白小軍，楊 軍，喻 鈞

（西安工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710032）

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，廣播電臺(tái)對(duì)電視發(fā)射機(jī)的監(jiān)控要求越來越高，從原有的本機(jī)自動(dòng)化提高到臺(tái)內(nèi)的自動(dòng)化監(jiān)控，進(jìn)而發(fā)展到遠(yuǎn)距離的發(fā)射臺(tái)自動(dòng)化監(jiān)控。另一方面，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展也引發(fā)了控制領(lǐng)域深刻的技術(shù)變革，網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程控制以及基于Web的遠(yuǎn)程控制已成為技術(shù)發(fā)展的主流方向。開發(fā)基于Web的集中監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效提高管理效率，節(jié)約人力，真正實(shí)現(xiàn)“有人值班、無人值守”的管理目標(biāo)[1－3]。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)要解決的首要問題是管理主機(jī)和控制設(shè)備間的通信問題，即設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)如何傳遞給管理主機(jī)，管理者的控制命令如何發(fā)送給被控設(shè)備。傳統(tǒng)的控制設(shè)備一般都通過串口（RS－232和RS－485）與上位機(jī)通信，這種方式通信距離很短，難以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；借助新興的設(shè)備服務(wù)器技術(shù)，可以方便地將串口設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)串口協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，從而為串口設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化控制創(chuàng)造了條件。

在文獻(xiàn)[4]中，描述了如何通過CGI方式，在設(shè)備服務(wù)器上編程實(shí)現(xiàn)基于Web的設(shè)備監(jiān)控；在文獻(xiàn)[5]中，描述了如何通過XML與XSL技術(shù)將監(jiān)控系統(tǒng)的頁(yè)面展示邏輯轉(zhuǎn)移到客戶端，有效減輕設(shè)備服務(wù)器的負(fù)荷。兩篇文獻(xiàn)都存在一個(gè)局限，即都是針對(duì)單臺(tái)設(shè)備的監(jiān)控，無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)射臺(tái)甚至多個(gè)發(fā)射臺(tái)的集中監(jiān)控。

1 SNMP與遠(yuǎn)程監(jiān)控

在控制系統(tǒng)中引入設(shè)備服務(wù)器后，可將一臺(tái)控制設(shè)備當(dāng)作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來使用，設(shè)備服務(wù)器充當(dāng)了被管設(shè)備代理的角色；這樣，控制系統(tǒng)管理的問題就可以轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)管理的問題來解決。而在網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域已有了一系列成熟的協(xié)議，SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）成為不錯(cuò)的選擇。

SNMP是網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域中的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息采集和管理。SNMP采用“管理者—代理”的工作模式，如圖1所示。管理者負(fù)責(zé)發(fā)出管理操作的指令，并接收來自代理的響應(yīng)或事件通告。代理位于被管設(shè)備一側(cè)，充當(dāng)管理者和設(shè)備之間的中介，把來自管理者的命令或信息請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為本設(shè)備特有的指令以執(zhí)行，然后返回設(shè)備的信息；另外，代理也可以將設(shè)備系統(tǒng)中發(fā)生的事件主動(dòng)通知給管理者。

圖1 SNMP的管理模型[5]

SNMP協(xié)議中的三大要素是管理信息結(jié)構(gòu)（SMI）、管理信息庫(kù)（MIB）和SNMP通信協(xié)議。SMI定義了SNMP框架中可用的管理信息的類型和語(yǔ)法，為描述被管對(duì)象以及如何交換管理信息奠定了基礎(chǔ)；MIB以層次化的方式組織設(shè)備的管理信息，樹中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都代表著設(shè)備的某項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，都有其唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)（OID），管理站就是通過OID來指定要訪問的數(shù)據(jù)項(xiàng)；SNMP通信協(xié)議定義了管理者和代理之間通信的消息類型和消息格式，常用的5種消息類型是GetRequest，GetNextRequest，Get?Response，SetRequest，Trap[6－8]。

將SNMP引入設(shè)備監(jiān)控領(lǐng)域，可以在設(shè)備服務(wù)器上編程實(shí)現(xiàn)SNMP代理的功能，管理者通過Get原語(yǔ)可以采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過Set原語(yǔ)可以控制設(shè)備執(zhí)行指定的動(dòng)作，當(dāng)設(shè)備發(fā)生重大告警時(shí)，代理可以通過Trap原語(yǔ)及時(shí)上報(bào)給管理者。這樣，監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集、命令控制等功能都得以實(shí)現(xiàn)。

2 發(fā)射臺(tái)集中監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于SNMP協(xié)議的發(fā)射臺(tái)集中監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

監(jiān)控系統(tǒng)中的主要部件有：

1）被管設(shè)備。發(fā)射機(jī)控制器作為實(shí)際的被管設(shè)備，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)內(nèi)部各部件的運(yùn)行控制。它通過串口與設(shè)備服務(wù)器通信，接收SNMP代理發(fā)送的控制命令，執(zhí)行該命令，并返回設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2）設(shè)備代理。設(shè)備服務(wù)器作為被管設(shè)備的代理。一方面通過串口與被管設(shè)備相連，采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并向設(shè)備發(fā)送控制命令；另一方面通過網(wǎng)口與集中監(jiān)控服務(wù)器相連，實(shí)現(xiàn)SNMP的Get，Set，Trap等原語(yǔ)操作。在代理中，需要針對(duì)控制設(shè)備特有的管理信息項(xiàng)定制MIB，維護(hù)設(shè)備的狀態(tài)信息。

3）集中監(jiān)控服務(wù)器。作為集中監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)端，該服務(wù)器具有數(shù)據(jù)采集、客戶響應(yīng)以及設(shè)備控制三項(xiàng)核心職能：一是采用輪詢的方式從代理處采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，供前臺(tái)程序使用；二是接收客戶端發(fā)送的查詢指令，動(dòng)態(tài)構(gòu)造設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)顯示界面；三是接收客戶端發(fā)送的控制命令，轉(zhuǎn)換成SNMP Set指令發(fā)送給代理，控制設(shè)備執(zhí)行指定的動(dòng)作。

4）管理客戶端。監(jiān)控人員使用客戶端連接到監(jiān)控服務(wù)器，查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)，并向設(shè)備發(fā)送控制命令。

5）手機(jī)客戶端。在用戶不方便上網(wǎng)的情況下，可以通過手機(jī)短信的方式，查詢?cè)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，或向設(shè)備發(fā)送控制命令。

6）GSM調(diào)制器。作為手機(jī)短信收發(fā)設(shè)備，可以將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給手機(jī)客戶端（例如當(dāng)設(shè)備發(fā)生重大告警或故障時(shí)向管理手機(jī)發(fā)送告警短信），也可以接收手機(jī)客戶端發(fā)送過來的查詢或控制短信，并交給監(jiān)控服務(wù)器做進(jìn)一步的處理。

3 設(shè)備代理的設(shè)計(jì)

設(shè)備服務(wù)器作為被管設(shè)備的代理，在系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。在管理者一側(cè)，它要維護(hù)設(shè)備特有的MIB信息，并實(shí)現(xiàn)SNMP的Get，Set及Trap等原語(yǔ)操作；在設(shè)備一側(cè)，它要通過串口與設(shè)備通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與命令控制。

本系統(tǒng)選擇美國(guó)Lantronix公司生產(chǎn)的UDS1100設(shè)備服務(wù)器，它提供了簡(jiǎn)單、廉價(jià)的串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)方案，內(nèi)置精簡(jiǎn)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，支持ARP，IP，TCP，UDP等常用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可以透明地實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換；同時(shí)，它還提供了CGI，SNMP等編程接口，可以方便地?cái)U(kuò)展功能。這里將使用其SNMP API，開發(fā)電視發(fā)射機(jī)設(shè)備的SNMP代理。

設(shè)備代理軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1）數(shù)據(jù)采集進(jìn)程：設(shè)備代理上運(yùn)行的主進(jìn)程，控制系統(tǒng)以指定的時(shí)間間隔不斷向控制器發(fā)送查詢消息（調(diào)用命令處理組件的功能），獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，并將這些信息保存到MIB中供SNMP組件訪問。

2）SNMP組件：實(shí)現(xiàn)SNMP協(xié)議的各項(xiàng)原語(yǔ)操作。處理網(wǎng)管應(yīng)用程序發(fā)來的Get和Set指令，返回設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（訪問MIB變量獲得），或通過命令處理組件向設(shè)備發(fā)送控制命令；當(dāng)設(shè)備有重大告警時(shí)，也通過該組件向管理者發(fā)送Trap。

3）命令處理組件：處理SNMP組件發(fā)出的Set指令，以及數(shù)據(jù)采集進(jìn)程發(fā)出的Get指令；調(diào)用串口通信組件的功能，向設(shè)備控制器發(fā)送查詢或控制命令，并接收設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)以更新MIB。

4）串口通信組件：封裝了串口消息的構(gòu)造和收發(fā)操作，使得命令處理組件可以很方便地通過串口向控制器發(fā)送消息，獲取設(shè)備運(yùn)行參數(shù)或控制設(shè)備動(dòng)作。

代理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要注意兩個(gè)方向的接口：在被控設(shè)備一側(cè)，要明確控制器支持的消息接口，即串口命令及響應(yīng)的數(shù)據(jù)包格式，針對(duì)每一條串口命令設(shè)計(jì)相應(yīng)的命令處理組件，實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集以及命令控制；在網(wǎng)絡(luò)管理一側(cè)，要明確管理信息結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)私有MIB，并針對(duì)MIB變量設(shè)計(jì)SNMP組件，實(shí)現(xiàn)Get，Set及Trap等原語(yǔ)操作。

為方便串口消息的收發(fā)，串口通信組件中設(shè)計(jì)了兩個(gè)核心的函數(shù)：

1）根據(jù)要發(fā)送的控制命令構(gòu)造串口消息包，并保存到發(fā)送緩沖區(qū)，即：

2）發(fā)送串口消息并接收響應(yīng)，即：

根據(jù)用戶的監(jiān)控要求，本系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)配置信息、運(yùn)行狀態(tài)信息及PA運(yùn)行數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等基本信息查詢功能，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)開/關(guān)機(jī)、重啟、激勵(lì)器切換等常用的控制功能。為此，設(shè)計(jì)如下的命令處理組件：

被控設(shè)備的管理信息維護(hù)在MIB中，這里需要針對(duì)發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和控制要求定制MIB，如圖4所示。

其監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分類保存到txQry（運(yùn)行狀態(tài)信息）、txCfg（配置信息）、txSet（控制命令）、fpaTable（功放運(yùn)行狀態(tài)信息，表格結(jié)構(gòu)）、txLogs（日志信息）幾個(gè)節(jié)點(diǎn)下。通過SNMP Get或GetNext操作可獲取MIB中保存的信息數(shù)據(jù)；若要控制設(shè)備執(zhí)行某項(xiàng)動(dòng)作，則通過SNMP Set原語(yǔ)，設(shè)置txSet節(jié)點(diǎn)下的某個(gè)變量的值，這樣SNMP組件將自動(dòng)調(diào)用命令處理組件的相關(guān)函數(shù)，完成指定的控制操作。

4 監(jiān)控服務(wù)器的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。該系統(tǒng)具有3個(gè)核心進(jìn)程，即數(shù)據(jù)采集進(jìn)程、集中監(jiān)控進(jìn)程和短信監(jiān)控進(jìn)程。

1）數(shù)據(jù)采集進(jìn)程。該進(jìn)程隨系統(tǒng)的啟動(dòng)而啟動(dòng)，并一直在后臺(tái)運(yùn)行，按一定的時(shí)間間隔定期采集各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中備用。

2）集中監(jiān)控進(jìn)程。該進(jìn)程在前臺(tái)運(yùn)行，接收并處理用戶的請(qǐng)求。若是查詢請(qǐng)求，則從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息反饋給用戶；若是命令請(qǐng)求，則轉(zhuǎn)化為SET指令發(fā)送給設(shè)備代理。由于采用了基于Web的監(jiān)控方案，該進(jìn)程演變?yōu)閃eb服務(wù)器進(jìn)程。

3）短信監(jiān)控進(jìn)程。該進(jìn)程一直在后臺(tái)運(yùn)行，監(jiān)聽本機(jī)的串行端口（連接GSM調(diào)制器）；當(dāng)收到管理員發(fā)送的短信命令時(shí)，解析并執(zhí)行該命令，將結(jié)果反饋給管理手機(jī)；當(dāng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)程發(fā)現(xiàn)重大告警信息，或設(shè)備代理發(fā)來Trap消息時(shí)，該進(jìn)程還要自動(dòng)構(gòu)造告警短信，并通過短信操作組件發(fā)送給管理手機(jī)。

服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)采集部分，它要周期性地輪詢所有代理以采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)；根據(jù)實(shí)時(shí)性要求，輪詢間隔不應(yīng)超過10 s?？紤]到系統(tǒng)中監(jiān)控的設(shè)備數(shù)量眾多，每臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集都會(huì)產(chǎn)生一定的延遲，若按順序逐個(gè)采集，時(shí)延就會(huì)累積起來，根本不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。為解決這一問題，必須采用多線程采集。

數(shù)據(jù)采集模塊的運(yùn)作過程如圖6所示。它由一個(gè)定時(shí)器（圖中的Timer組件）觸發(fā)運(yùn)行，每當(dāng)定時(shí)事件到來時(shí)，自動(dòng)檢索采集組件（Qry_Task）的實(shí)例并調(diào)用其execu?teTask()方法啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集；在executeTask()方法中，首先要獲得所有設(shè)備的列表（調(diào)用QryDAO的getTXList()方法），然后針對(duì)每個(gè)設(shè)備分別啟動(dòng)采集線程；Poll_Thread為線程類，它調(diào)用SNMP組件的功能以訪問代理，并將采集到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

5 監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì)

Web應(yīng)用的用戶界面一般在服務(wù)器端動(dòng)態(tài)生成，然后將產(chǎn)生的HTML代碼傳遞給客戶端，由瀏覽器展示給用戶。將這種工作模式應(yīng)用到集中監(jiān)控系統(tǒng)中存在兩個(gè)問題：首先，監(jiān)控界面的生成邏輯比較復(fù)雜，要根據(jù)設(shè)備的配置信息及運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)構(gòu)造并不斷刷新，大大增加了服務(wù)器的處理負(fù)荷；其次，傳統(tǒng)的Web界面一般都采用模板的方式構(gòu)造，界面形式相對(duì)固定，而監(jiān)控系統(tǒng)中往往同時(shí)并存多種不同型號(hào)的設(shè)備，其監(jiān)測(cè)參數(shù)有所區(qū)別，進(jìn)而監(jiān)控界面也會(huì)有所區(qū)別，模板的方式很難適應(yīng)。這樣，如何動(dòng)態(tài)構(gòu)造監(jiān)控界面就成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。

使用XML與XSLT相結(jié)合的技術(shù)可以較好的解決這一難題。XML作為描述數(shù)據(jù)的語(yǔ)言，擴(kuò)展性極強(qiáng)，允許用戶自定義標(biāo)記，從而可以簡(jiǎn)潔、自然地組織數(shù)據(jù)。XSLT可以對(duì)XML進(jìn)行轉(zhuǎn)換，改變其輸出方式，一種常用的轉(zhuǎn)換方法是將XML轉(zhuǎn)換為HTML以便在瀏覽器中展示，這樣可以將數(shù)據(jù)的表示與數(shù)據(jù)本身相分離，提供更大的處理靈活性?；谶@樣的思路，可以將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與監(jiān)控界面的生成邏輯分離開來，在服務(wù)器端獲取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，然后交給客戶端構(gòu)造用戶界面。

Web監(jiān)控界面的生成過程如圖7所示。在服務(wù)器端，Web組件將設(shè)備的配置參數(shù)及實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)包裝到一個(gè)XML文檔中，然后根據(jù)設(shè)備的型號(hào)選擇一個(gè)合適的XSLT文檔，作為樣式表附加給XML。這兩個(gè)文檔會(huì)隨響應(yīng)一起發(fā)送給客戶端，由瀏覽器中的XML處理程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成最終的HTML展示給用戶。

這樣處理的好處顯而易見：首先，充分發(fā)揮了分布式計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，有效降低了服務(wù)器的負(fù)荷；其次，將數(shù)據(jù)的表示與數(shù)據(jù)本身相分離會(huì)提供更好的擴(kuò)展性，例如，若以后想引入WAP客戶端，那么，Web組件中生成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的代碼將不用作任何改動(dòng)，只需針對(duì)WAP界面設(shè)計(jì)新的XSL即可。

6 結(jié)論

在控制系統(tǒng)中引入設(shè)備服務(wù)器，可以方便地將串口的控制設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)；若在設(shè)備服務(wù)器上編程實(shí)現(xiàn)代理的功能，則可以使用網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域的技術(shù)和方法來實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控。本文針對(duì)某電視設(shè)備有限公司電視發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，將SNMP協(xié)議引入設(shè)備監(jiān)控領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了基于Web的發(fā)射臺(tái)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)外很多家電視臺(tái)中投入使用，穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了方案的有效性。

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