殷 強，張應忠，陸 滔，李 浩，林 放

（中國人民解放軍32037部隊，云南 姚安 675300）

0 引 言

隨著通信業(yè)務的不斷擴展，設備不斷增加，崗位人員的值班壓力也不斷增大，終端告警需要及時發(fā)現，因此進行智能化管理，開發(fā)自動告警系統(tǒng)顯得越發(fā)重要。

目前網絡管理大多采用簡單網絡管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP），SNMP是目前應用最為廣泛的TCP/IP網管標準，也是應用最為廣泛的網絡管理協(xié)。該協(xié)議由國際互聯網工程任務組（The Internet Engineering Task Force，IETF）基于TCP/IP參考模型制定，是計算機網絡管理的標準之一[1]。設備中開啟SNMP服務，網絡管理員就可以遠程查看設備狀態(tài)，同樣也能夠在事件發(fā)生時向網絡管理員發(fā)出警告[2]。但對不支持SNMP協(xié)議而又需要監(jiān)視的設備，作者在現有查閱文獻中暫未發(fā)現對此類問題的研究，對此，本文利用計算機來處理數字圖像很好的解決了這一難題。

當圖像傳輸、辦公網、程控等通信出現中斷時，告警系統(tǒng)發(fā)出警報，管理人員就能及時的發(fā)現各系統(tǒng)、各設備在運行中出現的異常狀況。自動告警系統(tǒng)通過圖像處理實現對不支持SNMP的設備進行狀態(tài)監(jiān)視，同時對支持SNMP設備，監(jiān)視其端口狀態(tài)、流量信息、錯誤等信息并實現主動上報。維護人員無需逐個巡視和查看告警信息，就能及時感知、發(fā)現、定位故障，彌補人員巡查存在的工作漏洞，確保通信業(yè)務的正常運行。

本文采用圖像處理技術與SNMP相結合的方法，開發(fā)了通信狀態(tài)告警系統(tǒng)，實現了對通信設備的狀態(tài)監(jiān)視，通過集中控制軟件就能及時的發(fā)現各設備的運行情況。該系統(tǒng)的實現具有一定的現實意義和較高的推廣應用價值。

1 系統(tǒng)設計目標

本文利用電荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD）圖像傳感器外設方式，采集指示燈狀態(tài)信息，統(tǒng)計設備的顏色指示燈像素信息，實現對不支持SNMP協(xié)議通信設備的監(jiān)視；利用SNMP協(xié)議獲取設備端口信息，實現對支持SNMP協(xié)議的通信設備的監(jiān)視。使用上述方法，可以實現不對現有設備狀態(tài)進行更改，從而完成一個完整的狀態(tài)告警系統(tǒng)。

本系統(tǒng)設計目標包括：

（1）通過圖像傳感器獲取圖像信息。

（2）基于OpenCV對采集的圖像進行處理。

（3）開啟通信設備SNMP協(xié)議獲得端口狀態(tài)信息。

（4）設計客戶端與服務器模式，實現語音告警。

2 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)硬件部分由攝像頭、服務器、客戶端主機、網絡設備等組成，其結構如圖1所示。網絡設備狀態(tài)的原始圖像由OpenCV調用攝像頭進行采集獲得；SNMP開啟后，服務器作為網絡管理系統(tǒng)（Network Management System，NMS）通過被管理設備Trap獲取網絡設備端口狀態(tài)信息。通過數字圖像處理技術，服務器對獲取的原始圖像進行處理分析，從而獲取被監(jiān)視設備狀態(tài)信息?？蛻舳酥鳈C用于接收遠程告警信息并上報，從而進行語音告警輸出。

圖1 告警系統(tǒng)總體設計

軟件部分利用OpenCV強大的圖像處理能力和SNMP簡單易配置的優(yōu)點，采用Python、C#語言進行自主開發(fā)[3]。

3 系統(tǒng)模塊設計與實現

系統(tǒng)各個模塊具體工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)模塊工作流程

3.1 圖像處理模塊

圖像處理模塊實現圖像采集、定位像素點位置、RGB顏色識別、異常報警等功能。

圖像采集由OpenCV庫程序調用攝像設備讀取設備完成。圖像處理的第一步是對圖像數據進行采集。圖像采集模塊主要是以每秒15幀的幀頻（使用的攝像頭最高掃描頻率為每秒15幀）對圖像進行提取，實時獲取設備原始狀態(tài)信息，為后續(xù)處理提供圖像。

對于像素點位置的獲取，由于攝像頭是固定的，圖像位置沒有移動，手動確定該狀態(tài)指示燈的相對位置。

獲得固定位置后，通過統(tǒng)計每個指示燈圖像各像素點的RGB顏色分量，來判斷鏈路狀態(tài)。一個像素點的顏色是由RGB三個值來表現的[4]，所以像素點矩陣對應三個顏色矩陣，本文所采集的主要設備的指示燈有紅、綠、灰三種狀態(tài)，對不同狀態(tài)指示燈的R、G、B三種顏色分量進行直方圖統(tǒng)計，如圖3、圖4、圖5所示。分析直方圖可知，紅燈狀態(tài)下各像素點紅色分量值較高，其中又以255最多，我們把這種像素點稱為R點，經過實驗比對，設置紅燈判定條件為：R點占總像素點比例大于等于30%。類似地，綠燈狀態(tài)下各像素點綠色分量值較高，基本位于200以上，我們把這種像素點稱為G點，由于實際光照條件下，綠燈像素偏白，經過實驗比對，設置綠燈判定條件為：G點占總像素點比例大于等于10%。

圖3 紅色狀態(tài)燈的RGB直方圖分布

圖4 綠色狀態(tài)燈的RGB直方圖分布

圖5 灰色狀態(tài)燈的RGB直方圖分布

對像素點個數統(tǒng)計和顏色分量識別后就完成了告警信息統(tǒng)計，若出現告警，則向告警輸出模塊發(fā)送告警信息。狀態(tài)獲取日志如圖6所示。

圖6 監(jiān)視狀態(tài)獲取

3.2 SNMP模塊

SNMP模塊主要用于采集被監(jiān)視端性能指標，如設備特性、數據流量（包括發(fā)送和接收）、通信超載、錯誤等信息，實現在最短的時間內發(fā)現故障[5]。

基于.NET平臺，利用C#開發(fā)，開發(fā)工具Microsoft Visual Studio 2010。同時為保障使用SNMP協(xié)議與網絡設備相連，必須要在防火墻設置中允許SNMP協(xié)議通過[6]。該模塊本質上就是從被管設備上的管理信息庫（Management Information Base，MIB）取得相應的對象標識符（Object IDentifier，OID）對象值，圖7為MIB樹形結構圖。

圖7 MIB樹形結構圖

實現SNMP模塊需進行網絡基礎配置及網絡設備MIB參數獲取，和獲取網絡設備屬性值[7]。

（1）網絡基礎配置

網絡設備開啟中SNMP。具體步驟為：①開啟Agent服務，②配置SNMP版本，③配置NMS管理權限，④配置向SNMP Agent輸出Trap信息。

（2）獲取網絡設備MIB參數值

主要是通過已知的網絡設備管理IP和交換機的OID來查詢實現，例如華為交換機2403系統(tǒng)時間標識為1.3.6.1.2.1.1.3.0。但大多數時候網絡設備的OID信息是未知的，如何知道OID屬性值成為要點。一種方式是通過廠家獲取，另一種方式是通過軟件獲得。本文利用軟件GetIf來獲得，通過它可以知道當前設備的狀況，能把網絡設備的OID信息、端口狀態(tài)、路由表、ARP、支持的協(xié)議以及網絡設備中mac-address-table中的信息都讀了出來。本軟件主要對ifOperStatus（當前接口操作狀態(tài)），name（接口名稱），ifInOctets（接口接受到的字節(jié)），ifOutOctets（接口發(fā)送的字節(jié)），ifSpeed（接口速率）的狀態(tài)進行獲取。

（3）獲取網絡設備屬性值

.NET可以通過調用SnmpSharpNet庫，來獲得設備狀態(tài)，通過數據分析后，設置門限。當設備狀態(tài)出現異常時，應用程序將通過聲音、圖像變化等手段進行報警。圖9為網絡監(jiān)視界面。

圖8 GetIf軟件獲取Oid值

圖9 網絡監(jiān)視界面

獲取網絡設備通知首先要在被管理的網絡設備上設置trap發(fā)送的目的IP地址為管理系統(tǒng)的IP地址，以及發(fā)送的端口號，默認端口號為162。管理系統(tǒng)在設置好的端口號上接收被管網絡設備的trap數據包，當收到數據包時，將數據包的詳細內容以彈出對話框的形式顯示在界面上，同時進行聲音提醒。

3.3 告警輸出模塊

本文采用局域網模式將各機房連接，實現遠程狀態(tài)監(jiān)視，告警采用終端、服務器模式，進行告警輸出。如圖10所示。

告警輸出模塊通過TCP/IP協(xié)議在接收圖像處理和SNMP模塊告警信息時，通過調用Windows Sapi.spvioce自帶語音服務，實現語音告警，并進行告警日志記錄[8]。

圖10 告警設計

程控和網橋告警輸出日志如圖11所示。

圖11 告警輸出日志

4 結 語

本文通過利用Python語言和OpenCV對圖像處理的成熟技術，簡單、靈活、高效的完成了對通信鏈路的狀態(tài)監(jiān)視。在設備不能通過端口讀取狀態(tài)信息時，可以完成對所有具有狀態(tài)指示燈設備的監(jiān)視；通過啟用網絡設備的SNMP，在網絡管理服務器上基于.NET平臺利用C#開發(fā)了統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，通過圖像處理和SNMP協(xié)議的結合，高效完成了對網絡設備進行監(jiān)視，大大提高了網管效率，具有較高的推廣應用價值。