趙宇紅，范宏令，樂雄志

(北方工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，北京100144)

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀況，并根據(jù)設(shè)備狀況和網(wǎng)絡(luò)資源對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)施相關(guān)決策，進(jìn)行有效管理的功能系統(tǒng)，是針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理的平臺(tái)，通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、分析與管理，保障網(wǎng)絡(luò)可靠、安全、高效運(yùn)行。應(yīng)對規(guī)模大、異構(gòu)性強(qiáng)、服務(wù)質(zhì)量要求高帶來的新問題，是網(wǎng)絡(luò)管理研究者當(dāng)前的核心任務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域，國外發(fā)展的比較早，國內(nèi)的研究相對比較滯后。網(wǎng)絡(luò)管理發(fā)展到今天，從功能上講已經(jīng)十分完善，然而在實(shí)際應(yīng)用中仍存在大量問題［1］。

當(dāng)前世界各國逐步從模擬電視向數(shù)字電視改制，在用戶需求以及科技的推動(dòng)下，數(shù)字電視技術(shù)日趨成熟，在為人們提供更多、更個(gè)性化的音視頻服務(wù)的同時(shí)，已成為電視系統(tǒng)的主流。我國數(shù)字電視轉(zhuǎn)制工作也剛剛起步，國家三網(wǎng)融合戰(zhàn)略推動(dòng)了廣播電視系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化，未來幾年將是數(shù)字電視快速發(fā)展的階段，電視臺(tái)對數(shù)字電視設(shè)備的應(yīng)用將會(huì)越發(fā)廣泛。為有效地監(jiān)控和管理數(shù)字電視設(shè)備，開發(fā)出一款可靠、靈活的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)就顯得尤為必要。對于數(shù)字電視前端相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控，依賴集中網(wǎng)絡(luò)管理，其效率將得到很大的提高。

SNMP協(xié)議因?yàn)槠渚哂泻唵?、易?shí)施和容易擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)而在網(wǎng)絡(luò)管理中得到廣泛使用［2］;Qt的信號(hào)/槽機(jī)制通過將槽注冊到信號(hào)的方式來實(shí)現(xiàn)兩者的綁定，其靈活性體現(xiàn)在信號(hào)和槽的綁定是多對多的關(guān)系，并且符合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此筆者采用SNMP協(xié)議及Qt應(yīng)用程序框架開發(fā)一個(gè)應(yīng)用于數(shù)字電視前端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，具有信息準(zhǔn)確、運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)。

1 數(shù)字電視前端系統(tǒng)

數(shù)字電視是數(shù)字電視系統(tǒng)的簡稱，是指音視頻和數(shù)據(jù)信號(hào)從信源編碼、調(diào)制到接收和處理均采用數(shù)字技術(shù)的電視系統(tǒng)。電視前端系統(tǒng)是電視廣播網(wǎng)絡(luò)的信息源、交換中心，是整個(gè)電視廣播系統(tǒng)的核心，數(shù)字電視前端所包含的內(nèi)容更加廣泛，是電視數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)［3］。

傳統(tǒng)的數(shù)字電視前端系統(tǒng)采用基于ASI的傳輸方式，技術(shù)相對成熟。隨著數(shù)字電視內(nèi)容的增加和新業(yè)務(wù)的發(fā)展，以ASI為基礎(chǔ)的傳輸模式已經(jīng)很難適應(yīng)快速發(fā)展的數(shù)字電視新業(yè)務(wù)，在功能擴(kuò)展方面有很大的局限。系統(tǒng)使用全I(xiàn)P組網(wǎng)以后，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度更加靈活，后期業(yè)務(wù)嵌入更加方便、數(shù)據(jù)傳輸密度更大。一個(gè)基于IP的典型傳輸前端如圖1所示。

基于IP的數(shù)字電視前端傳輸平臺(tái)與傳統(tǒng)ASI傳輸平臺(tái)相比，有許多優(yōu)點(diǎn)和特性，尤其在數(shù)字電視新業(yè)務(wù)、新功能的拓展方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

數(shù)字電視前端系統(tǒng)一般包括節(jié)目輸入、信號(hào)處理、條件接收以及用戶管理幾個(gè)部分。節(jié)目輸入部分主要是把來自不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式，傳送至信號(hào)處理部分;信號(hào)處理部分完成對所有節(jié)目的解擾、截取、復(fù)用等處理;條件接收系統(tǒng)是數(shù)字電視收費(fèi)所必須采用的系統(tǒng)，負(fù)責(zé)用戶授權(quán)控制和管理信息的獲取、生成、加密和發(fā)送等工作;用戶管理是貫穿計(jì)費(fèi)、客服和賬務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié)，是支撐數(shù)字電視業(yè)務(wù)運(yùn)營的核心。

數(shù)字電視前端系統(tǒng)主要涉及的硬件包括衛(wèi)星接收機(jī)、網(wǎng)絡(luò)適配器、編碼器、轉(zhuǎn)碼器、復(fù)用器、加擾器等。隨著數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及數(shù)字電視業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，各種服務(wù)于數(shù)字電視業(yè)務(wù)類型的設(shè)備數(shù)目不斷增多，對設(shè)備的監(jiān)控工作同樣刻不容緩。由于安全播出的需要，對設(shè)備的監(jiān)控必須具有高實(shí)時(shí)性、易于操作的特點(diǎn)。

圖1 基于IP傳輸前端系統(tǒng)示意圖

2 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

SNMP(Simple Network Management Protocol，簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)，是一種基于輪詢的通信協(xié)議，由于該協(xié)議在代理側(cè)的開銷很小，但其簡單易用的特點(diǎn)卻得到了許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商的支持，經(jīng)過十幾年的完善和發(fā)展，已經(jīng)成為使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議［2］。

SNMP是一種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，從功能上來看，由管理信息的定義與標(biāo)識(shí)和SNMP之間的通信協(xié)議兩部分組成。管理信息的定義和標(biāo)識(shí)的核心內(nèi)容是管理信息結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)(Structure and Identification of Management Information，SMI)和管理信息庫(Management Information Base，MIB)。而在實(shí)際的應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)管理采用的最普遍模型是管理者/代理模型，由管理工作站、管理代理、MIB和SNMP協(xié)議四部分構(gòu)成。

SMI和MIB的作用就是定義網(wǎng)絡(luò)管理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交互過程中所采用的數(shù)據(jù)類型。SMI用于定義MIB的結(jié)構(gòu)和表示符號(hào)，限制MIB的變量類型，指定變量命名的規(guī)則以及定義變量類型的規(guī)則，由不同SMI定義出來的MIB在格式上也有差別。MIB用來存放被管理設(shè)備的所有信息。SNMP則是規(guī)定數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)管理程序之間的交互，包括PDU格式、意義和消息順序，只定義數(shù)據(jù)傳遞方式，確保數(shù)據(jù)的有效傳遞，是管理進(jìn)程和代理進(jìn)程之間的通信協(xié)儀。SNMP的數(shù)據(jù)類型與通信協(xié)議的互相獨(dú)立極大方便了 SNMP 版本的升級(jí)［4-5］。

網(wǎng)絡(luò)管理的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)管理的結(jié)構(gòu)模型

3 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)字電視前端作為廣播電視的重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大，因此對該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的要求也就相對較高。作為最基本的需求，需要對相關(guān)前端設(shè)備如編解碼器、復(fù)用器等的基本狀態(tài)和資源信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的監(jiān)看，并能對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)使用C/S的軟件設(shè)計(jì)構(gòu)架，采用集中式的體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，功能邏輯清晰，最大限度避免由于操作失誤對系統(tǒng)的可靠性造成影響，采用面向?qū)ο蟮腝t作為開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了一套完整的網(wǎng)絡(luò)管理方案。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3 所示［6-9］。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的需求以及實(shí)際的操作情況，可以將該系統(tǒng)化分為采集層、存儲(chǔ)層和呈現(xiàn)層三個(gè)部分，每層分別通過不同的功能模塊來實(shí)現(xiàn)，聯(lián)合起來達(dá)到一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)管理功能系統(tǒng)。

1)采集層

采集層主要由這些設(shè)備內(nèi)的網(wǎng)管代理來實(shí)現(xiàn)，通過代理獲取的如設(shè)備的名稱、運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備描述、聯(lián)系人、具體位置以及IP地址等設(shè)備的基本信息和告警信息，以及由Trap主動(dòng)發(fā)送重大故障或者必要情況產(chǎn)生的信息，及設(shè)備運(yùn)行和操作等相關(guān)的日志文件等，這些信息和日志文件將存入數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而成為實(shí)現(xiàn)其他功能的基礎(chǔ)。當(dāng)然，除了各設(shè)備以上一些通用的信息外，對于不同的設(shè)備類型，其參數(shù)也不盡相同，如編碼器所包含的參數(shù)有視音頻各自采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)、熵編碼類型、寬高比等;復(fù)用器所包含的參數(shù)有輸入包長度、輸入碼流格式、輸出TS包格式等;而轉(zhuǎn)碼器所包含的參數(shù)包括編碼標(biāo)準(zhǔn)、幀速率、數(shù)據(jù)傳輸率等。

2)存儲(chǔ)層

存儲(chǔ)層主要實(shí)現(xiàn)對采集層獲取的設(shè)備相關(guān)信息進(jìn)行預(yù)處理，使得數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)之前簡潔有效，繼而分類存儲(chǔ)［7］，便于設(shè)備管理員了解設(shè)備信息，一旦出現(xiàn)問題，將能實(shí)現(xiàn)迅速定位及明確歷史操作，方便管理員對問題的排查，更便捷地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的管理和維護(hù)。如圖2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖所示，可以分為配置、故障信息、監(jiān)測信息、用戶等幾個(gè)類型，供呈現(xiàn)層相關(guān)應(yīng)用功能單元的查詢使用。

3)呈現(xiàn)層

呈現(xiàn)層將依據(jù)設(shè)備類型實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息、用戶定制、故障報(bào)告以及故障報(bào)警的直觀顯示，并提供簡單便捷的人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)對不同類型設(shè)備的配置。根據(jù)需要，以人性化的方式顯示整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備基本信息、運(yùn)行狀態(tài)以及重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦有報(bào)警信息，立即采用顏色指示、聲音、短信息或者email等形式進(jìn)行告知;通過相應(yīng)的界面為不同的設(shè)備進(jìn)行不同的參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的管理工作;用戶定制功能將實(shí)現(xiàn)設(shè)備的添加與顯示;顯示信號(hào)流程圖，對于輸入信號(hào)丟失、編碼器故障等導(dǎo)致的問題，通過處理預(yù)案進(jìn)行切換，且能通過直觀的界面給予展示，確保數(shù)字電視前端的正常運(yùn)行;對數(shù)據(jù)庫內(nèi)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，產(chǎn)生相應(yīng)的故障報(bào)告，并采用列表、柱形圖或餅圖等方式進(jìn)行直觀的顯示，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。

作為可視化網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的呈現(xiàn)層交互示意圖如圖4所示。由圖中可以看出，首先由靜態(tài)應(yīng)用模塊實(shí)現(xiàn)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的初始化，然后通過實(shí)時(shí)監(jiān)聽設(shè)備的運(yùn)行狀況，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，由信號(hào)/槽模塊觸發(fā)相應(yīng)的槽方法，進(jìn)而通過動(dòng)態(tài)刷新模塊，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)顯示界面的重新繪制，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前狀況，保證系統(tǒng)出現(xiàn)問題得到及時(shí)處理。同時(shí)，通過應(yīng)用系統(tǒng)顯示界面進(jìn)行某些操作以實(shí)現(xiàn)相關(guān)的設(shè)備配置，相關(guān)的操作將產(chǎn)生對應(yīng)信號(hào)，促使信號(hào)/槽模塊生成相應(yīng)的槽方法，進(jìn)而促使動(dòng)態(tài)刷新模塊實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序界面的重繪制，確保系統(tǒng)及時(shí)產(chǎn)生相關(guān)反應(yīng)。

該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)分為登陸模塊和功能實(shí)現(xiàn)模塊，其中功能實(shí)現(xiàn)模塊又可以分為視圖管理、狀態(tài)監(jiān)看和告警、配置管理、用戶管理、信息查詢和添加設(shè)備等。其整體流程如圖5所示。

圖4 呈現(xiàn)層交互示意圖

圖5 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)整體流程圖

首先連接數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫初始化工作，以便其他功能模塊對相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及訪問;接下來進(jìn)入登錄模塊，實(shí)現(xiàn)對用戶名及密碼的訪問，對輸入的用戶名和密碼進(jìn)行匹配，確定是否進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)管理功能系統(tǒng)，一旦進(jìn)入系統(tǒng)便實(shí)現(xiàn)對實(shí)際的數(shù)字電視前端系統(tǒng)的設(shè)備管理功能。

4 軟件系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)

4.1 登錄模塊

登錄模塊實(shí)現(xiàn)對不同用戶的區(qū)分，對不同用戶賦予不同的管理權(quán)限，確保系統(tǒng)的安全性。首先對數(shù)據(jù)庫用戶信息表進(jìn)行查詢，并將相應(yīng)的用戶名顯示在下拉對話框中，選擇不同的登錄用戶，輸入密碼，然后判斷輸入的密碼是否與所選擇的用戶名匹配，如果匹配成功就初始化應(yīng)用程序，并進(jìn)入到應(yīng)用程序主界面，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的管理功能［6］。登錄模塊流程圖如圖6所示。

圖6 登錄模塊流程圖

4.2 功能實(shí)現(xiàn)模塊

一旦登陸成功，就進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)初始界面，進(jìn)而根據(jù)在圖形界面上的不同操作來實(shí)現(xiàn)不同的功能，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)管理的目的，確保設(shè)備的正常、安全穩(wěn)定運(yùn)行。

該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了視圖管理、狀態(tài)監(jiān)看和告警、配置管理、用戶管理、信息查詢和添加設(shè)備等功能。視圖管理可以通過不同的界面多方位顯示整個(gè)系統(tǒng)的連接、信號(hào)流程圖等。下面以其中的幾項(xiàng)功能為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1)用戶管理功能

用戶管理功能流程圖如圖7所示，進(jìn)入到相應(yīng)的功能單元:用戶編輯功能和用戶管理功能［7］。在用戶注冊功能單元，首先輸入信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫查詢，根據(jù)輸入用戶名是否存在決定是否將輸入用戶信息插入用戶信息表，如果用戶名存在將彈出反饋信息，提示用戶重新注冊。在用戶管理功能單元，首先查詢數(shù)據(jù)表將用戶名信息在下拉文本框中顯示，選擇相應(yīng)的用戶，輸入密碼，根據(jù)密碼正確與否進(jìn)行用戶信息的修改。

圖7 用戶管理流程圖

2)設(shè)備添加功能

添加設(shè)備功能的流程圖如圖8所示，通過應(yīng)用程序界面觸發(fā)設(shè)備添加操作，彈出設(shè)備添加對話框，輸入設(shè)備類型、設(shè)備名稱、設(shè)備IP地址等信息，根據(jù)設(shè)備類型，觸發(fā)不同的設(shè)備模塊，如編碼器模塊、解碼器模塊、通用設(shè)備模塊，生成相應(yīng)的設(shè)備界面，并在工具箱產(chǎn)生相應(yīng)的按鈕，通過單擊這些按鈕進(jìn)入不同的設(shè)備界面。與此同時(shí)，將相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，再次打開應(yīng)用程序時(shí)，讀取相關(guān)參數(shù)并將之前添加的設(shè)備重新添加，避免重復(fù)操作。此外，已添加的設(shè)備亦可以修改參數(shù)。

圖8 設(shè)備添加流程圖

3)故障報(bào)告功能

故障報(bào)告功能的流程圖如圖9所示，在應(yīng)用程序界面選擇相應(yīng)的故障報(bào)告功能，如故障分析，進(jìn)入到故障分析界面，在該界面上，可以通過時(shí)間、報(bào)警類別、設(shè)備等進(jìn)行篩選，以最快速的方式找到管理人員想要獲得的信息，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，方便做出相應(yīng)的決策，及時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行完善，避免同類故障的再次發(fā)生，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖9 性能報(bào)告流程圖

5 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的測試結(jié)果

針對數(shù)字電視前端信號(hào)壓縮系統(tǒng)的一個(gè)具體應(yīng)用，筆者分別在Win7以及Windows XP操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，登陸成功后通過相關(guān)操作，添加設(shè)備后即可顯示設(shè)備信息、設(shè)備狀態(tài)，并可進(jìn)行設(shè)備管理，添加設(shè)備之后實(shí)現(xiàn)了如圖10所示的效果，所展示的是編碼設(shè)備的相關(guān)信息;當(dāng)選擇用戶和性能管理之下的CPU使用率按鈕，呈現(xiàn)效果如圖11所示，筆者此處獲取的是網(wǎng)絡(luò)管理軟件所在主機(jī)的CPU使用率，可修改IP、采樣時(shí)間等參數(shù);此外，結(jié)合Mib瀏覽器對該系統(tǒng)Trap的發(fā)送和接收進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)正常的Trap發(fā)送和接收。由這些結(jié)果可以看出，該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)看以及基本配置，具備廣播電視領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)管理需要具有的高實(shí)時(shí)性、易于操作的特點(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期的功能。

圖10 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)顯示效果(截圖)

圖11 設(shè)備CPU使用率(截圖)

6 總結(jié)

本文基于Qt圖形化界面開發(fā)工具庫以及SNMP協(xié)議，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用于數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，達(dá)到了高實(shí)時(shí)性、易于操作的目的。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對數(shù)字電視前端系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的故障管理、性能管理，并能將相關(guān)信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，并且提供分析、查詢功能。此外，網(wǎng)絡(luò)管理員還能根據(jù)具體的運(yùn)行狀態(tài)，通過在程序界面上的相關(guān)操作進(jìn)行編碼器、網(wǎng)絡(luò)適配器、復(fù)用器等數(shù)字電視前端設(shè)備參數(shù)的配置，實(shí)現(xiàn)管理功能，達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)管理的目的，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

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