| 标题 | 一种可适应物联网异构网络管理系统的研究与设计 |
| 范文 | 于占龙 刘越 富春岩 周虹 薛佳楣 王晓娟 摘要：通过物联网网络管理可优化物联网的资源配置，降低成本，延长系统的生命周期，提高服务质量。但由于异构物联网的特性，传统网络管理协议已不再适用。本项目组提出一种新型的网络管理体系架构，为了验证这种新型的网络管理体系，本文进行了可适应物联网异构网络管理系统的研究与设计。 关键词：异构物联网；网络管理系统；网络管理协议 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）16-0018-02 随着物联网应用的不断拓展，物联网的网络结构日益复杂、规模也越来越庞大，这时再纯粹依靠网络管理人员对物联网进行管理已经不能满足应用的需求，因此物联网网络管理的需求提上了日程。物联网的网络管理工作，可提高系统的可靠性、提高效率，解决共享性、自相似性等问题。通过物联网网络管理系统可完成对系统资源优化配置、提高性能、发现并排除故障、提供安全性管理等功能，通过这些功能可保障网络系统稳定、安全可靠、高效的运行[1]。 物联网网络管理要尽可能充分地利用有限的网络资源，保证应用要求的服务质量。但由于异构物联网的特性，传统的网络管理协议已不适用，我们提出一种新型的网络管理体系架构满足物联网网络管理的需求。 1 网管组织模型设计 物联网是一个包含很多异构网络和异构节点的复杂网络，因此需要有一个灵活的网络管理架构来适应不同规模的网络。本系统的网络管理模型采用分层结构，由中心管理站、分管站、网关、传感器网管簇首、节点代理等五层组成。 中心管理站作为物联网网络管理系统的最高层，拥有最高权限，它的功能主要是负责对整个网络的运行进行总体规划，以及完成各种状态的监控。中心管理站可对所有的关键事件进行处理，是整个网络管理系统的核心。 分管站是中心管理站的下级管理站，可动态地管理它所辖范围内的物联网的网络节点。可对分管范围内的节点进行配置、进行性能、故障、安全性等管理。它的责任是形成新任务、性能、故障等实时的状态报告，并发送到中心管理站。 网关可完成 IP 网络与传感器网络（通常为非 IP 网络）的网络管理信息转换功能，以便兼容非 IP 的传感器网络设备的网络管理功能。 簇首在逻辑上是网管网关的下级节点，可以实现多一些传感器网络的管理功能，簇首是被指定的或按一定的规则智能选举产生，实现簇内的物联网节点管理以及维护簇结构，同时接受中心管理站或分管站的管理，报告关键事件。 节点代理由普通代理和传感器代理两部分组成。 2 网管信息模型设计 信息模型主要描述管理的对象，通过管理信息库的结构和管理信息的定义来体现。采用了四种基本类型（INTEGER、OCTET STRING、NULL 和 OBJECT IDENTIFIER）和兩个构造类型（SEQUENCE 和 SEQUENCE OF）来定义 SNMP 的管理信息库（MIB）[2]。为了以简洁而有效的方式来描述被管对象，我们参照 GDMO 规范，进行了适当的改进，提供了用于形式化描述 MO 及其相互关系的语法机制——模板。定义了 6 个模板：管理对象类模板、参数模板、属性模板、属性组模板、动作模板和通知模板。 3网管验证系统设计 网管验证系统主要完成配置管理、性能管理、故障管理和安全管理功能。 3.1配置管理 配置管理是网络管理中的最基本任务，也是物联网网络管理中最主要的功能之一，是其他管理功能的桥梁，也是现有网络管理应用领域里最成熟的功能。配置管理可完成对网络元素的拓扑关系、网络元素的地址、网络运行参数、网络元素的备份操作条件、网络元素的配置更改条件等信息的管理。 配置管理将定义、收集、监视和修改这主要针对以下一些网络配置信息。这里的配置信息包括管理域内的所有被管对象的任何静态和动态信息，配置数据不仅仅由配置管理功能使用，还被网络管理的其他功能（如性能管理、故障管理、安全管理）广泛使用。配置管理主要是通过查看和修改被管对象的属性值来监视和控制被管对象和整个网络的运行。 3.2 性能管理 任何网络管理系统一定要具备监网络性能，向网络管理者提供实时监控数据的功能。当网络性能不理想时，网络性能管理功能就可通过对网络资源的合理调整来改善优化网络的性能。 本系统性能管理可完成对被管对象的管理，对相关性能数据的收集并进行分析，产生可视化的性能报告，并可进行实时的性能监控。该系统的性能管理功能还可选择监测对象和检测的方式，进行数据的收集、分析和统计，管理对象的性能，产生性能的历史数据并进行数据记录和数据维护。本模块还可以分析当前统计数据并进行性能故障的监测、产生报警信息，并根据所获数据及信息及时进行网络状态的调整，提供合理有效的网络性能报告。 3.3 故障管理 通过网络故障管理的功能可以在网络发生故障时，用最短的时间、以最小的代价对网络进行恢复，使网络正常运行。对网络中各网络元素的运行状态进行实时地监控，及时发现并校正网络元素的故障，并产生相应的故障报警并把相关数据信息作为配置管理的依据。 本系统的故障管理功能包括6个子功能模块：故障检测、报警信息过滤与关联、故障报警、检索与分析故障信息、排错支持工具、故障管理配置。 如图1 所示，故障监测模块主要完成初步的故障确认，在轮询得到数据的变化超过阈值，或者得到代理通告消息时，就发出报警信息。这里将采用报警信息（报警标识符，报警类型，报警对象类，报警对象实例，严重程度，报警时间）的六元组和征兆关联表。 其中报警类型包括 ：通信报警、业务质量报警、处理机报警、设备报警、环境报警等5种。通信报警指连接建立报警、校验报警、时钟报警；设备报警指线路报警、端口报警、电源报警；业务质量报警指连接建立持续失败、相应时间持续超时、网络拥塞；处理机报警指缓冲区溢出、内存故障、软件故障。严重程度可分为：严重报警、重大报警、报警和次要报警。 故障信息过滤与关联模块则是在每次收到报警信息后，进行征兆关联表的匹配，判断与此征兆关联密切的报警是否已经发生，如果为真，则进行严重程度的判定，如果当前征兆严重程度低于已发生征兆的严重程度，则视为冗余，进行丢弃处理，否则将替换原有报警信息，发出故障警告。 在故障报警模块中，按照故障的类型和等级进行不同形式的报警提示（如：消息窗口 、声音或发送电子邮件）； 而检索/分析故障信 息模块则对故障管理信息进 行查询，对历史故障信息进行分析，因此需要故障信息日志库（故障标示符，关键字，故障描述，故障原因，解决方案）的支持；通过排错支持工具，实现对故障设备进行实时测试的辅助和提供排错过程的帮助机制；在故障管理配置中，完成对管理人员和被管对象的维护、设置阈值等。 3.4 安全管理 本系统的安全管理功能包括两部分：网络管理系统自身的安全和被管网络对象的安全。主要功能包括：用户身份验证与授权；管理信息存储和传输的加密与完整性；分组管理与访问控制；系统日志； 主机系统的安全漏洞检测；自主安全检测与防御；监视并阻止非法入侵等。 4 总结 本文对异构网络管理系统及功能模块进行了设计，阐述了各模块的主要功能。通过该系统的验证，我们提出的新型的网络管理体系结构具有良好的可扩展性和可伸缩性，能够满足网络的规模和结构要求，同时具有良好的移动自适应性和灵活性，适应网络本身的节点移动、链路暂时及受环境影响的动态特征。 参考文献： [1] 李健. 物联网关键技术与标准化分析[J]. 通信管理与技术， 2010，6（3）. [2] Tolle G， Cull er D. Design of an Application cooperative Management System for Wireless Sensor Networks[C]. Proc. EWSN. Feb. 2005： 121-132. |
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