基站型航标通信链路自动化监测系统研究

于盈

摘 要

为保障基站型通信链路的可用性和故障反应实时性，文章以大连航标处基站型航标设施为依托，针对性的研究设计了基站型航标通信链路自动化监测系统，重点研究了在不改变现有网络物理架构情况下，为大连航标处各基站型航标网络节点提供实时动态网络连接状态监测服务；设计了系统总体架构，链路检测、故障点定位和报警业务逻辑；并重点研究了通信链路自动检测技术；为大连航标处网络系统完好性运行，实时快速锁定网络故障节点提供了直观有效地工具。结果表明，该系统可实时反应网络通信链路通信状况，快速定位网络故障节点，有效提高了基站型航标设施的可用性和可靠性。

【关键词】基站型航标 通信链路 自动化监测

航标助导航设施在保障船舶安全航行，保护海上环境方面具有十分重要的意义。其中，基站性航标设施如AIS基站、DGPS台站等是船岸信息沟通的重要通道，其通信链路可用性与稳定性直接关系到船岸信息交换、航海保障的服务质量。目前，大连航标处现有8座AIS基站、2座DGPS台站、7个航标站，为了发挥这些站点设施在航标遥测遥控、航标作业维护、区域水上交通管理等服务中的作用，随时监测故障，保障链路畅通，保障设施正常运行，需要实时监测其通信链路，以获得满足上述服务需求的数据信息。目前主要靠人员值班，定时巡检发现网络通信链路故障。这种方法不但是值班人员工作压力较大，且故障发现、故障点定位的实时性较差。针对该问题，需要研究基于网络通信技术的系统网络链路检测、故障点自动定位方法。本文首先设计了系统总体架构，链路检测、故障点定位和报警业务逻辑；并重点研究了通信链路自动检测技术；为大连航标处网络系统完好性运行，实时快速锁定网络故障节点提供了直观有效地工具。

1 系统架构与关键技术研究

1.1 系统总体架构设计

基站型航标通信链路自动化监测系统不仅能够检测到目标节点的通信链路运行状况，还能够检测到其中所经过的每个网络路由节点。从而使任何一处发生网络故障时即可以立刻判断故障位置，而不需要从头排查。基于这一需求，该系统总体上分为四个核心模块和一个数据库模块。分别是目标终端配置与图形化设置模块、通信链路监测核心管理模块、故障自适应报警模块和故障节点自动化定位模块，另外包括系统数据库模块。整体框架图如图1所示：

1.2 系统通信链路检测和故障报警业务逻辑设计

针对大连航标处各基站型航标网络拓扑和业务应用分析，系统通信链路检测及故障报警总体业务逻辑如图2所示。

其中图形化配置界面由用户输入配置需要监测的基站型航标地址后，链路监测模块加载自动监测目标，并实时通过故障节点自动化定位模块检测链路通信状况，结果实时反映在图形界面上。一点有故障出现，故障节点自动化定位模块定位故障位置，并通知链路监测模块，供其通知报警模块自适应判断故障类型进行报警。

1.3 通信链路自动监测技术研究

目前，无源检测网络终端技术有两种，其中之一是利用SNMP网络管理协议进行检测网络链接状况[5]，该方法优点是功能强大，但实现十分复杂，一般常用于大型网络自动搜索的所有网络节点的管理。其二是利用Tracerouter和Ping指令协同监测特定目标节点的网络链路状况[6]，其优点是检测效率高，实现简单。基于本课题需求，主要是针对特定目标终端的网络通信链路的检测和监测，因此采用了第二种方法。利用Tracerouter和Ping指令检测网络链路的技术实现业务流程图如图3所示。

目标终端链路自动监测技术中有两个关键点，其一是每过一定时间（1分钟），链路自动化检测核心管理模块会自动向数据库申请是否存在待检测目标终端，发现有检测链路时启动tracerouter进行链路检测，检测结果存储至数据库；其二是当有链路稳定时，每隔1分钟利用ping指令检测目标节点的连通性，从后向前监测，后级连通时则不需检测前级节点，否则，逐步向前监测节点连通状况，并最终确定故障节点。

前述检测过程每分钟自动执行一次，以达到网络链路检测的实时性，满足系统设计指标反应时间为3分钟的要求。

1.4 链路故障节点自动化定位技术研究

基于通信链路自动监测技术，系统每隔一定时间间隔（1分钟）就会自动对各节点通信链路进行连通性检测。当发现有故障节点时，系统会重复3次间隔性检测链路通断，3次检测确定故障节点后，将形成节点故障描述数据结构体，发送给报警模块，报警模块接到指令后，按照报警策略形成特定报警电文发送至声光/短信一体化报警设备进行报警。同时将故障状态写入数据库，以供系统图形化界面显示。具体流程图图4所示。

1.5 声光/短信一体化报警设备研究

课题根据报警策略和报警协议重新设计开发了原有的声光/短信以替换报警设备相关技术，使其更好地将各种报警信息通知监管人员，减轻值班人员工作压力，其物理结构图如图5所示。

该设备接收系统故障自适应报警模块发送来的报警指令电文，并将报警电文解析后启动相应的报警方式。同时支持报警级别信息设置和报警级别设置功能。另外，当值班员按下声光报警确认按键后，设备会发送确认指令至系统故障自适应报警模块，以提供报警确认支持。

报警终端设备由串口通信模块、主控模块、短信报警模块和声光报警模块组成。主控模块是报警终端设备核心，负责管理各种报警指令的执行和报警确认电文的形成。串口通信模块主要负责与系统故障自适应报警模块之间的信息交换，并采用了FIFO技术实现电文的缓存处理。短信报警模块由主控模块控制对目标手机用户发送报警短信。声光报警模块由主控模块控制启动相应的声音/灯光/声光报警支持。

2 结论

该系统成果已经应用于大连航标处各链路监控与管理应用中，不仅可以提高大连航标处所有台站网络通信链路的可用性与完好性监测，还可以有效降低现场检测次数和管理人员工作压力，及时发现故障，减少设备故障时间，提高通信链路故障恢复效率。有效保障辖区航标设施正常运行，设备信号实时收发，提高航标设施的可用率，从而保障船舶航行安全。

参考文献

[1]王英志.航标的发展趋势[J].大连海事大学学报，1994.

[2]李汶.21世纪视觉航标发展政策的探讨[J].中国航海，1996（01）：23-26.

[3]Chang S J.Development and analysis of AIS applications as an efficient tool for vessel traffic service[C]. IEEE TECHNO-OCEAN'04.IEEE，2004.

[4]吴允平，蔡声镇，刘华松.航标遥测遥控信息系统的设计与实现[J].计算机工程，2006，32（12）：253-254.

[5]Gavalas D，Greenwood D，Ghanbari M， et al.Advanced network monitoring applications based on mobile/intelligent agent technology[J]. Computer Communications，2000.

[6]Cassata R，Ali Z.Ping and Traceroute with Evidence Collection in Photonic Networks[J].2008.

作者单位

北海航海保障中心大连航标处 辽宁省大连市 116001endprint

摘 要

为保障基站型通信链路的可用性和故障反应实时性，文章以大连航标处基站型航标设施为依托，针对性的研究设计了基站型航标通信链路自动化监测系统，重点研究了在不改变现有网络物理架构情况下，为大连航标处各基站型航标网络节点提供实时动态网络连接状态监测服务；设计了系统总体架构，链路检测、故障点定位和报警业务逻辑；并重点研究了通信链路自动检测技术；为大连航标处网络系统完好性运行，实时快速锁定网络故障节点提供了直观有效地工具。结果表明，该系统可实时反应网络通信链路通信状况，快速定位网络故障节点，有效提高了基站型航标设施的可用性和可靠性。

【关键词】基站型航标 通信链路 自动化监测

航标助导航设施在保障船舶安全航行，保护海上环境方面具有十分重要的意义。其中，基站性航标设施如AIS基站、DGPS台站等是船岸信息沟通的重要通道，其通信链路可用性与稳定性直接关系到船岸信息交换、航海保障的服务质量。目前，大连航标处现有8座AIS基站、2座DGPS台站、7个航标站，为了发挥这些站点设施在航标遥测遥控、航标作业维护、区域水上交通管理等服务中的作用，随时监测故障，保障链路畅通，保障设施正常运行，需要实时监测其通信链路，以获得满足上述服务需求的数据信息。目前主要靠人员值班，定时巡检发现网络通信链路故障。这种方法不但是值班人员工作压力较大，且故障发现、故障点定位的实时性较差。针对该问题，需要研究基于网络通信技术的系统网络链路检测、故障点自动定位方法。本文首先设计了系统总体架构，链路检测、故障点定位和报警业务逻辑；并重点研究了通信链路自动检测技术；为大连航标处网络系统完好性运行，实时快速锁定网络故障节点提供了直观有效地工具。

1 系统架构与关键技术研究

1.1 系统总体架构设计

基站型航标通信链路自动化监测系统不仅能够检测到目标节点的通信链路运行状况，还能够检测到其中所经过的每个网络路由节点。从而使任何一处发生网络故障时即可以立刻判断故障位置，而不需要从头排查。基于这一需求，该系统总体上分为四个核心模块和一个数据库模块。分别是目标终端配置与图形化设置模块、通信链路监测核心管理模块、故障自适应报警模块和故障节点自动化定位模块，另外包括系统数据库模块。整体框架图如图1所示：

1.2 系统通信链路检测和故障报警业务逻辑设计

针对大连航标处各基站型航标网络拓扑和业务应用分析，系统通信链路检测及故障报警总体业务逻辑如图2所示。

其中图形化配置界面由用户输入配置需要监测的基站型航标地址后，链路监测模块加载自动监测目标，并实时通过故障节点自动化定位模块检测链路通信状况，结果实时反映在图形界面上。一点有故障出现，故障节点自动化定位模块定位故障位置，并通知链路监测模块，供其通知报警模块自适应判断故障类型进行报警。

1.3 通信链路自动监测技术研究

目前，无源检测网络终端技术有两种，其中之一是利用SNMP网络管理协议进行检测网络链接状况[5]，该方法优点是功能强大，但实现十分复杂，一般常用于大型网络自动搜索的所有网络节点的管理。其二是利用Tracerouter和Ping指令协同监测特定目标节点的网络链路状况[6]，其优点是检测效率高，实现简单。基于本课题需求，主要是针对特定目标终端的网络通信链路的检测和监测，因此采用了第二种方法。利用Tracerouter和Ping指令检测网络链路的技术实现业务流程图如图3所示。

目标终端链路自动监测技术中有两个关键点，其一是每过一定时间（1分钟），链路自动化检测核心管理模块会自动向数据库申请是否存在待检测目标终端，发现有检测链路时启动tracerouter进行链路检测，检测结果存储至数据库；其二是当有链路稳定时，每隔1分钟利用ping指令检测目标节点的连通性，从后向前监测，后级连通时则不需检测前级节点，否则，逐步向前监测节点连通状况，并最终确定故障节点。

前述检测过程每分钟自动执行一次，以达到网络链路检测的实时性，满足系统设计指标反应时间为3分钟的要求。

1.4 链路故障节点自动化定位技术研究

基于通信链路自动监测技术，系统每隔一定时间间隔（1分钟）就会自动对各节点通信链路进行连通性检测。当发现有故障节点时，系统会重复3次间隔性检测链路通断，3次检测确定故障节点后，将形成节点故障描述数据结构体，发送给报警模块，报警模块接到指令后，按照报警策略形成特定报警电文发送至声光/短信一体化报警设备进行报警。同时将故障状态写入数据库，以供系统图形化界面显示。具体流程图图4所示。

1.5 声光/短信一体化报警设备研究

课题根据报警策略和报警协议重新设计开发了原有的声光/短信以替换报警设备相关技术，使其更好地将各种报警信息通知监管人员，减轻值班人员工作压力，其物理结构图如图5所示。

该设备接收系统故障自适应报警模块发送来的报警指令电文，并将报警电文解析后启动相应的报警方式。同时支持报警级别信息设置和报警级别设置功能。另外，当值班员按下声光报警确认按键后，设备会发送确认指令至系统故障自适应报警模块，以提供报警确认支持。

报警终端设备由串口通信模块、主控模块、短信报警模块和声光报警模块组成。主控模块是报警终端设备核心，负责管理各种报警指令的执行和报警确认电文的形成。串口通信模块主要负责与系统故障自适应报警模块之间的信息交换，并采用了FIFO技术实现电文的缓存处理。短信报警模块由主控模块控制对目标手机用户发送报警短信。声光报警模块由主控模块控制启动相应的声音/灯光/声光报警支持。

2 结论

该系统成果已经应用于大连航标处各链路监控与管理应用中，不仅可以提高大连航标处所有台站网络通信链路的可用性与完好性监测，还可以有效降低现场检测次数和管理人员工作压力，及时发现故障，减少设备故障时间，提高通信链路故障恢复效率。有效保障辖区航标设施正常运行，设备信号实时收发，提高航标设施的可用率，从而保障船舶航行安全。

参考文献

[1]王英志.航标的发展趋势[J].大连海事大学学报，1994.

[2]李汶.21世纪视觉航标发展政策的探讨[J].中国航海，1996（01）：23-26.

[3]Chang S J.Development and analysis of AIS applications as an efficient tool for vessel traffic service[C]. IEEE TECHNO-OCEAN'04.IEEE，2004.

[4]吴允平，蔡声镇，刘华松.航标遥测遥控信息系统的设计与实现[J].计算机工程，2006，32（12）：253-254.

[5]Gavalas D，Greenwood D，Ghanbari M， et al.Advanced network monitoring applications based on mobile/intelligent agent technology[J]. Computer Communications，2000.

[6]Cassata R，Ali Z.Ping and Traceroute with Evidence Collection in Photonic Networks[J].2008.

作者单位

北海航海保障中心大连航标处 辽宁省大连市 116001endprint

摘 要

为保障基站型通信链路的可用性和故障反应实时性，文章以大连航标处基站型航标设施为依托，针对性的研究设计了基站型航标通信链路自动化监测系统，重点研究了在不改变现有网络物理架构情况下，为大连航标处各基站型航标网络节点提供实时动态网络连接状态监测服务；设计了系统总体架构，链路检测、故障点定位和报警业务逻辑；并重点研究了通信链路自动检测技术；为大连航标处网络系统完好性运行，实时快速锁定网络故障节点提供了直观有效地工具。结果表明，该系统可实时反应网络通信链路通信状况，快速定位网络故障节点，有效提高了基站型航标设施的可用性和可靠性。

【关键词】基站型航标 通信链路 自动化监测

航标助导航设施在保障船舶安全航行，保护海上环境方面具有十分重要的意义。其中，基站性航标设施如AIS基站、DGPS台站等是船岸信息沟通的重要通道，其通信链路可用性与稳定性直接关系到船岸信息交换、航海保障的服务质量。目前，大连航标处现有8座AIS基站、2座DGPS台站、7个航标站，为了发挥这些站点设施在航标遥测遥控、航标作业维护、区域水上交通管理等服务中的作用，随时监测故障，保障链路畅通，保障设施正常运行，需要实时监测其通信链路，以获得满足上述服务需求的数据信息。目前主要靠人员值班，定时巡检发现网络通信链路故障。这种方法不但是值班人员工作压力较大，且故障发现、故障点定位的实时性较差。针对该问题，需要研究基于网络通信技术的系统网络链路检测、故障点自动定位方法。本文首先设计了系统总体架构，链路检测、故障点定位和报警业务逻辑；并重点研究了通信链路自动检测技术；为大连航标处网络系统完好性运行，实时快速锁定网络故障节点提供了直观有效地工具。

1 系统架构与关键技术研究

1.1 系统总体架构设计

基站型航标通信链路自动化监测系统不仅能够检测到目标节点的通信链路运行状况，还能够检测到其中所经过的每个网络路由节点。从而使任何一处发生网络故障时即可以立刻判断故障位置，而不需要从头排查。基于这一需求，该系统总体上分为四个核心模块和一个数据库模块。分别是目标终端配置与图形化设置模块、通信链路监测核心管理模块、故障自适应报警模块和故障节点自动化定位模块，另外包括系统数据库模块。整体框架图如图1所示：

1.2 系统通信链路检测和故障报警业务逻辑设计

针对大连航标处各基站型航标网络拓扑和业务应用分析，系统通信链路检测及故障报警总体业务逻辑如图2所示。

其中图形化配置界面由用户输入配置需要监测的基站型航标地址后，链路监测模块加载自动监测目标，并实时通过故障节点自动化定位模块检测链路通信状况，结果实时反映在图形界面上。一点有故障出现，故障节点自动化定位模块定位故障位置，并通知链路监测模块，供其通知报警模块自适应判断故障类型进行报警。

1.3 通信链路自动监测技术研究

目前，无源检测网络终端技术有两种，其中之一是利用SNMP网络管理协议进行检测网络链接状况[5]，该方法优点是功能强大，但实现十分复杂，一般常用于大型网络自动搜索的所有网络节点的管理。其二是利用Tracerouter和Ping指令协同监测特定目标节点的网络链路状况[6]，其优点是检测效率高，实现简单。基于本课题需求，主要是针对特定目标终端的网络通信链路的检测和监测，因此采用了第二种方法。利用Tracerouter和Ping指令检测网络链路的技术实现业务流程图如图3所示。

目标终端链路自动监测技术中有两个关键点，其一是每过一定时间（1分钟），链路自动化检测核心管理模块会自动向数据库申请是否存在待检测目标终端，发现有检测链路时启动tracerouter进行链路检测，检测结果存储至数据库；其二是当有链路稳定时，每隔1分钟利用ping指令检测目标节点的连通性，从后向前监测，后级连通时则不需检测前级节点，否则，逐步向前监测节点连通状况，并最终确定故障节点。

前述检测过程每分钟自动执行一次，以达到网络链路检测的实时性，满足系统设计指标反应时间为3分钟的要求。

1.4 链路故障节点自动化定位技术研究

基于通信链路自动监测技术，系统每隔一定时间间隔（1分钟）就会自动对各节点通信链路进行连通性检测。当发现有故障节点时，系统会重复3次间隔性检测链路通断，3次检测确定故障节点后，将形成节点故障描述数据结构体，发送给报警模块，报警模块接到指令后，按照报警策略形成特定报警电文发送至声光/短信一体化报警设备进行报警。同时将故障状态写入数据库，以供系统图形化界面显示。具体流程图图4所示。

1.5 声光/短信一体化报警设备研究

课题根据报警策略和报警协议重新设计开发了原有的声光/短信以替换报警设备相关技术，使其更好地将各种报警信息通知监管人员，减轻值班人员工作压力，其物理结构图如图5所示。

该设备接收系统故障自适应报警模块发送来的报警指令电文，并将报警电文解析后启动相应的报警方式。同时支持报警级别信息设置和报警级别设置功能。另外，当值班员按下声光报警确认按键后，设备会发送确认指令至系统故障自适应报警模块，以提供报警确认支持。

报警终端设备由串口通信模块、主控模块、短信报警模块和声光报警模块组成。主控模块是报警终端设备核心，负责管理各种报警指令的执行和报警确认电文的形成。串口通信模块主要负责与系统故障自适应报警模块之间的信息交换，并采用了FIFO技术实现电文的缓存处理。短信报警模块由主控模块控制对目标手机用户发送报警短信。声光报警模块由主控模块控制启动相应的声音/灯光/声光报警支持。

2 结论

该系统成果已经应用于大连航标处各链路监控与管理应用中，不仅可以提高大连航标处所有台站网络通信链路的可用性与完好性监测，还可以有效降低现场检测次数和管理人员工作压力，及时发现故障，减少设备故障时间，提高通信链路故障恢复效率。有效保障辖区航标设施正常运行，设备信号实时收发，提高航标设施的可用率，从而保障船舶航行安全。

参考文献

[1]王英志.航标的发展趋势[J].大连海事大学学报，1994.

[2]李汶.21世纪视觉航标发展政策的探讨[J].中国航海，1996（01）：23-26.

[3]Chang S J.Development and analysis of AIS applications as an efficient tool for vessel traffic service[C]. IEEE TECHNO-OCEAN'04.IEEE，2004.

[4]吴允平，蔡声镇，刘华松.航标遥测遥控信息系统的设计与实现[J].计算机工程，2006，32（12）：253-254.

[5]Gavalas D，Greenwood D，Ghanbari M， et al.Advanced network monitoring applications based on mobile/intelligent agent technology[J]. Computer Communications，2000.

[6]Cassata R，Ali Z.Ping and Traceroute with Evidence Collection in Photonic Networks[J].2008.

作者单位

北海航海保障中心大连航标处 辽宁省大连市 116001endprint