（机械电子工程专业论文）光纤自动切换保护系统中网络监控系统的研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：j 吾b 耳一 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：塑f 型 日期：趔垒。三! 鉴 导师签名：刁术拳卜日期：一 、 、嚏 北京邮电人学硕士学位论文 光纤自动切换保护系统中网络监控系统的研究 摘要 近些年来，通信技术迅速发展，网络用户急剧增长，网上业务需 求急速扩张，使得运营商的骨干网带宽扩容压力越来越大，对这些线 路所在的光网络可靠性提出了越来越高的要求。一直以来，通信网的 服务质量都是各个运营商非常关注的问题，越来越多的网络需要一个 可靠、高效的保护体系以提高其服务质量。针对光网络的故障特点， 设计一种相应的网络自愈系统显得非常必要，因此，光网络自动切换 保护系统应运而生。 光纤自动切换保护系统是一种应用于光网络，能够自动识别主、 备线路光路信号状态的系统，在主用光纤线路发生全阻障碍时，能够 将光路瞬时切换到备用线路，保护光缆线路的通畅运行。光纤自动切 换保护系统是对物理层的保护，机理比较简单，与其他保护技术相比 较，具有光路恢复速度快、成本低的特点，前景广阔。 本次论文主要内容是：研究并设计光纤自动切换保护系统中的远 程网络监控系统，实现对保护系统中管理单元和工作单元的实时监 测，网络监控系统分为客户端和服务器两个主要部分，客户端通过服 务器与光纤自动切换保护系统中的管理单元相连，实时监控各条光纤 线路，存储告警、线路切换等光纤线路信息，还可以实现对工作单元 下发光纤主、备路切换命令等其他功能。将使用c s 、b s 两种结构 北京邮电大学硕士学位论文 对网络监控系统进行设计，并对两种设计模式下的网络监控系统进 比较和提出改进方案。 关键字：光网络；监测系统；c l i e n t s e r v e r ；b r o w s e r s e r v e r o 北京邮电大学硕士学位论文 r e s e a r c ho fn e t w o r km o n i t o r l n gs y s t e m b a s e do no p t i c a lf i b e ra u t os w i t c h l n g p r o t e c t l o ns y s t e m s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , r a p i dg r o w t ho fi n t e r n e tu s e r s ，t h er a p i de x p a n s i o no fav a r i e t yo fi n t e r n e t b u s i n e s sn e e d s ，h a v ei n c r e a s e dt h ep r e s s u r et ot h eo p e r a t o rt oe x p a n dt h e b a c k b o n en e t w o r kb a n d w i d t h ，h a v ed e m a n dt oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo f o p t i c a ln e t w o r k s a l la l o n g ，t h es e r v i c e so fc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k sa r e a uo fg r e a tc o n c e r nt oo p e r a t o r s n e t w o r k sn e e dar e l i a b l ea n de f f i c i e n t p r o t e c t i o ns y s t e mt oe n h a n c ei t sq u a l i t yo f s e r v i c e s i ti sv e r yn e c e s s a r yt o d e s i g na no p t i c a ln e t w o r ks e l f - h e a l i n gs y s t e m s oo p t i c a ln e t w o r ka u t o s w i t c h i n gp r o t e c t i o ns y s t e mc a m ei n t ob e i n g o p t i c a lf i b e ra u t os w i t c h i n gp r o t e c t i o ns y s t e mt h a ti sa p p li e dt o o p t i c a ln e t w o r kc a na u t o m a t i c a l l yi d e n t i f yt h ep r i m a r ya n db a c k u po p t i c a l s i g n a ls t a t e w h e nt h ep r i m a r yo p t i c a lf i b e ri sb l o c k e d ，b a c k u pl i n ew i l l b es w i t c h e dt oi n s t a n t a n e o u s l y m a k es u r ec a b l el i n e sr u ns m o o t h l y | ) t 北京邮电人学硕一j ：学位论文 o p t i c a lf i b e ra u t os w i t c h i n gp r o t e c t i o ns y s t e mi st h ep r o t e c t i o no ft h e p h y s i c a ll a y e r c o m p a r e dw i t ho t h e rp r o t e c t i o nt e c h n i q u e s ，i th a st h e a d v a n t a g e st h a tr a p i d l yo p t i c a lp a t hr e s t o r a t i o na n dl o wc o s t t h em a i n c o n t e n to ft h i sp a p e ri sn e t w o r k b a s e dr e m o t eo n l i n em o n i t o r i n gs y s t e m t h a tm o n i t o r st h ec o n t r o la n dc e l ld i s k s n e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e mi s d i v i d e di n t ot w op a a so ft h ec l i e n ta n ds e r v e r t h ec l i e n tc o n n e c t st ot h e c o n t r o ld i s k st h r o u g ht h es e r v e r , m o n i t o re v e r yo p t i cf i b e rl i n e ，s t o r e a l a r m ，c i r c u i ts w i t c h i n go ro t h e ri n f o r m a t i o na n dp r i m a r ya n dp e r f o r m b a c k u po p t i c a l f i b e r s w i t c h i n g t h e n e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e mi s d e s i g n e da n dc o m p a r e d w i t hi nt w om o d e l so fc l i e n t s e r v e ra n d b r o w s e r s e r v e r l a s t ，a ni m p r o v e m e n tp r o g r a mw i l lb ep r o p o s e d k e y w o r d s ：o p t i c a ln e t w o r k ；m o n i t o r i n gs y s t e m ；c l i e n t s e r v e r ； b r o w s e r s e r v e r p 吨 ， 、h 逮 第一章 1 1 1 2 1 3 1 4 第二章 2 1 2 2 第三章 3 1 3 。2 3 3 3 4 北京邮i l i 大学硕：卜学位论文 3 4 1 使用关键技术 3 4 2 服务器和控制单元通信协议 3 5 监控系统各模块实现 3 5 1 系统管理模块实现 3 5 2 设备管理模块实现 3 5 3 告警管理模块实现 3 5 4 线路切换管理模块实现 第四章网络监控系统功能实现( b s 结构) 4 1 开发语言 4 2 应用服务器 4 2 1 应用服务器简介。 4 2 2 应用服务器工作方式 4 3 开发工具 4 4 开发环境设置 4 5 使用关键技术 4 5 1m v c 设计模式 4 5 2 s t r u t s 体系结构与工作原理 4 5 3 j s p 技术 4 5 4j a v a b e a n 技术 4 6 数据库 4 6 1 数据库简介 4 6 2 实现数据库连接 4 6 3 实现数据库访问 4 6 4 实现数据表设计 4 7 监控系统各模块实现 4 7 1 监控系统框架配置 4 7 2 系统管理模块实现 4 7 3 告警管理模块实现 4 7 4 线路切换管理模块实现 4 7 5 其他管理模块实现 第五章总结与展望5 5 5 1 两种设计结构模式比较5 5 5 2 论文总结5 6 5 3展望5 7 参考文献5 8 致谢一6 0 攻读学位期间发表的学术论文目录6 l l t 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 据统计，截至2 0 0 9 年9 月，中国的网民数量已经达到3 6 亿，中国的家庭 宽带用户已经达到8 8 8 6 万户，而且随着时间的推移，用户数量更是有增无减， 加之通信技术的迅速发展，每个人对信息容量的需求与日俱增，各种业务需求的 急速扩张，特别是i n t e r n e t 商业化的巨大成功，这些都对通信带宽中继的需求越 来越大，促使传统通信网络发生深刻的演变。时下对网络带宽的需求不仅变得越 来越高，还对网络带宽的动态分配要求越来越迫切，同时随着密集波分复用技术 ( w d m ) 和高速数字交换技术的应用，使得越来越多的信息业务集中到较少的 节点和线路上，对这些线路所在的光网络可靠性提出了越来越高的要求。 目前，由于复杂度和价格昂贵等原因，运营商大规模使用着的波分复用系统 仅仅是起到扩容光缆纤芯资源的作用，大部分在使用中的w d m 系统并没有采用 o a d m 技术，大部分系统仅仅是简单地对各个波长的光进行复用和解复用。 w d m 组成的网络主要是基于简单的背靠背的组网方式，即在每个节点采用二套 w d m 端机构成背靠背的网络结构，然后用这样的基本结构来拼接成为链状、环 状或者网状的网络拓扑结构。这样的w d m 系统的特点就是组网方便、扩容方便、 传输容量大，但缺点就是网络安全性差。据统计每年我国发生超过2 0 0 0 次的光 缆阻断，造成超过1 0 亿元的巨大直接通信损失和对国民经济各行业不可估量的 重大损失。可以说，网络生存能力成为影响网络设计与构建的重要因素，也可以 说光纤线路的保护与恢复对于整个网络的生存能力有着十分重大的影响。 一直以来，通信网的服务质量都是各个运营商非常关注的问题。服务质量是 通信网络的一种安全机制，是保证通信网安全运营的手段，越来越多的网络需要 一个可靠、高效的保护体系以提高其服务质量。为保证国家干线光缆线路的安全、 光网络的畅通无阻，各个运营商都投入了巨大的人力资源，仅中国电信公司每年 就投入3 万余名光缆线路专业维护人员和数十亿维护维修费用，每日不停的对 4 0 0 多万公里的光缆线路进行巡回、维护、抢修。然而，面对着这4 0 0 多万公里 的光缆线路因为自然灾害、各种施工以及偷盗等各种各样外部的原因发生中断， 运营商投入的维护的人力物力都明显不足【2 】。 北京邮电人学硕上学位论文 因此，设计一种针对光网络的故障特点的网络自愈系统非常必要，我们不仅 要建设上百万公里的高速光通信网络，而且还要让这些光网络有高度的抗阻断能 力，在平时可以自动完成对线路的同常监控，在故障发生时能够自动侦测到故障 并激活相应的应急措施和网络保护方案，及时恢复传输网络的业务传送能力，给 予线路维护人员更充裕的时间去对故障点进行物理上的修复。 面对这种情况，科研人员开发出许多解决办法，其中有一种很流行的技术叫 做光纤自动切换保护技术，由这种技术所构成的系统称为光纤自动切换 保护系统。光纤自动切换保护系统是一种应用于光纤通信领域能够主、备光路切 换的系统，保护系统能自动识别主、备光路信号状态，在主用光纤线路发生全阻 障碍时，将光路瞬时切换到备用线路，保护光缆线路的通畅运行。具体说就是通 过对光缆线路中的功率变化进行监测，发现故障后，自动将工作光路快速倒换到 备用光路上，在极短的时间内恢复通信，完成对光缆线路故障的快速反应和恢复。 利用光纤自动切换保护系统可以简单、经济的构成干线的主备用系统和各种光通 道保护系统，其中，光纤自动切换保护系统最大的优点是系统结构简单，容易实 现，经济可靠，维护人员以及使用者在诸多方面均可获得益处p 】。 光纤自动切换保护系统中的网络监控系统无疑在其中扮演了重要的角色，例 如，通过监控系统拓扑图显示，网络管理员能够及时、迅速地发现故障并确定位 置，大大节省了维护队伍的人力物力；在数据库存储告警、线路切换等信息，为 一段时间内的设备运行情况提供数据支持；无需亲临现场，网络管理员可远程手 动切换设备等。 可见，做好光纤自动切换保护系统中的网络监控系统研究工作，对于通信网 络的维护建设、减少运营商网络维护的财力、物力有着十分重要的意义。 1 2 国内外研究现状 当前国内各公司、企业采用的保护方式有：1 s d h 自愈环保护，2 光路分流 保护，3 人工调度保护，4 光路自动切换保护等，采用光路分流保护和人工调度 保护方式是效率较低的，已无法满足无阻断通信服务质量的要求，这两种保护方 式应用非常少。 s d h 自愈环保护技术是提高光网络安全性的有效手段之一，所谓自愈，就 是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复业务传输能 力，在自愈过程中各种业务不会中断，用户感觉不到网络已经发生了重组。s d h 自愈环采用多路由的网络拓扑方式进行组网，替代路由可以采用备用设备或是利 用现有设备中的冗余能力，以满足端到端业务恢复，或使高优先级业务不受影响。 2 北京邮电大学硕十学位论文 通过s d h 自愈环的组网结构，环上的各个节点能够根据业务量的需要灵活的切 换电路，同时电路可以得到百分之百的保护，而无需人为干预，网络便能从失效 的故障中实时的自动恢复业务，从而真正实现了自愈功能。s d h 自愈环保护是 对业务层的保护，是s d h 技术的组成部分，具有十分复杂的算法，并且涉及到 s d h 数据的帧结构，实现起来比较复杂，而且s d h 自愈环保护技术在拓扑结构 上都要求形成环网，组网和设备投资十分巨大，对企业是极大的负担【3 】，这成为 s d h 自愈环保护大规模使用的一个瓶颈。 光纤自动切换保护系统是一种应用于光纤通信领域做主、备光路切换的系 统，能自动识别主、备系统光路信号状态，在主用光纤线路发生全阻障碍时，将 光路瞬时切换到备用线路，保护光缆线路的通畅运行。就是通过对光缆线路中的 功率变化进行监测，发现故障，自动将工作光路快速倒换到备用光路上，在极短 的时间内恢复通信，完成对光缆线路故障的快速反应和恢复机制。光纤自动切换 保护系统是对物理层的保护，机理比较简单，所以具有光路恢复速度快、成本低 的特点。 比较各种保护方式，其中光纤自动切换保护系统是针对线路故障而设计的， 完全独立于s d h 和w d m 系统的网元设备，在结合备用光纤路由的情况下，可 以组建切换保护网络。光纤自动切换保护系统快速可靠、安全灵活、业务恢复能 力强。项目实施后可以有效解决光缆线路维护难的问题，从而川： 1 ) 降低线路阻断导致业务中断事故出现的概率； 2 ) 降低线缆维护费用； 3 ) 提高故障发现和修复速度，无需中断业务信号的传输； 4 ) 灵活调度路由，方便线路割接和检修； 5 ) 有助于提高线路维护绩效。 综合比较，光纤自动切换保护系统具有一定的价值以及市场前景。 通过翻阅资料，目前，在国外光纤自动切换保护系统的网络监控系统由于发 展较早，此类型项目己经做的比较成熟完善，而国内近些年刚刚起步，技术上与 国外相比还不够成熟，国内的监控系统在系统架构搭建，关键的功能模块实现， 软件工具等许多重要的核心技术皆直接或间接来源于国外同类项目，且系统不论 在稳定性还是实用性能等方面皆差于国外同类型项引4 1 ，对国内的科研人员来 说，任重道远。 1 3 论文内容 本次课题研究的主要目的是：针对w d m 波分复用通信系统在传输过程中因 北京邮 乜人学硕f ：学位论文 光缆故障等原因导致通信中断无法自愈的问题，基于光路恢复速度、成本等原因 考虑，提出解决方案光纤自动切换保护系统，并实现方案。 本次论文主要内容是：研究并设计光纤自动切换保护系统中的远程网络监控 系统，实现对保护系统中管理单元和工作单元的实时监测，并协助参与课题组其 他成员共同完成光纤自动切换保护系统其他部分。网络监控系统分为客户端和服 务器两个主要部分，客户端通过服务器与光纤自动切换保护系统中的管理单元相 连，实时监控各条光纤线路，存储告警、线路切换等光纤线路信息，还可以实现 对工作单元下发光纤主、备路切换命令等其他功能。将使用c s 、b s 两种结构 对网络监控系统进行设计，并对两种设计模式下的网络监控系统进行比较和提出 改进方案。 1 4 论文结构 全文共分五章，各章组织结构如下t 第一章为绪论，介绍了研究内容的背景和意义、通信保护方式的比较、光纤 自动切换保护系统的国内外研究现状以及论文的研究内容和结构。 第二章简要介绍了光纤自动切换保护系统，详细介绍了保护系统中网络监控 系统的体系结构、需求分析和功能模块，概述了c s 、b s 两种设计模式。 第三章重点讲述了使用c s 结构设计实现网络监控系统，包括开发语言的选 择，与控制单元的通信，数据库的创建、连接和功能实现，以及监控系统其他各 功能模块的实现等。 第四章重点讲述了使用b s 结构设计实现网络监控系统，包括开发语言，服 务器环境等的选择，数据库的创建、连接和功能实现，以及监控系统其他各功能 模块的实现等。 第五章对c s 、b s 两种模式下设计的网络监控系统进行了比较，并对研究 工作进行了总结，还对下一步的工作进行了展望。 4 北京邮电大学硕：1 ：学位论文 第二章光纤自动切换保护系统 2 1光纤自动切换保护系统总体结构 光纤自动切换保护系统总体上分为网络监控系统和若干个网元设备两大部 分，网络监控系统能够实时监测所有基站并下发工作指令，网元设备又分为工作 单元和管理单元，工作单元实现光纤线路的主、备路切换控制以及告警信息的上 传；管理单元实现对多个工作单元切换、告警等信息上报以及管理、控制工作单 元切换，如图2 1 所示是光纤自动切换保护系统结构简图。 b 站设各 图2 1 光纤自动切换保护系统 光纤自动切换保护系统的工作流程： 流程1 ：在工作单元部分，当主路光纤出现故障造成通信中断时，控制部分 立即启动，自动切换到备用光纤，同时通过管理单元上传信息给网络监控系统， 网络监控系统在客户端显示、报警并在数据库服务器数据库中存储相关数据信 息，然后网络管理员进行相关操作。 流程2 ：由于某种原因，例如老化等，光功率计监测到主路光纤光功率值低 于2 0 d b ，但此时主路通信仍能维持，这时工作单元会通过管理单元上传网络监 控系统告警信息提示网络管理员，并在数据库服务器数据库中存储告警数据，管 理员根据需要可以在客户端手动切换主、备路光纤，相应的切换信息也存储在数 北京邮电人学硕j ：学位论文 据库服务器中。 下面列举了工作单元中某一条光纤线路的结构图，如图2 2 所示，为线路切 换单元图，在正常状态下通信时，主线路正常地使用资源工作，而备用线路一直 处于蛰伏状态，系统仅仅监测其资源的可用性，但不在上面承载业务。当正常通 信的主线路发生故障的时候，由发生故障两点的两个网元进行协调，将备用线路 激活，业务从发生故障的主线路转移到备用线路去，完成通信网的自愈。在发送 端( t x ) 使用一个光开关将光端机的发送光，通过桥接的方式连接到主用光纤 通道中去，此时备用光纤并不承载业务，只是采取一些手段对备用光纤的质量进 行监控。当主用光纤通道出现故障，则通过光开关转接到备用光纤通道，在接收 端( r x ) 是通过检测主用光纤和备用光纤的可用性来选择两端通信所用的光纤 通道。 图2 - 2 线路切换单元图 如图2 3 所示，为工作单元与其他模块的通信简图，其中省略了管理单元。 线路监测模块通过检测光功率值来判断工作线路是否正常工作，即待测光信号通 过分光器件之后进入到光电二极管，然后通过光电转换并用前置放大器进行一次 电压放大，再用模数转换芯片a d c 0 8 0 9 将电压信号转变成一个多位的数字信 号，然后用单片机进行处理计算和预置补偿值，最后得出光功率值，得出来的值 与基准值作为比较，根据数据情况进行倒换，并上传信息。 6 北京邮电人学顾七学位论文 监控网管 图2 - 3 工作单元通信简图 端机 在光纤自动切换保护中，管理单元位于工作单元和网络监控系统的体系中 间，起到链接工作单元和网络监控系统，实现工作单元与网络监控系统之间信息 传递和交换的功能。同时，管理单元的引入，能够降低工作单元的复杂度，降低 了整个光纤自动切换保护系统的开发难度，还能提高整个系统的稳定性。 按照功能的不同，控制系统可以划分为以下功能模块： 1 串行通信模块 控制系统与工作单元的管理和通信模块通过串行通信进行通信。通信类型主 要分为上行信息和下行信息。通过预先定义的串行数据结构，控制系统实现光纤 线路工作状态信息的接受及切换、查询命令的转发。 2 网络通信模块 控制系统通过e t h e r n e t 与同一内网的网络管理系统连接，并通过网络通信模 块与网络管理系统进行通信。通过预先定义的帧格式，控制系统实现光纤线路工 作状态向网络管理模块的转发及来自网络管理系统的切换、查询命令的接收。 3 数据处理模块 工作单元模块与系统其他模块的通信依赖于串行通信，同时，限于工作单元 模块数据处理能力有限，数据格式限制较多。而网络管理系统的信息交互依赖于 网络通信，与工作单元模块的数据格式差异较大。因此，在管理单元中引入数据 处理模块，统一数据格式，为工作单元模块和网络管理模块提供灵活、简单的数 据接口，方便工作单元模块和网络管理模块的更新。 2 2 网络监控系统体系结构 2 2 1 网络监控系统总体结构 7 北京邮电大学硕f ：学位论文 网络监控系统分为客户端和服务器两个主要部分，客户端通过服务器与光纤 自动切换保护系统中的管理单元相连，如图2 4 所示，实现对管理单元以及工作 单元的在线远程监测、状态数据统计、实时告警、设备管理、用户管理等，还可 以对工作单元下发光纤主备路切换命令，并在数据库服务器中保存各条光纤线路 的信息，如告警信息、线路切换信息、统计信息等。 图2 _ 4 监控系统系统组成 从管理单元上传给网络监控系统的信息中有两类主要信息，一类是告警信 息，另一类是线路切换信息，即故障信息。 告警信息与故障信息的区别是什么呢? 故障很容易理解，也就是光纤线路通 信中断不能满足客户的正常业务需求；产生告警的原因可能是光纤线路老化、光 缆褶皱、控制电路板损坏、光功率计损坏等，但是光纤线路仍能通信，虽对客户 有些影响，但是不足以影响客户的正常业务。随着时间推移，最终光纤线路中断 不能通信，这时，可以说光纤线路出现了故障。可见只有在满足一定情况的时候， 告警才反映故障，在特定情况下，轻微告警也是严重故障的一个征兆【5 】，所以对 告警信息也要有足够的重视。 2 2 2 网络监控系统的需求分析 2 2 2 1 任务目标 网络监控系统实现对管理单元以及工作单元的在线远程监测一定要迅速，要 能做到实时反映故障和告警。 网络监控系统对管理单元以及工作单元下发光纤主、备路切换命令一定要准 确迅速。 网络监控系统要有较高的安全性，并能对用户权限进行管理。 网络监控系统在数据库服务器中保存各条光纤线路的各类信息，具备一定的 北京邮电大学硕上学位论文 统计功能。 2 2 2 2 实现功能 网络监控系统在客户端能够对工作单元光纤线路工作状态在线监测、主各路 光纤切换历史数据在线查询、告警历史数据在线查询、用户在线管理、数据库在 线管理、线路故障报警等。 2 2 3 网络监控系统的功能模块划分 系统分为系统管理、设备管理，告警管理，线路切换管理、数据采集以及数 据库六大功能模块，整个系统的模块结构如图2 5 所示。流程是：网络管理员通 过系统管理模块登录进入网络监控系统，通过调用数据库模块执行设备管理，告 警管理，线路切换管理功能。数据采集模块接收管理单元发送过来的信息，并存 储在数据库服务器中。 设备管理 告警管理 i 用户 系 i 统 l l 线路切换管理 r 管 r 理 数据采集 数据库管理 图2 5 系统模块划分 2 2 3 1系统管理模块 本模块包括以下功能： 用户信息管理：记录用户的一些基本信息，如用户的真实姓名、部 门职位、电话等信息。 用户权限设置：设计权限表，一个用户只能有一个权限。 9 北京邮电人学硕一i j 学位论文 权限验证：调用权限验证模块，不能访问则转向出错页面。 用户登录：提供用户登录。 2 2 3 2 设备管理模块 本模块包括以下功能： 实时反映线路设备运行情况。 对线路设备产生的告警以相应的图形和声音方式显示。 能够手动切换主、备用线路。 2 2 3 3 告警管理模块 本模块包括以下功能： 告警数据的采集、存储：采集的告警信息存储在数据库服务器。 告警数据的查询、统计：按照不同条件可查询出相应的告警明细条 目，按照不同条件可统计出相应的告警信息。 2 2 3 4 线路切换管理模块 本模块包括以下功能： 线路切换信息的采集、存储：采集的线路切换信息按照切换类型以 不同的特征值存储在数据库 线路切换信息的查询、统计：可以查询线路切换信息的明细条目， 按照不同条件可统计出相应的线路切换信息。 2 2 3 5 数据采集模块 本模块包含以下功能： 采集告警信息，判断告警级别并存储在数据库中。 采集线路切换信息，判断切换类型并存储在数据库中。 2 2 3 6 数据库模块 本模块包含以下功能： 建立数据表，完成用户权限配置存储 建立数据表，根据采集数据，按照告警种类不同存储告警信息。 建立数据表，根据采集数据，按照切换类型不同存储线路切换信息 2 3网络监控系统总体设计 2 3 1 设计结构的选择 c s 和b s 是目前软件开发模式技术架构的两大主流技术。c s 即 1 0 北京邮电大学硕士学位论文 c l i e n t s e r v e r ，是美国b o r l a n d 公司最早研发，b s 即b r o w s e r s e r v e r ，是美国微 软公司研发【6 】。目前，这两项技术被各大公司大量使用，使用c s 和b s 技术开 发出产品很多，从整体上来看，这两种技术都有自己一定的市场份额和客户群， 通过2 3 2 节和2 3 3 节介绍，可以看出这两种设计模式技术上是各有优劣，最终 孰优孰劣真的是难以分出。鉴于此本文将使用c s 和b s 两种技术架构对网络监 控系统进行设计，并对开发出的监控系统进行比较。 2 3 2 c s 结构概述 c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构，即众所周知的客户机和服务器结构。可以说这是软 件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到 c l i e n t 端和s e r v e r 端来实现，降低了系统的通讯开销，目前大多数应用软件系统 都是c l i e n t s e r v e r 形式的双层结构【7 j 。 c s 结构软件的优势： 1 应用服务器运行数据负荷较轻。 最简单的c s 体系结构的数据库应用由两部分组成，即客户应用程序和数据 库服务器程序。二者可分别称为前台程序与后台程序。运行数据库服务器程序的 机器，也称为应用服务器。一旦服务器程序被启动，就随时等待响应客户程序发 来的请求；客户应用程序运行在用户自己的电脑上，对应于数据库服务器，可称 为客户电脑，当需要对数据库中的数据进行任何操作时，客户程序就自动地寻找 服务器程序，并向其发出请求，服务器程序根据预定的规则做出应答，送回结果， 这种方式下客户电脑分担了一部分工作，所以应用服务器运行数据负荷较轻。 2 数据的储存管理功能较为透明。 在数据库服务器应用中，数据储存和管理，是由服务器程序和客户应用程序 分别独立进行的，前台应用可以违反的规则，并且通常把那些不同的( 不管是已 知还是未知的) 运行数据，在服务器程序中不集中实现，例如访问者的权限，编 号可以重复、必须有客户才能建立定单这样的规则。所有这些，对于工作在前台 程序上的最终用户，是“透明”的，他们无须过问( 通常也无法干涉) 背后的过 程，就可以完成自己的一切工作。在客户服务器架构的应用中，前台程序不是非 常“瘦小”，麻烦的事情都交给了服务器和网络。在c s 体系的下，数据库不能 真正成为公共、专业化的仓库，它受到独立的专门管理。 c s 结构软件的劣势 1 高昂的维护成本。 如果采用c s 结构，要选择适当的数据库平台，来实现数据库数据的真正 “统一 ，使分布于两地的数据同步完全交由数据库系统去管理，但逻辑上两地 实现远程维护、升级和共享。所以客户机越来越“瘦”，而服务器越来越“胖 这会是将来信息化发展的主流方向。今后，软件升级和维护会越来越容易，而使 用起来会越来越简单，这对用户人力、物力、时间、费用的节省是显而易见的， 惊人的。 2 成本降低，选择更多。 大家都知道w i n d o w s 在桌面电脑上几乎一统天下，浏览器成为了标准配置， 但在服务器操作系统上w i n d o w s 并不是处于绝对的统治地位。现在的趋势是凡 使用b s 结构的应用管理软件，只需安装在l i n u x 服务器上即可，而且安全性高。 所以服务器操作系统的选择是很多的，不管选用那种操作系统都可以让大部分人 使用w i n d o w s 作为桌面操作系统电脑不受影响，这就使的最流行免费的l i n u x 1 2 北京邮电大学硕：l 学位论文 操作系统快速发展起来，l i n u x 除了操作系统是免费的以外，连数据库也是免费 的，这种选择非常盛行。比如说很多人每天上“网易 网，只要安装了浏览器就 可以了，并不需要了解“网易 的服务器用的是什么操作系统，而事实上大部分 网站确实没有使用w i n d o w s 操作系统，但用户的电脑本身安装的大部分是 w i n d o w s 操作系统。 b s 结构软件的劣势 应用服务器运行数据负荷较重。 由于b s 架构管理软件只安装在服务器端( s e r v e r ) 上，网络管理人员只需 要管理服务器就行了，用户界面主要事务逻辑在服务器( s e r v e r ) 端，完全通过 w w w 浏览器实现，极少部分事务逻辑在前端( b r o w s e r ) 实现，所有的客户端 只有浏览器，网络管理人员只需要做硬件维护。但是，应用服务器运行数据负荷 较重，一旦发生服务器“崩溃”等问题，后果不堪设想。因此，许多单位都备有 数据库存储服务器，以防万一。 北京邮电人学硕上学位论文 第三章网络监控系统功能实现( c s 结构) 本次课题网络监控系统的服务器和客户端均是基于目前通用计算机上的主 流操作系统( w i n d o w 操作系统) 进行开发，选用的开发语言是c + + ，并结合数 据库编程技术实现的，选用的开发工具是m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 5 。 3 1 开发语言 本贾尼斯特劳斯特卢普博士在2 0 世纪8 0 年代初期发明并实现了c + + ，一 开始c + + 是作为c 语言的增强版出现的，从给c 语言增加类开始，不断的增加 新特性。虚函数、运算符重载、多重继承、模板、异常、r t t i 、名字空间逐渐 被加入标准。1 9 9 8 年国际标准组织( i s o ) 颁布了c + + 程序设计语言的国际标准 i s o i e c1 4 8 8 2 1 9 9 8 。c + + 是具有国际标准的编程语言，通常称作a n s i i s oc + + 。 1 9 9 8 年是c + + 标准委员会成立的第一年，以后每5 年视实际需要更新一次标准。 本次论文课题监控系统c s 结构选用开发语言是c + + ，现对其进行简要介 绍，c + + 这个词在中国大陆的程序员圈子中通常被读做“c 加加 ，而西方的程 序员通常读做“cp l u sp l u s ”，它是一种使用非常广泛的计算机编程语言。c + + 是 一种静态数据类型检查的，支持多重编程范式的通用程序设计语言。它支持过程 化程序设计、数据抽象、面向对象程序设计、制作图标等等泛型程序设计等多种 程序设计风格。发展大概可以分为三个阶段：第一阶段从八十年代到1 9 9 5 年。 这一阶段c + + 语言基本上是传统类型上的面向对象语言，并且凭借着接近c 语 言的效率，在工业界使用的开发语言中占据了相当大份额；第二阶段从1 9 9 5 年 到2 0 0 0 年，这一阶段由于标准模板库( s t l ) 和后来的b o o s t 等程序库的出现，泛 型程序设计在c + + 中占据了越来越多的比重性。当然，同时由于j a v a 、c j f i 等语 言的出现和硬件价格的大规模下降，c + + 受到了一定的冲击；第三阶段从2 0 0 0 年至今，由于以l o k i 、m p l 等程序库为代表的产生式编程和模板式编程的出现， c + + 出现了发展历史上又一个新的高峰，这些新技术的出现以及和原有技术的融 合，使c + + 已经成为当今主流程序设计语言中最复杂的一员【9 】。 3 2 开发工具 本次课题使用m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 5 作为开发工具，在w i n d o w s 环境 1 4 北京邮电大学硕：卜学位论文 下开发设计网络监控系统，m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 5 是目前最流行的 w i n d o w s 平台应用程序开发环境之一，提供了一个支持可视化编程的集成开发 环境，在用其开发应用程序时，现在主要有两种方法，一种是使用w i n d o w s 提 供的w i n d o w s a p i 函数，另一种方法是直接使用m i c r o s o f t 提供的m f c 类库， 下面对这两种方法做简要介绍【l0 1 。 第一种方法是使用w i n d o w s 提供的w i n d o w sa p i 函数，a p i 是应用程序编 程接1 3 ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 的缩写。w i n d o w sa p i 是w i n d o w s 系 统和w i n d o w s 应用程序之间的标准程序接口。 第二种方法是m f c 封装了w i n d o w s 应用程序的接口( a p i ) 函数、数据结构 和宏，并以对象的形式提供给编程人员。它充分利用了面向对象技术的数据抽象 特性，利用它将大大简化w i n d o w s 编程过程，提高编程效率。可以看出m f c 具 备了较大的优势，所以本次论文课题将使用m f c 开发。 m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s e s ) 库是利用c + + 开发w i n d o w s 应用程序而 提供的应用程序框架。它是用来编写w i n d o w s 应用程序的c + + 类集，该类集以 层次结构组织起来，其中封装了大部分w i n d o w sa p i 函数和w i n d o w s 控件，它 所包含的功能涉及到整个w i n d o w s 操作系统。w i n d o w s 程序必须由一套机制来 选择适当的代码去处理相应的w i n d o w s 消息。传统的w i n d o w s 程序为每个登记 的窗口类定义一个窗口过程。这些窗口过程一般都包含s w i t c h c a s e 语句，用来 分类处理送到窗口的各种w i n d o w s 消息，为这些消息选择适当的响应代码。m f c 提供了同样途径的机制，就是消息映射。这些消息映射定义了各种特定的 w i n d o w s 消息同相应窗口对象的成员函数之间的联系。m f c 简化了w i n d o w s 的 消息处理机制。为了能处理消息，编程人员只须在导出的窗口类中为想要处理的 每个消息增加一个成员函数，然后在消息映射中( m e s s a g em a p ) 中为每个处理消 息的成员函数加上入口。 m f c 比较鲜明的特点主要就是封装和继承，本次论文课题网络监控系统开 发主要用到了这两种技术，下面对其进行简要的介绍【l l j 。 1 封装 m f c 类库构成了m f c 框架。其实m f c 类库就是c + + 类库，这些类不仅封 装了w i n 3 2 应用程序编程接口、封装了应用程序的概念、封装了o l e 特性，还 封装了o d b c 和d a o 数据访问的功能等等，分述如下： 1 ) 对w i n 3 2 应用程序的编程接口封装用一个c + + o b j e c t 来包装一个 w i n d o w s o b j e c t 。例如：c l a s sc w n d 是一个c + + w i n d o wo b j e c t ，它把、矾n d o w s 窗 体( h w n d ) 和w i n d o w s 窗体有关的a p i 函数封装在c 抖w i n d o wo b j e c t