白小軍，楊 軍，喻 鈞

（西安工業(yè)大學 計算機科學與工程學院，陜西 西安 710032）

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，廣播電臺對電視發(fā)射機的監(jiān)控要求越來越高，從原有的本機自動化提高到臺內(nèi)的自動化監(jiān)控，進而發(fā)展到遠距離的發(fā)射臺自動化監(jiān)控。另一方面，網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展也引發(fā)了控制領域深刻的技術變革，網(wǎng)絡化的遠程控制以及基于Web的遠程控制已成為技術發(fā)展的主流方向。開發(fā)基于Web的集中監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效提高管理效率，節(jié)約人力，真正實現(xiàn)“有人值班、無人值守”的管理目標[1－3]。

遠程監(jiān)控系統(tǒng)要解決的首要問題是管理主機和控制設備間的通信問題，即設備的運行狀態(tài)如何傳遞給管理主機，管理者的控制命令如何發(fā)送給被控設備。傳統(tǒng)的控制設備一般都通過串口（RS－232和RS－485）與上位機通信，這種方式通信距離很短，難以進行遠程控制；借助新興的設備服務器技術，可以方便地將串口設備接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)串口協(xié)議與網(wǎng)絡協(xié)議之間的轉換，從而為串口設備的網(wǎng)絡化控制創(chuàng)造了條件。

在文獻[4]中，描述了如何通過CGI方式，在設備服務器上編程實現(xiàn)基于Web的設備監(jiān)控；在文獻[5]中，描述了如何通過XML與XSL技術將監(jiān)控系統(tǒng)的頁面展示邏輯轉移到客戶端，有效減輕設備服務器的負荷。兩篇文獻都存在一個局限，即都是針對單臺設備的監(jiān)控，無法實現(xiàn)整個發(fā)射臺甚至多個發(fā)射臺的集中監(jiān)控。

1 SNMP與遠程監(jiān)控

在控制系統(tǒng)中引入設備服務器后，可將一臺控制設備當作一個網(wǎng)絡設備來使用，設備服務器充當了被管設備代理的角色；這樣，控制系統(tǒng)管理的問題就可以轉化為網(wǎng)絡管理的問題來解決。而在網(wǎng)絡管理領域已有了一系列成熟的協(xié)議，SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議）成為不錯的選擇。

SNMP是網(wǎng)絡管理領域中的一項標準協(xié)議，用于實現(xiàn)路由器等網(wǎng)絡設備的信息采集和管理。SNMP采用“管理者—代理”的工作模式，如圖1所示。管理者負責發(fā)出管理操作的指令，并接收來自代理的響應或事件通告。代理位于被管設備一側，充當管理者和設備之間的中介，把來自管理者的命令或信息請求轉換為本設備特有的指令以執(zhí)行，然后返回設備的信息；另外，代理也可以將設備系統(tǒng)中發(fā)生的事件主動通知給管理者。

圖1 SNMP的管理模型[5]

SNMP協(xié)議中的三大要素是管理信息結構（SMI）、管理信息庫（MIB）和SNMP通信協(xié)議。SMI定義了SNMP框架中可用的管理信息的類型和語法，為描述被管對象以及如何交換管理信息奠定了基礎；MIB以層次化的方式組織設備的管理信息，樹中的每一個節(jié)點都代表著設備的某項運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，都有其唯一的標識號（OID），管理站就是通過OID來指定要訪問的數(shù)據(jù)項；SNMP通信協(xié)議定義了管理者和代理之間通信的消息類型和消息格式，常用的5種消息類型是GetRequest，GetNextRequest，Get?Response，SetRequest，Trap[6－8]。

將SNMP引入設備監(jiān)控領域，可以在設備服務器上編程實現(xiàn)SNMP代理的功能，管理者通過Get原語可以采集設備的運行數(shù)據(jù)，通過Set原語可以控制設備執(zhí)行指定的動作，當設備發(fā)生重大告警時，代理可以通過Trap原語及時上報給管理者。這樣，監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集、命令控制等功能都得以實現(xiàn)。

2 發(fā)射臺集中監(jiān)控系統(tǒng)總體結構

基于SNMP協(xié)議的發(fā)射臺集中監(jiān)控系統(tǒng)總體結構如圖2所示。

監(jiān)控系統(tǒng)中的主要部件有：

1）被管設備。發(fā)射機控制器作為實際的被管設備，實現(xiàn)發(fā)射機內(nèi)部各部件的運行控制。它通過串口與設備服務器通信，接收SNMP代理發(fā)送的控制命令，執(zhí)行該命令，并返回設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2）設備代理。設備服務器作為被管設備的代理。一方面通過串口與被管設備相連，采集設備的運行數(shù)據(jù)，并向設備發(fā)送控制命令；另一方面通過網(wǎng)口與集中監(jiān)控服務器相連，實現(xiàn)SNMP的Get，Set，Trap等原語操作。在代理中，需要針對控制設備特有的管理信息項定制MIB，維護設備的狀態(tài)信息。

3）集中監(jiān)控服務器。作為集中監(jiān)控系統(tǒng)的服務端，該服務器具有數(shù)據(jù)采集、客戶響應以及設備控制三項核心職能：一是采用輪詢的方式從代理處采集設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，保存到數(shù)據(jù)庫中，供前臺程序使用；二是接收客戶端發(fā)送的查詢指令，動態(tài)構造設備的運行狀態(tài)顯示界面；三是接收客戶端發(fā)送的控制命令，轉換成SNMP Set指令發(fā)送給代理，控制設備執(zhí)行指定的動作。

4）管理客戶端。監(jiān)控人員使用客戶端連接到監(jiān)控服務器，查詢設備狀態(tài)，并向設備發(fā)送控制命令。

5）手機客戶端。在用戶不方便上網(wǎng)的情況下，可以通過手機短信的方式，查詢設備的運行狀態(tài)，或向設備發(fā)送控制命令。

6）GSM調(diào)制器。作為手機短信收發(fā)設備，可以將設備的運行狀態(tài)信息發(fā)送給手機客戶端（例如當設備發(fā)生重大告警或故障時向管理手機發(fā)送告警短信），也可以接收手機客戶端發(fā)送過來的查詢或控制短信，并交給監(jiān)控服務器做進一步的處理。

3 設備代理的設計

設備服務器作為被管設備的代理，在系統(tǒng)中起著至關重要的作用。在管理者一側，它要維護設備特有的MIB信息，并實現(xiàn)SNMP的Get，Set及Trap等原語操作；在設備一側，它要通過串口與設備通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與命令控制。

本系統(tǒng)選擇美國Lantronix公司生產(chǎn)的UDS1100設備服務器，它提供了簡單、廉價的串口設備聯(lián)網(wǎng)方案，內(nèi)置精簡的多任務操作系統(tǒng)，支持ARP，IP，TCP，UDP等常用的網(wǎng)絡通信協(xié)議，可以透明地實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)之間的協(xié)議轉換；同時，它還提供了CGI，SNMP等編程接口，可以方便地擴展功能。這里將使用其SNMP API，開發(fā)電視發(fā)射機設備的SNMP代理。

設備代理軟件的總體結構如圖3所示。

1）數(shù)據(jù)采集進程：設備代理上運行的主進程，控制系統(tǒng)以指定的時間間隔不斷向控制器發(fā)送查詢消息（調(diào)用命令處理組件的功能），獲取設備的運行狀態(tài)信息，并將這些信息保存到MIB中供SNMP組件訪問。

2）SNMP組件：實現(xiàn)SNMP協(xié)議的各項原語操作。處理網(wǎng)管應用程序發(fā)來的Get和Set指令，返回設備的運行狀態(tài)（訪問MIB變量獲得），或通過命令處理組件向設備發(fā)送控制命令；當設備有重大告警時，也通過該組件向管理者發(fā)送Trap。

3）命令處理組件：處理SNMP組件發(fā)出的Set指令，以及數(shù)據(jù)采集進程發(fā)出的Get指令；調(diào)用串口通信組件的功能，向設備控制器發(fā)送查詢或控制命令，并接收設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)以更新MIB。

4）串口通信組件：封裝了串口消息的構造和收發(fā)操作，使得命令處理組件可以很方便地通過串口向控制器發(fā)送消息，獲取設備運行參數(shù)或控制設備動作。

代理系統(tǒng)設計時要注意兩個方向的接口：在被控設備一側，要明確控制器支持的消息接口，即串口命令及響應的數(shù)據(jù)包格式，針對每一條串口命令設計相應的命令處理組件，實現(xiàn)被控設備的數(shù)據(jù)采集以及命令控制；在網(wǎng)絡管理一側，要明確管理信息結構，合理設計私有MIB，并針對MIB變量設計SNMP組件，實現(xiàn)Get，Set及Trap等原語操作。

為方便串口消息的收發(fā)，串口通信組件中設計了兩個核心的函數(shù)：

1）根據(jù)要發(fā)送的控制命令構造串口消息包，并保存到發(fā)送緩沖區(qū)，即：

2）發(fā)送串口消息并接收響應，即：

根據(jù)用戶的監(jiān)控要求，本系統(tǒng)需實現(xiàn)發(fā)射機配置信息、運行狀態(tài)信息及PA運行數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等基本信息查詢功能，同時還要實現(xiàn)開/關機、重啟、激勵器切換等常用的控制功能。為此，設計如下的命令處理組件：

被控設備的管理信息維護在MIB中，這里需要針對發(fā)射機的運行狀態(tài)和控制要求定制MIB，如圖4所示。

其監(jiān)控數(shù)據(jù)分類保存到txQry（運行狀態(tài)信息）、txCfg（配置信息）、txSet（控制命令）、fpaTable（功放運行狀態(tài)信息，表格結構）、txLogs（日志信息）幾個節(jié)點下。通過SNMP Get或GetNext操作可獲取MIB中保存的信息數(shù)據(jù)；若要控制設備執(zhí)行某項動作，則通過SNMP Set原語，設置txSet節(jié)點下的某個變量的值，這樣SNMP組件將自動調(diào)用命令處理組件的相關函數(shù)，完成指定的控制操作。

4 監(jiān)控服務器的設計

遠程監(jiān)控服務器的總體結構如圖5所示。該系統(tǒng)具有3個核心進程，即數(shù)據(jù)采集進程、集中監(jiān)控進程和短信監(jiān)控進程。

1）數(shù)據(jù)采集進程。該進程隨系統(tǒng)的啟動而啟動，并一直在后臺運行，按一定的時間間隔定期采集各設備的運行數(shù)據(jù)并保存到數(shù)據(jù)庫中備用。

2）集中監(jiān)控進程。該進程在前臺運行，接收并處理用戶的請求。若是查詢請求，則從數(shù)據(jù)庫中檢索設備的運行狀態(tài)信息反饋給用戶；若是命令請求，則轉化為SET指令發(fā)送給設備代理。由于采用了基于Web的監(jiān)控方案，該進程演變?yōu)閃eb服務器進程。

3）短信監(jiān)控進程。該進程一直在后臺運行，監(jiān)聽本機的串行端口（連接GSM調(diào)制器）；當收到管理員發(fā)送的短信命令時，解析并執(zhí)行該命令，將結果反饋給管理手機；當數(shù)據(jù)采集進程發(fā)現(xiàn)重大告警信息，或設備代理發(fā)來Trap消息時，該進程還要自動構造告警短信，并通過短信操作組件發(fā)送給管理手機。

服務器系統(tǒng)設計的難點在于數(shù)據(jù)采集部分，它要周期性地輪詢所有代理以采集設備的運行數(shù)據(jù)；根據(jù)實時性要求，輪詢間隔不應超過10 s?？紤]到系統(tǒng)中監(jiān)控的設備數(shù)量眾多，每臺設備的數(shù)據(jù)采集都會產(chǎn)生一定的延遲，若按順序逐個采集，時延就會累積起來，根本不能滿足實時性的要求。為解決這一問題，必須采用多線程采集。

數(shù)據(jù)采集模塊的運作過程如圖6所示。它由一個定時器（圖中的Timer組件）觸發(fā)運行，每當定時事件到來時，自動檢索采集組件（Qry_Task）的實例并調(diào)用其execu?teTask()方法啟動數(shù)據(jù)采集；在executeTask()方法中，首先要獲得所有設備的列表（調(diào)用QryDAO的getTXList()方法），然后針對每個設備分別啟動采集線程；Poll_Thread為線程類，它調(diào)用SNMP組件的功能以訪問代理，并將采集到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。

5 監(jiān)控客戶端的設計

Web應用的用戶界面一般在服務器端動態(tài)生成，然后將產(chǎn)生的HTML代碼傳遞給客戶端，由瀏覽器展示給用戶。將這種工作模式應用到集中監(jiān)控系統(tǒng)中存在兩個問題：首先，監(jiān)控界面的生成邏輯比較復雜，要根據(jù)設備的配置信息及運行狀態(tài)動態(tài)構造并不斷刷新，大大增加了服務器的處理負荷；其次，傳統(tǒng)的Web界面一般都采用模板的方式構造，界面形式相對固定，而監(jiān)控系統(tǒng)中往往同時并存多種不同型號的設備，其監(jiān)測參數(shù)有所區(qū)別，進而監(jiān)控界面也會有所區(qū)別，模板的方式很難適應。這樣，如何動態(tài)構造監(jiān)控界面就成為一項具有挑戰(zhàn)性的工作。

使用XML與XSLT相結合的技術可以較好的解決這一難題。XML作為描述數(shù)據(jù)的語言，擴展性極強，允許用戶自定義標記，從而可以簡潔、自然地組織數(shù)據(jù)。XSLT可以對XML進行轉換，改變其輸出方式，一種常用的轉換方法是將XML轉換為HTML以便在瀏覽器中展示，這樣可以將數(shù)據(jù)的表示與數(shù)據(jù)本身相分離，提供更大的處理靈活性。基于這樣的思路，可以將監(jiān)控數(shù)據(jù)與監(jiān)控界面的生成邏輯分離開來，在服務器端獲取監(jiān)控數(shù)據(jù)，然后交給客戶端構造用戶界面。

Web監(jiān)控界面的生成過程如圖7所示。在服務器端，Web組件將設備的配置參數(shù)及實時運行數(shù)據(jù)包裝到一個XML文檔中，然后根據(jù)設備的型號選擇一個合適的XSLT文檔，作為樣式表附加給XML。這兩個文檔會隨響應一起發(fā)送給客戶端，由瀏覽器中的XML處理程序進行轉換，生成最終的HTML展示給用戶。

這樣處理的好處顯而易見：首先，充分發(fā)揮了分布式計算的優(yōu)勢，有效降低了服務器的負荷；其次，將數(shù)據(jù)的表示與數(shù)據(jù)本身相分離會提供更好的擴展性，例如，若以后想引入WAP客戶端，那么，Web組件中生成監(jiān)控數(shù)據(jù)的代碼將不用作任何改動，只需針對WAP界面設計新的XSL即可。

6 結論

在控制系統(tǒng)中引入設備服務器，可以方便地將串口的控制設備接入網(wǎng)絡；若在設備服務器上編程實現(xiàn)代理的功能，則可以使用網(wǎng)絡管理領域的技術和方法來實現(xiàn)設備監(jiān)控。本文針對某電視設備有限公司電視發(fā)射機遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，將SNMP協(xié)議引入設備監(jiān)控領域，設計了基于Web的發(fā)射臺遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)已在國內(nèi)外很多家電視臺中投入使用，穩(wěn)定運行，驗證了方案的有效性。

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