物聯(lián)網(wǎng)關(guān)在地球站網(wǎng)絡(luò)管理中的應(yīng)用策略

胡渝 李曉靖

（廣西廣播電視地球站）

一、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)概述

物聯(lián)網(wǎng)是近幾年形成并迅速發(fā)展的概念，可以理解為“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，物聯(lián)網(wǎng)的兩層基本含義為：第一，物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和支撐仍是功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心進(jìn)行延伸和擴(kuò)展而成的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端已延伸和擴(kuò)展到眾多物品與物品之間,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信，以實(shí)現(xiàn)許多全新的系統(tǒng)功能[1]。

傳統(tǒng)意義上的采集器只是協(xié)議的轉(zhuǎn)換，或者透明傳輸?shù)闹虚g件，并沒有起到獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的作用。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集搭建的系統(tǒng)，環(huán)節(jié)多、瓶頸多以及存在信息孤島等現(xiàn)象。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為連接感知網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶[2]，實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。它既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)，此外物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還具備設(shè)備管理功能，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以管理底層的各感知節(jié)點(diǎn)，了解各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。作為替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器的新型智能化產(chǎn)物，可以獨(dú)立自主的工作，并不依賴上層應(yīng)用平臺。

通過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)將地球站的設(shè)備數(shù)據(jù)、傳輸業(yè)務(wù)流程以及邏輯策略進(jìn)行高度緊密的集成，從根本上提升業(yè)務(wù)水平，既滿足當(dāng)今的實(shí)際需要，也符合未來網(wǎng)絡(luò)管理智能化的發(fā)展方向。

二、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)在地球站網(wǎng)管系統(tǒng)的應(yīng)用

圖1 網(wǎng)關(guān)應(yīng)用架構(gòu)

地球站結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件，構(gòu)建一套綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，如圖1。整個(gè)系統(tǒng)一共采用3臺網(wǎng)關(guān)，將各系統(tǒng)納入統(tǒng)一管理，其中還包括不同域內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備的匯集。

（一）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

每臺物聯(lián)網(wǎng)關(guān)具備4路獨(dú)立的以太網(wǎng)，16路串口服務(wù)器（RS232/RS485），其中第三臺物聯(lián)網(wǎng)關(guān)具備16路數(shù)字量DI輸入，4路DO繼電器輸出，以及4路24V直流供電。

編碼復(fù)用系統(tǒng)、信源系統(tǒng)以及下行接收系統(tǒng)劃分為1網(wǎng)段，接入物聯(lián)網(wǎng)關(guān)1；調(diào)制變頻系統(tǒng)設(shè)備劃分為2網(wǎng)段，主備用功放天線分別劃分為2、3網(wǎng)段，接入物聯(lián)網(wǎng)關(guān)2；動環(huán)系統(tǒng)中的溫濕度、煙感、水浸全部接入物聯(lián)網(wǎng)關(guān)3的DI接口上，UPS、精密空調(diào)、發(fā)電機(jī)等接入串口，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)3通過Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換，與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)2級聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)1跟2分別接入1跟2網(wǎng)段的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，提供數(shù)據(jù)服務(wù)給兩臺主備工作站。主備工作站通過上層應(yīng)用系統(tǒng)接口私有協(xié)議，對網(wǎng)關(guān)1、2進(jìn)行監(jiān)視、告警和遠(yuǎn)程控制。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)保證不同域網(wǎng)段設(shè)備的數(shù)據(jù)匯集到一起。

（二）網(wǎng)關(guān)的主要功能實(shí)現(xiàn)

1.設(shè)備協(xié)議適配

在地球站眾多設(shè)備中，基于UDP的SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）較多，和其他網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議一樣，SNMP定義管理工作站和代理之間交互報(bào)文的格式（語法）、含義（語義）和報(bào)文交換的順序（時(shí)序）。其中，報(bào)文格式使用ASN.1描述，PDU被封裝在報(bào)文傳輸中[3]。下面描述SNMP在網(wǎng)關(guān)中的適配方式。

在“管理進(jìn)程”和“代理”之間傳輸SNMP報(bào)文，如圖2。在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)中，“管理進(jìn)程”是指“協(xié)議適配模塊”，“代理”是指待監(jiān)控設(shè)備，如編碼、復(fù)用、調(diào)制、變頻等設(shè)備。

圖2 SNMP管理進(jìn)程與代理

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)5種SNMP報(bào)文，用來在管理進(jìn)程和代理之間交換信息：

1）get-request 操作：從代理進(jìn)程處提取一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值；

2）get-next-request 操作：從代理進(jìn)程處提取緊跟當(dāng)前參數(shù)值的下一個(gè)參數(shù)值；

3）set-request 操作：設(shè)置代理進(jìn)程的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值；

4）get-response 操作：返回的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值。這個(gè)操作是由代理進(jìn)程發(fā)出的，它是前面三種操作的響應(yīng)操作；

5）trap 操作：代理進(jìn)程主動發(fā)出的報(bào)文，通知管理進(jìn)程有某些事情發(fā)生。

管理進(jìn)程與代理進(jìn)程之間的get-request、getnext-request、set-request 操作及應(yīng)答get-response操作均采用161端口；管理進(jìn)程通過162端口來監(jiān)聽代理進(jìn)程的trap 報(bào)文。圖3表明這五種操作與端口號對應(yīng)關(guān)系。

圖3 SNMP 端口對應(yīng)關(guān)系

圖4 協(xié)議適配邏輯圖

協(xié)議適配的工作流程如圖4所示。

其他協(xié)議的適配與SNMP 協(xié)議類似，只需要開發(fā)相應(yīng)的適配模塊即可，適配模塊可基于問答式和主動上送式。

2.網(wǎng)關(guān)的級聯(lián)互通

網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間的級聯(lián)通常是在不需要連入網(wǎng)絡(luò)的情況下，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯集的需要。如開關(guān)量、數(shù)字量以及模擬量的數(shù)據(jù)采集之后，只需要將該部分?jǐn)?shù)據(jù)推送到核心網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行整合，然后以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)輸出服務(wù)提供給上層應(yīng)用系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)級聯(lián)通道采用內(nèi)部私有協(xié)議，可以通過串口/以太網(wǎng)傳輸。在級聯(lián)過程中，實(shí)時(shí)的心跳檢測機(jī)制保證級聯(lián)通道的數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可用。

網(wǎng)關(guān)的級聯(lián)互通的另一個(gè)應(yīng)用是較大型設(shè)備聯(lián)網(wǎng)中，便于采用分布式部署，節(jié)省IP網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的工作。

3.本地策略的應(yīng)用

本地策略是在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的一種邏輯操作，是對事件的觸發(fā)、邏輯的控制以及故障的處理等，以減輕上層應(yīng)用系統(tǒng)的壓力。在地球站網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，用到的策略有以下幾點(diǎn)：

1）對多個(gè)設(shè)備指標(biāo)的合并運(yùn)算，如量程的轉(zhuǎn)換，支持所有數(shù)學(xué)函數(shù)的邏輯操作。假設(shè)某兩個(gè)指標(biāo)相加得到一個(gè)變量，直接向上層系統(tǒng)輸出計(jì)算的結(jié)果即可。

2）對設(shè)備指標(biāo)的門限閥值判斷，如輸出功率在一定范圍內(nèi)，超過預(yù)先設(shè)定的門限，即給出報(bào)警，直接輸出告警變量即可。

3）一些既定的動作，當(dāng)滿足預(yù)先設(shè)定的策略條件，對下行的感知層設(shè)備進(jìn)行邏輯控制，如切換開關(guān)的倒換，功率的提升等。

4）告警的輸出，針對不同的告警，以短信或者郵件形式發(fā)送給相關(guān)的負(fù)責(zé)人。

網(wǎng)關(guān)的本地策略均在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，可編輯管理，最終輸出實(shí)際的結(jié)果。

4.網(wǎng)關(guān)與上層應(yīng)用的橋接

上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)通過橋接的方式從網(wǎng)關(guān)獲取感知數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)加以處理。這種橋接方式基于TCP/IP實(shí)現(xiàn)。出于安全播出考慮，地球站網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的上層應(yīng)用橋接程序采用私有定制協(xié)議。該橋接程序首先從網(wǎng)關(guān)中獲取匯集后的數(shù)據(jù)、時(shí)間戳、更新標(biāo)識、數(shù)據(jù)是否有效等狀態(tài)，當(dāng)上層應(yīng)用系統(tǒng)向橋接程序請求/訂閱相關(guān)信息時(shí)，橋接程序可以自動識別該信息指標(biāo)屬于哪一臺網(wǎng)關(guān)，并響應(yīng)請求。

5.網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程維護(hù)和升級

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)內(nèi)運(yùn)行的各程序模塊組件并不是一成不變的，這些可變配置包括：通信地址的綁定、速率選擇、協(xié)議優(yōu)化及調(diào)整、指標(biāo)增減、策略變更等等。遠(yuǎn)程維護(hù)是對網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程診斷，確保網(wǎng)關(guān)自身工作在健康穩(wěn)定的狀態(tài)下，保證業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性和可靠性。網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程維護(hù)升級設(shè)計(jì)考慮到以下幾點(diǎn)：

（1）提供自動/手動搜索在線網(wǎng)關(guān)功能，可保存搜索的結(jié)果，便于快速找到需要維護(hù)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

（2）具備遠(yuǎn)程工程的備份上傳。即可通過發(fā)送命令指令到網(wǎng)關(guān)，上傳當(dāng)前運(yùn)行的工程到本地，進(jìn)行編輯和配置。

（3）提供遠(yuǎn)程下載工程到網(wǎng)關(guān)，對網(wǎng)關(guān)內(nèi)的應(yīng)用模塊組件進(jìn)行固件升級。

（4）支持網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行日志的自動上報(bào)和瀏覽查詢。這些日志包括應(yīng)用內(nèi)核日志、守護(hù)模塊日志、看門狗日志，以及IO輸出的過程日志。

（5）提供所有感知層設(shè)備協(xié)議適配及轉(zhuǎn)換的往來通信報(bào)文打印輸出，提供設(shè)備通訊診斷的接口。

三、結(jié)束語

本文旨在介紹物聯(lián)網(wǎng)關(guān)在廣西廣播電視地球站設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)構(gòu)建一種新型的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)模式，可接入的設(shè)備更多、可實(shí)現(xiàn)的邏輯更加豐富，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定,為設(shè)備組網(wǎng)、數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備互聯(lián)互通互操作等提供看似簡單，卻又豐富可靠的完整解決方案。