一种异构设备集中监控系统的制作方法
【专利摘要】一种异构设备集中监控系统，采用了分层处理机制，分为数据表示层、数据处理层与数据采集层。利用队列模块实现层与层之间的衔接，实现对异构设备的综合管理。该系统克服现有技术的不足，提供一种异构设备集中监控系统，该系统通过分层处理机制实现异构设备的综合管理，利用动态轮询时间窗口机制来提高监控系统的效率。
【专利说明】一种异构设备集中监控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种异构设备集中监控系统，属计算机通信领域。
【背景技术】
[0002]卫星通信车利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号，实现两个或多个卫星通信车、地球站之间的信息交换与信息传输。由于卫星通信车利用不受外部自然环境限制的人造地球卫星作为中继站，因此它成为灾害救援的必备工具之一，在灾害救援中发挥了不可估量的作用，满足灾区的指挥调度需求和通信保障需求。卫星通信车包括卫星天线、天线伺服控制系统、卫星通信设备、数据通信等设备等。这些设备的类型不同，生产厂商也通常不同，导致了每类设备的使用方式与监控方式也不同。这种情况要求实际操作人员不仅仅需要全面掌握这些设备的使用，还需要实时查看设备的运行状态信息，给实际操作人员带来了很大困难。而且在灾害救援时，由于时间紧急，通常需要一定时间才能建立卫星通信链路，容易影响救援的实效性。本发明针对以上应用背景设计了一种异构通信设备监控的系统及方法，形成对卫星通信车车载设备的综合监控。
[0003]综合监控包含两个任务，一是对网络的运行状态进行监测，二是对网络的运行状态进行控制。网络监测包括数据收集、数据处理和数据分析；网络控制是基于网络监视对被监控对象实施控制动作。网络监测是网络控制的前提，网络控制是网络监测的结果。通过监测了解当前状态是否正常，是否存在瓶颈问题和潜在的危机；通过控制对网络状态进行合理调节，提高性能，保证服务。
[0004]传统网络监控系统仅利用简单网络管理协议(Simple Network ManagementProtocol, SNMP)来执行同构网络设备的管理，不涉及不同类型设备之间的调度与切换，仅仅采用同一种任务模式进行监控。面向异构通信设备监控的系统及方法与其不同，而是基于不同类型协议实时地与从这些异构设备采集数据，其中的监控协议包括简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol, SNMP)、TCP/IP 协议、串口通信协议等。
[0005]中国专利申请201210419524.5，发明名称:无线网络监控系统及监控方法，公开了一种无线网络监控系统和监控方法。但该方法仅从监控无线网络自身性能角度来执行监控管理，而不是针对网络终端节点来执行监控，无法应用于异构设备的监控。
[0006]通过检索未发现国外与本发明相似的公开出版物及专利。
【发明内容】
[0007]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种异构设备集中监控系统，该系统通过分层处理机制实现异构设备的综合管理，利用动态轮询时间窗口机制来提高监控系统的效率。
[0008]本发明的技术解决方案为:
[0009]一种异构设备集中监控系统，包括:数据采集层、数据处理层和数据表示层；数据采集层包括时钟模块、数据采集层调度器、基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块、串口设备数据采集模块；数据处理层包括业务层调度器；数据表示层包括参数配置模块和故障监测模块；
[0010]数据表示层和数据处理层之间有第一队列模块，数据处理层和数据采集层之间有第二队列模块；
[0011]当所述监控系统处于被动工作模式时，参数配置模块将外部输入的配置参数数据依次通过第一队列模块、业务层调度器和第二队列模块送入数据采集层调度器中，数据采集层调度器根据内置预设的调度表，查询接收到的配置参数数据属于基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块，并将所述配置参数数据送入相应的数据采集模块对该数据采集模块进行配置，该数据采集模块对相应设备进行数据采集，数据采集层调度器控制所述数据采集模块将采集到的数据送入第二队列模块中，经过第二队列模块缓存之后送入业务层调度器，业务层调度器根据内置预设的阈值对所述采集到的数据进行判别，如果在阈值范围之内，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果显示，如果在阈值范围之外，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果的同时，还送入故障监测模块中进行显示；
[0012]当所述监控系统处于主动工作模式时，无外部配置参数输入到参数配置模块中，时钟模块给数据采集层调度器提供时钟脉冲信号，数据采集层调度器计算接收到的时钟脉冲信号的数量，根据内置预设的时刻表生成采集周期脉冲信号给基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块，控制相应数据采集模块进行数据采集，数据采集层调度器控制所述数据采集模块将采集到的数据送入第二队列模块中，经过第二队列模块缓存之后送入业务层调度器，业务层调度器根据内置预设的阈值对所述采集到的数据进行判别，如果在阈值范围之内，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行 结果显示，如果在阈值范围之外，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果的同时，还送入故障监测模块中进行显示，业务层调度器还将数据处于阈值之外的结果反馈给数据采集层调度器，数据采集层调度器调整其内部时刻表中的脉冲积累数量，再次进行数据采集。
[0013]所述时刻表中内置了基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块相对应的时钟脉冲信号数量，当数据采集层调度器累计的时钟脉冲数量达到时刻表中数据采集模块的脉冲数量时，数据采集层调度器发送采集周期脉冲信号给相应数据采集模块。
[0014]数据采集层调度器调整其内部时刻表中的脉冲积累数量具体为:
[0015]数据采集层调度器为所有数据采集模块对应的设备的轮询周期设置初始值Ti(l ^ i ^ N)，并且所有轮询周期初始值相等，其中Ti = 2n，N表示设备数量，η表示正整数；在一个轮询时刻，如果数据采集模块采集到的设备i的数据处在所述预设阈值范围之外时，则将设备i的轮询周期缩短为?/2 ；
[0016]在下一个轮询时刻，如果采集到的设备i的数据仍然处在所述预设阈值范围之外时，则继续缩短轮询周期，轮询周期值缩短为174，依此类推直到轮询周期缩短至Is为止；而如果所述下一个轮询时刻采集到的设备i的数据仍然处在所述预设阈值范围之内，则轮询周期变为当前轮询周期的2倍，依此类推直至轮询周期恢复至Ti为止。
[0017]本发明与现有技术相比有益效果为:[0018](I)通过分层处理机制，建立数据采集层调度器和业务层调度器实现异构设备的综合管理，利用模块化的思维实现异构设备的无缝衔接，扩大了监控方法与系统的应用范围；
[0019](2)通过动态设置轮询周期，有针对性地缩短异常设备的轮询周期，待其恢复正常状态后逐渐恢复至初始值，解决了固定轮询周期所带来的占用链路带宽过多以及容易错过设备状态变化时间点问题，从而在轮询周期短或长之间做出了权衡；
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明系统框图；
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本发明提供了一种异构设备集中监控系统，包括:数据采集层、数据处理层和数据表示层；数据采集层包括时钟模块、数据采集层调度器、基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块、串口设备数据采集模块；数据处理层包括数据处理层调度器；数据表示层包括参数配置模块和故障监测模块。
[0022]数据表示层和数据处理层之间有第一队列模块，数据处理层和数据采集层之间有第二队列模块。
[0023]基于SNMP网络设备数据采集模块:该模块作为基于SNMP实现网络数据采集类的实例，包括一个入口队列和一个出口队列，并引用数据采集层调度器的入口队列作为其出口队列，完成两方面任务:1)该监控模块从其入口队列中读取时钟信号，则以同步方式采集一组管理信息库(Management Information Base, MIB)节点所对应的状态参数值或工作参数值，这些参数值作为主动查询的响应结果，返回至数据采集层调度器的入口队列；2)该监控模块从其入口队列中读取请求命令，解析该请求命令，以同步方式执行读写操作，然后将操作结果返回至数据采集层调度器的入口队列。
[0024]基于TCP/IP网络设备数据采集模块:该模块作为基于TCP/IP网络数据采集类的实例，包括一个入口队列，并引用数据采集层的入口队列作为其出口队列，完成两方面任务:1)该监控模块从其入口队列中读取时钟信号，则以同步方式采集状态参数值或工作参数值，这些参数值作为主动查询的响应结果，返回至数据采集层调度器的入口队列；2)该管理模块从其入口队列中读取请求命令，解析该请求命令，以同步方式执行读写操作，然后将操作结果返回至数据采集层调度器的入口队列。
[0025]串口设备数据采集模块:该模块作为基于串口采集类的实例，包括一个入口队列，并引用数据采集层调度器的入口队列作为其出口队列，完成两方面任务:D该监控模块从其入口队列中读取时钟信号，则以异步方式采集状态参数值或工作参数值，查询结果以中断方式返回，返回至数据采集层调度器的入口队列；2)该管理模块从其入口队列中读取请求命令，解析该请求命令，以同步方式执行读写操作，然后将操作结果返回至数据采集层调度器的入口队列。
[0026]时钟模块:利用Quartz任务调度框架以I秒为周期生成时钟信号，生成后转发至数据采集层调度模块的入口队列。
[0027]数据采集层调度器:以主动方式和被动方式来执行数据采集的任务调度，完成三方面任务:1)主动查询设备的状态参数或运行参数，而这种主动查询的工作方式是基于时钟信号来完成；当在其入口队列读取的消息包为时钟信号时，该调度器首先依据调度时刻表来判断当前时钟信号属于哪个被管理设备，然后将时钟信号转发至对应设备的数据采集模块的入口队列；2)基于操作人员请求的被动查询或修改工作参数；调度器对请求命令进行分类，根据调度表将命令转发至对应设备的数据采集模块入口队列；3)将主动查询和被动请求的响应结果转发至数据采集层调度器的入口队列。
[0028]当所述监控系统处于被动工作模式时，参数配置模块将外部输入的配置参数数据依次通过第一队列模块、业务层调度器和第二队列模块送入数据采集层调度器中，数据采集层调度器根据内置预设的调度表，查询接收到的配置参数数据属于基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块，并将所述配置参数数据送入相应的数据采集模块对该数据采集模块进行配置，该数据采集模块对相应设备进行数据采 集，数据采集层调度器控制所述数据采集模块将采集到的数据送入第二队列模块中，经过第二队列模块缓存之后送入业务层调度器，业务层调度器根据内置预设的阈值对所述采集到的数据进行判别，如果在阈值范围之内，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果显示，如果在阈值范围之外，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果的同时，还送入故障监测模块中进行显示；
[0029]当所述监控系统处于主动工作模式时，无外部配置参数输入到参数配置模块中，时钟模块给数据采集层调度器提供时钟脉冲信号，数据采集层调度器计算接收到的时钟脉冲信号的数量，根据内置预设的时刻表生成采集周期脉冲信号给基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块，控制相应数据采集模块进行数据采集，数据采集层调度器控制所述数据采集模块将采集到的数据送入第二队列模块中，经过第二队列模块缓存之后送入业务层调度器，业务层调度器根据内置预设的阈值对所述采集到的数据进行判别，如果在阈值范围之内，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果显示，如果在阈值范围之外，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果的同时，还送入故障监测模块中进行显示，业务层调度器还将数据处于阈值之外的结果反馈给数据采集层调度器，数据采集层调度器调整其内部时刻表中的脉冲积累数量，再次进行数据采集。
[0030]时刻表中内置了基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块相对应的时钟脉冲信号数量，当数据采集层调度器累计的时钟脉冲数量达到时刻表中数据采集模块的脉冲数量时，数据采集层调度器发送采集周期脉冲信号给相应数据采集模块。
[0031]数据采集层调度器调整其内部时刻表中的脉冲积累数量具体为:
[0032]数据采集层调度器为所有数据采集模块对应的设备的轮询周期设置初始值Ti(l ^ i ^ N)，并且所有轮询周期初始值相等，其中Ti = 2n，N表示设备数量，η表示正整数；在一个轮询时刻，如果数据采集模块采集到的设备i的数据处在所述预设阈值范围之外时，则将设备i的轮询周期缩短为?/2 ；
[0033]在下一个轮询时刻，如果采集到的设备i的数据仍然处在所述预设阈值范围之外时，则继续缩短轮询周期，轮询周期值缩短为174，依此类推直到轮询周期缩短至Is为止；而如果所述下一个轮询时刻采集到的设备i的数据仍然处在所述预设阈值范围之内，则轮询周期变为当前轮询周期的2倍，依此类推直至轮询周期恢复至Ti为止。
[0034]数据处理层调度器:该模块包括一个入口队列和三个出口队列，其中出口队列I与数据采集层调度器的入口队列相关联，出口队列2与故障监测模块的入口队列相关联，出口队列3与参数配置模块相关联。完成两方面的工作:1)解析实际操作用户的请求，根据预先设定的分类管理策略对请求进行分类，并重新打包放入至数据采集层调度器的入口队列；2)从入口队列读取响应消息包，将消息包中采集的数值存入本地变量。
[0035]故障监测模块:该模块仅包括一个入口队列，与数据处理层调度器出口队列2相关联，用于接收设备工作状态发生变化的提示信息和设备告警信息，以表格形式在告警实时监控界面中显示；根据设备供应商对告警等级的规定以及操作人员使用经验，我们把设备告警信息进行分级，分为轻微等级、严重等级和危急等级，在告警实时监控界面中以不同颜色来呈现这些告警。
[0036]参数配置模块:该模块仅包括一个入口队列，与数据处理层调度器出口队列3相关联，用于接收设备的参数响应。
[0037]实施例:
[0038]应急通信车所包括网络设备为:调制解调器、解调器、路由器、交换机、无线AP、光端机，其中调制解调器、解调器、路由器、交换机、无线AP支持SNMP，而光端机支持TCP/IP ;所串口设备为:天线伺服控制系统和上变频器。卫星通信车集中监控系统运行于工控机，而工控机通过交换机实现与其它网络的互联互通，工控机串口板卡与串口设备连接，因此该集中监控系统在工控机本地完成卫星通信车车载设备的监控。因为管理设备的类型不同，所以从体系结构和轮询周期的设置这两方面来改进已有的方法。
[0039]在体系结构方面，本方法以数据为中心，按照数据传递的过程来划分层面，形成了数据采集层、数据处理层和数据表示层。在每个层面的内部，按照执行功能的不同来划分模块。数据采集层基于设备来划分模块，包括调制解调器采集模块、解调器采集模块、路由器采集模块、交换机采集模块、无线AP采集模块、光端机采集模块、天线伺服控制系统模块、上变频器模块以及数据采集层调度器。数据处理层将原始采集数据转换为管理系统所需要数据的格式，根据表示层的请求将数据传递至具体表示界面，因此该层仅包括数据处理层调度器。表示层包括配置管理模块和故障管理模块，每个模块包括若干个表示界面。本发明从横纵两个方向对管理系统进行细粒度划分，这样每个层面相当于若干管理模块的组合。这样降低了功能之间的耦合关系，提高了管理系统执行的效率，也降低了系统实现的复杂度。
[0040]在划分层次和模块之后，本发明基于生产者和消费者模式建立连接相邻的模块，实现不同模块之间以及层与层之间的有机衔接。这种连接时基于先入先出(First-1n-First-Out, FIFO)队列来实现，FIFO队列保证了调度器按照任务请求时间的先后顺序来响应请求，将任务转发至对应设备数据采集模块。
[0041]因为数据采集层与数据处理层之间需要双向传递消息，所以在这种情况下生产者和消费者是一种相对关系，其中的消息表示请求任务或响应。当请求任务从业务层传递至数据采集层时，业务层作为生产者，数据采集层作为消费者，连接两个层面的FIFO队列作为缓冲区。业务层产生请求认为时，则将请求任务放入缓冲区；而如果缓冲区空间已满，则阻塞业务层线程直至缓冲区释放空间后，唤醒已经阻塞的业务层线程，才将请求任务放入缓冲区。数据采集层作为消费者始终监听缓冲区是否存在任务请求，如果存在请求任务，则取出该请求任务进行下一步处理；否则数据采集层线程将阻塞，直到缓冲区中存在请求任务后唤醒其为止。当数据采集层执行完任务请求之后，需要将响应结果返回至业务层。这时，数据采集层作为生产者，业务层作为消费者，连接两个层面的FIFO队列作为缓冲区，其执行过程与上述一致。
[0042]相邻两个层面利用FIFO队列来传递任务请求或响应，利用队列来传递任务请求或其响应，使得队列成为消息队列，传递表示任务请求或其响应的消息队列。业务层和数据采集层都包括一个调度器，这个调度器基于消息类型来转发任务请求或其响应。调度器的作用是保证在不同模块或层面之间进行数据交换，从而保证模块之间、层面之间或者模块与层面之间能够方便、高效，可靠地通信，保持了可扩展性和灵活性的特点。调度器内置一个表示消息目的地址的调度表，收到消息后首先判断消息类型，然后查找调度中是否存在转发地址，如果存在则将该消息放入对应模块的入口地址，否则丢弃。转发消息的伪代码如下所示:
[0043]//InQueue表示调度器的入口队列,Map表示调度表,object表示调度器收到的消息，MessageName表示消息类型
[0044]
【权利要求】
1.一种异构设备集中监控系统，其特征在于包括:数据采集层、数据处理层和数据表示层；数据采集层包括时钟模块、数据采集层调度器、基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块、串口设备数据采集模块；数据处理层包括业务层调度器；数据表示层包括参数配置模块和故障监测模块； 数据表示层和数据处理层之间有第一队列模块，数据处理层和数据采集层之间有第二队列I吴块； 当所述监控系统处于被动工作模式时，参数配置模块将外部输入的配置参数数据依次通过第一队列模块、业务层调度器和第二队列模块送入数据采集层调度器中，数据采集层调度器根据内置预设的调度表，查询接收到的配置参数数据属于基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块，并将所述配置参数数据送入相应的数据采集模块对该数据采集模块进行配置，该数据采集模块对相应设备进行数据采集，数据采集层调度器控制所述数据采集模块将采集到的数据送入第二队列模块中，经过第二队列模块缓存之后送入业务层调度器，业务层调度器根据内置预设的阈值对所述采集到的数据进行判别，如果在阈值范围之内，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果显示，如果在阈值范围之外，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果的同时，还送入故障监测模块中进行显示； 当所述监控系统处于主动工作模式时，无外部配置参数输入到参数配置模块中，时钟模块给数据采集层调度器提供时钟脉冲信号，数据采集层调度器计算接收到的时钟脉冲信号的数量，根据内置预设的时刻表生成采集周期脉冲信号给基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块，控制相应数据采集模块进行数据采集，数据采集层调度器控制所述数据采集模块将采集到的数据送入第二队列模块中，经过第二队列模块缓存之后送入业务层调度器，业务层调度器根据内置预设的阈值对所述采集到的数据进行判别，如果在阈值范围之内，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果显示，如果在阈值范围之外，则将数据通过第一队列模块缓存后送入参数配置模块中进行结果的同时，还送入故障监测模块中进行显示，业务层调度器还将数据处于阈值之外的结果反馈给数据采集层调度器，数据采集层调度器调整其内部时刻表中的脉冲积累数量，再次进行数据采集。
2.根据权利要求1所述的一种异构设备集中监控系统，其特征在于:所述时刻表中内置了基于SNMP网络设备数据采集模块、基于TCP/IP网络设备数据采集模块或者串口设备数据采集模块相对应的时钟脉冲信号数量，当数据采集层调度器累计的时钟脉冲数量达到时刻表中数据采集模块的脉冲数量时，数据采集层调度器发送采集周期脉冲信号给相应数据采集模块。
3.根据权利要求1所述的一种异构设备集中监控系统，其特征在于:数据采集层调度器调整其内部时刻表中的脉冲积累数量具体为: 数据采集层调度器为所有数据采集模块对应的设备的轮询周期设置初始值Ti(l ^ i ^ N)，并且所有轮询周期初始值相等，其中Ti = 2n，N表示设备数量，η表示正整数；在一个轮询时刻，如果数据采集模块采集到的设备i的数据处在所述预设阈值范围之外时，则将设备i的轮询周期缩短为Ti/2 ； 在下一个轮询时刻，如果采集到的设备i的数据仍然处在所述预设阈值范围之外时，则继续缩短轮询周期，轮询周期值缩短为IV4，依此类推直到轮询周期缩短至Is为止；而如果所述下一个轮询时刻采集到的设备i的数据仍然处在所述预设阈值范围之内，则轮询周期变为当前轮询周期的2倍 ，依此类推直至轮询周期恢复至Ti为止。
【文档编号】H04L12/26GK103973489SQ201410183491
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】赵书伦, 高鑫, 孙艳峰 申请人:北京航天控制仪器研究所