（通信与信息系统专业论文）基于snmp协议的智能小区管理站设计与实现.pdf

上海交通大学工学硕士学位论文 摘要 第 i 页 基于 snmp 协议的智能小区管理站设计与实现 基于 snmp 协议的智能小区管理站设计与实现 摘 要 智能小区是指通过利用计算机、现代通信网络、自动控制等技术， 经过有效的网络传输，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系 统、信息服务系统、物业管理系统以及智能家居组成的住宅小区服务和 管理系统。近年来，随着社会的进步和人们生活水平的提高，特别是信 息技术的高速发展，智能小区技术发展迅速。智能小区系统由管理站、 小区网络和各种终端三个组成部分，本课题重点研究并设计了一种新的 管理站系统。 本课题设计的管理站系统分为四个模块：snmp 管理协议实现模块、 mysql 数据库模块、 移动飞信自动发送模块、 j2ee 服务器端模块。 snmp4j 管理协议实现模块基于简单网络管理协议 snmp，用纯 java 语言实现。管 理站可以通过 get、set 命令获取代理端设备数据、配置设备，也可以接 收和处理代理端设备发出的 trap 报警数据。mysql 数据库模块根据需要 采集、分析、存储的终端数据设计数据库，并提供实时查询和更新数据 库的接口。移动飞信自动发送模块将商业软件整合到本系统，实现当管 理站接收到代理端警情报告时，自动登录管理员飞信帐号，并从数据库 上海交通大学工学硕士学位论文 摘要 第 ii 页 中查找相应的业主手机号码，自动发送短信到该业主手机，完成警情及 时报告。 基于 mvc 设计模式的 j2ee 服务器端模块提供网络服务器端功能。 管理员和业主用户可以以不同的身份帐号登录该模块，查询授权信息， 管理员还可以进行系统配置。 本课题管理站系统创新性的提出了将商业软件移动飞信整合到智能 小区管理系统的解决方案，提升了管理效率和报警反映速度，降低了人 力成本，并在实验室环境下进行了仿真和测试，验证了系统的可行性和 实验室环境下的可靠性。 关键词：snmp，智能小区，snmp4j，移动飞信 上海交通大学工学硕士学位论文 abstract 第 iii 页 design and implementation of intelligent residential district manager based on snmp abstract intelligent residential district is an integrated service and management system of residential management, security surveillance, information service and intelligent family, based on computer technology, modern communication networks, automatic switching technology and network transmission. with development of society and improvement of peoples living standard in recent years, especially rapid progress of information technology, intelligent residential district becomes more and more popular. an intelligent residential district system contains a manager, networks and terminals. this issue concentrates in manager design and proposes a new manager system. the manager system in this issue has four modules, an snmp manager, mysql database, a fetion auto-transmitting module and a j2ee server. snmp manager, based on snmp (simple network 上海交通大学工学硕士学位论文 abstract 第 iv 页 management protocol), is implemented purely in java, and enables the manager to get and set data in agent devices, receive and process trap information from agent devices. mysql database is responsible for collecting, analyzing and storing data from terminals, and it provides interfaces of query and updating. fetion auto-transmitting module merges commercial software to this system, and receives trap data from agent devices, automatically login fetion, query hosts mobile phone number and send a message of alarm to the host. a j2ee server based on mvc design pattern functions as a server, which enables admin and users to login and query, and permits admin to configure the manager system. this issue innovatively proposes an intelligent residential district manager system which merges commercial software fetion of china mobile as solution, thus improves management efficiency, quickens alarm response, and reduces human costs. the system has been emulated and tested in lab, and it is proved to be applicable and reliable in lab environment. keywords: snmp, intelligent residential district, snmp4j, fetion 上海交通大学工学硕士学位论文 第 1 页 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 智能小区的含义及其发展现状 1.1 智能小区的含义及其发展现状 1.1.1 智能小区的含义 1.1.1 智能小区的含义 智能家居(smart home) 1概念起源于美国， 随后在西欧、 日本、 加拿大等国出现。 信息技术的进步,尤其是通信技术的发展，使得智能家居技术快速发展并逐渐成熟， 其智能化范围不断扩大。同一小区内多个智能家居和小区智能管理系统紧密结合，形 成了智能小区技术。 智能小区是指通过利用计算机、现代通信网络、自动控制等技术，经过有效的网 络传输，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息服务系统、物业管 理系统以及智能家居组成的三位一体住宅小区服务和管理集成系统， 使小区业主能 享受安全、舒适、温馨和便利的生活环境。 1.1.2 智能小区的现状及发展趋势 1.1.2 智能小区的现状及发展趋势 在智能小区近二十年的发展历程中，信息科技的进步使得智能小区技术发展迅 速。智能小区的发展包括小区智能化和家庭自动化 2,3。小区智能化是多位一体的小 区管理系统的集成，而家庭自动化是小区的服务目标，由智能家居和智能小区共同实 现。近些年来，利用新兴信息技术建设安全、舒适、方便的小区将是小区发展的重要 方向。未来智能小区有以下几个特点 4,5,6: (1)信息化:用信息技术提供高质量的小区服务，包括智能物业管理、信息网络服 务、多样化娱乐服务、智能家政服务以及高效的电子商务。 (2)环境安全:智能小区的一个重要构件是完善的安防系统，其包括小区整体安防 系统和家居安全报警系统。前者包括小区门禁系统、停车场智能管理系统、非法入侵 报警系统以及公共场所火警、煤气等监控系统。后者包括家庭内部防盗、火警、煤气 监控系统等等。 (3)节能环保:智能小区的另一个目的在于提高效率和节约能源， 减少或控制污染 排放，促进人与自然和谐发展，如小区照明控制系统。 (4)三网合一:这是当今智能小区发展最重要的动力之一。 它将住宅小区的三个信 息网络即话音通信网、有线电视网和数据通信网整合起来,实现多功能、多任务的整 合。 上海交通大学工学硕士学位论文 第 2 页 总的来说，我国的住宅小区模式正在日渐形成，与之相配套的智能小区技术与发 达国家有着一定的差距，这正是我们的市场潜力和研究开发的方向。 1.2 snmp 协议 1.2 snmp 协议 1.2.1 snmp 的协议环境与特点 snmp 的协议环境与特点 简单网络管理协议（snmp：simple network management protocol） 7,8是由互联 网工程任务组（ietf：internet engineering task force ）定义的一套网络管理协 议。利用 snmp，一个管理工作站可以远程管理所有支持这种协议的网络设备，包括 监视网络状态、修改网络设备配置、接收并处理网络事件警告等。 snmp 网络管理模型由管理站（manager）、代理端（agent）、管理信息库（mib: management information base） 、 网络管理协议四个部分组成。 管理站负责通过 get、 set、trap 等命令与代理端交互，读写每个代理端的管理信息库中的特定对象来实现 被管设备的管理，并将每个代理端中相关的管理信息存储在自己的本地数据库中。代 理端是驻留在网络设备中的软件模块,它可以获得本地设备的运转状态、设备特性、 系统配置等相关信息。 管理信息库 mib 是所有被管对象的抽象集合。 每一个被管对象， 从本质上讲就是表征被管设备某一特性的变量。 snmp 为应用层协议，是 tcp/ip 协议族的一部分。它通过用户数据报协议(udp) 来操作。在管理站中，管理者进程对位于管理站中心的 mib 的访问进行控制，并提 供网络管理员接口。管理者进程通过 snmp 完成网络管理。snmp 在 udp、ip 及有 关的特殊网络协议(如 ethernet, fddi, x.25)之上实现。 每个代理端也必须实现 snmp、 udp 和 ip。另外，有一个解释 snmp 的消息和控制代理端 mib 的代理端进程。snmp 的协议环境如图 1-1 所示。 从管理站发出 3 类与管理应用有关的 snmp 的消息 getrequest、 getnextrequest、 setrequest。 3 类消息都由代理端用 getresponse 消息应答， 该消息被报告给管理应用。 另外，代理端可以发出 trap 消息，向管理者报告有关 mib 及管理资源的事件。 由于 snmp 依赖 udp， 而 udp 是无连接型协议， 所以 snmp 也是无连接型协议。 在管理站和代理端之间没有连接需要维护， 每次交换都是管理站和代理端之间的一个 独立的传送。 上海交通大学工学硕士学位论文 第 3 页 管理应用 snmp manager udp ip 依赖网络的协议 getrequest getnextrequest setrequest getresponse trap snmp 被管对象 snmp agent udp ip 依赖网络的协议 getrequest getnextrequest setrequest getresponse trap 被管资源 网络或互联网络 snmp 消息 管理应用 对象 snmp管理站snmp 代理者 图 1-1 snmp 的协议环境 fig.1-1 snmp environment snmp 协议有以下几个特点 9: 首先,相对于其它种类的网络管理体系或管理协议而言，snmp 易于实现。snmp 的 管理协议、mib 及其它相关的体系框架能够在各种不同类型的设备上运行，包括低档 的个人电脑到高档的大型主机、服务器、及路由器、交换器等网络设备。一个 snmp 管理代理组件在运行时不需要很大的内存空间，因此也就不需要太强的计算能力。 snmp 协议一般可以在目标系统中快速开发出来，所以它很容易在新产品或升级的老 产品中出现。尽管 snmp 协议缺少其它网络管理协议的某些优点，但它设计简单、扩 展灵活、易于使用，这些特点大大弥补了 snmp 协议应用中的其他不足。 其次,snmp 协议是开放的免费产品。只有经过 ietf 的标准议程批准(ietf 是 lab 下设的一个组织)，才可以改动 snmp 协议。 第三,snmp 协议有很多详细的文档资料(例如 rfc 等)，网络业界对这个协议也有 着较深入的理解，这些都是 snmp 协议近一步发展和改进的基础。 上海交通大学工学硕士学位论文 第 4 页 最后,snmp 协议可用于控制各种设备。如电话系统、环境控制设备，以及其它可 接入网络且需要控制的设备等，这些非传统装备都可以使用 snmp 协议。 snmp 协议的以上特点使得它成为网络设备厂商、 应用软件开发者和终端用户首选 的管理协议。这也是本课题选择 snmp 协议作为网络管理协议的原因。 snmp 协议目前有三个版本:snmpv1、snmpv2、snmpv3 10。其中,snmpv3 的功能最 强大, 其结构体现了模块化的设计思想，可以轻松的实现功能的增加和修改，并且增 加了三个新的安全机制：身份验证，加密和访问控制，安全性能更高。本课题的设计 开发工作基于 snmpv3，兼顾 snmpv1 和 snmpv2。 1.2.2 snmp 的管理信息库(mib) 1.2.2 snmp 的管理信息库(mib) snmp 中所有的被管对象都被排在一个树型结构之中。 处于叶子位置上的对象是 实际的被管对象，每个实际的被管对象表示某些被管资源、活动或相关信息11,12。 管理信息库 （mib） 是被管对象的集合， 是代理端维护的被管资源的虚拟数据库， 其中的每个对象类型都被赋予一个对象标识符（oid：object identifier）来命名对 象。由于对象标识符的值是层次结构的，因此命名方法本身也能用于确认对象类型的 结构13,14,15。 1.3 基于 java 和 mysql 的 snmp 开发环境介绍 1.3 基于 java 和 mysql 的 snmp 开发环境介绍 1.3.1 java 语言及 j2ee 的 mvc 设计模式 1.3.1 java 语言及 j2ee 的 mvc 设计模式 sun 公司在 1996 年推出了 java 语言,目前 java 是互联网上最流行的编程语言 之一。它不但是一种跨平台的通用编程语言，也是一种通用于各种计算机网络特别是 互联网的技术。java 的平台独立性给整个网络世界带来了巨大变革，为软件开发者 提供了充分展示的舞台，其“write once run everywhere” 编写一次到处运行的承 诺使人们空前渴望实现在 internet 上的统一数据交换。java 自问世以来发展迅速， 从 java 手机、java pda 、java web start 应用程序到 j2ee 服务器运算。java 的 出现改善了过去因特网的一些缺点,例如动态文件 web 的互动性和不同平台计算机之 间的一致性随着 java 推出迎刃而解 16,17。 j2ee 是一种利用 java 2 平台来简化企业解决方案的开发、部署和管理相关的复 杂问题的体系结构。j2ee 技术的基础就是核心 java 平台或 java 2 平台的标准版， j2ee 不仅巩固了标准版中的许多优点，例如方便存取数据库的 jdbc api、corba 技 术以及能够在 internet 应用中保护数据的安全模式等等，同时还提供了对 ejb 上海交通大学工学硕士学位论文 第 5 页 （enterprise javabeans） 、java servlets api、jsp（java server pages）以及 xml 技术的全面支持。其最终目的就是成为一个能够使企业开发者大幅缩短投放市场 时间的体系结构 18。 系统的 mvc 设计模式把应用程序抽象为模型(model)、视图(view)和控制器 (controller) 。模型表示企业数据和业务规则。在 mvc 的三个部件中，模型拥 有最多的处理任务。视图是用户看到并与之交互的界面。控制器接收用户的输 入并调用模型和视图去完成用户的需求,当单击 web 页面中的超链接和发送 html 表单时，控制器本身不输出任何东西和做任何处理。它只是接收请求并决 定调用哪个模型构件去处理请求，然后用确定用哪个视图来显示模型处理返回 的数据。所以, mvc 的处理过程是，首先控制器接收用户的请求，并决定应该调 用哪个模型来进行处理，然后模型用业务逻辑来处理用户的请求并返回数据， 最后控制器用相应的视图格式化模型返回的数据，并通过视图呈现给用户。图 1-2 显示了 mvc 模式结构。 图 1-2 mvc 模式结构 fig.1-2 structure of mvc pattern 用户请求 试图选择 通知改变 模型（model） 封装应用程序状态 相应状态查询 应用程序功能 通知视图改变 视图（view） 解释模型 模型更新请求 发送用户输入给控制器 允许控制器选择视图 控制器（controller） 定义应用程序行为 用户动作映射成模型更新 选择相应的视图 方法调用 状态改变 状态查询 事件 状态查询 上海交通大学工学硕士学位论文 第 6 页 1.3.2 snmp4j 1.3.2 snmp4j snmp4j 是一个用 java 实现 snmp 协议的开源项目。 它支持以纯面向对象设计的方 式开发 snmp 管理站和代理端，支持以命令行的形式进行管理与响应。支持 snmpv1, v2c, v3 版本。既可以开发客户端,也可以开发服务器端。本系统基于 snmp4j 开发包， 开发 java 管理站软件。snmp4j 提供的以下功能特性 19是本系统采用其作为开发环境 的原因： （1） 带有 md5 和 sha 验证的 snmpv3，具有良好的安全性。 （2） 包含 snmp 的所有 pdu 类型。 （3） 支持 java 1.4.1 及后续版本，便于后续修改和扩展。 （4） 支持多线程处理，符合大中型服务器开发的需要。 （5） 支持 junit 测试（在 2.x 及后续版本上运行） ，便于系统调试和检测。 （6） 支持 log4j，运行时可记录日志，便于保存历史记录。 1.3.3 mysql 数据库 1.3.3 mysql 数据库 mysql是瑞典mysql ab公司开发的一个小型关系数据库管理系统。 由于其体积小、 速度快、 总体拥有成本低， 尤其是开放源码这一特点， 非常适合中小型网络数据存储。 本系统采用 mysql 数据库存储数据。 1.4 移动飞信 1.4 移动飞信 飞信（fetion）是中国移动通信 2007 年 6 月推出的一款综合即时通信工具，具 有通过 pc 机向手机终端发送短信的功能。本课题智能小区管理站的设计中集成了移 动飞信，本系统包含调用命令行登录飞信并发送警报短信的全自动处理模块。当某个 业主家庭的报警信息发送到管理站，管理站主机自动查询数据库，搜索该业主手机号 码，登录并发送飞信通知业主。 1.5 本文章节结构 1.5 本文章节结构 本课题设计中的智能小区系统由管理站、小区网络和各种终端组成。其中,管理 站是最重要的组成部分,文章将以管理站的设计和实现为重点,分模块阐述管理站组成 部分,包括: snmp 管理站处理模块、mysql 数据库模块、移动飞信自动发送模块以及 基于 mvc 设计模式的 j2ee 服务器端模块。最后，该系统管理站在实验室进行了仿真 上海交通大学工学硕士学位论文 第 7 页 和测试。本文后续各章安排如下： 第二章，介绍智能小区框架结构的设计。 第三章，阐述基于 snmp 协议和 snmp4j 环境的管理站设计与实现。 第四章，阐述管理站数据库和移动飞信发送模块的设计与实现。 第五章，阐述基于 mvc 设计模式的 j2ee 服务器端设计。 第六章，介绍智能小区管理站的实验室仿真及测试。 第七章，总结与展望。 上海交通大学工学硕士学位论文 第 8 页 第二章 智能小区框架设计第二章 智能小区框架设计 2.1 智能小区的需求分析 2.1 智能小区的需求分析 绪论中概述了智能小区在我国的发展现状和未来的发展方向，本课题提出的智能 小区管理系统涵盖了小区智能抄表、小区安防、小区公共资源管理、智能家居数据、 家庭安防、数据存储和查询等方面。 智能抄表是家庭三表智能抄送的简称，安装在家庭中的三表指水表、电表、煤气 表(天然气表)，这些表除了用于常规的显示等功能之外，每个表都配备了脉冲输出功 能。 随着用户对水、 电、 煤气的消费， 按照各自的单位计量比例输出相应的脉冲信号。 脉冲信号经过波形整形处理为矩形波后作为计数脉冲， 家庭网关通过实时采样计数脉 冲获得三表的消耗量。管理站主机可以在任何时候进行抄表，也可以设置定时自动抄 表，抄表时间可以由管理站自行配置。水、电、煤气各公司可以通过远程通讯进行抄 表，一般每月一次。同时管理站实现三表自动计费，三表费用拖欠分析，报表统计打 印等12。 小区安防的警报等信号的采集与表数据采集的原理相似，安装在小区各防区的感 应器(探头)在有警情发生时产生输出脉冲，上传给管理站主机。管理站主机能自动查 询小区内所有控制器的报警状态，及时对各种报警信号做出响应，向监控中心工作人 员提供报警业主家庭有关地址、电话等信息，同时在小区电子地图上显示报警用户准 确位置以便安防人员准确及时处警。 小区公共资源管理可以有效的控制和管理小区内的公共资源，如路灯，停车库等 等。以路灯为例，可以根据季节、光照灯具体状况及时调整路灯开关和亮度，既节省 资源又能提供优质照明服务。 管理站工作人员可以在系统中方便的修改小区公共资源 的设置。 智能家居数据是指通过智能家居设备采集的小区业主家庭内部实时数据，如温 度、光照等，这些数据经过传感器采集，可以由嵌入式家庭网关处理，并通过小区网 络传送给管理站主机。比如，冬季供暖时，管理站可以随时监控家庭室内温度，以便 于及时调整供暖。 家庭安防数据从本质上讲也是智能家居数据的一部分，其与其他智能家居数据的 区别在于智能家居数据是家庭常规数据，而家庭安防数据是家庭突发警情的报警数 据。家庭安防数据仍然是由家庭网关通过小区网络发送至管理站。管理站采用最迅速 上海交通大学工学硕士学位论文 第 9 页 的方式处理警情并通知业主。 数据存储和查询是指小区管理站具有查询和更新数据库的能力，它可以及时处理 各方数据，并将数据按照数据库指定的格式保存起来以备随时查询。 本课题中，拥有以上功能的智能小区系统是当今小区环境中一个足够全能的系 统，它可以涵盖目前小区内的基本管理需求，因而具有广泛的应用前景和市场价值。 2.2 2.2 系统功能结构 系统功能结构 智能小区的构建方案不止一种，但所有方案所完成的功能大致相同：首先要在智 能家居中建立一个通讯网络， 为业主家庭信息提供必要的通道， 在家庭网关的控制下， 通过响应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的设备的控制和检测；其次要通 过一定的媒介构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界信息交互，满足远程 控制、监测的需要；最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保 护的智能小区需求。 本课题中，智能小区系统由管理站、小区网络和各种终端组成, 其中，各种终端 包括数据采集终端和家庭网关。智能小区系统基本结构如图 2-1 所示。 家庭网关 家庭网关 家庭网关 管理站主机 数据采集终端 数据采集终端 图 2-1 智能小区基本结构 fig.2-1 basic structure of intelligent residential district 上海交通大学工学硕士学位论文 第 10 页 2.2.1 管理站主机 2.2.1 管理站主机 图 2-1 中的管理站主机是系统的核心组成部分，它是整个系统的指挥中枢和信息 处理、分析、转发、存储、显示的部件。该管理站可以是一台配置较高的 pc 机，也 可以是小型服务器。管理站上的操作系统可以采用 windows、unix 或者 linux。本课 题设计中的管理站分为以下几个模块： （1） snmp 管理站处理模块 该模块基于 snmp4j 开发，用纯 java 语言实现。管理站可以主动或者定时发送 set 等命令至 snmp 代理端，设计代理端属性，实现管理功能；也可以主动或者定时 发送 get 命令至代理端，获取代理端常规数据信息；管理站随时监听代理端是否发出 trap 信息，当代理端发现异常状况报警时，通过发送 trap 信息至管理站报告警情， 管理站接收信息并及时处理。 （2） mysql 数据库模块 该模块根据需要采集、分析、存储的终端数据设计数据库，并提供实时更新和查 询数据库的接口。 （3） 移动飞信自动发送模块 该模块可以实现当接收到代理端的警情报告时，自动登录管理员飞信帐号，并 从数据库中查找相应的业主手机号码，自动发送短信到该业主手机，实现警情及时 报告。 （4） 基于 mvc 设计模式的 j2ee 服务器端模块 该模块基于模型、视图、控制器的设计理念，提供网络服务器端功能。管理员 和业主用户可以以不同的身份帐号登录该模块，查询授权信息，管理员还可以进行 系统配置。 2.2.2 智能小区网络设计 2.2.2 智能小区网络设计 图 2-1 中的小区网络可以根据小区的实际状况设置， 目前在智能小区中常用的信 息传输的介质主要有电话线、电力线、无线方式和以太网等等，它们各有优缺点 12。 使用电话线作为信息传输媒介的优点是：电话在城市中已得到普及，一般家庭预 先都己安装，因此施工和安装比较方便。但电话线原来设计是用于传输音频信号的， 因此它可传输信号的带宽比较窄(一般为几 khz)；而且电话线的传输阻抗不易控制， 信号在电话线上衰减比较大。 这些问题都使电话线很难应用于高速信号的传输。 所以， 本课题设计中将电话线这种传输介质列为候补方案之一。 上海交通大学工学硕士学位论文 第 11 页 使用电力线作为信息传输介质的优点是：在一般的普通家庭中都己布好了电源 线，而且比电话线更广泛，由于电力线已深入到所有家庭的几乎每个角落(如厨房、 阳台、卫生间等)，因此施工和安装更为方便。它的主要问题是无法跨越变压器进行 远程传输；噪声和干扰比较大，限制了它可传输信号的带宽和数据传输的速率；此外 由于信号与市电在相同线上传输，对所使用硬件的耐压要求比较高，在安全方面还存 在一定的隐患。所以，本课题设计中将电力线这种传输介质列为候补方案之一。 无线方式将电磁波信号通过空气介质传播，其优势是可以不用架设庞大的线路， 完全摆脱了通信线路的束缚。但无线方式的成本和维护费用较高，稳定性不强，安全 性较低，且有一定的电磁辐射，不利于健康。所以，本课题设计中将无线方式列为候 补方案之一。 以太网(ethernet)指的是由 xerox 公司创建并由 xerox、intel 和 dec 公司联合 开发的基带局域网规范。以太网络使用 csma/cd(载波监听多路访问及冲突检测技术) 技术，并以 10m/s 的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与 ieee 802.3 系列标准 相类似， 它不是一种具体的网络， 是一种技术规范。 以太网可以采用多种连接介质， 包括同轴缆、双绞线和光纤等。 以太网正逐渐成为当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。 该标准定义了 在局域网（lan）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以 10100mbps 的速率传送信息包， 双绞线电缆 10 base t 以太网由于其低成本、 高可靠 性以及 10mbps 的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。随着现代以太网技术的成 熟，特别是近年来 “宽带”已经开始走进普通家庭，一般都是由电信部门或网络公 司负责把宽带网直接布线到用户家中， 所以对开发商和业主家庭来说几乎不增加任何 成本。利用这种现成的廉价、高速、稳定的以太网作为信息传输的媒介，具有线路稳 定、接口简单、拓扑结构组建灵活、信息传输速度快、拥有固定 ip 地址和造价相对 低廉的特点， 特别适合大规模推广， 利用以太网技术构建智能小区将会成为必然趋势。 因此，以太网将在智能小区中占据不可替代的地位。基于以太网的智能小区综合管理 系统是以成熟的以太网技术为保障的，可为小区提供信道更加稳定、可靠和全面的社 区服务。所以，本课题设计中的智能小区网络为以太网。 以太网的使用带来了的安全性的问题，以太网中存在着一定的安全漏洞，易遭受 内部或外部攻击。以太网的广播式系统是其最容易遭受攻击的弱点。局部以太网的任 何一台主机发出的每一条信息会被发送到本网段的其他所有部分， 并可能被其他任何 一台计算机进行读取。网络嗅探型的程序能够记录、读取并分析局部以太网中的所有 信息。用户密码和重要数据都可能被其他人读取甚至修改。 上海交通大学工学硕士学位论文 第 12 页 为解决以太网安全性能问题，本系统需要在硬件和软件上作如下改进： （1） 硬件上，采用交换网络：增加一定数量的交换机，将网络隔离成许多部分，进 而可以有效地防止网络中的劫持和嗅探行为。这些交换机还能够降低网络通 信，限制信息的传输，只将信息传送到网络中对其有需求部分，进而提高了整 个网络的效率。本文系统中将小区以太网划分为以单元楼为单位的子网络，为 每个子网络增加一台交换机，这样，每个单元的主机无法直接接收其他单元主 机的信息。 （2） 软件上，采用加密技术：对用户计算机与目的地址之间进行传输的数据进行加 密。加密技术都能够确保信息和数据的私有性。本课题中采用 snmpv3 的一 个重要因素就是 snmpv3 包含验证服务和加密服务在内的全新的安全机制， 同时还规定了一套专门的网络安全和访问控制规则，它相当于 snmpv2 基础 之上增加了安全和管理机制。 图 2-2 显示了改进后的智能小区基本结构. 家庭网关 1-3 家庭网关 1-1 家庭网关 2-3 管理站主机(管理协议 软件为snmpv3)公共数据终端 公共数据终端 家庭网关 1-2 家庭网关 2-1 家庭网关 2-2 交换机-1 交换机-2 一号单元楼 二号单元楼 图 2-2 改进后的智能小区基本结构 fig.2-2 improved structure of intelligent residential district 上海交通大学工学硕士学位论文 第 13 页 在图2-2中显示了两个单元楼,现实中智能小区可以容纳更多单元楼.每个单元楼 增加一台交换机作为其总出口。这样,不同单元楼之间的主机(家庭网关)互不可见, 例如:家庭网关 1-1 发出的信息不会被家庭网关 1-2 接收或嗅探，反之亦不能。这种 改进可以有效的避免不同单元楼之间的相互干扰和网络嗅探。但考虑到系统成本，同 一单元楼内部的嗅探没有采用此方法避免，而是采用加密验证的方式实现，如 snmpv3 的 md5+des 验证加密方法。 2.2.3 家庭网关和公共数据终端 2.2.3 家庭网关和公共数据终端 家庭网关可以根据成本预算和实际需要采用 pc 机或者嵌入式系统实现。家庭网 关通过串口与被管设备相连，它需要处理智能抄表数据、智能家居数据和家庭安防数 据，并集成一个 snmp 代理端，完成与管理站通信并按照命令提交智能抄表数据和 智能家居数据，及时报告家庭安防数据21,22。因此，代理端有两个功能。 （1） 接收 snmp 管理站发送来的 set、get 等命令，完成设置和报告数据的任务。 （2） 当遇到特殊事件时，如本系统中的警情发生，及时主动向管理站汇报 trap 信 息。 代理端运行流程如图 2-3 所示23。 snmp 代理端实现方案和技术日趋成熟，特别是基于嵌入式的实现 24，25,26，以其强 大的功能和适当的成本成为智能小区管理系统的重要模块。本课题重点研究并阐述 snmp 管理站设计与实现，这里不再赘述 snmp 代理端设计。 上海交通大学工学硕士学位论文 第 14 页 图 2-3 snmp 代理端工作流程 fig.2-3 workflow of snmp agent 公共数据终端包括小区公共资源管理和小区安防数据，所有公共数据终端可 以由一个基于嵌入式系统或 pc 机的 snmp 代理端整合。小区管理站通过 snmp 协 议与公共数据终端进行信息交互，公共数据终端通过各个串口获取终端设备数 据。公共数据终端构架如图 2-4 所示。 系统启动 系统初始化 创建snmp消息处理任务和trap发送 任务 等待和处理 set 和 get 等 snmp 消息 任务（无限循环） 等待和处理 trap 任务（无限循环） 处 理 成 功 ? 处 理 成 功 ? 退出消息任务并 报告错误 退出 trap 任务并 报告错误 是是 否否 上海交通大学工学硕士学位论文 第 15 页 图 2-4 公共数据终端框架 fig.2-4 structure of public data terminal 2.3 系统中需要解决的问题 2.3 系统中需要解决的问题 本课题提出的智能小区管理系统由管理站、小区网络和各种终端组成。其中，管 理站负责整个系统的管理和信息处理，是系统最核心最重要的组成部分，也是后文阐 述的重点。小区网络和各种终端已在本章内分析阐述，本课题并未涉及终端硬件的选 用和安装调试过程，但在设计 snmp 管理站和代理端时，我们不可避免的要考虑其与 底层硬件的结合，代理端需要先获取终端设备数据，如智能抄表。一种有效的智能抄 表技术是基于 rs485 总线和 weg820 采集器的智能抄表系统 27，该系统中的 weg820 采集器可以采集电表、水表、煤气表(天然气表)等业主用户信息，并通过 rs485 总线 传递给嵌入式家庭网关，或者先进行 rs485/rs232 串口转换，再传输给嵌入式家庭网 关。 成熟的底层技术使得硬件部分以及硬件与代理端的通信不再是本系统的关键或瓶 颈， 后文将阐述智能小区系统最需要解决的问题系统软件构架设计和关键模块的 实现。 2.4 本章小结 2.4 本章小结 本课题提出将智能小区系统软件部分， 特别是管理站软件部分分为 snmp4j 管理 协议实现模块、数据库模块、移动飞信自动发送模块和 j2ee 服务器端模块四个分工 小区管理站 （snmp 管 理站） 公 共 数 据 终 端代理 （snmp代理 端） 小区照明设备（终端 设备 1） 小区车库（终端设备 2） 小区安防设备（终端 设备 3） snm 串口 串口 串口 上海交通大学工学硕士学位论文 第 16 页 明确、协作良好的部分，各个模块对外提供各自的接口，允许数据参数传入，并将处 理生成的结果保存或传出。 移动飞信自动发送模块是作者提出的一种将现有商业通信 软件整合到智能小区管理站系统的解决方案，这种方案很好的解决了警情状况下自 动、迅速通知业主的难题，大幅度缩减了反应时间，减小了人力成本。图 2-5 显示了 管理站软件模块交互原理。 图 2-5 管理站各软件模块工作原理 fig.2-5 process of snmp manager software modules 配置管理站 jdbc （1）更新数据 （2）读取 trap 对应的业主信息 trap+业主手机 get set trap snmp 管理站 （ snmp4j 实 现） snmp 代理端 移 动 飞 信 自 动 发 送 模块 mysql 数据库 j2ee 服务器 以太网 管理员 业主 1 业主 n 业主 2 虚线内为管理站 软件各个模块 上海交通大学工学硕士学位论文 第 17 页 第三章 基于 snmp4j 的 snmp 管理站设计与实现第三章 基于 snmp4j 的 snmp 管理站设计与实现 3.1 代理端 mib 的设置 3.1 代理端 mib 的设置 绪论中介绍了管理信息库（mib）是被管对象的集合，是代理端维护的被管资源 的虚拟数据库，其中的每个对象类型都被赋予一个对象标识符（oid：object identifier）来命名对象 28,29。 从管理站的观点看，所有的网络管理操作都通过对 mib 对象的读写、创建和删 除完成。mib 由节点上的 snmp 代理端负责维护，snmp 代理端使用 snmp 协议与管理 站进行信息交互，把来自管理站的命令或请求转换为本设备特有的指令，完成管理站 的指示，并对 mib 对象进行相应的修改。snmp 管理站负责全面管理和控制，它使用 snmp 协议发出管理操作的指令，并接收来自 snmp 代理端的通知 30,31。 snmp 的规范 smi（structure of management information）为定义和构造 mib 提供了一个通用的框架，同时也规定了可以在 mib 中使用的数据类型，说明了资源在 mib 中怎样表示和命名。 对象标识符是能够唯一标识某个对象类的符号。它的值由一个整数序列构成。被 定义的对象的集合具有树型结构，树根是引用 asn.1 标准的对象。从对象标识符树的 树根开始，每个对象标识符成分的值指定树中的一个弧。从树根开始，第一级有 3 个节点:iso、ccitt、joint-iso-ccitt。在 iso 节点下面有一个为“其他组织”使用 的子树，其中有一个美国国防部的子树(dod)。snmp 在 dod 之下设置一个子树用于 internet 的管理。如: internet object identifier : = iso (1) org (3) dod (6) 1 因此，internet 节点的对象标识符的值是 1.3.6.1。这个值作为 internet 子树 的下级节点标识符的前缀。smi 在 internet 节点之下主要定义了 4 个节点: （1） directory 为与 osi 的 directory 相关的将来的应用保留的节点。 （2） mgmt 用于在 iab 批准的文档中定义的对象。 （3） experimental 用于标识在 internet 实验中应用的对象。 （4） private 用于标识单方面定义的对象。 mgmt 子树包含 iab 已经批准的管理信息库的定义。 private 子树目前只定义了一个子节点 enterprises，snmp 设备厂商可用于加强 对自己设备的管理，与用户及其他厂商共享信息。在 enterprises 子树下面，每个注 上海交通大学工学硕士学位论文 第 18 页 册了 enterprise 对象标识符的厂商有一个分支。 图 3-1 显示了管理信息库树型结构。 图 3-1 管理信息库树型结构 fig.3-1 structure of mib 由于本课题独立研究 snmp 管理站，系统模拟仿真时对应的 mib 根节点为 1.3.6.1.2.1.1，即图3-1中的 system。在智能小区系统产品开发阶段，需要代理 端开发员在 enterprise 下开发本系统专用的 oid。 本课题中智能小区管理站系统设计为“一管多”系统，即一个管理站同时管理多 个代理端。为实现管理站与代理端信息正确交互，并区分不同代理端，本系统采用 ip 地址标识代理端，各个代理端所相连的相同设备采用同一 oid 标识。表 3-1 列出 了本系统中 mib 节点对应的被管设备。 上海交通大学工学硕士学位论文 第 19 页 表 3-1 各个 oid 对应的被管设备 oid 被管设备 1.3.6.1.2.1.1.1 业主家庭电表 1.3.6.1.2.1.1.2 业主家庭水表 1.3.6.1.2.1.1.3 业主家庭煤气表（天然气表） 1.3.6.1.2.1.1.4 业主家庭温度计 1.3.6.1.2.1.1.5 小区公共区域警情报告 1.3.6.1.2.1.1.6 业主家庭警情报告 根据表 3-1，1.3.6.1.2.1.1.1至1.3.6.1.2.1.1.4四个节点保存该代理端所 在业主家庭的智能抄表数据和智能家居数据，每个 mib 节点对应唯一的设备名称，这 四个节点对应 snmp 命令中的 get 和 set。节点1.3.6.1.2.1.1.5对应小区公共区域 报警的设备，节点1.3.6.1.2.1.1.6对应业主家庭报警的设备，这两个节点对应 snmp 命令中的 trap。由于 mib 节点在代理端开发，当智能小区需要采集和交互更多 信息时，可以方便的通过扩展 mib 来实现。 不同业主家庭之间的代理端以及不同小区公共设备之间的代理端采用 ip 地址标 识。例如 192.168.0.11 标识业主甲，192.168.0.12 标识业主乙。则根据表 3-1， 192.168.0.11 下对应的1.3.6.1.2.1.1.