塊:Get(讀)操作是SNMP的基本操作之一，用于對(duì)被管設(shè)備信息的查詢。Get模塊通過函數(shù)var_NMS()實(shí)現(xiàn)Get功能。該函數(shù)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要內(nèi)容即為一個(gè)switch-case結(jié)構(gòu)，每一個(gè)分支處理一個(gè)管理對(duì)象。

③Set模塊:Set(寫)操作用于設(shè)置被管設(shè)備的參數(shù)信息，通過名稱類似“write_＊＊＊＊”的寫函數(shù)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于不同的管理對(duì)象，分別定義寫函數(shù)用于設(shè)置不同的參數(shù)。對(duì)被管對(duì)象的設(shè)置操作可以分配到6個(gè)不同階段完成。各階段功能如表1所示。

表1 各階段功能表Tab.1 Functions of each stages

④Notification模塊:Notification模塊通過發(fā)送Trap報(bào)文，處理告警信息。Agent程序定時(shí)(如1 μs)查看與專用通信程序共享的管道，如果檢測(cè)到來自被管設(shè)備的告警信息，則立即調(diào)用函數(shù)send_v2trap()，并通過Trap報(bào)文向管理站發(fā)送告警信息。

3 Proxy代理的應(yīng)用

早期的微波通信設(shè)備沒有網(wǎng)絡(luò)接口，使用Proxy代理能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)它的遠(yuǎn)程管理［8］。微波通信設(shè)備和Proxy代理之間通過RS-232連接，采用專用串口通信協(xié)議［9］。

3.1 串口通信協(xié)議

串口通信采用異步通信方式，數(shù)據(jù)傳輸率為19200 bit/s。串口數(shù)據(jù)幀格式如圖3所示。

圖3 串口數(shù)據(jù)幀格式Fig.3 Frame format for serial port data

串口數(shù)據(jù)幀主要包含以下字段。

① 起始位:取值為0xcc或0xc3，其中0xcc表示設(shè)置信息，0xc3表示響應(yīng)信息。

②長(zhǎng)度位:表示幀中命令位和數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度之和。

③命令位:用來標(biāo)志幀的功能。

④數(shù)據(jù)位:用于標(biāo)志設(shè)置信息或響應(yīng)信息。

⑤校驗(yàn)和:將命令位、數(shù)據(jù)位按字節(jié)相加。

⑥ 結(jié)束位:表示一幀結(jié)束，取值為0xf3。

3.2 移植與測(cè)試

交叉編譯環(huán)境如圖4所示［10］。

圖4 交叉編譯環(huán)境Fig.4 Cross-compiling environment

開發(fā)人員在宿主機(jī)(PC機(jī))上編譯生成適合在目標(biāo)機(jī)(Proxy代理)上運(yùn)行的執(zhí)行代碼，包含Agent程序(snmpd)和串口通信程序(s_port)，并通過NFS方式下載到Proxy代理中。

通過對(duì)網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試可以看出，Proxy代理實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能。在管理站使用AT-SNMPc能夠?qū)ξ⒉ㄍㄐ旁O(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)視和控制，從而提高了微波通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的Proxy代理適用于多種接口的非SNMP設(shè)備，在不改變?cè)性O(shè)備軟硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了被管設(shè)備的可管理性能，有利于設(shè)備的快速升級(jí)。Proxy代理支持標(biāo)準(zhǔn) SNMP 協(xié)議［11－12］，使得非SNMP標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備能夠加入網(wǎng)管軟件中統(tǒng)一管理。Proxy代理在保護(hù)用戶已有投資的基礎(chǔ)上，拓寬了用戶對(duì)自身設(shè)備的管理能力。然而，由于SNMPv2協(xié)議支持的安全措施有限，帶來了一定的安全隱患，整個(gè)系統(tǒng)的安全性有待進(jìn)一步提高。

［1］雷震甲.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

［2］Chavan S S，Madanagopal R.Generic SNMP proxy agent framework for management of heterogeneous network elements［C］//Bangalore:Communication Systems and Networks and Workshops，2009:1－6.

［3］Zeng Wenxian，Wang Yue.Design and implementation of server monitoring system based on SNMP［C］//Hainan Island:International Joint Conference on Artificial Intelligence，2009:680 －682.

［4］李敏，何平.基于ARM920T的薄膜厚度在線測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化儀表，2009，30(8):61 －63.

［5］張?zhí)m云，張高偉.基于ARM9和Linux的GPS定位數(shù)據(jù)的采集與管理［J］.自動(dòng)化儀表，2008，29(10):14 －17.

［6］馬素剛.微波中繼站中嵌入式網(wǎng)管Agent實(shí)現(xiàn)［J］.西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，14(1):120 －124.

［7］羅毅，姚桂玲.基于SNMP的MIB構(gòu)結(jié)樹高效算法研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010，31(15):3386 －3389.

［8］劉釗遠(yuǎn)，王亞剛，許振文.基于SNMP的數(shù)字微波網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.通信技術(shù)，2009，42(9):139 －141.

［9］畢國(guó)玲，陳濤，王建立，等.多功能嵌入式遠(yuǎn)程信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)［J］.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2010，27(10):174 －177.

［10］馬素剛，王力，許振文.基于嵌入式Linux的Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38(9):183 －186.

［11］蔡偉鴻，舒兆港，劉震，等.基于SNMP協(xié)議的以太網(wǎng)拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)算法研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005，41(14):156－157.

［12］陳雷，董博，王雪，等.基于SNMP協(xié)議的全局網(wǎng)絡(luò)流量分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版，2005(S1):69－71.