基于嵌入式技术的网络数据采集系统研究

曹 聪 刘治国 张德育

（1、沈阳理工大学通信与网络工程中心，辽宁 沈阳 1101592、大连大学通信与网络重点实验室，辽宁 大连 116000）

引言

应急通信网络是应付紧急情况临时搭建的通信系统，该网络是一个易受攻击的系统，可能受到恶劣的外界环境、强干扰等多种因素的影响，这些都使网络中的软硬件资源故障发生率居高不下。因此需要引入监控系统对其软硬件资源进行实时监控管理，数据采集作为监控系统的基本功能，采集的方式将直接影响到通信网络的整体性能。考虑应急通信网络具有小型化、节能、可移动性、简单易操作等特点，数据采集系统应采用当前流行的嵌入式系统结构。嵌入式系统本身集成CPU、内存、FLASH、网口、串口、PCI接口等硬件资源，数据的采集和处理工作主要通过嵌入式系统的资源完成，从而减少了应急通信网络资源的消耗。

1 数据采集系统的硬件设计

系统的硬件结构框图如图1所示，在硬件配置上以Intel公司的IXP425网络处理器为核心，其内部的SDRAM控制器与四片HY57V561620CTP-H芯片相连，构成128M动态存储空间；扩展总线上连接了两片JS28F128J3D75芯片组成32M的FLASH存储空间，用来存放启动代码、操作系统、文件系统和数据采集程序；处理器的媒体独立接口与一片LXT972C芯片相连，向外提供10/100M自适应网络接口。扩展板上包含RJ45以太网接口、PCI接口、调试串口、通讯串口等，以太网接口与核心板LXT972C芯片相连，负责主机数据和网络信息数据的传输；PCI接口与IXP425内部的PCI总线相连，负责主机数据的传输和主机信息的采集；调试串口和通讯串口分别与IXP425内部的两个高速串行接口相连，调试串口主要用于接收和发送调试信息，通讯串口主要用来采集不支持PCI接口和网络通讯的设备信息。

图1 系统硬件结构框图

图2 数据采集系统软件结构

2 数据采集系统的软件设计

本系统采用主动采集和被动采集相结合的采集方式，主动采集主要应用简单网络管理协议(SNMP)，而被动采集主要采用网络探针和收集SNMP Trap报文的方法，具体的数据采集结构如图2所示。

SNMP协议是应用层的通信协议，主要采用Client/Server架构，SNMP协议定义了数据包的格式，并且对外提供了用于控制管理信息库(MIB)对象的基本操作命令。基于SNMP协议的数据采集，在实现上主要完成两部分的设计：管理者和管理代理。管理者运行在嵌入式板卡端，负责构造SNMP请求报文，与驻留在网络结点中的代理(agent)交换信息，同时异步接收代理发送的Trap消息。而代理运行在被监控的网络结点中，负责维护结点的状态信息，接受管理者的查询，而且当结点发生特定的事件的时候，代理根据预先设定好的告警机制向管理者发送状态改变Trap消息，目前网络主机和网络设备都提供了SNMP协议支持，而且可以根据监控系统的需要对代理程序进行扩展。

图3 主机与板卡硬件通信结构

图4 PCI板卡应用示意图

网络探针是一种新兴的数据采集技术，它是对计算机接入网络进行控制的一种程序。主机与板卡之间底层硬件通信结构如图3所示，主机与板卡之间是利用PCI总线传输数据的，两端的驱动程序采用网络驱动模型。发送数据流程为：主机应用程序调用板卡驱动程序将数据封装成数据链路层数据帧的格式，之后调用PCI驱动程序将数据发送给板卡，板卡驱动程序接收到数据包之后判断数据帧的目的地址，如果是板卡与主机的内部通信地址，则传送到板卡上层应用程序进行处理，如果是外网地址，则将数据帧的源地址改为板卡的有效地址将数据帧发送至外网。探针主要用来侦听传入的数据包，在板卡接收数据包的同时将数据包暂时缓存在板卡内存中，再按照网络协议的层次结构对数据包逐层进行分析，获得当前网络运行的状态。

3 实际应用

针对应急通信网络复杂的应用环境，实际应用中将板卡部署到应急通信网络的关键节点上，由监控中心向板卡下达采集任务，指定每个板卡需要监控的节点和具体的监控内容，实际应用如图4所示。系统在设计时充分考虑到功能的扩展，预留了多个扩展接口，可以增加无线通信模块，适应无线通信数据采集的需求，对于不支持PCI接口和网络接口的设备可以通过串口进行数据采集。

结束语

本文根据应急通信网络实际应用环境的特点，设计了基于嵌入式技术的数据采集系统。在硬件设计上，以IXP425网络处理器为核心，集成PCI接口、网络接口、串口等多种通信接口用于数据采集。在软件设计上，采用SNMP协议和网络探针两种采集方式进行数据采集。系统开发完成后，在实际应用环境中进行了实验，数据采集效果良好，达到了预期的应用需求。

[1]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京:北京航天航空大学出版社,2003.

[2]黄小珊,郝玉洁,刘乃琦.IXP425的体系结构和并行处理技术研究[J].微计算机信息,2008,24(17).

[3]韩璐,张洁,包铁等.基于SNMP的信息采集系统[J].吉林大学学报(理学版),2009,47(6):1225-1229.

[4]褚灵伟.分布式互联网服务故障管理[D].北京:北京邮电大学博士学位论文,2009.