飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)管技術(shù)研究

在國(guó)內(nèi)外的飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境中，如何針對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，以獲得最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)效能一直是研究的重要難題之一，其意義在于可以合理利用有限的網(wǎng)絡(luò)鏈路資源，確保飛行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性及飛行試驗(yàn)監(jiān)控任務(wù)的可靠度。目前，在國(guó)內(nèi)的飛行試驗(yàn)任務(wù)實(shí)施過程中，隨著協(xié)同飛行及飛機(jī)數(shù)量的增多，逐步呈現(xiàn)出實(shí)時(shí)局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)流量大的現(xiàn)狀，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵、數(shù)據(jù)風(fēng)暴及間歇性休眠等現(xiàn)象。由于對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)缺乏全局的監(jiān)測(cè)和管理，以致需要逐個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排除才能定位具體原因，使得局域網(wǎng)維護(hù)起來工作量大、繁瑣復(fù)雜。為此，需要研究如何利用基于硬件設(shè)備支持的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP），完成對(duì)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)及互聯(lián)設(shè)備節(jié)點(diǎn)信息的收集、統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)和分析，及時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化趨勢(shì)，通過報(bào)警機(jī)制預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)，為優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供有效的決策信息。

SNMP概述

簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）是為了在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管軟件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間進(jìn)行通信而制訂的協(xié)議。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備越來越復(fù)雜，必須依靠網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管技術(shù)才能更合理的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。在眾多的SNMP可監(jiān)管事項(xiàng)中，網(wǎng)絡(luò)性能的監(jiān)管占據(jù)著重要地位。通過SNMP消息，可隨時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)性能的狀況，了解網(wǎng)絡(luò)資源的利用情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常（如網(wǎng)絡(luò)擁塞、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備CPU利用率過高等等），避免因網(wǎng)絡(luò)性能降低而產(chǎn)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不良影響。這種基于SNMP協(xié)議數(shù)據(jù)采集方法是利用SNMP協(xié)議，在網(wǎng)管工作站和代理之間相互傳送SNMP消息報(bào)文，獲取網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的方法。這種方法雖然在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用繁忙的時(shí)段，會(huì)加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，但隨著光纖的普及，網(wǎng)絡(luò)帶寬的逐漸提升，基于SNMP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管的鏈路開銷將顯得微不足道，而其簡(jiǎn)單、通用、易于實(shí)施和擴(kuò)展的特點(diǎn)將得到更大的發(fā)揮。因此，研究基于SNMP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管的技術(shù)具有重要意義。

監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的設(shè)備類別多、數(shù)量大，需要持續(xù)監(jiān)管時(shí)間長(zhǎng)，監(jiān)管事項(xiàng)關(guān)聯(lián)復(fù)雜，因此，在監(jiān)管平臺(tái)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用開放式的開發(fā)方法，結(jié)合插件式平臺(tái)化設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)管平臺(tái)。為獲取更高的平臺(tái)運(yùn)行可靠性及高效性，搭建在服務(wù)型操作系統(tǒng)Centos6.7-64bitminimal環(huán)境下，并基于Mysql配置運(yùn)行數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。由于在局域網(wǎng)環(huán)境下，多適合采用分布式管理維護(hù)方式，因而在監(jiān)管平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，使用分布式管理模式，即基于WEB瀏覽器的管理前端。因此監(jiān)管平臺(tái)采用了廣泛使用的Apache作為服務(wù)器管理軟件，以確保對(duì)功能插件管理的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。在管理交互頁面的設(shè)計(jì)上，采用了運(yùn)行效率較高的PHP，確保管理頁面能向用戶推送數(shù)據(jù)的高效性。結(jié)合平臺(tái)的開放性要求，采用了具有良好結(jié)構(gòu)化的JSON語法作為擴(kuò)展開發(fā)語言基礎(chǔ)，以更好的發(fā)揮平臺(tái)外部API的功能特性，獲得更多的兼容空間。平臺(tái)整體架構(gòu)如圖1所示。

功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)管平臺(tái)主要?jiǎng)澐譃槠叽蠊δ芗?，如圖2所示，其中用戶管理功能和歷史數(shù)據(jù)庫管理功能較為獨(dú)立，和其他功能之間的交互消息量較少。其他五大功能以SNMP監(jiān)管項(xiàng)為主線，通過SNMP消息報(bào)文所涉及的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行交互關(guān)聯(lián)，負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)管項(xiàng)的分類管理、監(jiān)管消息的收集及統(tǒng)計(jì)分析、監(jiān)管項(xiàng)事件觸發(fā)器及拓?fù)鋱D生成監(jiān)管等。具體各項(xiàng)功能設(shè)計(jì)如下：

（1）用戶管理：對(duì)用戶賬號(hào)和密碼進(jìn)行管理和驗(yàn)證登錄。不同的用戶工作頁面不盡一致，所擁有的權(quán)限也不一樣，因而需要根據(jù)用戶所屬的類別，通過WEB前端推送相對(duì)應(yīng)的軟件平臺(tái)管理操作界面；

（2）監(jiān)管模板管理：針對(duì)不一樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可綁定的監(jiān)管模板也不一樣，所需要完成的監(jiān)管項(xiàng)目也不同。通過監(jiān)管模板管理，可以根據(jù)實(shí)際監(jiān)管需要配置合理的模板，通過綁定鏈接操作，將受監(jiān)管設(shè)備與對(duì)應(yīng)的模板進(jìn)行關(guān)聯(lián)。同時(shí)，可以通過模板的監(jiān)管項(xiàng)對(duì)監(jiān)管參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)管提供必要的判斷條件；

（3）SNMP監(jiān)管項(xiàng)管理：主要完成對(duì)SNMP服務(wù)協(xié)議支持的監(jiān)管項(xiàng)進(jìn)行配置管理。每個(gè)支持SNMP協(xié)議的設(shè)備都對(duì)應(yīng)了特定的OID庫表，因此了解OID以后，才能針對(duì)設(shè)備創(chuàng)建匹配的監(jiān)管項(xiàng)，并且可以對(duì)監(jiān)管項(xiàng)的監(jiān)測(cè)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)更新指數(shù)配置。同時(shí)，可以查看與監(jiān)管項(xiàng)相對(duì)應(yīng)的圖形表示和數(shù)據(jù)列表，更利于分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效能；

（4）監(jiān)管性能分析：可以通過圖表對(duì)性能監(jiān)管數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示分析，可以選擇特定時(shí)間段進(jìn)行分析顯示，也可以將多項(xiàng)特性數(shù)據(jù)通過場(chǎng)景方式進(jìn)行綜合關(guān)聯(lián)分析。支持對(duì)圖表場(chǎng)景的創(chuàng)建和編輯，且可以瀏覽最新特性數(shù)據(jù)，從而可以與數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)比分析，達(dá)到性能交聯(lián)分析的效果；

（5）觸發(fā)器管理：每個(gè)監(jiān)控項(xiàng)的啟動(dòng)或者休眠，都是通過觸發(fā)器來控制實(shí)現(xiàn)，因而，觸發(fā)器是連接設(shè)備工作狀態(tài)與平臺(tái)監(jiān)管機(jī)制的數(shù)據(jù)渠道。該功能支持對(duì)觸發(fā)器腳本的編寫和配置管理，通過邏輯表達(dá)式，以腳本規(guī)范寫入觸發(fā)器中，并關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的動(dòng)作事件，平臺(tái)通過策略判斷和告警邏輯庫，完成對(duì)狀態(tài)變化的監(jiān)管；

（6）拓?fù)鋱D監(jiān)管：實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的監(jiān)管。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際結(jié)構(gòu)，從標(biāo)識(shí)庫中選擇相對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)設(shè)備，設(shè)置對(duì)應(yīng)的屬性信息及性能指標(biāo)信息，并配置外部鏈接端口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的關(guān)系互聯(lián)。在互聯(lián)配置中，關(guān)聯(lián)如各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)管觸發(fā)器，即可以通過觸發(fā)器狀態(tài)的變化監(jiān)管到設(shè)備互聯(lián)狀態(tài)的變化；

（7）歷史數(shù)據(jù)庫管理：眾多的監(jiān)控項(xiàng)，根據(jù)數(shù)據(jù)更新設(shè)置，按照數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)入歷史數(shù)據(jù)庫文件中。按照管理頁面向?qū)?，可以完成?duì)數(shù)據(jù)的查看、導(dǎo)出和關(guān)聯(lián)分析。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)圖

圖2 功能結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

結(jié)合飛行試驗(yàn)局域網(wǎng)接入的監(jiān)管設(shè)備，通過啟用SNMP協(xié)議服務(wù)是最適合對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管的途徑。由于是系統(tǒng)自帶的服務(wù)協(xié)議，幾乎不占用額外的系統(tǒng)資源，而且能夠更完整及時(shí)的將設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管。

對(duì)于需要監(jiān)管的設(shè)備而言，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管軟件平臺(tái)提供了兩種與設(shè)備進(jìn)行消息交互的方式，一種被動(dòng)式，即通過信息捕捉器獲取；另一種是主動(dòng)式，即通過信息輪詢器獲取。在被動(dòng)式方式下，設(shè)備將獲取到的監(jiān)控信息發(fā)送到軟件平臺(tái)，軟件平臺(tái)的信息捕獲器將信息獲取，并提交到處理中心，根據(jù)輔助策略的要求，判斷是否需要進(jìn)行安全報(bào)警，將信息按照配置策略形成即實(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)組，通過數(shù)據(jù)中心向與用戶交互的WEB頁面推送更新顯示。另外，通過記錄同步機(jī)制，存入數(shù)據(jù)中心的歷史表單中，以備用戶調(diào)取查看分析。對(duì)于主動(dòng)式數(shù)據(jù)信息交互，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管軟件平臺(tái)根據(jù)輔助策略中所需要的數(shù)據(jù)項(xiàng)，向被監(jiān)控的設(shè)備主動(dòng)輪詢相關(guān)的信息，并判斷通信鏈路是否正常。如果能夠正常獲取到數(shù)據(jù)，則從設(shè)備回復(fù)到的數(shù)據(jù)信息按照被動(dòng)式方式進(jìn)行處理。如果不能正常獲取到數(shù)據(jù)，則通過安全報(bào)警機(jī)制，在用戶交互的WEB頁面上以明顯的消息條目提示非正常狀態(tài)，并提供詳細(xì)的報(bào)警消息和處置建議。具體數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)流圖

擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)

外部擴(kuò)展API是擴(kuò)充飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)管軟件平臺(tái)的重要組成部分，尤其在集成第三方功能插件和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化日常監(jiān)管時(shí)，通過API去實(shí)現(xiàn)更為便捷和靈活。該平臺(tái)所有的移動(dòng)客戶端都是基于API接口方式完成設(shè)計(jì)，甚至用戶交互的WEB前端部分也是建立在API特性之上。監(jiān)管平臺(tái)的API 中間件使得架構(gòu)更加模塊化也避免直接對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，并允許通過JSON RPC協(xié)議來創(chuàng)建、更新和獲取平臺(tái)插件對(duì)象而完成日常維護(hù)任務(wù)。

飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)管平臺(tái)擴(kuò)展接口目前提供兩項(xiàng)主要功能：

（1）遠(yuǎn)程管理監(jiān)管軟件平臺(tái)的配置；

（2）遠(yuǎn)程檢索配置和歷史數(shù)據(jù)。

同時(shí)，由于擴(kuò)展接口基于JSON-RPC標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)，因而在調(diào)用任何函數(shù)時(shí)，都需要發(fā)送消息請(qǐng)求，輸入輸出數(shù)據(jù)都是以JSON格式。具體擴(kuò)展接口數(shù)據(jù)交互流程如圖4所示，大致工作流程如下：

（1）準(zhǔn)備JSON對(duì)象，描述所需要的功能操作（例如創(chuàng)建主機(jī)，獲取圖像，更新監(jiān)控項(xiàng)等）；

（2）使用消息載體發(fā)送此JSON對(duì)象；

（3）獲取JSON格式響應(yīng)。

擴(kuò)展接口簡(jiǎn)化的JSON請(qǐng)求格式如下：

圖4 API數(shù)據(jù)交互流程圖

應(yīng)用分析

應(yīng)用難點(diǎn)

將飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)管平臺(tái)配置到飛行試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)中，啟用其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備的SNMP服務(wù)協(xié)議。在監(jiān)管平臺(tái)管理頁面完成對(duì)監(jiān)管項(xiàng)的創(chuàng)建和配置，根據(jù)性能監(jiān)管需求，形成監(jiān)管配置模板，與受監(jiān)管節(jié)點(diǎn)設(shè)備形成SNMP消息報(bào)文交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的量化監(jiān)管。在應(yīng)用過程中，主要解決以下兩個(gè)方面的難點(diǎn)：

（1）性能監(jiān)管數(shù)據(jù)綜合可視場(chǎng)景分析

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取過程中，需要對(duì)監(jiān)管搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并根據(jù)運(yùn)行狀況要求，將數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化關(guān)聯(lián)顯示。如何將這些數(shù)據(jù)在后臺(tái)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，成為了綜合可視場(chǎng)景展示的難題。為此，可將數(shù)據(jù)按照采集周期，根據(jù)數(shù)據(jù)庫表的格式規(guī)約，進(jìn)行分類存儲(chǔ)，依據(jù)可視場(chǎng)景的形成條目，保存到固定格式的數(shù)據(jù)文件中，并對(duì)文件的關(guān)鍵條目建立索引方法，在進(jìn)行可視場(chǎng)景生成的時(shí)候，根據(jù)操作響應(yīng)的請(qǐng)求，快速整理好數(shù)據(jù)區(qū)，并向監(jiān)管軟件平臺(tái)前端進(jìn)行推送顯示，最終形成綜合分析場(chǎng)景。這樣處理更利于對(duì)一些關(guān)聯(lián)性能數(shù)據(jù)指標(biāo)的分析和統(tǒng)計(jì)，幫助尋找網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略。

（2）網(wǎng)絡(luò)故障提示機(jī)制及報(bào)警管理

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管應(yīng)用過程中，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的異常情況，需要及時(shí)提示并正確定位故障位置，并給出合理的處置建議。因此，如何將監(jiān)管數(shù)據(jù)和故障提示報(bào)警機(jī)制相關(guān)聯(lián)，以避免誤報(bào)或者延誤的現(xiàn)象出現(xiàn)，便成為了網(wǎng)絡(luò)故障及報(bào)警策略的關(guān)鍵和難點(diǎn)。為了解決這一問題，引入了監(jiān)管事件和觸發(fā)動(dòng)作設(shè)計(jì)，并制定了對(duì)應(yīng)的表達(dá)規(guī)則，形成監(jiān)管模板庫。針對(duì)不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及不同的性能分析策略，將相應(yīng)的模板庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)監(jiān)管，形成故障報(bào)警決策流程，完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的提示及報(bào)警。

圖5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

應(yīng)用效果

根據(jù)實(shí)際監(jiān)管應(yīng)用場(chǎng)景，形成了某監(jiān)控大廳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概要拓?fù)鋱D，如圖5所示。通過對(duì)該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)持續(xù)兩個(gè)多月的應(yīng)用監(jiān)管，并對(duì)監(jiān)管數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析，形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)管理優(yōu)化策略。

依托設(shè)計(jì)完成的監(jiān)管平臺(tái)能夠及時(shí)監(jiān)管到網(wǎng)絡(luò)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸情況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)上下行數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行量化評(píng)估及圖形分析，針對(duì)受監(jiān)管主機(jī)，能夠根據(jù)設(shè)定的報(bào)警策略，對(duì)磁盤、內(nèi)存及CPU等具體硬件部件工作狀態(tài)進(jìn)行提示并報(bào)警，有利于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，還可充分利用監(jiān)管平臺(tái)的擴(kuò)展性，根據(jù)其他設(shè)備節(jié)點(diǎn)的實(shí)際工作狀態(tài)監(jiān)管需求，補(bǔ)充完善相應(yīng)的監(jiān)管事件及觸發(fā)器，建立合理的性能監(jiān)管模板及策略，形成對(duì)應(yīng)的監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的承載量，新創(chuàng)建適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管場(chǎng)景，以及時(shí)分析判斷網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行狀態(tài)，為網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理提供具體數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。

結(jié)束語

通過對(duì)飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)研究，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)監(jiān)管軟件平臺(tái)，完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的監(jiān)管，有效的及時(shí)發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的隱患，并定位網(wǎng)絡(luò)故障癥結(jié)。利用監(jiān)管數(shù)據(jù)分析，便于對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行策略性維護(hù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最大程度發(fā)揮了飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)局域網(wǎng)平臺(tái)的運(yùn)行性能。由于軟件平臺(tái)可擴(kuò)展性強(qiáng)，支持第三方插件集成，今后可根據(jù)接口設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行功能的補(bǔ)充和擴(kuò)展，結(jié)合更多的實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)狀態(tài)監(jiān)管技術(shù)進(jìn)行提升研究，加強(qiáng)對(duì)監(jiān)管軟件平臺(tái)的完善和改進(jìn)。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.21.032