一种基于Perl的嵌入式网络化设备的SNMP代理

魏荣娟　周　欢

（西安邮电大学　西安　710000）

1　引言

最近的技术进步实现了开发的低成本、低功耗，以及多功能的网络化嵌入式设备。其中之一就是单片机被广泛地应用到各种嵌入式系统中。这些设备集成了传感器、处理和通信能力。我们可以把这些设备应用到其他各行各业中，例如农业、工业和环境监测等，使其具有普变性。因此在今天，越来越多的网络化嵌入式系统控制着许多常用的设备。例如，智能生活，一个全新的服务，通过利用技术给你带来额外的舒适、方便、效率来提高你的生活质量。异构技术产品和普遍的系统正在激增，这些占据了专业、个人、交通、交通生活环境等各个方面。有关发现服务、自动化、环境意识、安全处理等方面的问题已经在研究中得到解决。几个优秀成果主要集中在调度或管理上。然而这些问题并没有得到彻底的解决。此外，长期以来收视率一直被视为一个重要的反馈机制，其结果极大地影响了电视公司、广告商、节目制作人的巨大利润，并且决定了节目的长度。相反，一旦网络嵌入式设备成为主要的娱乐设备，设备就应提供基本的运算功能，然而，这种方法的主要问题之一是网络化嵌入式设备的控制。

简单网络管理协议（SNMP），它可以管理和监控IP网络中的设备［1］，大多数的专业级网络单元都附带着SNMP代理［2］。我们必须启动、配置这些代理使它们能够与网络管理系统（NMS）进行通信。SNMP网络管理有许多优秀的产品，如MIB管理、家庭自动化、电力线路控制，集群管理和安全。一般来说，这些代理是为具有强大的计算功能的设备设计的。随着网络化嵌入式系统日益增长的需求，我们将提供一个更简单的方法来设计和管理这些代理。因为许多基于单片机的嵌入式设备是通过串口通信的，我们将设计一个新的代理来满足此需求。

本文提出了一种基于单片机的SNMP代理来高效地控制网络化嵌入式仪器。我们这个代理的目的是提供一种有效的方式来将SNMP的GET命令解释成为串口通信协议。此外，代理也可以从网络化的嵌入式设备接收数据［3］。我们将SNMP库和单片机的功能整合在一起，没有涉及MIB模块，而是设计了一个小型网络化的嵌入式设备。这种技术将会帮助设计师来构建一个用于单片机应用程序的小型SNMP代理。

2　SNMP网络管理

在所有的网络化配置中都有两种类型的系统：代理和管理者，这是所有网络管理的基本思想。SNMP，它可以管理和监控IP网络上的设备。通常支持SNMP的设备包括路由器、交换机、服务器、工作站等等［4］。网络上所有需要被管理的设备，都需要一个代理模块。它主要在网络管理系统中用于监控网络上连接的设备，并对设备进行管理［5］。因此，代理负责1）收集和维护有关系统环境的信息，2）提供这些信息给管理者，3）响应管理者的命令来更改配置或操作参数。

图1显示了有代理的SNMP简单网络管理模块的工作过程。SNMP有四个主要组件：网络管理系统、被管理的设备、代理和管理信息库（MIB），SNMP管理者和SNMP代理之间的通信主要通过5个基本信息来实现［6］，分别是 GET，GET-NEXT，GETRESPONSE，SET，和 TRAP。GET和 GETNEXT消息允许管理者为一个特定的变量请求信息。管理信息库（MIB）是一个用于管理通信网络中实体的数据库［7］。图2是SNMPMIB树的一个例子，数据库是层次结构的，而且每个对象实体由对象标识符来标识。

图1　SNMP代理的工作过程

图2　SNMPMIB树

3　SNMP实现

SNMP协议有许多种实现方式，最著名的SNMP代理有3Com（SuperStack II），Cisco，HP，IBM，Nortel（Baystack450，Passport 8610） ，UCD/Net-SNMP，MicrosoftWindows XP代理，NuDesign代理，SNMP Research CIA代理，Cabletron系统（ssr2000），Xircom（GemTek）等。

考虑到成本问题，基于开源工具NetSNMP来实现我们的SNMP代理。Net-SNMP是一套使用IPv4和 IPv6来实现SNMP v1，SNMP v2c和SNMP v3的应用程序。这套程序包括：从支持SNMP的设备中检索信息、操作设备的配置信息，检索一个固定的信息集合、数字和MIBOID文本之间的形式转换、一个接收SNMP通知的守护进程和一个可扩展的SNMP应用程序库。通过使用Net-SNMP设计一个框架和接口集成基于perl的SNMP代理。借助于Net-SNMP，可以很容易地开发我们自己的SNMP代理，而没有过多的开销。

4　网络化嵌入式设备的SNMP代理

SNMP是一种被广泛接受的协议，它可以管理和监控网络单元。然而，很多嵌入式设备可能并不支持本机SNMP协议。因此需要一个代理，它可以提供一个有效的方式将SNMP的GET命令解释为串口通信协议。为了管理网络化的嵌入式应用程序的设备，设计了一个基于单片机的SNMP代理来有效控制设备。图3是我们设计的系统架构，在设计中，集成了Net-SNMP库和单片机的功能，没有MIB模块，而是设计了一个小型的网络化嵌入式设备。我们使用Net-SNMP的扩展代理功能来映射所设计的功能中的MIB库的对象［8］。Net-SNMP代理（snmpd）负责处理传入请求和从Net-SNMP库的传输层和处理层传送进来的信息。结果，专门为基于单片机的网络化嵌入式设备设计了一款小型SNMP代理。Net-SNMP是基于以下的技术来管理设备的：

功能命令（如exec、extend、pass）；

动态模块（如嵌入式perl、dlmod）；

与代理的通信（proxy、SUMX、AgentX）。

我们的设计有四个主要部分：SNMP管理者、嵌入式perl Net-SNMP，perl模块和网络化的嵌入式设备。采用CPAN（Perl程序库），Net-SNMP代理模块，这个模块提供了一个API和代理对象来支持对OID树的处理。

图3　网络化嵌入式设备代理框架

在调用SNMP代理之前，有几个步骤需要完成。首先，要在snmpd.conf文件中设置基本配置。用户必须把rocommunity和rwcommunity设置成read-only和readwrite模式。接下来，用户就可以调用snmpd程序了。我们可以在/etc/rc.conf文件中通过“snmpd enable=YES”与设置配置。用下面的命令安装Perl模块：

$agent-¿register（”serialcontrol”，”.1.3.6.1.4.1.8072.9999.9999”，&serial handler）；

之后，用户就可以通过下面这条命令调用嵌入式 Perl模 块 ：perldo”/usr/share/snmp/serialcontrol.pl”。

图4显示了在FreeBSD系统中SNMP代理的GET命令的处理流程。图5显示了串口控制的Perl程序。程序设置的参数包括波特率、奇偶校验、数据位和停止位［9］。为了和基于单片机的网络化嵌入式设备通信，设置系统的cuau0接到COM1口上［10］。

图4　FreeBSD系统上的SNMP代理Get

图5　SNMP串口控制程序

在单片机模块中，我们设置波特率，串口和汇编程序的命令检查。尤其是要设置TH1=256-（（11059000/384）/1200）=232。为了和单片机通信，如图6所示，将SNMP代理和串口集成在一起。

图6　带串口的SNMP代理的Get命令的集成

5　实现

在两种不同的平台上实现我们所提出的SNMP代理：一个8位单片机，和一个ARM操作系统。第一个实验，在单片机实验板上实现了基于单片机的SNMP代理。如图7所示，这个测试板的CPU是一个8位单片机。

图7　测试板1

图8显示我们提出的方案的工作环境。用户可以使用一台PC机或者上网本来控制网络化嵌入式系统。支持蓝牙协议的SNMP代理Get/Set的全部程序在图9中。

图8　工作环境

我们用iReasoning MIB browser来测试SNMP代理的Get功能，如图10所示，当设置Net-SNMP代理的OID为.1.3.6.1.4.1.8072.9999.9999.1.0，系统可以获取到控制状态。之后，演示板上的LED灯将会如图11所示。同样地，如果设置SNMP代理的OID为.1.3.6.1.4.1.8072.9999.9999，演示板上的LED灯将会如图12所示。

图9　SNMP代理的Get/Set步骤

图10　获取到的控制状态

图11　实验结果1

图12　实验结果2

我们在基于ARM的系统上也实现了SNMP代理。在这个实验中，用SNMP命令和iReasoning MIB浏览器执行SNMP的Get/Set命令。图13所示为测试板2，在基于ARM的Debian Linux系统上的SNMP代理如图14所示。使用SNMP命令来对SNMP代理进行设置。单片机对象将会映射到一个SNMPOID。图15所示为测试板2的工作环境。

图13　测试板2

图14　SNMP代理在基于ARM的Debian Linux操作系统上的工作流程

在这个试验中，用PRTG Network Monitor来监控测试板，SNMP代理可以很容易地得到这些测试板的一些信息。

图15　测试板2的工作环境

SNMP协议是基于对象注册树来对对象机型验证。目的是提供一个可以有效地管理设备对象的方法。Net-SNMP提供了一个灵活且可扩展的API。我们可以采用这个API来构建自己的程序，然后，将它添加到代理的MIB列表中。开发一个管理程序的方式不同，开销也就不同。如果用C语言开发，代码量有500多行，如果用Perl语言开发，则代码量大概是56行。CPU利用率是相似的，如果我们用C语言开发管理端程序，没有支持C语言的库来减少开发的开销。但是如果采用Perl语言，则可以使用CPAN库来减少开发的开销。调试也很重要，因为基于Perl语言的程序规模比基于C语言方案的要小，所以基于Perl语言的程序调试也比基于C语言的要容易的多，Perl开发的速度比C语言的快。

表1　两种开发方式的比较

使用SNMP的最大优点是设计简单，因此它很容易在一个大型网络上实现，因为它既不需要很长时间来设置，也不会给网络造成很大的压力［11］。用表2的调查方法控制网络化嵌入式设备。可以用因特网（TCP/IP）、PSTN调制解调器、有线网络和无线网络来控制网络化嵌入式设备。如表2所示，SNMP代理可以支持大型网络。它是一个开方式标准，因此很容易将自己的程序和SNMP集成。这个简易的最终成果是一个网络管理端，它可以很容易地在现有网络上实现，而且不会对网络造成很大的压力［12］。此外，它为管理提供了最大的灵活性，管理既可以采用集中式服务器，也可以通过分布式来实现。

表2　控制网络化嵌入式设备的方式

6　结语

本文提出了一种基于单片机的SNMP代理，它可以有效地控制网络化嵌入式设备。我们将Net-SNMP库和单片机功能集成在一起，没有建立MIB模块，而是为资源受限的设备设计了一款小型SNMP代理。这种技术将会有助于为网络化嵌入式系统构建一个小型的SNMP代理，它不仅可以给基于单片机的设备提供一个控制方案，还可以利用TCP/IP网络和串口通信来扩展其灵活性。和现代网络化嵌入式设备相比，此技术扩展了适用性，并使管理更加方便。

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