摘要：為了使WLAN提供高效、可靠的業(yè)務(wù)，設(shè)計一個功能強(qiáng)大的無線網(wǎng)絡(luò)管理端系統(tǒng)是非常必要的。本文設(shè)計與實(shí)現(xiàn)了一種基于JMX架構(gòu)技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)管理端系統(tǒng)，主要涉及到：體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計、拓?fù)涔芾砟K以及無線射頻管理模塊和網(wǎng)絡(luò)故障管理模塊的原理等等。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)；管理系統(tǒng)；JMX

中圖分類號：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 23-0000-03

1 概述

近年來，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的不斷增加，以IEEE802.11協(xié)議為基礎(chǔ)的無線局域網(wǎng)的研究成為熱點(diǎn)。最初開發(fā)無線局域網(wǎng)（WLAN）的目標(biāo)是對有線LAN進(jìn)行無線擴(kuò)展，通過無線通信的方式實(shí)現(xiàn)有線LAN 的功能，并以比有線網(wǎng)絡(luò)更加低廉的價格和更加方便、靈活的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)，主要用于企業(yè)和家庭網(wǎng)絡(luò)。但隨著蜂窩移動通信產(chǎn)業(yè)的成功和WLAN技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了與電信網(wǎng)絡(luò)融合提供公共WLAN服務(wù)的趨勢，即電信運(yùn)營商在熱點(diǎn)地區(qū)（機(jī)場、賓館、會議中心等）布設(shè)WLAN網(wǎng)絡(luò)，使人們可以通過WLAN網(wǎng)絡(luò)非常方便的享受高速的無線數(shù)據(jù)服務(wù)，這極大地拓展了WLAN的應(yīng)用空間。

無線局域網(wǎng)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是采用無線傳輸媒介的計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，由于它是利用空中的電磁波進(jìn)行信息的傳輸，因此與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相比，具有更大的靈活性，而且安裝簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。無線網(wǎng)絡(luò)管理軟件是專門為無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境設(shè)計和開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，它可以方便無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、無線局域網(wǎng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)故障和無線接入客戶端進(jìn)行統(tǒng)一管理及配置。

本文提出一種無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的方案設(shè)計，具有無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備管理、拓?fù)湔故?、用戶管理、故障管理等功能?/p>

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本管理系統(tǒng)功能強(qiáng)大，系統(tǒng)的擴(kuò)展性較好，主要依托與JMX架構(gòu)和RMI接口技術(shù)，該技術(shù)能有效減少大型網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的復(fù)雜程度。它包括資源封裝層、代理層和分布式服務(wù)層（Distributed Services layer）。它主要完成對接入點(diǎn)設(shè)備的設(shè)置、監(jiān)控以及用戶信息的管理。

資源封裝層定義了JMX可管理資源的設(shè)計規(guī)范，JMX可管理資源包括應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，通過一定的設(shè)計模式實(shí)現(xiàn)一組特定的接口，對應(yīng)為一個或多個Mbean，這個接口包含了可管理資源提供給外界的管理內(nèi)容，包括屬性值、方法、能發(fā)布的消息、構(gòu)造函數(shù)等。消息傳遞模式以java事件模型為基礎(chǔ)，Mbean實(shí)例或者M(jìn)bean服務(wù)器通過實(shí)現(xiàn)NotificationBroadcaster接口來發(fā)送消息，其它的對象通過實(shí)現(xiàn)NotificationListening接口再經(jīng)注冊后可以接收這些消息并做出相應(yīng)的處理。

代理層直接控制可管理資源并使它們能被遠(yuǎn)程的管理者訪問，它由Mbean服務(wù)器和代理服務(wù)兩個組件組成，它們通常和所控制的資源運(yùn)行在同一臺機(jī)器上。

Mbean服務(wù)器是代理層的關(guān)健組件，設(shè)備層的Mbean只有在Mbean服務(wù)器上注冊，才能由管理者對它進(jìn)行管理。Mbean服務(wù)器把Mbean所實(shí)現(xiàn)的管理接口中的內(nèi)容暴露給外界管理者，使外界管理者可以管理Mbean，但不能直接引用Mbean。MBean服務(wù)器是代理內(nèi)部的核心組件，集中控制著各種MBean，每個MBean都必須向MBean服務(wù)器注冊，并提供唯一的標(biāo)志：對象名。當(dāng)使用MBean服務(wù)器時，通過該對象名對已注冊的MBean進(jìn)行尋址。MBean服務(wù)器對外提供唯一的接口來操作所有向它注冊的MBean。JMX代理能夠根據(jù)需要動態(tài)地裝入和卸裝MBean，因此具有良好的擴(kuò)展性和伸縮性。代理服務(wù)組件能夠?qū)ψ栽贛bean服務(wù)器的Mbean做管理操作及提供服務(wù)，而它們本身也是以Mbean的形式注冊在Mbean服務(wù)器中的，因此外界也可以通過Mbean服務(wù)器控制它們。

分布式服務(wù)層定義了外界訪問代理層的接口和組件。最重要和必備的組件是連接器或協(xié)議適配器，它把管理組件的管理指令映像為代理層可以接受的指令，以及把代理層的信息傳送給管理組件。各種管理組件可以分布在網(wǎng)絡(luò)中的各個位置，它們之間相互配合，提供了分布式、規(guī)?；墓芾砉δ?。

以上介紹了無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)所依靠的主要技術(shù)，在實(shí)際中本系統(tǒng)主要包括客戶端代理、管理服務(wù)器和設(shè)備層三部分組成。系統(tǒng)運(yùn)行在管理服務(wù)器和無線控制器上，其體系結(jié)構(gòu)設(shè)計框架如圖1所示?？蛻舳舜砗凸芾矸?wù)器間采用JMX（Java Management Extensions）協(xié)議進(jìn)行通信。

圖1.無線管理軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計框架

管理客戶端包括無線射頻管理視圖、拓?fù)涔芾硪晥D、故障管理視圖和用戶管理視圖等。無線射頻管理視圖提供了AP信道分布、信道覆蓋可視化的二維視圖。拓?fù)涔芾硪晥D包括邏輯視圖和物理視圖兩種視圖，既能從網(wǎng)絡(luò)的邏輯連接關(guān)系展示設(shè)備間的連接關(guān)系，同時從物理視圖中可以展示每個接入設(shè)備的區(qū)域布局。故障管理視圖能根據(jù)當(dāng)前用戶視圖展示每個設(shè)備的故障告警和出現(xiàn)故障設(shè)備的區(qū)域。

管理服務(wù)器定義了遠(yuǎn)程訪問的接口，將管理接口劃分為射頻管理接口、安全管理接口、拓?fù)涔芾斫涌凇⒃O(shè)備管理接口、用戶管理接口、故障管理接口和性能管理接口，接口以MBean方式在MBean 服務(wù)器中注冊，并被分配一個唯一的對象名作為標(biāo)識。MBeanServer接口中提供了一些針對MBean進(jìn)行的操作，包括：查找指定的MBean、讀寫MBean的屬性值、調(diào)用MBean中的方法、獲取MBean的管理接口和發(fā)出的通知等。采用JMX/RMI連接器實(shí)現(xiàn)客戶端和管理服務(wù)器之間的通信。

管理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間采用SNMP、ICMP、RPC進(jìn)行控制管理。比如交互設(shè)備信息、無線用戶信息、配置信息、事件通告等。

2.1 拓?fù)涔芾砟K

拓?fù)涔芾硖峁┝送負(fù)鋱D編輯功能，便于用戶系統(tǒng)查看網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r，建立從網(wǎng)元數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞娜媪私?。用戶可以往拓?fù)鋱D內(nèi)增加、編輯、刪除各種拓?fù)湓兀òㄗ泳W(wǎng)，無線控制器，AP，交換機(jī)等），可以修改拓?fù)湓氐膶傩?，還可進(jìn)入設(shè)備管理界面，進(jìn)行特定的設(shè)備管理，并提供了邏輯視圖和物理視圖兩種視圖。

2.2 無線射頻管理模塊

無線射頻管理解決如何為接入點(diǎn)自動配置最佳工作頻率和傳輸功率，監(jiān)控干擾、管理覆蓋范圍并定期調(diào)整接入點(diǎn)無線資源分配，保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋和吞吐，實(shí)現(xiàn)無線接入用戶的負(fù)載均衡。無線射頻管理的內(nèi)容包括：

（1）實(shí)時分析無線資源：無線接入點(diǎn)將定期自動掃描信道，以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信道負(fù)載，干擾情況等。

（2）自動分配無線信道：自動為每個無線接入點(diǎn)分配無線信道，并能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的干擾變化，鄰居接入點(diǎn)的信道使用情況等動態(tài)的調(diào)整無線信道的分配。

（3）自動設(shè)置發(fā)射功率：能夠?yàn)槊總€無線接入點(diǎn)調(diào)整發(fā)射功率，以保證無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量。

（4）自我修復(fù)網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)某個接入點(diǎn)失效造成了網(wǎng)絡(luò)存在無線信號覆蓋黑洞時，這個區(qū)域周圍的接入點(diǎn)將立即檢測到覆蓋黑洞并通過發(fā)射功率的調(diào)整來修復(fù)黑洞。

（5）可擴(kuò)展的系統(tǒng)：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，新的接入點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)能自動為它們分配射頻資源而不影響現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)。

（6）實(shí)時監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)健康：系統(tǒng)為管理員提供了充分的數(shù)據(jù)來監(jiān)視WLAN網(wǎng)絡(luò)，包括信道利用率，干擾，接入點(diǎn)信道分配等，使管理員對網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況一目了然。

（7）實(shí)時負(fù)載均衡：系統(tǒng)能實(shí)時在無線網(wǎng)絡(luò)中平衡負(fù)載，保證網(wǎng)絡(luò)的吞吐和性能。

系統(tǒng)提供了實(shí)時的無線資源管理，包括：

（1）掃描。每個接入點(diǎn)啟動后，通過CAPWAP協(xié)議與無線控制器建立隧道，并從無線控制器獲取基本的配置。無線控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中無線接入點(diǎn)執(zhí)行掃描過程。通過定期的信道掃描，系統(tǒng)能分析和了解信道的質(zhì)量、干擾情況、鄰居接入點(diǎn)的分布等。為了不影響用戶的接入業(yè)務(wù)和產(chǎn)生不必要的干擾，系統(tǒng)將采用優(yōu)化算法來掃描過程，比如避免相鄰AP同時進(jìn)行掃描，動態(tài)控制每個掃描的時隙。

（2）分析。無線控制器將對無線接入點(diǎn)定期上報的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合分析。這些數(shù)據(jù)包括：干擾、噪音、丟包率、有效信號強(qiáng)度等，它們將幫助無線控制器構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)的完整視圖，為管理控制提供決策數(shù)據(jù)。

（3）決策。在無線設(shè)備運(yùn)行時，周圍的環(huán)境有可能發(fā)生影響當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的變化，如：上行鏈路斷開、空氣中存在影響設(shè)備信號的其他無線信號、大量用戶接入同一個VAP等等，此時可以讓當(dāng)前設(shè)備做出一些相應(yīng)的調(diào)整，來降低環(huán)境變化對設(shè)備的影響。利用前期分析的數(shù)據(jù)，無線控制器將采用智能的算法對射頻資源進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)度，以適應(yīng)無線環(huán)境的變化。

系統(tǒng)使用了優(yōu)化的信道和功率選擇算法、加權(quán)判斷以及抑制限度，自動評估資源調(diào)整的影響，能確保系統(tǒng)的控制是可靠的。系統(tǒng)還提供了智能設(shè)置功能可以讓設(shè)備根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的變化自動進(jìn)行一些調(diào)整，以達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的優(yōu)化。智能設(shè)置包括：負(fù)載均衡、信道自動調(diào)整和功率自動調(diào)整。

（4）執(zhí)行。無線控制器將新的發(fā)射功率，信道分配等決策發(fā)送到接入點(diǎn)，接入點(diǎn)負(fù)責(zé)使用這些配置。系統(tǒng)提供了兩種控制模式，參考模式和立即模式，改選擇增加了系統(tǒng)使用的靈活性。參考模式下，系統(tǒng)不進(jìn)行實(shí)際的控制策略執(zhí)行，只是給出建議的功率、信道設(shè)定值，管理員可以決定是否執(zhí)行這些配置，確保了用戶控制的靈活性。在立即模式下，將根據(jù)系統(tǒng)計算出的信道等參數(shù)進(jìn)行立即設(shè)置。

2.3 網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測

故障管理包括主動探測和實(shí)時接收AC的告警通告的方式獲得當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中可能的事件，一方面在拓?fù)湟晥D中顯示故障所在的區(qū)域和物理位置，另一方面，以列表的形式顯示，分級別顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的故障事件，告警分級包括一般、警告、嚴(yán)重、致命，事件分類包括性能告警，IP地址改變、加密方式改變、AP信道配置改變等。

網(wǎng)絡(luò)故障管理主要有三個步驟：第一步是獲取網(wǎng)絡(luò)資源的狀態(tài)信息，即信息獲取。第二步是對獲取的信息進(jìn)行過濾，即信息過濾。網(wǎng)絡(luò)中存在大量的信息冗余，對同一個網(wǎng)絡(luò)故障，某個網(wǎng)絡(luò)對象可能會連續(xù)發(fā)送多次告警信息，在這種情況下，過濾這些冗余信息，為進(jìn)一步的故障診斷提供更有價值的信息。第三步網(wǎng)絡(luò)故障診斷，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)異常時，通過邏輯方法、模型方法、決策理論及人工智能等方法，有效結(jié)合觀測到的與網(wǎng)絡(luò)故障有關(guān)的各種信息，給出可能的故障假設(shè)和診斷操作建議，執(zhí)行診斷操作，如果找到真正的故障原因，診斷任務(wù)終止，否則繼續(xù)搜尋新信息，并排除其它可能的故障假設(shè)，直到找到故障原因。

2.4 性能管理模塊

性能管理模塊從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)讀取被管對象的相關(guān)數(shù)據(jù)，如線路的流量、丟包率和延遲，主機(jī)或路由器的負(fù)載、存儲介質(zhì)的利用率等，對超過系統(tǒng)性能閥值的參數(shù)向管理員告警；對各種性能參數(shù)，系統(tǒng)生成不同時間粒度的性能曲線圖，以反映網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的使用情況和歷史發(fā)展趨勢。系統(tǒng)分析網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)，用餅型圖反映網(wǎng)絡(luò)中各種應(yīng)用服務(wù)所占的比例，用直方圖反映線路流量的分布和通斷統(tǒng)計情況，以分析網(wǎng)絡(luò)的利用率和可用性，生成性能監(jiān)測報告。

3 系統(tǒng)運(yùn)用情況

拓?fù)涔芾硪晥D實(shí)現(xiàn)了靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃功能，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際部署，添加和編輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系。它實(shí)現(xiàn)了邏輯視圖和物理視圖，物理視圖采用層次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟晥D展示模式，實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)區(qū)域管理。如圖2所示，該圖為某區(qū)域物理部署視圖。

邏輯視圖以分層方式提供了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機(jī)、AC、AP和終端的所屬區(qū)域、相互間連接關(guān)系。如圖4所示。

射頻管理視圖提供了AP信道分布、信道覆蓋可視化的二維視圖，采用多圖層疊加技術(shù)、著色層中每個像素點(diǎn)保存了多個信道的信息、將RGB轉(zhuǎn)換為HSL，顏色漸變?nèi)岷汀⒉捎脠D層的透明處理技術(shù)。如圖5所示。

4 小結(jié)

本網(wǎng)絡(luò)管理軟件是針對無線網(wǎng)用戶的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，性能需求以及管理需求，專門設(shè)計與開發(fā)的一套集無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備管理、拓?fù)湔故尽⒂脩艄芾?、故障管理等功能于一身的綜合性網(wǎng)絡(luò)管理平臺。隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對WLAN網(wǎng)絡(luò)的有效管理也愈發(fā)重要。本系統(tǒng)也會在日常使用中不斷地完善自身功能，從而為網(wǎng)管人員的使用提供可靠支撐。

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[作者簡介]

喻曦（1984-），男，重慶人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)；酈蘇丹（1973-），男，安徽人，副教授，主要研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)；陳琳（1976-），女，福建人，副研究員，主要研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)；張紅軍（1978-），男，遼寧人，主要研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)。