空管系统网络监控系统的设计分析
时间：2021-05-13 00:02:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：随着空中交通日益繁忙，安全因素是一个必须考虑的问题，不断增加的流量将会使每年发生事故的概率不断增加。交通管理系统是一种典型的使命重大系统，其安全性、可靠性对于系统运行至关重要，该文基于SNMP协议分析了空中交通管理系统中的网络监控系统的功能、作用，设计了基于SNMP协议的网络监控系统的架构，并对关键模块的实现进行了探讨。
关键词：空中交通管理；SNMP；网络监控
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)08-1769-02
1 研究背景
由于空中管理不善而酿成的悲剧在历史上已发生多次，在克罗地亚发生过美军军机和民航客机相撞的事故，还有在亚利桑那发生过C-10运输机坠毁的事故，在过去的几年内，美国境内发生的军机和民航空难已经夺去了将近2000人的生命。在军事用途中，美国当前正在积极在NAS、ATLANTIC、EUROPE和PACFIC等地区应用CNS/ATM系统，以适应其全球化作战。
随着计算机和通信技术的发展为改善空管严峻形势创造了条件，各种新理论和新技术层出不穷。国际民航组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）成立了专门研究未来航行系统的的未来空中导航系统特别委员会。国外的空管系统经过几十年的发展，已经发展到了相当高的水平。当前国外新一代的空管系统利用了现有的先机的计算机技术，通过具有高度可靠性的网络数据传输，实现了分布式的网络协同空管，从各自独立的雷达系统监控发展到了以多雷达组网和以GPS为基础的三维监视网络，实现了多数据源融合的全方位综合数据显示处理平台，提高了空域的利用效率和灵活性，增大了空中流量。
2 空中交通管理系统功能及组成
空中交通管理系统发展到当前阶段，已经成为一个网络化的，分布式的复杂实时控制系统，其信息来源多种多样，可以通过卫星、通信线路、雷达以及其他空管中心获取详细的管理信息、飞行计划、气象信息以及其他的业务管理信息等。空中交通管理系统经过数据处理，然后通过各种人机界面展示给空中交通管理人员，实现辅助管理、指挥控制交通等功能。
一般来说，一个功能完善的空中交通管理系统包括如下几个子系统，这几个子系统相互协作共同完成空中交通管理系统的功能。
雷达数据处理子系统，实现接收雷达数据并实现数据的预处理，分别接收飞行数据、气象数据以及云图数据，通过对接收数据采用优化算法完成诸如航迹关联、融合的功能，并以恰当的方式以人机界面子系统呈现给操作人员；飞行数据处理子系统，通过人机界面、AFTN自动电报网络等途径，接收并处理飞行计划数据，然后对其进行动态航迹分析，检查飞机间冲突的可能性或者飞机与地形冲突的可能性，保障飞机的安全飞行；地理信息系统，提供整个系统所需要的相关的空地信息数据，包括机场数据、地图数据、地形数据等，并将这些数据传递给其他子系统作为分析和判断的依据；人机界面子系统，操作人员和系统的信息交互都是通过人机界面来实现，例如雷达数据的显示、飞行数据的显示、空域情况的显示等等，设计良好的人机界面，有助于空管员更好地完成空中交通管理任务；记录和回放子系统，完成全天候的不间断的数据记录，包括雷达数据、飞行情报数据、气象数据、航行数据，以及管理员的操作记录、语音数据等，以备重放和检查。网络监控子系统，对于空中交通管理系统而言，上述的几个子系统都是分布式的，而只有通过网络才能够将它们有效互联实现信息的传递和资源的共享，如果把空中交通管理系统比喻为一个人体的话，上述的几个子系统是人体的器官，而只有通过网络这种神经才能够将各个器官互联发挥出应有的作用。
空中交通管理系统，要求具有极高的可靠性，是典型的使命重大系统，为了让系统长时间可靠的、安全的运行，系统中的软硬件运行状态必须保持时刻关注，密切监控，这样才能做到防患于未然，这就是网络监控子系统的意义所在。
监控系统必须能够对系统中的各个软硬件进行有效地、严密的监控，及时收集系统中软硬件的配置情况、动态运行情况，以及资源耗费情况，但是又要求网络监控子系统对整个空中交通管理系统的性能几乎无影响。
3 SNMP协议概述
20世纪80年代后期，当互联网发展呈指数增加时，提出了开发功能更强并易于普通网络管理人员学习和使用的标准协议的需求。有三个影响较大的通用网络管理方法：高层实体管理系统(HEMS)，简单网络管理协议(SNMP)；TCP/IP上的CMIP(CMOT)，最大限度地与OSI标准的CMIP、服务以及数据库结构保持一致。
SNMP (Simple Network Management Protocol)简单网络管理协议，是基于UDP的一种协议，专门用于数据网络管理，实际上它已经成为TCP/IP协议家族的一个规范的协议标准。1988年发布了SNMP，1990年，IETF正式公布了Internet网络管理标准SNMP[RFC 1155，1157]，1990年5月，对SNMP的三个核心部分被IAB提升为正式标准，1993年正式发表的SNMP第二版SNMPv2，1996年1月又发布了SNMPv2的修改，1998年1月SNMPv3发布。SNMPv3在保持SNMPv2基本管理功能的基础上，增加了安全性和管理性描述。
网络管理技术的一个新趋势就是采用远程网络监控，而SNMP具有远程监控（RMON）能力的开发，远程监控区别于以往单独设备监控，具备整个子网监控的能力，是简单网络管理向互联网管理过渡的重要步骤，另外，RMON还对基本SNMP MIB进行了扩展。
SNMP的体系结构如图2所示。
SNMP的网络管理模型包括四个关键元素：管理进程，又称管理站(Management Station)，管理代理（agent），管理信息库（MIB），网络管理协议。MIB(Management Information Base)管理信息数据库，在网络上的每一个单一节点，即网络部件或终端，如果这样的节点集成了SNMP Agent，那么它们可以提供一个结构化的表格信息，这种表格信息称为MIB。Manager管理站可以轮询网络节点Agent，网络节点Agent也可以通过Trap来报告指定的信息给Manager，不需要Manager特殊的请求。在通信网管理中，保持管理信息库和实际设备状态及参数一致包括两种方法，一种是基于中断的事件驱动方法，另外一种是轮询驱动方法。管理信息的交换通过GetRequest、GetNextRequest、SetRequest、GetResponse、Trap共5个SNMP协议操作进行。
SNMP支持的操作包括Get、Set和Trap，Get用于管理站从被管理站提取标量对象值，Set用于管理站更新被管理站中的标量对象值，Trap用于被管理站主动向管理站发送一个标量对象值。
4 基于SNMP的网络监控系统设计
1）系统结构
基于分布、集中的原则，需要对多个节点进行监控，还要提供远程监控接口，监控子系统可以采用监控代理——监控工作站——对外接口三层结构。
具体地，监控系统的组成采用如下的配置，各个处理机上运行委托代理（proxy agent）软件，它是由自主开发的与SNMP协议相符合的代理程序以及MIB对象组成，将自主监控信息和SNMP机制有机地结合起来。支持SNMP协议的设备上运行监控代理（agent），又可以分为工作站代理、服务器代理、前端机代理等。这部分的功能主要是完成本地设备管理、信息收集和上报。如果设备不支持SNMP协议，则连接主机上的委托代理（proxy agent），在技术监控席位上运行技术监控显示软件（SMPC）和信息收集以及探针功能软件（probe），监控显示软件提供了对当前系统配置和运行状态的直观显示，而且便于技术保障人员对系统的控制，系统探针软件用于不便于安装监控代理环境的情况下。在服务器上运行系统监控记录软件（manager），记录整个系统所有的记录，并将当前发生操作与系统历史状态进行对比分析，对系统中所发生的重要事件进行登记。
2）技术监控显示软件设计
以技术监控显示软件为例，下面进行具体的分析。技术监控显示软件的架构图如图3所示。
如图所示，主控模块负责网络通信、定时调度以及线程管理等，对于每一个监控设备、监控点设立一个类组对应，一个类组由一个负责该设备坚实界面显示的类和负责后台处理数据包、控制命令组成的类构成。在SNMP机制中最重要的组成部分就是SNMP代理，代理是驻留于网络被管理设备中的处理实体。SMUX扩展代理流程图如图4所示。
在SNMP机制中，所有对象信息以MIB库的形式提供，信息的交互的基础就是要把各种监控信息进行整理和规范，最终形成管理信息库MIB。MIB初始化操作的部分代码如下：
Static struct smuxEntry * qf
If ((qf = getmuxEntrybyname(“mdmc”))==NULL){…}
If(readobjects(“mdmc.defs”)==NOTOK){…}
在初始化过程中，调用getmuxEntrybyname()查找SMUX等进程是否存在，任何扩展的代理都需要在文件中进行登记，然后将MIB的定义文件，如本例中的mdmc.defs来调用readobject()函数完成OID树的生成。
5 结束语
构建网络监控系统，对整个空中交通管理系统网络中的重要设备、链路运行状态、性能和安全状况实时监测，有助于空中交通管理系统功能的正常发挥，也有助于技术保障人员提高网络运维水平，为不断飞速发展的民用航空空中交通提供更安全的技术保障。
参考文献：
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