基于J2EE框架和Web应用的分布式网络管理系统的研究与实现

张克新，王义学

0 引言

随着视频监控系统的快速发展，网络管理在其中的重要性是越来越突出了。第一，视频监控系统不再是以前的单用户，小户型，视频摄像头和监控点数目少，且视频摄像头的物理安装距离也较近；现在的视频监控系统大多是大容量，远接入的，一个监控系统里往往接有几千到几万个监控设备，如何对这些大规模的前端设备进行有效的管理，是视频监控系统中网络管理模块性能瓶颈所在[1]；第二，前端设备是视频监控系统中需要管理的重点对象，而由于我国监控行业起步较晚，目前各个前端设备厂商尚未形成统一的接口标准，而且绝大多数的前端设备是不支持 SNMP协议，因此如何通过网络管理，将这些不支持 SNMP协议的前端设备有效管理起来，是视频监控系统中网络管理模块亟需解决的问题；第三，视频监控系统的一个最大的特点是要求在前端设备出现故障时，比方说前端设备掉线或出现异常情况，要能够迅速定位故障位置并通知相关人员进行处理。因此怎样及时发现故障并进行相关处理，也就成了衡量视频监控系统中网络管理好坏的一个关键因素。

与视频监控系统对网络管理的特定需求相比，传统的网络管理技术就显得力不从心了。由于受程序设计方法，语言特性及开发环境的诸多限制，以前的网络管理系统大多采用C/S架构，集中式管理，一方面满足不了管理大规模对象的需求，另一面系统的可扩展性差，操作复杂，需要专业人员进行维护[2]。而购买专业的网管软件，不仅价格昂贵，而且往往不能完全满足系统的业务需求。因而，针对系统具体的业务需求，开发一个操作方便，可扩展性好，能够有效管理系统中各类设备的网管系统，就显得势在必行了。因此本文在分析和研究当前网络管理系统的发展状况和新技术的基础上，针对城市联网视频监控系统对网络管理的特定需求，以J2EE为平台，采用多层次结构，综合运用Web技术、Spring业务逻辑控制技术、Ajax技术、Hibernate数据持久化技术等，设计一个基于Web的、开放的、可扩展的、多层结构的分布式网络管理模型，对视频监控系统中支持 SNMP协议和不支持 SNMP协议两类设备进行有效的管理。从而为解决我国的网络管理技术的发展提供一个整体的理论指导和技术可行性的支撑，并为网络管理的工程奠定坚实的基础，推动我国信息产业的发展。

1 基于SNMP/ICE混合网络的管理模型

1.1 视频监控网络管理的特点

在视频监控系统中，网络管理模块是整个系统的“大管家”，负责管理大规模的前端设备和各种不同的应用服务器。结合行业的具体业务需求，视频监控系统中的网络管理具有以下特点：

(1) 被管对象中支持SNMP协议的平台设备只占少数，大部分是不支持SNMP协议的前端设备。

(2) 作为被管对象主体的前端设备，数量庞大，往往成千上万。

(3) 前端设备除不支持SNMP协议外，它们各自的通信接口也不相同。

(4) 监控行业对设备故障是敏感的，它要求能够迅速定位故障设备，且能及时采取相应措施排除故障。

(5) 监控行业在我国起步较晚，发展还不是很成熟，因此网络管理的需求变化是相对较为频繁的，这就要求网管系统可扩展性好，升级方便。

通过上述对监控行业的业务需求分析，容易发现传统的基于 SNMP协议的集中式网络管理，是无法满足视频监控系统对网络管理的特定需求的；而基于 Web的分布式网络管理具有可扩展、易升级、操作简单，方便部署等优点，因而成为视频监控系统中网络管理的理想实现方式。

1.2 基于SNMP/ICE混合网络的管理模型

传统的网络管理对异构设备的管理，普遍采用基于SNMP网关转换方式，即为不支 SNMP协议的设备开发SNMP网关，从而网管服务器以基于 SNMP协议的管理方式统一管理[3]，其结构如图1所示：

图1 统一管理模型

这种统一管理方式屏蔽了被管设备的差异性，即被管设备对网管中心是透明的，不管被管对象是否支持 SNMP协议，网管服务器都能够以一种统一的方式对其进行管理。但是这种管理方式带来的一个问题是：要为每一类不支持SNMP协议的设备开发SNMP网关，而开发SNMP网关的工作量比较大，需要进行MIB库扩展和SNMP报文的拆分和合成等。如果系统中不支持 SNMP协议的设备太多，或者是被管设备参数经常变化时，开发和维护 SNMP网关的工作量将是非常大。因此这种管理模型，适用于被管对象中不支持SNMP协议的设备较少的情况。

在视频监控系统中，被管设备的主体是不支持 SNMP协议的前端设备，各厂商的前端设备通信接口也互不相同且不是一成不变的，因此不适合采用统一网络管理模型。为此，本文提出了基于 SNMP/ICE的混合网络管理模型，模型结构如图2所示：

图2 基于SNMP/ICE混合网络管理模型

基于SNMP/ICE的混合网络管理模型，是将支持SNMP协议的设备和不支持 SNMP协议的设备分开管理：前者还是采用基于SNMP协议的管理方式，后者则通过ICE中间件来间接获取设备信息[4] [5]。在本系统中前端应用服务器集成了各厂商前端设备的SDK，通过这些SDK，前端应用服务器就能够操作各前端设备。而网管服务器与前端应用服务器之间的交互是通过 ICE进行的。这样网管服务器通过前端应用服务器，就能够间接管理不支持 SNMP协议的前端设备了。这种管理方式的最大优点，是免去了为每一类前端设备开发 SNMP网关的复杂工作，即使是以后增加新的前端设备或者是现有的前端设备发生变化，也仅需要更新前端应用服务器中的SDK即可，这大大方便了系统的升级和维护。

从前面对统一管理模型和混合管理模型的比较中，容易发现这两者的区别在于：前者适合于被管对象中不支持SNMP协议的设备较少，后者则适合被管对象中不支持SNMP协议的设备占大多数的情况。而在本系统中被管对象的主体是各厂商的前端设备，这些前端设备大多是不支持SNMP协议的。因此，本系统适合采用基于SNMP/ICE的混合网络管理模型。

2 基于J2EE和Web应用分布式网络管理系统

2.1 网络管理系统的体系架构

针对监控行业的特定业务需求，结合上面提到的混合网络管理模式，本文以J2EE为平台，综合运用Ajax、Spring、Hibernate等时下流行的Web开发技术和ICE通信技术，设计了一种开放的、可扩展的、多层结构的分布式网络管理体系结构，如图3所示：

图3 基于SNMP/ICE混合网络管理模型

基于 Web的分布式网络管理系统是一个多层结构，包括客户端层、Web层、业务层和数据库层，下面分别介绍各层的主要功能：

(1) 客户端层

客户端可以是Java应用程序，也可以是Web浏览器，本系统的客户端采用的是Web客户端。客户端层的功能主要有两个，一方面它通过HTTP协议向Web层发送请求，把用户的指令传递到系统；另一方面，它又是系统响应结果的显示界面。

(2) Web层

Web层是用来响应客户端层传送过来的HTTP请求，并调用相应的Servlet/Jsp进行处理，并将处理结果回传给客户端层。Web层是通过调用业务层的处理程序完成对用户请求的响应，它是连接客户层和其他层的纽带，负责控制整个系统各个模块的运转。

(3) 业务层

系统的核心功能是在这层实现的，例如网络管理中被管设备信息的获取，报警的响应等。业务的实现可以被封装成EJB，JavaBean等形式，供其它层调用。

(4) 数据层

该层是用来存储系统数据，可以采用数据库和文件系统相结合的形式，数据库用来保存大批量且经常变化的数据，而少量且相对稳定的数据就宜于用文件系统来保存。

2.2 网络管理系统的体系架构特点

该体系架构一方面采用分布式结构，分散了管理压力，系统可管理的对象数目得到大大增加，同时系统的可扩展性和可靠性也得到增强；另一方面以浏览器为操作界面，这样大大降低了系统的操作复杂性，同时降低了系统远程管理的难度和增强了系统的可移植性。

3 网管系统中核心模块的实现

一个完善的网络管理系统是应该包含配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和计费管理[6]。但在实际开发过程中，企业往往会结合本身的业务需求，将开发重点放在其中某几个模块上，甚至某些模块根本不做实现。在本系统中，对系统中各类设备，包括平台设备和前端设备的配置管理、性能管理和故障管理是重点。下面重点介绍平台设备的管理、前端设备的管理模块的实现。

3.1 平台设备的管理

系统中的平台设备指的是各种应用服务器，包括前端应用服务器、流媒体服务器、客户端应用服务器等。这一类设备载体就是计算机主机，而流行的操作系统，不管是Windows还是Unix或是Linux，都是支持SNMP协议的，因此对这一类设备的管理，可以通过 SNMP协议获取其运行情况。平台设备的管理包括性能管理和故障管理，其主要目的有：提供平台设备运行历史情况和实时情况；为负载均衡模块提供性能参考数据；监控平台设备运行情况，及时发现和处理故障。平台设备管理结构如图4所示：

图4 平台设备管理结构

3.2 前端设备的管理

前端设备是本系统中重点管理的对象，它有两个重要特征：其一是数目庞大，这就决定了对前端设备的管理不能采用传统的集中式管理了；其二是前端设备大都不支持SNMP协议，且通信接口各异，这就决定对前端设备的管理不能采用基于SNMP协议管理模式，也不方便采用基于SNMP网关代理模式。针对这两个特点，本系统提出了如下图5所示的前端设备管理模式。

图5 前端设备管理模式

该管理模式的优点是：首先是它将原先集中于网管服务器的管理压力，分散给了多个前端应用服务器；其次该管理模式在以后系统扩展的时候特别方便，只需要相应增加前端应用服务器即可；还有一个优点是网管服务器采用 ICE通信协议与前端应用服务器交互，这就免去了为每一类前端设备开发SNMP网关的繁重工作。

前端设备管理包括配置管理和故障管理，其主要目的有：实时获取前端设备参数配置信息；为各厂商前端设备配置参数；监控前端设备运行情况，及时发现和处理故障。其结构如图6所示：

图6 前端设备管理结构

4 总结

本文从城市联网视频监控系统的实际需求出发，提出了基于SNMP协议和ICE通信协议的混合网络管理模型，并以J2EE为平台，采用前沿的网络管理技术——基于Web的网络管理来实现此模型。

此外，在开发过程中，基于J2EE的架构来设计系统更加灵活，它能够给基于 Web的分布式开发带来巨大的方便性，尤其是Spring 技术，作为J2EE轻量级框架的代表，它大大降低了J2EE实现的复杂度，促进了J2EE应用的发展和普及。

[1] 赵欣,徐孟春等.基于J2EE的网络管理系统资源整合[J] .计算机工程,2006,(02):122-123.

[2] 林建坛,石志强.大规模视频监控系统网管子系统的设计与实现[J] .计算机工程与设计, 2009,30(13):3041-3042.

[3] 李晓宾,李淑珍.一种基于SNMP的Web网络管理系统的设计与实现[J] .微计算机信息,2010,(03):142-143.

[4] Girish Bantwal Baliga.A Middleware Framework For Networked Control Systems M S,University of Illinois at Urbana-Champaign.2004:1-9.

[5] 丁东京,周明天,基于 ICE的局域网监控设计与实现[J] ,计算机工程与设计,2007,(05):2466-2467.

[6] MarkA Miller,EE.著.晏明峰李静译.用 SNMP管理互联网络(第三版)[M] .北京:中国水利水电出版社,2001.