基于Web的水声网络设备信息管理系统设计

摘要摘要：针对水声网络设备信息监控难的问题，设计一种基于Web的水声网络设备信息管理系统。该系统利用捎带机制，通过网络数据传输将网络节点信息传输到水面汇聚节点，再由汇聚节点将数据提交给系统服务器。用户通过Web客户端查询网络设备状态信息，实现网络设备状态和性能监控。该系统结构简单，可以动态、实时监控水声网络运行过程，为水声网络管理平台的发展提供了解决方案。

关键词关键词：水声网络；信息管理；汇聚节点；状态监控

DOIDOI：10.11907/rjdk.1431046

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2015）004010803

0引言

随着水声网络技术的不断发展，海洋网络越来越受到关注。海洋特殊的地理环境使得人们难以实地监测海水中水声网络设备的位置、电量等信息。因此，水声网络设备信息管理系统的设计与开发具有重要的现实意义。

基于B/S模式的Web服务已成为混合应用领域的热点技术[1]，能为人们提供基于网络的随时随地的信息查询和操作服务，大大提高了信息共享和数据管理的效率。文献[1]针对陆地上的城域网提出了一种基于Web和TCP套接字技术的拓扑管理系统（Topology Management System， TMS）。TMS能通过拓扑图获取延迟来测算和分析网络拓扑性能。文献[1]在TMS的基础上设计了一套分布式Web服务管理系统（Web Services Distributed Management， WSDM），通过友好的操作界面轻松地管理分布式TMS所采集的数据。当前，网络管理系统随着网络技术的发展日益复杂，主要体现在网络设备和网络协议的多样化发展上[2]，例如以太网、移动自组网（Ad Hoc）和无线传感器网络等技术。不同厂商的人工收集数据和不同类

型设备的数据，结构和语义都不相同，为网络信息综合管理系统设计带来难度。Lisa Frye等[2]针对混合型网络提出了一种基于实体论的网络管理方式，用以进行拓扑发现等网络管理操作。网络拓扑管理属于网络信息管理的一个子模块，具有可扩展性和可用性特征。Java技术在Web互联网领域应用非常广泛。文献[3]基于全局共享的Java命名和目录接口（Java Naming and Directory Interface， JNDI）技术设计了一个网络拓扑管理系统，该系统能够提高JavaEE（J2EE）服务端组件（EJB）的性能和可扩展性。

段海新等[4]中提出了一种基于Web和关系数据库的网络管理系统模型，并描述了一个基于该模型的名为Super Domain的网络管理系统实现机制。Super Domain网络管理系统于1999年通过科技部和教育部组织的技术鉴定。目前，该系统在CERNET网络运行中心管理CERNET国家骨干网络40多台路由器和管理中心12台服务器[4]。简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol， SNMP）能支持网络管理系统，用以监测连接到网络上的设备是否有任何引起管理上关注的情况。传统的SNMP管理软件或系统大部分基于C/S模式。相对于B/S模式来说，C/S模式管理系统或软件会给网络管理工作带来不便。文献[5]提出了一种基于Web技术与SNMP网络管理技术的新型网络管理体系结构，但仍停留于理论设计层面。

目前，大部分网络管理研究都限于陆地网络。由于水声网络的通信介质、通信协议和网络环境特性与陆地网络有很大差异，因此陆地上有线和无线网路的管理机制难以直接移植到水声网络中。为解决水声网络难以监控和管理的问题，本文提出一种基于Web的水声网络设备信息管理系统（Under Water Network Management System based Web， UWNMW），用以监控水声网络拓扑变化情况和网络设备能量变化情况。

1UWNMW设计

与无线信道相比，海洋水声信道具有强噪声、高延迟和低带宽等特点，其复杂多变的环境造成信号能量不同程度衰减[6]。因此，陆地网络管理机制难以移植到水声网络管理中，也难以实现网络实时监控和管理。为节约网络信道资源，降低水声网络设备的能量消耗，减少网络监控的延迟，本文利用信息捎带机制，通过收集水声网络的正常通信数据信息，以及Web可视化操作界面掌握网络整体拓扑及能量分布结构。

1.1信息捎带与存储

水声网络主要是将水下采集或者接收的数据传输到水面，再由汇聚节点向陆地传输。可以在数据报文头部添加网络设备节点的位置和能量信息，利用水声多跳网络数据传输方式，将数据报文所经节点的位置和能量信息带到汇聚节点。汇聚节点分离出水声节点的位置、能量信息以及数据，并将数据转发给水上异构通信网络中的UWNMW服务器进行处理和存储。UWNMW系统的结构如图1所示。

为获取水声网络节点位置和能量信息，用户必须通过Web客户端对水声网络节点进行设置。具体过程如下：

（1）操作用户从Web客户端向UWNMW服务器发送命令。

（2）UWNMW服务器接收操作用户从Web客户端发送的指令后，对指令进行分析，并根据指令内容，向水面汇聚节点发送控制命令。

（3）水面汇聚节点收到来自UWNMW服务器的控制命令后，根据命令内容，向海底水声网络广播控制信息。

（4）水声节点收到控制信息后，修改自身设置状态，进入网络状态报告模式。

当水声节点进入网络状态报告模式，即可通过正常的数据报文传输，将水声节点的状态写入报文中，跟随数据报文到达水面汇聚节点，最终到达UWNMW服务器。当水声节点有数据需要发送或者转发时，首先查看自身状态，如果处于网络状态报告模式，则在数据报文的数据部分加入附带信息，信息结构如图2所示，然后将报文发送出去。

图2中数据部分是水声节点需要发送或者转发的数据；节点编号列表部分记录报文从源节点开始所经过的所有水声节点的编号；位置信息列表记录报文经过各节点时水声节点所处的位置信息；能量信息列表记录报文经过各节点时，水声节点的剩余能量信息。位置信息列表和能量信息列表的内容顺序按照节点编号列表的顺序组织。

携带节点位置和能量信息的数据报文以多跳传输的方式，从源节点到达水面汇聚节点后，由汇聚节点将“节点编号列表”、“位置信息列表”、“能量信息列表”和数据部分分离出来，并传给UWNMW服务器。UWNMW服务器收到汇聚节点传来的信息后，将信息分门别类的存储到数据库中。数据库中存储网络节点位置和能量信息的基本表项如表1所示。

1.2信息处理与分析

UWNMW服务器逻辑分析程序实时对数据库中网络状态信息进行监控，一旦有数据发生变化，则将数据分析并绘制成图表，通过网络传输给Web客户端。UWNMW系统的信息处理逻辑如图3所示。

UWNMW系统程序主要分为6个模块，即信息查询模块、信息更新模块、命令分析模块、数据分析模块、汇聚节点控制模块和数据接收模块。

（1）信息查询模块主要为Web客户端提供数据检索功能，从数据库中提取符合条件的数据。该模块类似于普通的Web系统中数据库查询功能，主要关注数据库的检索效率和准确率指标。

（2）信息更新模块主要用于保存数据，这些数据主要来自客户的输入和水声节点的传输。

（3）命令分析模块主要用于解析操作用户从Web客户端发送的操作指令，并调用汇聚节点控制模块。该模块首先利用信息查询模块来检索已有的指令库，根据指令库中的要求，组成汇聚节点控制命令；然后，将控制命令作为参数调用汇聚节点控制模块，向水面汇聚节点发送控制命令。

（4）数据接收模块主要用于接收Web客户端和水面汇聚节点的数据，并交由数据分析模块来提取相关信息，再调用信息更新模块来保存数据。

2系统实现关键点

基于Web的水声网络信息管理系统以水面汇聚节点作为桥梁，中转来自UWNMW服务器的命令和水声节点的数据，因此提高水面汇聚节点处理程序的效率成为提高系统效率的关键。如果水面汇聚节点程序或硬件处理能力低，则直接影响系统命令的广播和水声节点数据的接收提取，将直接降低操作用户在Web客户端的体验。影响系统整体效率的关键是UWNMW系统程序的命令分析模块。本文设计中，UWNMW系统程序的命令分析模块需要先在数据库命令集合中查找命令相关信息，根据查询结果重构水面汇聚节点控制命令。实现动态的命令更新和解析机制，直接影响系统整体的可扩展性和可操作性。

3结语

针对水声网络设备信息监控难的问题，本文设计了一种基于Web的水声网络信息管理系统。该系统利用捎带机制，通过正常的网络数据将网络节点信息传输到水面上的汇聚节点，再由汇聚节点将数据提交给服务器。操作用户通过Web客户端查询数据库中的网络设备状态信息，或者向水声节点发送状态修改命令。UWNMW系统利用简单的设备和结构，可以动态、实时地监控整个水声网络运行过程的变化情况，为水声网络管理平台的发展提供一种有效解决方案。

参考文献参考文献：

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[2]LISA FRYE， LIANG CHENG.A network management system for a heterogeneous， multitier network[C].Global Telecommunications Conference （GLOBECOM 2010），2010 IEEE.2010：15.

[3]JIANLIN ZHANG， LIN ZHOU.Research and design on network topology management system of EJB clustering[C].2010 International Conference on Computational Intelligence and Software Engineering （CiSE）.2010：14.

[4]段海新， 杨家海， 吴建平.基于Web和数据库的网络管理系统的设计与实现[J].软件学报，2000， 11（4）：468472.

[5]杨妮妮， 赵新慧， 李文超， 冯锡炜.基于Web的SNMP网络管理[J].微计算机信息， 2006，22（23）：110112.

[6]李丹.AquaSim水声信道仿真平台扩展研究[J].电脑与电信， 2014（8）：3841.

责任编辑（责任编辑：陈福时）