XML技術在艦船通信控制管理中的應用研究＊

王近濤

（中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430079）

1 引言

隨著海軍艦艇通信系統建設的飛速發展，系統規模不斷擴大、接入的設備和承載的業務也不斷增多，對通信控制管理技術提出了更高的要求。進一步提高控制管理的可擴展性、確保通信系統的高效運行顯的尤為重要。

目前艦船通信系統的控制管理多采用了SNMP協議和私有協議，然而由于SNMP缺乏協議擴展和復雜層次配置內容的表示能力，私有協議的二進制數據流表示方式使得管理協議的可讀性差，不便于擴展，這些不足決定了二者不適宜作為未來復雜通信系統的控制管理協議。

基于 XML（eXtensible Markup Language，可擴展標記語言）的數據表示方式是目前網絡及設備控制管理技術的最新研究方向［1］，XML技術具有良好的數據存儲格式、可擴展性強、結構化程度高、內容具有良好的可讀性并且易于網絡傳輸的特點［2］。上述優點使得XML技術可作為未來海軍艦艇通信系統內部的控制管理協議。

2 XML與通信控制管理協議

XML是由 W3C（World Wide Web Consortium）于1998年2月發布的一種標準，它是一種數據交換格式，具有較強的靈活性和可擴展性［3］。強大的數據描述能力使XML適宜于艦船通信系統的網絡管理及設備控制協議。XML作為艦船通信控制管理協議具有如下的優點：

1）數據結構性方面，XML可以方便有效地表示樹形結構化數據，這就使得XML可以作為表示數據的手段［4］。

2）擴展性方面，XML還是一組用于設計數據格式和結構的規則和方法，可以生成方便不同的計算機和應用程序讀取的數據文件［5］。

3）在數據傳輸方面，可以根據需要采用多種協議來傳輸數據。

4）在數據處理方面，XML提供了DOM以及SAX API接口，方便用戶提取XML文檔中描述的管理數據信息［6］。

完整的通信控制管理協議應包括通信協議棧、控制管理模型和管理信息模型三個要素，這三個要素分別實現了通信控制管理協議數據傳輸、控制管理模式和數據表示等方面的功能，結合起來共同實現了控制管理接口的全部功能。組成如圖1所示。

圖1 通信控制管理協議組成

通信協議棧完成控制管理消息端到端的通信［7］，并將消息在應用程序與被管控對象代理間傳送［8］，基于XML的通信控制管理接口的通信協議棧是TCP／IP，采用 HTTP／POST綁定SOAP請求［9］。通信協議棧應具備如下的基本功能。

1）信息的傳輸與系統無關。通信協議棧應在操作系統上進行封裝，協議棧的實現應屏蔽操作系統的差異，以保證協議可以在不同的操作系統上運行。一般采用標準的TCP／IP協議棧或在之上的HTTP協議，通過HTTP的GET或POST消息實現應用程序和被控對象間的通信。

2）信息的傳輸應具有可靠保證。應具備可靠消息服務的能力，控制XML消息的發送和確認，包括完整性檢查、重新發送控制、錯誤通知、消息的確認等。

3）支撐大批量的數據傳輸。在基于XML的控制管理接口中，傳送大數據量的配置信息、性能數據和故障信息，協議棧應提供FTP等其它數據傳輸方式，提高傳輸效率。

控制管理模式對信息的傳送采用適當的方式進行建模。根據設備端和管理端所處的網絡環境的不同，主要有兩種工作模式：Peer to Peer對等模式和Client／Server主從模式［13］。設備端在啟動后根據系統的配置啟動正確的工作模式流程，管理端同時處理兩種工作模式。

1）Peer to Peer對等模式

在Peer to Peer對等模式下，設備端和管理端一般都處于同一個局域網內部，通訊無需經過防火墻或安全隔離設備等隔離系統時，在該模式下設備端和管理端都同時作為服務端和客戶端，既提供接口供對方調用，也調用對方的服務接口。組成如圖2所示。

圖2 對等模式組成圖

2）Client／Server主從模式

當管理端處于網絡中而設備端位于隔離系統后，在管理端與設備端之間存在防火墻等隔離系統時，由于防火墻的存在，設備端只能向管理端發送Request消息，不能發送Response消息，因此設備端只能作為Client，調用管理端提供的服務接口，管理端作為Server，向設備端提供服務功能，供設備端調用。組成如圖3所示。

圖3 主從模式組成圖

管理信息模型是指通信控制管理應用程序透過控制管理接口所看到的被管對象間的抽象表示形式。在基于XML的網絡管理接口中采用XML／Schema為管理信息進行建模。

3 基于XML的通信控制管理方案

考慮到目前艦船通信控制管理系統對設備和子網的管理多采用SNMP協議和私有協議，基于XML的管理方案需要對以往的協議進行適配，以保障通信控制管理協議南向接口可適應目前通信系統不同設備的管理需求。下面將沿用傳統網絡管理的管理者—代理模型，探討基于XML的控制管理系統可能采取的方案。

3.1 XML＿based Manager—SNMP Agent方案

第一種方案保留SNMP代理，用XML＿based管理者代替SNMP管理者，其主要結構模型如圖4所示。

圖4 XML＿based Manager—SNMP Agent模型

在此方案中采用XML DTD或Schema描述管理信息結構（類似于SNMP SMI），HTTP作為傳輸數據的手段。管理數據以XML文檔格式存取，并用標準的XML技術進行處理。由于該管理者和SNMP代理雙方所采用的技術不同，在它們之間需要增設一個XML／SNMP網關，管理者通過此網關來使用和管理現有的SNMP代理。XML／SNMP網關實現SNMP SMI到XML Schema的轉換。

3.2 XML＿based Manager—XML＿based Agent方案

當不考慮現有控制管理協議，開發一個全新的通信控制管理系統時，利用XML＿based管理者管理XML＿based代理是充分發揮XML網絡管理優勢的最理想方案，其主要結構模型如圖5所示。

圖5 XML＿based Manager—XML＿based Agent模型

在此方案中選用XML Schema來描述管理信息結構，管理者和代理之間采用HTTP協議進行通信，管理數據以XML格式存放。管理者通過不同的URL執行發出請求、接收回復和陷阱等各種功能。代理方使用XPath handler解析從管理者發來的XPath表達式，并通過DOM接口在事先解析好的DOM樹中定位所要操作的結點，之后DOM樹利用管理后端接口向系統應用程序發出取值請求，獲得響應后將該結點的值層層返回發送給管理者。

4 XML在艦船通信控制管理中的設計實現

艦船通信系統通常由分布式的網絡傳輸單元組成。采用基于XML＿based的網絡管理模型，可有效的適應控制管理信息的擴展需求。通信控制管理系統作為管理端實現對分布式網絡傳輸單元的統一管理。管理模型如圖6所示。

在艦船通信控制管理中的控制管理消息采用基于XML標準的結構，通過XML／Schema來建

圖6 艦船通信控制管理架構

模，并以XSD的形式存儲在本地，作為傳輸XML消息合法性校驗的標準。基本信息如表1所示。

表1 XML標準的文本消息結構

具體協議形式示例如圖7所示。

圖7 基于XML的通信控制管理消息體示例

5 結語

艦船通信系統的規模不斷擴大，復雜性不斷增加，異構性日益普遍，傳統的網絡管理技術已經不能滿足新的網管需求。本文利用XML技術在管理者與被管設備之間易于傳遞XML格式的管理消息的優點，介紹了一種基于XML技術的艦船通信控制管理技術，用于目前艦船通信設備和子網的管理方式，具有很好的理論價值和實用價值。

［1］Tostem Kylie，Frank Startup.Integrating SNMP agents with XML-based management systems［J］.IEEE Communications Magazine，2004，7

［2］榮波，周旗.基于XML的新一代互聯網網管方案［J］.網絡與應用，2002（5）：68～70

［3］崔建群，吳黎兵，肖德寶.基于XML的被管網元對象模型的建立方法［J］.計算機工程，31（14）：132～134

［4］VeriSign White Paper.XML Trust Services，2001，11

［5］［EB／OL］.http：／／www.w3.org／Encryption／2001，2002-12-31

［6］［EB／OL］.http：／／www.w3.org／Signature，2002-12-31

［7］Entrust Technologies.Web Services Trust and XML Security Standards，2001，4

［8］cs-xacml-specification［EB／OL］.http：／／www.oasisopen.org／committees／documents.php

［9］［美］莫里森.XML揭密［M］.北京：清華大學出版社，2001，6

［10］張小霞.一種基于XML與關系數據庫的映射算法［J］.計算機與數字工程，2011，39（2）

［11］熊才權，李永輝.基于XML的空間數據互操作與可視化的研究與應用［J］.計算機與數字工程，2009，37（6）

［12］姚雅鵑.XML數據路徑索引技術研究與分析［J］.計算機與數字工程，2011，39（1）

［13］Entrust Technologies.XML Strategy for Authorization，2001，4