物联网关在地球站网络管理中的应用策略

胡渝 李晓靖

（广西广播电视地球站）

一、物联网关概述

物联网是近几年形成并迅速发展的概念，可以理解为“物物相连的互联网”，物联网的两层基本含义为：第一，物联网的基础和支撑仍是功能强大的计算机系统，它是以计算机网络为核心进行延伸和扩展而成的网络；第二，其用户端已延伸和扩展到众多物品与物品之间,进行数据交换和通信，以实现许多全新的系统功能[1]。

传统意义上的采集器只是协议的转换，或者透明传输的中间件，并没有起到独立节点的作用。传统数据采集搭建的系统，环节多、瓶颈多以及存在信息孤岛等现象。物联网网关作为连接感知网络与传统通信网络的纽带[2]，实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换。它既可以实现广域互联，也可以实现局域互联，此外物联网网关还具备设备管理功能，通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。作为替代传统数据采集器的新型智能化产物，可以独立自主的工作，并不依赖上层应用平台。

通过物联网关将地球站的设备数据、传输业务流程以及逻辑策略进行高度紧密的集成，从根本上提升业务水平，既满足当今的实际需要，也符合未来网络管理智能化的发展方向。

二、物联网关在地球站网管系统的应用

图1 网关应用架构

地球站结合物联网关，开发网络管理系统软件，构建一套综合网络管理系统，如图1。整个系统一共采用3台网关，将各系统纳入统一管理，其中还包括不同域内系统设备的汇集。

（一）网络规划

每台物联网关具备4路独立的以太网，16路串口服务器（RS232/RS485），其中第三台物联网关具备16路数字量DI输入，4路DO继电器输出，以及4路24V直流供电。

编码复用系统、信源系统以及下行接收系统划分为1网段，接入物联网关1；调制变频系统设备划分为2网段，主备用功放天线分别划分为2、3网段，接入物联网关2；动环系统中的温湿度、烟感、水浸全部接入物联网关3的DI接口上，UPS、精密空调、发电机等接入串口，物联网关3通过Modbus协议转换，与物联网关2级联。

物联网关1跟2分别接入1跟2网段的交换机网络，提供数据服务给两台主备工作站。主备工作站通过上层应用系统接口私有协议，对网关1、2进行监视、告警和远程控制。整个网络设计保证不同域网段设备的数据汇集到一起。

（二）网关的主要功能实现

1.设备协议适配

在地球站众多设备中，基于UDP的SNMP（简单网络管理协议）较多，和其他网络通信协议一样，SNMP定义管理工作站和代理之间交互报文的格式（语法）、含义（语义）和报文交换的顺序（时序）。其中，报文格式使用ASN.1描述，PDU被封装在报文传输中[3]。下面描述SNMP在网关中的适配方式。

在“管理进程”和“代理”之间传输SNMP报文，如图2。在物联网关中，“管理进程”是指“协议适配模块”，“代理”是指待监控设备，如编码、复用、调制、变频等设备。

图2 SNMP管理进程与代理

物联网关实现5种SNMP报文，用来在管理进程和代理之间交换信息：

1）get-request 操作：从代理进程处提取一个或多个参数值；

2）get-next-request 操作：从代理进程处提取紧跟当前参数值的下一个参数值；

3）set-request 操作：设置代理进程的一个或多个参数值；

4）get-response 操作：返回的一个或多个参数值。这个操作是由代理进程发出的，它是前面三种操作的响应操作；

5）trap 操作：代理进程主动发出的报文，通知管理进程有某些事情发生。

管理进程与代理进程之间的get-request、getnext-request、set-request 操作及应答get-response操作均采用161端口；管理进程通过162端口来监听代理进程的trap 报文。图3表明这五种操作与端口号对应关系。

图3 SNMP 端口对应关系

图4 协议适配逻辑图

协议适配的工作流程如图4所示。

其他协议的适配与SNMP 协议类似，只需要开发相应的适配模块即可，适配模块可基于问答式和主动上送式。

2.网关的级联互通

网关与网关之间的级联通常是在不需要连入网络的情况下，进行数据汇集的需要。如开关量、数字量以及模拟量的数据采集之后，只需要将该部分数据推送到核心网关中进行整合，然后以统一的数据输出服务提供给上层应用系统。网关级联通道采用内部私有协议，可以通过串口/以太网传输。在级联过程中，实时的心跳检测机制保证级联通道的数据稳定、可用。

网关的级联互通的另一个应用是较大型设备联网中，便于采用分布式部署，节省IP网络建设的工作。

3.本地策略的应用

本地策略是在网关内部实现的一种逻辑操作，是对事件的触发、逻辑的控制以及故障的处理等，以减轻上层应用系统的压力。在地球站网络管理系统中，用到的策略有以下几点：

1）对多个设备指标的合并运算，如量程的转换，支持所有数学函数的逻辑操作。假设某两个指标相加得到一个变量，直接向上层系统输出计算的结果即可。

2）对设备指标的门限阀值判断，如输出功率在一定范围内，超过预先设定的门限，即给出报警，直接输出告警变量即可。

3）一些既定的动作，当满足预先设定的策略条件，对下行的感知层设备进行逻辑控制，如切换开关的倒换，功率的提升等。

4）告警的输出，针对不同的告警，以短信或者邮件形式发送给相关的负责人。

网关的本地策略均在网关内部实现，可编辑管理，最终输出实际的结果。

4.网关与上层应用的桥接

上层应用软件系统通过桥接的方式从网关获取感知数据，并对数据加以处理。这种桥接方式基于TCP/IP实现。出于安全播出考虑，地球站网络管理系统的上层应用桥接程序采用私有定制协议。该桥接程序首先从网关中获取汇集后的数据、时间戳、更新标识、数据是否有效等状态，当上层应用系统向桥接程序请求/订阅相关信息时，桥接程序可以自动识别该信息指标属于哪一台网关，并响应请求。

5.网关的远程维护和升级

物联网关内运行的各程序模块组件并不是一成不变的，这些可变配置包括：通信地址的绑定、速率选择、协议优化及调整、指标增减、策略变更等等。远程维护是对网关的远程诊断，确保网关自身工作在健康稳定的状态下，保证业务的实时性和可靠性。网关的远程维护升级设计考虑到以下几点：

（1）提供自动/手动搜索在线网关功能，可保存搜索的结果，便于快速找到需要维护的网关节点。

（2）具备远程工程的备份上传。即可通过发送命令指令到网关，上传当前运行的工程到本地，进行编辑和配置。

（3）提供远程下载工程到网关，对网关内的应用模块组件进行固件升级。

（4）支持网关系统运行日志的自动上报和浏览查询。这些日志包括应用内核日志、守护模块日志、看门狗日志，以及IO输出的过程日志。

（5）提供所有感知层设备协议适配及转换的往来通信报文打印输出，提供设备通讯诊断的接口。

三、结束语

本文旨在介绍物联网关在广西广播电视地球站设备网络管理系统中的应用。通过物联网关构建一种新型的设备联网模式，可接入的设备更多、可实现的逻辑更加丰富，设备运行更加稳定,为设备组网、数据共享、网络规划、设备互联互通互操作等提供看似简单，却又丰富可靠的完整解决方案。