一种基于XML的分层式舰船网络管理模式的设计方法*

杨大生 宁 达 曾文艺

(武汉船舶通信研究所 武汉 430079)



一种基于XML的分层式舰船网络管理模式的设计方法*

杨大生 宁 达 曾文艺

(武汉船舶通信研究所 武汉 430079)

针对现有的舰船网络管理系统性能效率不高的现状,提出了一种基于XML的分层式舰船网络管理模式,着重分析了该模式下XML协议和分层式管理的优势,并对该模式下相关模块进行了设计,最后通过实例分析验证了该模式的合理性和有效性。

XML; 分层式; 舰船; 网络管理模式

Class Number TP206

1 引言

近年来,我国海军舰船出海方式逐渐向编队级发展,舰船内部通信网络多样,舰船之间通信网络各异,其对整个舰船编队通信网的网络管理提出了更高的要求。如何进一步提高大型通信网络管理系统的扩展性、统筹性以及效率性能成了编队通信网的重要问题。

目前,国内舰船网络管理系统常采用管理者-代理(Manager/Agent,M/A)这种集中式管理模式构建,并采用SNMP协议或者私有协议传输数据。但SNMP协议不适合传输大量数据、数据传输效率低且传输不可靠,私有协议由于采用定制方式而不易扩展。同时,集中式模式使得大量的原始数据全部传送给管理者,由此造成了系统数据处理性能差、可靠性和扩展性差等问题。

针对以上问题,本文提出一种基于XML的分层式舰船网络管理模式的设计方法,并对其进行了理论分析与实例验证。

2 XML在网络管理协议中的优势

XML(可扩展性标记语言)是由W3C组织于1998年发布的一种标准,它是一种数据交换格式,允许在不同系统或应用程序之间交换数据[1]。其因为具有强大的数据建模和数据表示能力而备受Internet领域各专家关注。在网络管理领域里,网络管理协议是网络的核心,将XML用作网络管理协议将具有以下几点优势[2～3]:

1) 管理信息的描述性。XML是一种元语言,具有良好的自描述性、结构性、灵活性和可扩展性,适合描述舰船各子网被管对象多层级结构的管理信息。

2) 标准性和可读性。以往的网络管理协议都是二进制传输,不利于人们的理解以及系统对它的处理。但XML采用Unicode字符编码,具有平台独立性和跨网络性,而且在网络中传输时也是保持字符流形式,使得XML具有标准性和很好的可读性。

3) 安全性高。XML具有一系列的安全性标准,主要包括XML Signature、XML Encryption等。这些标准能够保证XML的数据完整性和真实性。

4) 广泛的技术支持。目前已经存在大量的XML处理技术,主要有DOM、SAX、XPath、XSLT等。这些技术有利于网管系统对XML数据的处理。

3 分层式舰船网络管理

3.1 模式分析

我国现有的舰船网络管理系统主要采用M/A集中式网络管理模式,如图1所示。这种网管模式结构简单,管理职能集中,有利于对整个网络系统的全局管理,但也存在以下缺点:

1) 数据处理过于集中。所有的被管设备管理信息都被集中到管理者处理,当管理信息很多且对数据的处理很复杂时,管理者付出的代价很大,严重影响系统性能。

2) 系统扩展性差。当被管设备和网管代理数量增多时,网络中传输的管理信息数据及网络带宽负载会增加,管理者要处理的数据也会增多,降低了网络管理系统的可靠性和健壮性。

3) 灵活性不够。网管系统是C/S(Client/Server)架构的,网管人员只能在管理站进行管理操作。

图1 集中式网络管理模式

随着我国海军舰船通信网络的飞速发展,集中式网络管理模式已经不能满足现行状况的需求,一种分层式网络管理模式应运而生。如图2所示,在该模式下,整个网络管理任务由代理、子网管理者和超级管理者SM(Super Manager)共同完成。代理负责接受该子网中子网管理者的管理操作;子网管理者负责接受超级管理者的管理指令,监视和管理所属子网的代理及设备,并收集被管设备的管理信息;超级管理者负责对所有子网的监控和管理。同时,子网管理者与代理之间传输该子网使用的SNMP协议或者私有协议,而超级管理者与子网管理者采用XML协议来传递其对各子网及其子网设备的管理信息。另外,对子网管理者与超级管理者采用B/S(Browser/Server)架构来提高对系统的远程操作功能。

图2 分层式网络管理模式

这种模式使得整个系统对被管信息数据进行了分层分级处理。相比上述的集中式模式,分层式模式将数据的处理分散给子网管理者和超级管理者。子网管理者会对所有的被管设备信息数据进行初步的过滤和处理,之后再将必要的数据传送给超级管理者处理。这样加快了整个网络管理系统的处理速度,进而提高了系统的效率、性能和可靠性。另外,该模式只需要增加新的子网管理域来扩展其对更多子网及其设备的管理,因而具有更好的扩展性。其超级管理者与子网管理者的B/S架构也使得整个系统能够进行图形化直观控制和远程管理而具有更好的统筹性和灵活性。

3.2 模块设计

下面以某大型网络管理系统为例介绍该模式下超级管理者模块与子网管理者模块的具体设计。

3.2.1 超级管理者

图3为该模式下的超级管理者模块架构。整个模块分为数据通信层、数据处理层和数据显示层。

数据通信层为超级管理者与各子网管理者交互通道。超级管理者与各子网管理者通过HTTP/SOAP方式传送XML协议来交互管理信息。HTTP/SOAP方式具有跨平台、可靠、简洁和互操作性等特点,能够满足XML协议传输的需求[4]。

图3 超级管理者模块架构

数据处理层负责对XML数据的处理。首先通过XML Signature等对XML协议进行安全性的检验;然后采用XML Schema对该XML协议进行合法有效性校验;之后使用DOM技术对XML进行数据的解析;最后将解析的数据和数据库的数据进行业务逻辑处理。

数据显示层为该模块中各大网管功能的界面显示,主要是将数据处理层中的数据以图形化界面显示给网管人员和用户,并且接收用户的网络管理界面操作和输入。

3.2.2 子网管理者

图4为该模式下的子网管理者模块架构,其子网管理者与管理代理之间传输的协议以SNMP协议为例。整个模块也分为数据通信层、数据处理层和数据显示层。

数据通信层通过HTTP/SOAP来传输XML协议与超级管理者通信,并通过SNMP等协议与代理交互。

图4 子网管理者模块架构

与超级管理者相比,子网管理者的数据处理层多了XML/SNMP网关,它主要负责将XML协议与SNMP等协议进行相互转换。文献[5～7]分别提出了相应的XML/SNMP转换方法,这些方法都具有一定的理论和实践指导意义。

数据显示层主要负责该子网的网管功能界面显示并接收用户对该模块的界面输入和操作。

4 实例分析

本文将传统的集中式模式和分层式模式进行实例对比分析。

响应时间表示从发出请求报文到收到报文时的中间时间间隔,主要包括接收方处理报文的时间和网络传输的时间。为了保证数据的可靠性,我们对同一实验做了10次试验,通过Wireshark网络抓包工具进行时间统计。两种模式下对同一被管对象相同数据查询的响应时间结果如表1,两者数据的平均值图形化展示如图5所示。

表1 集中式模式下管理者和分层式模式下超级管理者的查询响应时间表

续表1

模式序号获取不同个数数据的响应时间(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

图5 集中式模式下管理者和分层式模式下超级管理者查询平均响应时间

由表1和图5可以看出,当查询数据时,集中式模式比分层式模式的响应时间要多很多。同时,当查询数据数目增多时,集中式的响应时间显著增加,而分层式则比较稳定。这也证明了相比集中式模式,分层式模式数据处理速度更快、效率更高。

5 结语

针对我国海军舰船通信网络不断增多且越来越复杂的现状,本文提出了一种基于XML的分层式舰船网络管理模式,并结合某大型舰船网络管理系统对该模式下超级管理者与子网管理者两个模块进行了设计,最后通过一个实例对该模式的有效性进行了验证。通过理论分析和具体实践,该模式具有扩展性好、统筹性好、效率性能高等优点,能够满足大型通信网络管理系统的需求。

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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

杨大生,男,硕士研究生,研究方向:网络管理、网络协议。宁达,男,博士,研究方向:网络管理、软件工程。曾文艺,女,硕士,研究方向:计算机软件与理论。

TP206

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.026