楊大生 寧 達(dá) 曾文藝

(武漢船舶通信研究所 武漢 430079)

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一種基于XML的分層式艦船網(wǎng)絡(luò)管理模式的設(shè)計(jì)方法*

楊大生 寧 達(dá) 曾文藝

(武漢船舶通信研究所 武漢 430079)

針對(duì)現(xiàn)有的艦船網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)性能效率不高的現(xiàn)狀,提出了一種基于XML的分層式艦船網(wǎng)絡(luò)管理模式,著重分析了該模式下XML協(xié)議和分層式管理的優(yōu)勢,并對(duì)該模式下相關(guān)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),最后通過實(shí)例分析驗(yàn)證了該模式的合理性和有效性。

XML; 分層式; 艦船; 網(wǎng)絡(luò)管理模式

Class Number TP206

1 引言

近年來,我國海軍艦船出海方式逐漸向編隊(duì)級(jí)發(fā)展,艦船內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)多樣,艦船之間通信網(wǎng)絡(luò)各異,其對(duì)整個(gè)艦船編隊(duì)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理提出了更高的要求。如何進(jìn)一步提高大型通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的擴(kuò)展性、統(tǒng)籌性以及效率性能成了編隊(duì)通信網(wǎng)的重要問題。

目前,國內(nèi)艦船網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)常采用管理者-代理(Manager/Agent,M/A)這種集中式管理模式構(gòu)建,并采用SNMP協(xié)議或者私有協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。但SNMP協(xié)議不適合傳輸大量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸效率低且傳輸不可靠,私有協(xié)議由于采用定制方式而不易擴(kuò)展。同時(shí),集中式模式使得大量的原始數(shù)據(jù)全部傳送給管理者,由此造成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理性能差、可靠性和擴(kuò)展性差等問題。

針對(duì)以上問題,本文提出一種基于XML的分層式艦船網(wǎng)絡(luò)管理模式的設(shè)計(jì)方法,并對(duì)其進(jìn)行了理論分析與實(shí)例驗(yàn)證。

2 XML在網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議中的優(yōu)勢

XML(可擴(kuò)展性標(biāo)記語言)是由W3C組織于1998年發(fā)布的一種標(biāo)準(zhǔn),它是一種數(shù)據(jù)交換格式,允許在不同系統(tǒng)或應(yīng)用程序之間交換數(shù)據(jù)[1]。其因?yàn)榫哂袕?qiáng)大的數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)表示能力而備受Internet領(lǐng)域各專家關(guān)注。在網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域里,網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)的核心,將XML用作網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議將具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢[2～3]:

1) 管理信息的描述性。XML是一種元語言,具有良好的自描述性、結(jié)構(gòu)性、靈活性和可擴(kuò)展性,適合描述艦船各子網(wǎng)被管對(duì)象多層級(jí)結(jié)構(gòu)的管理信息。

2) 標(biāo)準(zhǔn)性和可讀性。以往的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議都是二進(jìn)制傳輸,不利于人們的理解以及系統(tǒng)對(duì)它的處理。但XML采用Unicode字符編碼,具有平臺(tái)獨(dú)立性和跨網(wǎng)絡(luò)性,而且在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)也是保持字符流形式,使得XML具有標(biāo)準(zhǔn)性和很好的可讀性。

3) 安全性高。XML具有一系列的安全性標(biāo)準(zhǔn),主要包括XML Signature、XML Encryption等。這些標(biāo)準(zhǔn)能夠保證XML的數(shù)據(jù)完整性和真實(shí)性。

4) 廣泛的技術(shù)支持。目前已經(jīng)存在大量的XML處理技術(shù),主要有DOM、SAX、XPath、XSLT等。這些技術(shù)有利于網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)XML數(shù)據(jù)的處理。

3 分層式艦船網(wǎng)絡(luò)管理

3.1 模式分析

我國現(xiàn)有的艦船網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要采用M/A集中式網(wǎng)絡(luò)管理模式,如圖1所示。這種網(wǎng)管模式結(jié)構(gòu)簡單,管理職能集中,有利于對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全局管理,但也存在以下缺點(diǎn):

1) 數(shù)據(jù)處理過于集中。所有的被管設(shè)備管理信息都被集中到管理者處理,當(dāng)管理信息很多且對(duì)數(shù)據(jù)的處理很復(fù)雜時(shí),管理者付出的代價(jià)很大,嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。

2) 系統(tǒng)擴(kuò)展性差。當(dāng)被管設(shè)備和網(wǎng)管代理數(shù)量增多時(shí),網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)墓芾硇畔?shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)帶寬負(fù)載會(huì)增加,管理者要處理的數(shù)據(jù)也會(huì)增多,降低了網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的可靠性和健壯性。

3) 靈活性不夠。網(wǎng)管系統(tǒng)是C/S(Client/Server)架構(gòu)的,網(wǎng)管人員只能在管理站進(jìn)行管理操作。

圖1 集中式網(wǎng)絡(luò)管理模式

隨著我國海軍艦船通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,集中式網(wǎng)絡(luò)管理模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行狀況的需求,一種分層式網(wǎng)絡(luò)管理模式應(yīng)運(yùn)而生。如圖2所示,在該模式下,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)由代理、子網(wǎng)管理者和超級(jí)管理者SM(Super Manager)共同完成。代理負(fù)責(zé)接受該子網(wǎng)中子網(wǎng)管理者的管理操作;子網(wǎng)管理者負(fù)責(zé)接受超級(jí)管理者的管理指令,監(jiān)視和管理所屬子網(wǎng)的代理及設(shè)備,并收集被管設(shè)備的管理信息;超級(jí)管理者負(fù)責(zé)對(duì)所有子網(wǎng)的監(jiān)控和管理。同時(shí),子網(wǎng)管理者與代理之間傳輸該子網(wǎng)使用的SNMP協(xié)議或者私有協(xié)議,而超級(jí)管理者與子網(wǎng)管理者采用XML協(xié)議來傳遞其對(duì)各子網(wǎng)及其子網(wǎng)設(shè)備的管理信息。另外,對(duì)子網(wǎng)管理者與超級(jí)管理者采用B/S(Browser/Server)架構(gòu)來提高對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作功能。

圖2 分層式網(wǎng)絡(luò)管理模式

這種模式使得整個(gè)系統(tǒng)對(duì)被管信息數(shù)據(jù)進(jìn)行了分層分級(jí)處理。相比上述的集中式模式,分層式模式將數(shù)據(jù)的處理分散給子網(wǎng)管理者和超級(jí)管理者。子網(wǎng)管理者會(huì)對(duì)所有的被管設(shè)備信息數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的過濾和處理,之后再將必要的數(shù)據(jù)傳送給超級(jí)管理者處理。這樣加快了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的處理速度,進(jìn)而提高了系統(tǒng)的效率、性能和可靠性。另外,該模式只需要增加新的子網(wǎng)管理域來擴(kuò)展其對(duì)更多子網(wǎng)及其設(shè)備的管理,因而具有更好的擴(kuò)展性。其超級(jí)管理者與子網(wǎng)管理者的B/S架構(gòu)也使得整個(gè)系統(tǒng)能夠進(jìn)行圖形化直觀控制和遠(yuǎn)程管理而具有更好的統(tǒng)籌性和靈活性。

3.2 模塊設(shè)計(jì)

下面以某大型網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)為例介紹該模式下超級(jí)管理者模塊與子網(wǎng)管理者模塊的具體設(shè)計(jì)。

3.2.1 超級(jí)管理者

圖3為該模式下的超級(jí)管理者模塊架構(gòu)。整個(gè)模塊分為數(shù)據(jù)通信層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)顯示層。

數(shù)據(jù)通信層為超級(jí)管理者與各子網(wǎng)管理者交互通道。超級(jí)管理者與各子網(wǎng)管理者通過HTTP/SOAP方式傳送XML協(xié)議來交互管理信息。HTTP/SOAP方式具有跨平臺(tái)、可靠、簡潔和互操作性等特點(diǎn),能夠滿足XML協(xié)議傳輸?shù)男枨骩4]。

圖3 超級(jí)管理者模塊架構(gòu)

數(shù)據(jù)處理層負(fù)責(zé)對(duì)XML數(shù)據(jù)的處理。首先通過XML Signature等對(duì)XML協(xié)議進(jìn)行安全性的檢驗(yàn);然后采用XML Schema對(duì)該XML協(xié)議進(jìn)行合法有效性校驗(yàn);之后使用DOM技術(shù)對(duì)XML進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析;最后將解析的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理。

數(shù)據(jù)顯示層為該模塊中各大網(wǎng)管功能的界面顯示,主要是將數(shù)據(jù)處理層中的數(shù)據(jù)以圖形化界面顯示給網(wǎng)管人員和用戶,并且接收用戶的網(wǎng)絡(luò)管理界面操作和輸入。

3.2.2 子網(wǎng)管理者

圖4為該模式下的子網(wǎng)管理者模塊架構(gòu),其子網(wǎng)管理者與管理代理之間傳輸?shù)膮f(xié)議以SNMP協(xié)議為例。整個(gè)模塊也分為數(shù)據(jù)通信層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)顯示層。

數(shù)據(jù)通信層通過HTTP/SOAP來傳輸XML協(xié)議與超級(jí)管理者通信,并通過SNMP等協(xié)議與代理交互。

圖4 子網(wǎng)管理者模塊架構(gòu)

與超級(jí)管理者相比,子網(wǎng)管理者的數(shù)據(jù)處理層多了XML/SNMP網(wǎng)關(guān),它主要負(fù)責(zé)將XML協(xié)議與SNMP等協(xié)議進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。文獻(xiàn)[5～7]分別提出了相應(yīng)的XML/SNMP轉(zhuǎn)換方法,這些方法都具有一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

數(shù)據(jù)顯示層主要負(fù)責(zé)該子網(wǎng)的網(wǎng)管功能界面顯示并接收用戶對(duì)該模塊的界面輸入和操作。

4 實(shí)例分析

本文將傳統(tǒng)的集中式模式和分層式模式進(jìn)行實(shí)例對(duì)比分析。

響應(yīng)時(shí)間表示從發(fā)出請(qǐng)求報(bào)文到收到報(bào)文時(shí)的中間時(shí)間間隔,主要包括接收方處理報(bào)文的時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性,我們對(duì)同一實(shí)驗(yàn)做了10次試驗(yàn),通過Wireshark網(wǎng)絡(luò)抓包工具進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)。兩種模式下對(duì)同一被管對(duì)象相同數(shù)據(jù)查詢的響應(yīng)時(shí)間結(jié)果如表1,兩者數(shù)據(jù)的平均值圖形化展示如圖5所示。

表1 集中式模式下管理者和分層式模式下超級(jí)管理者的查詢響應(yīng)時(shí)間表

續(xù)表1

模式序號(hào)獲取不同個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間(ms)345678910第4次8．1059．1949．74914．59310．31413．26413．27416．379第5次8．8549．89810．3713．86415．11312．39714．32817．336第6次8．3499．61412．39713．44114．27812．99816．34718．471第7次9．46210．67211．04512．74214．01214．51715．99818．394第8次9．34711．34210．66311．93713．00214．36416．38319．482第9次7．9789．30110．89610．98312．78416．00516．78418．974第10次10．41210．93811．56914．30116．60814．33816．66818．081平均值9．21810．015511．088712．389213．244614．519516．367218．4562

圖5 集中式模式下管理者和分層式模式下超級(jí)管理者查詢平均響應(yīng)時(shí)間

由表1和圖5可以看出,當(dāng)查詢數(shù)據(jù)時(shí),集中式模式比分層式模式的響應(yīng)時(shí)間要多很多。同時(shí),當(dāng)查詢數(shù)據(jù)數(shù)目增多時(shí),集中式的響應(yīng)時(shí)間顯著增加,而分層式則比較穩(wěn)定。這也證明了相比集中式模式,分層式模式數(shù)據(jù)處理速度更快、效率更高。

5 結(jié)語

針對(duì)我國海軍艦船通信網(wǎng)絡(luò)不斷增多且越來越復(fù)雜的現(xiàn)狀,本文提出了一種基于XML的分層式艦船網(wǎng)絡(luò)管理模式,并結(jié)合某大型艦船網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)該模式下超級(jí)管理者與子網(wǎng)管理者兩個(gè)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),最后通過一個(gè)實(shí)例對(duì)該模式的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。通過理論分析和具體實(shí)踐,該模式具有擴(kuò)展性好、統(tǒng)籌性好、效率性能高等優(yōu)點(diǎn),能夠滿足大型通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的需求。

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Research and Design of the Hierarchical Ship Network Management Model Based on XML

YANG Dasheng NING Da ZENG Wenyi

(Wuhan Maritime Communication Research Institute, Wuhan 430079)

Aiming at the situation which the existing ship network management system go against the scalability, this paper puts forward the hierarchical ship network management model based on XML, then analyses the advantages of XML protocol and the hierarchical Management under this model emphatically, and designs the correlative modules. At last, it verifies this rationality and validity by giving an example.

XML, hierarchical, ship, network management model

2014年9月2日,

2014年10月27日

楊大生,男,碩士研究生,研究方向:網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。寧達(dá),男,博士,研究方向:網(wǎng)絡(luò)管理、軟件工程。曾文藝,女,碩士,研究方向:計(jì)算機(jī)軟件與理論。

TP206

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.026