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摘 要 通过研究无线网络技术与家庭网络发展，提出一种无线家庭局域网管理系统模型。此模型支持各种无线网络的共存、QoS和智能管理。基于SNMP标准分层式的体系结构有一个集中管理服务器和配套的功能性客户终端。文中设计的模型具有易于实现、扩展性强的特点。
关键词 WLAN；家庭网络；管理系统；Java代理
1 引言
所谓无线局域网，是指以无线电波、激光、红外线等无线媒介来代替有线局域网中的部分或全部传输媒介而构成的局域网。近两年来，无线局域网的速率有了本质的提高，最新的WLAN 技术IEEE802.11b标准支持11Mbps高速数据传输。这为宽带无线应用提供了良好的平台。随着应用于家庭环境下的数码产品、家用设备和软件的飞速发展，家庭网络技术已经完善。但互连网游戏和消费电器在网络方面的运用对家庭网络提出了更高的要求，即需要网络提供更舒适和更灵活的支持。宽带无线技术正是满足这些新需求的主导技术。宽带无线技术必将取代有线网络成为家庭局域网的基础技术。
在国际上，简单的网络管理协议(SNMP)标准也已经被网络设备制造商广泛的接受［1］。因此柔性的管理系统可以基于SNMP来实现。它使用同一个通信管理基础来定义网络设备的属性管理。QoS的分配方式可以被分成两个主要的实现方式：宽带预处理和区分传送。宽带预处理系统使用控制消息为数据流在真实的数据移动之前分配带宽。区分传送是针对不同的网络设备需求提供不同的传输服务。
按网络管理系统组成结构的不同，可以将网络管理系统分成集中式、层次式和分布式。由于家庭网络应用的特点，层次式成为必然的选择。在家庭网络设备中需要一个代理能够运用模拟编码。但在不同种类的网络环境中，并不是所有的设备都支持模拟代码的驱动环境，所以这个体系结构是必须是柔性的。本文提出了一种基于SNMP的无线局域网分层管理模型，并提供了具体实现。这个系统所要达到的目标是管理不同种类的网络和提供家庭任务管理的自动操作。在文章的下面分三个部分研究了系统的体系结构、功能划分和整体系统实现。在结尾总结了研究结果和将来需要进行的工作。
2 体系结构设计
图1 无线家庭区域管理系统的结构
分层体系结构使用了多个系统，其中一个系统作为中央服务器系统，其他系统作为客户系统。网络管理平台的某些功能驻留在服务器系统上，其他功能由客户系统完成。由于层次化网络管理采用域管理模式，引入中间层管理者LM(Middle-Level Manager)，减轻了顶层管理者MOM(Manager Of Managers)的负担，中层管理者负责管理其下属的设备，同时处理顶层管理者对其下属设备的网管请求。管理系统的层次结构如图1。
这个体系结构和设计方案具有五层的功能结构和向中心服务器集中的拓扑结构。并且在无线访问点和客户终端上也设计了新功能支持专用的管理。无线家庭区域管理系统在家庭环境中被开发出来管理不同种类的无线的和有线的网络。设计的目标是各种无线网络的共存，支持QoS和智能管理。这个结构有一个集中管理的服务器和配套的功能性客户终端，这种按照分级的结构更具有适应性。
首先，物理设备就是实际的网络设备，例如无线访问点（AP），局域网桥和终端机. 这些设备本身就具有一整套便于管理的属性，他们拥有可控变量和相应的管理程序。在这个模型中这些可管理的属性被组织到一个管理系统库（MIB）中进行统一管理［2］。
3 管理功能的划分
为了隐藏管理访问协议的细节和来自于较高层的物理设备的参数，在无线家庭区域管理系统中设计了属性适配器。因此，对于所需要的各种设备属性来说，适配器成为一个统一的端口层。功能管理程序使用属性转换器执行自动化管理工作。功能管理程序能够调整到观测或者自动的状态。在一个自动控制的情形下，一个为功能管理程序服务的观测器产生通知，并根据这个功能管理程序的操作和配置自动反应变化［3］。其目的是改善与功能管理相联系的网络操作和执行。功能在系统中被划分为以下几种：传输功能，发射频率功能，媒体功能，安全功能和自动配置功能。这个设计的属性适配器与其相应的功能的配合如表1所示。
表1 无线家庭区域管理系统的Adaptor属性列表［4］
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适配器 |
属性实例 |
功能性描述 |
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接收装置
Status |
Connection status，data transmission rate |
普通的适配器可以被应用于任何类型的设备种。 |
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无线电发射装置
Radio |
Radio type，used frequency，signal strength，radio usage |
抽象出无线传输介质的管理，并应用到功能程序中 |
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安全技术
Security |
Encryption，authentication，failed authentications |
从设备所提供的安全技术中应用安全管理，并添加到功能程序中。 |
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传输介质连接
Media connection |
Start address，end address，bandwidth control，delay，jitter |
从应用程序流所提供的QoS管理中提取出来。 |
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访问点
Access point |
Number of connected devices，loading |
实现到对路由访问点的控制管理。 |
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因特网网关
Internet gateway |
Loading，configuration，access type |
把对因特网网关的控制管理抽象出来，并实现程序控制。 |
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网络的传输控制
Traffic control |
Number of retries，number of errors，duplicate count |
把网络的传输控制管理抽象出来，并实现程序控制。 |
如图1所示：框架结构定义了这个网络管理的结构，也定义了操作环境和他的特性。因此，框架包含了所有为了自动网络管理而被功能器所必需的参数。因为不同功能的操作可能是有抵触的，所以需要一个公共的方式。框架可以强调某个应用程序和设备的重要性。在目前的设计中，这个框架规则被规定作为在适配器，终端和应用软件中的优先权设置。
这个系统结构由集聚的管理服务器，APs和随意的客户终端机组成。这个服务器将包含一个管理性的功能。为了能够更有效的管理，客户终端也能够添加无线家庭区域管理系统特别的功能。通过一个管理访问协议，每个设备都被连接到无线家庭区域管理系统。正如所论述的那样，这儿有几个可用的不同标准的协议，同时，私有协议也可以被支持。
由无线家庭区域管理系统需要提供的高效的无缝的衔接执行，这就意味着系统需要测量和分析应用程序在网络节点上的传输。添加一个管理代理能够满足这一功能需求。更进一步，为了保证应用程序的服务质量，系统要能支持终端节点的数据流，在终端节点上特别需求的功能添加起来比较容易。无线家庭区域管理系统并不存在一个特别的平台，但运用当前的技术来提供这些功能是可行的。
4 系统结构与实现
4.1 系统的结构
无线家庭区域管理系统的原型被赋予了非常广泛的功能需求。服务器软件包含了在体系结构层上的执行操作：管理协议，属性转换器，功能器和管理控制中心。无线家庭区域管理系统的服务器由JAVA平台来实现。这个服务器也要含有WWW服务器，以便装载用户的执行界面如用Java Applet。这个服务器是运行在WINDOWS2000操作系统的平台之上。
详细的拓扑结构和相应的配置请参阅图2。从图中可以看出，这个模型可以很方便的利用现有的技术实现对无线家庭区域中的各种设备和网络工作进行管理。如，服务器统一发出指令控制设备，设备反馈信息（通过网络监听或者传输测试方式获得的信息）由服务器端收集，客户端也可以通过客户端软件或者利用浏览器结合Java Applet对服务器的程序实现控制。
要实现对AP的管理，首先要得到各Adaptor的结构信息，然后通过轮询Adaptor属性列表，得到其所代理的AP的地址列表。网络管理员要获得AP上某一OID对象的信息，需要先得到AP的IP地址。然后对SNMP报文进行特别封装［5］。如要获取IP地址为192.168.0.113的AP的sysUptime(对应的OID为1.3.6.1.2.1.1.3)，Community为public，则需要构造特定格式的Community，该SNMP报文的Community格式如下：public@v1@192.168.0.113@161，其中public是要转发到被Adaptor上的SNMP请求的Community，v1表示被Adaptor上的SNMP请求的版本号是SNMP v1，192.168.0.113是要进行SNMP操作的AP设备的IP地址信息，161是被代理设备上SNMP Agent工作的端口号，当Adaptor收到SNMP Get-request后，对SNMP报文中的Community进行处理。Adaptor根据从Community中获得的AP的IP地址作为索引在Proxy Table中查找匹配条目，找到匹配条目后，把SNMP报文进行转发。AP在得到SNMP Get-request报文后，把sysUpTime的值通过SNMP Get-response报文返回给Adaptor。
4.2 体系结构描述
本模型结构简单易于实现，并且也可以集成第三方软件。所以在软件实现方面比较适用MVC（Model- View-Controller）结构型设计模式。MVC结构型设计模式其功能是将一个交互式应用系统的组成，分解成模型、视图和控制三个部件，以解决软件界面设计的可变性和适应性问题。MVC结构模式主要包括四大部件：模型（Model）、视图（View）、控制器（Controller）、观察器（Observer）。并体现了一种基于注册管理的机制。图3给出了这个软件模型的类图描述，并用ACME语言描述了软件体系结构。
图3 无线家庭区域管理系统的软件模型的类图描述
ACME语言描述此软件设计的类图结构：
System MVC= {
Component Model= {
Port send-message
Port receive-commond
Port receive-request
}
Component View = {
Port send-message
Port send-request
Port receive-request
Port receive-message
}
Component Controller = {
Port send-commond
Port send-request
Port send-message
Port receive-message
}
Component Observer= {
Port send-request
Port receive-message
}
Connector Constitute Model-Controller = {Roles creater，createe}
Connector Associate Observer-Model = {Roles applicant，accepter}
Connector Associate Observer-View = {Roles applicant，accepter}
Connector Associate Observer-Controller = {Roles applicant，accepter}
Connector Associate Model-View = {Roles applicant，accepter}
Connector Associate Model-Controller= {Roles applicant，accepter}
Connector Associate Controller-View = {Roles applicant，accepter}
Attachments {
Controller send-commond to Constitute Model-Controller creater
Model receive-commond to Constitute Model-Controller create
Model send-message to Associate Model-Controller applicant
Controller receive-message to Associate Model-Controller accepter
Controller send-request to Associate Controller-View applicant
View receive-request to Associate Controller-View accepter
View send-request to Associate Model-View applicant
Model receive-request to Associate Model-View accepter
Model send-message to Associate Model-View applicant
View receive-message to Associate Model-View accepter
Observer send-request to Associate Observer-Model applicant
Model receive-request to Associate Observer-Model accepter
Model send-message to Associate Observer-Model applicant
Observer receive-message to Associate Observer-Model accepter
Observer send-request to Associate Observer-View applicant
View receive-request to Associate Observer- View accepter
View send-message to Associate Observer- View applicant
Observer receive-message to Associate Observer-View accepter
Observer send-request to Associate Observer-Controller applicant
Controller receive-request to Associate Observer-Controller accepter
Controller send-message to Associate Observer-Controller applicant
Observer receive-message to Associate Observer-Controller accepter
}
}
5 总结
无线家庭区域管理系统在家庭环境中被开发出来管理不同种类的无线的和有线的网络。设计的目标是各种无线网络的共存，支持QoS和智能管理。这个结构有一个集中管理的服务器和配套的功能性客户终端。这种按照更能分级的结构更具有适应性。这个原型是基于现有技术和JAVA的适应不同平台的特性来实现的，希望在不久的将来，拥有完备的独立的系统软件出现以便于各种无线的和有线的网络达到一体化，这也为智能家庭创造了一个更具兼容性的平台。
参考文献
［1］EURESCOM： LUPA： Local provision of 3G and 3G+ services，available at http：//www.eurescom.de/ (May 2003)
［2］Presuh R(Ed.). Management Information Base (MIB) for the Simple Network Management Protocol (SNMP). RFC3418，2002-12
［3］IEEE Std 802.11b-1999. Higher-speed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band. Institute of Electrical and Electronics Engineering，Inc.，1999-09
［4］Design of a Management System for Wireless Home Area Networking，Tampere University of Technology Institute of Digital and Computer Systems Korkeakoulunkatu 1，FIN-33720 Tampere，Finland
［5］单纪文，张秉权，徐涛 .WLAN的一种分层管理结构设计及实现［J］.计算机工程，2005年2月 第31卷 第3期：121-130 |
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