韓江桂+邵英+錢美

收稿日期：2013-06-24

作者簡介：韓江桂（1976—）：女，新疆烏魯木齊人，講師，博士研究生，研究方向：機電一體化。

通訊聯(lián)系人，E-mail：Qianmei2001@hotmail.com

文章編號：1003-6199（2014）03-0065-04

摘 要：電力監(jiān)控網(wǎng)絡是大型艦船電力系統(tǒng)重要的功能組成。分析艦船能量管理系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡的特點，細化艦船監(jiān)控網(wǎng)絡網(wǎng)絡管理的功能?；赟NMP實現(xiàn)艦船電力監(jiān)控網(wǎng)絡管理的各項功能，重點介紹現(xiàn)場CAN網(wǎng)絡的監(jiān)控管理代理的實現(xiàn)方法和網(wǎng)絡管理軟件的實現(xiàn)過程。試驗證明，該管理軟件能夠使管理員直觀，快捷地監(jiān)控網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，配置網(wǎng)絡參數(shù)，查詢歷史運行記錄，達到了預期要求。

關鍵詞：綜合電力系統(tǒng)；能量管理系統(tǒng)；網(wǎng)絡管理；SNMP協(xié)議

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A

Implementation of Shipboard Power Monitoring

Network Management Based on SNMP

HAN Jiang-gui1，SHAO Ying2，QIAN Mei2

（1.Dynamical engineering institute， Wuhan，Hubei 430033，China；

2.Electrical engineering institute， Navy University of Engineering， Wuhan，Hubei 430033，China）

Abstract：Power Monitoring Network is one important function of Power System in smart shipboard . Firstly， the character was analysed， and the function of Network Management was introduced in detail . Then the network management software was implemented based on SNMP. The Implementation method of CAN Network Management Agent and Implementation process of the Management software were given in focus. The test result shows that the Network Manager can simple and intuitionistic monitor the network status， configure the network device parameter， and query the network history record. The functions of the network management software met the expect demand.

Key words：integrated power system；power management system；network management；simple network management protocol

1 前 言

隨著艦船向大型化、智能化方向發(fā)展，以及綜合電力系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)等概念的提出[1，2]，艦船電力系統(tǒng)的信息化程度越來越高，其信息網(wǎng)絡的規(guī)模越來越大，越來越復雜，電力系統(tǒng)的各種功能對網(wǎng)絡的可靠性、實時性和安全性性能依賴越來越強。艦船電力監(jiān)控網(wǎng)絡性能在系統(tǒng)設計前就需要認真規(guī)劃，但后期的網(wǎng)絡運行管理也同樣重要，因此艦船電力監(jiān)控網(wǎng)絡管理已經(jīng)成為大型艦船電力監(jiān)控網(wǎng)絡迫切需要解決的問題之一。本文將討論現(xiàn)代大型艦船電力信息網(wǎng)絡的網(wǎng)絡管理的功能及實現(xiàn)方法等相關問題。

2 電力監(jiān)控網(wǎng)絡的特點

艦船能量管理系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡是一種工業(yè)控制網(wǎng)絡，通常采用“二層網(wǎng)絡，三級設備”的網(wǎng)絡構(gòu)架[3，4]，如圖1。上層為冗余的高速交換式工業(yè)以太網(wǎng)，連接各種監(jiān)控主機，下層為現(xiàn)場總線CAN和工業(yè)以太網(wǎng)組成的現(xiàn)場網(wǎng)絡，連接現(xiàn)場設備，上下兩層通過網(wǎng)關和交換機設備連接。如圖1：

艦船電力監(jiān)控網(wǎng)絡是一種工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡，和其它信息網(wǎng)絡相比主要有以下特點：

1）在網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)上。艦船能量管理系統(tǒng)中設備比較集中，設備之間的距離比較短，網(wǎng)絡的覆蓋面積比較小，屬于一般的局域網(wǎng)，具有較高的網(wǎng)絡效率。

2）在網(wǎng)絡性能要求上，艦船強調(diào)安全性、可靠性、實時性，不但要保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的可靠安全傳輸，還要保證網(wǎng)絡設備的可靠運行。這要求網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡協(xié)議簡單有效，所以現(xiàn)場大量采用現(xiàn)場總線設備或工業(yè)以太網(wǎng)設備，提高系統(tǒng)的運行效率。

3）在網(wǎng)絡的開放性上。通常計算機信息網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)比較開放，可以根據(jù)實際需求增加網(wǎng)絡設備，但是艦船監(jiān)控網(wǎng)絡是個相對封閉的局域網(wǎng)，在一艘艦船建好運行之后，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及存在的網(wǎng)絡設備就已確定，一般不會變動。

4）在網(wǎng)絡設備的行為上。一般計算機信息網(wǎng)中對于一個網(wǎng)絡設備（如一臺計算機），它的設備行為是不固定的，可以運行web，電子郵件，QQ，等多種應用軟件。但是艦船監(jiān)控網(wǎng)絡中網(wǎng)絡設備的行為是固定的，每種網(wǎng)絡設備都其具體的、特定的功能，如數(shù)據(jù)采集，設備控制等功能。

艦船監(jiān)控網(wǎng)絡的功能特點與一般信息網(wǎng)絡有一定的差別，其網(wǎng)絡管理的功能應立足于滿足其性能管理的需求。

3 網(wǎng)絡管理的功能

網(wǎng)絡管理是對網(wǎng)絡的配置、運行狀態(tài)等全部的操作和維護性活動。國際標準化組織（ISO）將網(wǎng)絡管理劃分為五個功能域：故障管理、配置管理、計費管理、性能管理和安全管理 [5，6]，包涵網(wǎng)絡管理所有的功能。艦船能量管理系統(tǒng)信息網(wǎng)絡管理應根據(jù)起自身特點進行細化，有針對性實現(xiàn)滿足其需求的部分功能。

1）性能管理。能量管理系統(tǒng)信息設備的性能影響整個能量管理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，系統(tǒng)中存在大量CAN和以太網(wǎng)終端設備，受環(huán)境影響，其接口狀態(tài)，通信流量變化極快，因此需要對網(wǎng)絡性能進行實時監(jiān)控。主要包括監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的變化，網(wǎng)絡設備的運行狀態(tài)，以及檢測網(wǎng)絡各設備端口的流量變化。使管理員及時了解網(wǎng)絡的性能，并及時對網(wǎng)絡性能的變化做出反應。

2）配置管理。能量管理系統(tǒng)需要信息設備可控，這其中包括設備對象的初始化，啟動、關閉，以及改變管理對象的屬性參數(shù)。為管理員提供管理網(wǎng)絡設備，優(yōu)化網(wǎng)絡性能的接口。

3）故障管理。故障管理包括故障記錄，故障查詢，是能量管理信息網(wǎng)絡故障后診斷，恢復的重要依據(jù)。能量管理系統(tǒng)信息網(wǎng)絡的故障管理主要指記錄網(wǎng)絡重要操作，及故障信息，為管理員查詢和修復網(wǎng)絡故障提供依據(jù)，保證網(wǎng)絡有效地運行。

4）安全管理。網(wǎng)絡安全是能量管理系統(tǒng)網(wǎng)絡管理的重要功能。能量管理系統(tǒng)網(wǎng)絡是開放的計算機局域網(wǎng)，其安全管理主要涉及標識網(wǎng)絡中重要設備，監(jiān)視并控制網(wǎng)絡設備的的接入，和對網(wǎng)絡信息的訪問控制。因此 對重要設備和信息的訪問需要設定必要的安全機制。

根據(jù)艦船信息網(wǎng)絡特點及對網(wǎng)絡性能需求所設計出的網(wǎng)絡管理應具有的功能，能夠很全面的保證網(wǎng)絡的性能，可以實現(xiàn)對艦船能量管理平臺網(wǎng)絡的綜合化管理，實現(xiàn)對信息網(wǎng)絡設備的性能監(jiān)控、配置管理、故障管理，為艦船能量管理各種功能的實現(xiàn)提供可靠的信息傳輸服務。

4 網(wǎng)絡管理的實現(xiàn)

SNMP 是IETF 組織于1990 年正式提出的一套基于TCPPIP 的應用層網(wǎng)絡管理協(xié)議[5]，是目前廣泛使用的一種網(wǎng)絡管理協(xié)議，同時也得到了各網(wǎng)絡設備制造商的支持。SNMP 采用管理者（manager） 和代理（agent ） 模式。通常一個標準的網(wǎng)管系統(tǒng)包括4個部分：網(wǎng)管站（NMS） 、代理（Agent）、簡單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP） 和管理信息庫（MIB），如圖2。代理是常駐在網(wǎng)絡節(jié)點設備（如路由器、服務器等） 上的軟件。它通過接收來自網(wǎng)管站的指令和發(fā)送響應信息，操作MIB 并對網(wǎng)絡設備進行監(jiān)控和配置。 網(wǎng)管站和代理通過發(fā)送SNMP 消息進行通信，網(wǎng)管站也可單向接收來自代理的未被請求的消息，了解網(wǎng)絡中發(fā)生的異常事件（trap） 。通常的以太網(wǎng)設備和交換機直接支持SNMP網(wǎng)絡管理協(xié)議，已經(jīng)具有代理進程和MIB庫。因此網(wǎng)絡管理實現(xiàn)時，只需要實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡管理代理，以及網(wǎng)絡管理軟件的功能。

1）CAN網(wǎng)絡管理代理的實現(xiàn)

CAN網(wǎng)絡設備不能直接支持SNMP協(xié)議 ，因此需要一個CAN網(wǎng)絡的管理代理。CAN網(wǎng)絡代理運行于網(wǎng)關，采用VxWorks嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，主要實現(xiàn)3個功能。①接收所在CAN 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包。一方面按照既定協(xié)議將其重新封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)；同時解包獲得ID，字節(jié)長度信息，并刷新MIB庫信息供網(wǎng)絡管理站點調(diào)用。②接收上層以太網(wǎng)管理站點的配置指令，并轉(zhuǎn)發(fā)至對應CAN節(jié)點。③CAN節(jié)點周期性發(fā)送心跳報文，當網(wǎng)關在一定時間內(nèi)未能收到任意CAN節(jié)點的心跳報文，則判定其故障離線，并發(fā)送trap信息。

在采用SNMP實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡監(jiān)控管理時，重要的一個工作是MIB庫的設計，以使得在管理者與代理之間使用同一個MIB作為網(wǎng)絡信息傳輸?shù)幕A。圖3是遠程監(jiān)控MIB庫的對象標識命名樹結(jié)構(gòu)示意圖，可按路徑尋找到CAN網(wǎng)絡的對象標識（OID）為1. 3. 6. 1. 4. 1. 1000，或者也可表示為iso. org. dod. internet. private. enterprise. CANNodeList。

CAN管理代理統(tǒng)計CAN總線所有設備的相關信息，并通過以太網(wǎng)與網(wǎng)絡管理站交互，以實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡的管理。CAN網(wǎng)絡管理代理主要統(tǒng)計CAN設備節(jié)點的設備狀態(tài)，輸出/輸入字節(jié)流量、包流量，并根據(jù)管理站點指令配置CAN節(jié)點的ID，設備名稱，濾波器字節(jié)等參數(shù)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

由于實際運行于同一網(wǎng)段的CAN設備總數(shù)是有限的（受存儲空間限制，這里設CAN節(jié)點數(shù)<128），當CAN節(jié)點離線時間超過一定時間（10s），則判定其離線，并從CANNodeList中刪除。

2）網(wǎng)絡管理軟件的實現(xiàn)

網(wǎng)絡管理軟件基于Visual Studio2010實現(xiàn)，在設計過程中，利用SNMP的PDU數(shù)據(jù)協(xié)議以及MIB信息庫，構(gòu)建實現(xiàn)了SNMP管理端程序以及相關數(shù)據(jù)庫表。本系統(tǒng)主要包含如下功能界面，即：性能監(jiān)控界面，配置管理界面，流量查詢界面，事件查詢界面。共同完成網(wǎng)絡管理的各項功能，軟件實現(xiàn)流程如圖4。

（1）性能管理頁面主要完成網(wǎng)絡拓撲的生成與現(xiàn)實，實時顯示網(wǎng)絡設備和鏈路的工作狀態(tài)、流量狀態(tài)，以便管理者實時了解網(wǎng)絡的工作狀態(tài)，查詢設備的信息，如圖5。

（2）配置管理界面主要完成網(wǎng)絡設備的配置。對于CAN和以太網(wǎng)終端設備，可以配置其節(jié)點的ID，設備名稱，濾波器字節(jié)，速率等。以太網(wǎng)交換機提供了豐富的配置功能，通過配置VLAN、QoS可以優(yōu)化網(wǎng)絡的實時性能；通過配置生成樹（STP/RSTP）、鏈路聚合（Trunking）等協(xié)議可以實現(xiàn)網(wǎng)絡冗余，提高網(wǎng)絡的可靠性；通過配置SNMP群組及設定密碼可以實現(xiàn)安全管理，保障重要設備的重要參數(shù)不被非法訪問和修改。

（3）流量查詢和事件查詢可以查詢網(wǎng)絡的歷史運行狀況，用于網(wǎng)絡故障診斷，故障管理等功能。

總之，通過4個功能界面基本實現(xiàn)了，管理員能夠直觀，快捷監(jiān)控網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。

圖5 網(wǎng)絡管理監(jiān)控界面

5 總 結(jié)

電力系統(tǒng)大型船舶的重要組成部分，電力監(jiān)控網(wǎng)絡的管理是大型艦船電力系統(tǒng)重要的功能組成，本文針對艦船電力監(jiān)控網(wǎng)絡的特點，基于SNMP協(xié)議實現(xiàn)了網(wǎng)絡管理的各項功能，試驗證明，該管理軟件能夠使管理員直觀，快捷監(jiān)控網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，達到了預期要求。隨著艦船大型化，現(xiàn)代化的發(fā)展，艦船電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，設備網(wǎng)絡越來越復雜，對網(wǎng)絡管理的要求將越來越多，管理的自動化和智能化程度也越來越高，網(wǎng)絡管理的功能和實現(xiàn)方法也有必要進一步研究。

參考文獻

[1] 馬偉明.艦船動力發(fā)展的方向-綜合電力系統(tǒng)[J].上海海運學院學報，2004，25（1）：1-11.

[2] 方萬水，李煒，蔡敬標.國外艦船綜合平臺管理系統(tǒng)發(fā)展概述[J].艦船科學技術，2005，27（1）：94-96.

[3] 湯潔，萬曼影.CAN網(wǎng)絡在艦船系統(tǒng)中的應用[J].江蘇船舶，2000，17（3）：38-41.

[4] 吳瑞林，韓小鋼，常漢寶.現(xiàn)場總線技術在艦船監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].海軍工程學院學報，1999（3）：123-126.

[5] 楊家海.網(wǎng)絡管理原理與實現(xiàn)技術[M].北京：清華大學出版社，2000.

[6] 武孟軍，任相臣.Visual C++開發(fā)基于SNMP的網(wǎng)絡管理軟件[M]北京：人民郵電出版社，2009.

1）性能管理。能量管理系統(tǒng)信息設備的性能影響整個能量管理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，系統(tǒng)中存在大量CAN和以太網(wǎng)終端設備，受環(huán)境影響，其接口狀態(tài)，通信流量變化極快，因此需要對網(wǎng)絡性能進行實時監(jiān)控。主要包括監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的變化，網(wǎng)絡設備的運行狀態(tài)，以及檢測網(wǎng)絡各設備端口的流量變化。使管理員及時了解網(wǎng)絡的性能，并及時對網(wǎng)絡性能的變化做出反應。

2）配置管理。能量管理系統(tǒng)需要信息設備可控，這其中包括設備對象的初始化，啟動、關閉，以及改變管理對象的屬性參數(shù)。為管理員提供管理網(wǎng)絡設備，優(yōu)化網(wǎng)絡性能的接口。

3）故障管理。故障管理包括故障記錄，故障查詢，是能量管理信息網(wǎng)絡故障后診斷，恢復的重要依據(jù)。能量管理系統(tǒng)信息網(wǎng)絡的故障管理主要指記錄網(wǎng)絡重要操作，及故障信息，為管理員查詢和修復網(wǎng)絡故障提供依據(jù)，保證網(wǎng)絡有效地運行。

4）安全管理。網(wǎng)絡安全是能量管理系統(tǒng)網(wǎng)絡管理的重要功能。能量管理系統(tǒng)網(wǎng)絡是開放的計算機局域網(wǎng)，其安全管理主要涉及標識網(wǎng)絡中重要設備，監(jiān)視并控制網(wǎng)絡設備的的接入，和對網(wǎng)絡信息的訪問控制。因此 對重要設備和信息的訪問需要設定必要的安全機制。

根據(jù)艦船信息網(wǎng)絡特點及對網(wǎng)絡性能需求所設計出的網(wǎng)絡管理應具有的功能，能夠很全面的保證網(wǎng)絡的性能，可以實現(xiàn)對艦船能量管理平臺網(wǎng)絡的綜合化管理，實現(xiàn)對信息網(wǎng)絡設備的性能監(jiān)控、配置管理、故障管理，為艦船能量管理各種功能的實現(xiàn)提供可靠的信息傳輸服務。

4 網(wǎng)絡管理的實現(xiàn)

SNMP 是IETF 組織于1990 年正式提出的一套基于TCPPIP 的應用層網(wǎng)絡管理協(xié)議[5]，是目前廣泛使用的一種網(wǎng)絡管理協(xié)議，同時也得到了各網(wǎng)絡設備制造商的支持。SNMP 采用管理者（manager） 和代理（agent ） 模式。通常一個標準的網(wǎng)管系統(tǒng)包括4個部分：網(wǎng)管站（NMS） 、代理（Agent）、簡單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP） 和管理信息庫（MIB），如圖2。代理是常駐在網(wǎng)絡節(jié)點設備（如路由器、服務器等） 上的軟件。它通過接收來自網(wǎng)管站的指令和發(fā)送響應信息，操作MIB 并對網(wǎng)絡設備進行監(jiān)控和配置。 網(wǎng)管站和代理通過發(fā)送SNMP 消息進行通信，網(wǎng)管站也可單向接收來自代理的未被請求的消息，了解網(wǎng)絡中發(fā)生的異常事件（trap） 。通常的以太網(wǎng)設備和交換機直接支持SNMP網(wǎng)絡管理協(xié)議，已經(jīng)具有代理進程和MIB庫。因此網(wǎng)絡管理實現(xiàn)時，只需要實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡管理代理，以及網(wǎng)絡管理軟件的功能。

1）CAN網(wǎng)絡管理代理的實現(xiàn)

CAN網(wǎng)絡設備不能直接支持SNMP協(xié)議 ，因此需要一個CAN網(wǎng)絡的管理代理。CAN網(wǎng)絡代理運行于網(wǎng)關，采用VxWorks嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，主要實現(xiàn)3個功能。①接收所在CAN 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包。一方面按照既定協(xié)議將其重新封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)；同時解包獲得ID，字節(jié)長度信息，并刷新MIB庫信息供網(wǎng)絡管理站點調(diào)用。②接收上層以太網(wǎng)管理站點的配置指令，并轉(zhuǎn)發(fā)至對應CAN節(jié)點。③CAN節(jié)點周期性發(fā)送心跳報文，當網(wǎng)關在一定時間內(nèi)未能收到任意CAN節(jié)點的心跳報文，則判定其故障離線，并發(fā)送trap信息。

在采用SNMP實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡監(jiān)控管理時，重要的一個工作是MIB庫的設計，以使得在管理者與代理之間使用同一個MIB作為網(wǎng)絡信息傳輸?shù)幕A。圖3是遠程監(jiān)控MIB庫的對象標識命名樹結(jié)構(gòu)示意圖，可按路徑尋找到CAN網(wǎng)絡的對象標識（OID）為1. 3. 6. 1. 4. 1. 1000，或者也可表示為iso. org. dod. internet. private. enterprise. CANNodeList。

CAN管理代理統(tǒng)計CAN總線所有設備的相關信息，并通過以太網(wǎng)與網(wǎng)絡管理站交互，以實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡的管理。CAN網(wǎng)絡管理代理主要統(tǒng)計CAN設備節(jié)點的設備狀態(tài)，輸出/輸入字節(jié)流量、包流量，并根據(jù)管理站點指令配置CAN節(jié)點的ID，設備名稱，濾波器字節(jié)等參數(shù)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

由于實際運行于同一網(wǎng)段的CAN設備總數(shù)是有限的（受存儲空間限制，這里設CAN節(jié)點數(shù)<128），當CAN節(jié)點離線時間超過一定時間（10s），則判定其離線，并從CANNodeList中刪除。

2）網(wǎng)絡管理軟件的實現(xiàn)

網(wǎng)絡管理軟件基于Visual Studio2010實現(xiàn)，在設計過程中，利用SNMP的PDU數(shù)據(jù)協(xié)議以及MIB信息庫，構(gòu)建實現(xiàn)了SNMP管理端程序以及相關數(shù)據(jù)庫表。本系統(tǒng)主要包含如下功能界面，即：性能監(jiān)控界面，配置管理界面，流量查詢界面，事件查詢界面。共同完成網(wǎng)絡管理的各項功能，軟件實現(xiàn)流程如圖4。

（1）性能管理頁面主要完成網(wǎng)絡拓撲的生成與現(xiàn)實，實時顯示網(wǎng)絡設備和鏈路的工作狀態(tài)、流量狀態(tài)，以便管理者實時了解網(wǎng)絡的工作狀態(tài)，查詢設備的信息，如圖5。

（2）配置管理界面主要完成網(wǎng)絡設備的配置。對于CAN和以太網(wǎng)終端設備，可以配置其節(jié)點的ID，設備名稱，濾波器字節(jié)，速率等。以太網(wǎng)交換機提供了豐富的配置功能，通過配置VLAN、QoS可以優(yōu)化網(wǎng)絡的實時性能；通過配置生成樹（STP/RSTP）、鏈路聚合（Trunking）等協(xié)議可以實現(xiàn)網(wǎng)絡冗余，提高網(wǎng)絡的可靠性；通過配置SNMP群組及設定密碼可以實現(xiàn)安全管理，保障重要設備的重要參數(shù)不被非法訪問和修改。

（3）流量查詢和事件查詢可以查詢網(wǎng)絡的歷史運行狀況，用于網(wǎng)絡故障診斷，故障管理等功能。

總之，通過4個功能界面基本實現(xiàn)了，管理員能夠直觀，快捷監(jiān)控網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。

圖5 網(wǎng)絡管理監(jiān)控界面

5 總 結(jié)

電力系統(tǒng)大型船舶的重要組成部分，電力監(jiān)控網(wǎng)絡的管理是大型艦船電力系統(tǒng)重要的功能組成，本文針對艦船電力監(jiān)控網(wǎng)絡的特點，基于SNMP協(xié)議實現(xiàn)了網(wǎng)絡管理的各項功能，試驗證明，該管理軟件能夠使管理員直觀，快捷監(jiān)控網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，達到了預期要求。隨著艦船大型化，現(xiàn)代化的發(fā)展，艦船電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，設備網(wǎng)絡越來越復雜，對網(wǎng)絡管理的要求將越來越多，管理的自動化和智能化程度也越來越高，網(wǎng)絡管理的功能和實現(xiàn)方法也有必要進一步研究。

參考文獻

[1] 馬偉明.艦船動力發(fā)展的方向-綜合電力系統(tǒng)[J].上海海運學院學報，2004，25（1）：1-11.

[2] 方萬水，李煒，蔡敬標.國外艦船綜合平臺管理系統(tǒng)發(fā)展概述[J].艦船科學技術，2005，27（1）：94-96.

[3] 湯潔，萬曼影.CAN網(wǎng)絡在艦船系統(tǒng)中的應用[J].江蘇船舶，2000，17（3）：38-41.

[4] 吳瑞林，韓小鋼，常漢寶.現(xiàn)場總線技術在艦船監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].海軍工程學院學報，1999（3）：123-126.

[5] 楊家海.網(wǎng)絡管理原理與實現(xiàn)技術[M].北京：清華大學出版社，2000.

[6] 武孟軍，任相臣.Visual C++開發(fā)基于SNMP的網(wǎng)絡管理軟件[M]北京：人民郵電出版社，2009.

1）性能管理。能量管理系統(tǒng)信息設備的性能影響整個能量管理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，系統(tǒng)中存在大量CAN和以太網(wǎng)終端設備，受環(huán)境影響，其接口狀態(tài)，通信流量變化極快，因此需要對網(wǎng)絡性能進行實時監(jiān)控。主要包括監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的變化，網(wǎng)絡設備的運行狀態(tài)，以及檢測網(wǎng)絡各設備端口的流量變化。使管理員及時了解網(wǎng)絡的性能，并及時對網(wǎng)絡性能的變化做出反應。

2）配置管理。能量管理系統(tǒng)需要信息設備可控，這其中包括設備對象的初始化，啟動、關閉，以及改變管理對象的屬性參數(shù)。為管理員提供管理網(wǎng)絡設備，優(yōu)化網(wǎng)絡性能的接口。

3）故障管理。故障管理包括故障記錄，故障查詢，是能量管理信息網(wǎng)絡故障后診斷，恢復的重要依據(jù)。能量管理系統(tǒng)信息網(wǎng)絡的故障管理主要指記錄網(wǎng)絡重要操作，及故障信息，為管理員查詢和修復網(wǎng)絡故障提供依據(jù)，保證網(wǎng)絡有效地運行。

4）安全管理。網(wǎng)絡安全是能量管理系統(tǒng)網(wǎng)絡管理的重要功能。能量管理系統(tǒng)網(wǎng)絡是開放的計算機局域網(wǎng)，其安全管理主要涉及標識網(wǎng)絡中重要設備，監(jiān)視并控制網(wǎng)絡設備的的接入，和對網(wǎng)絡信息的訪問控制。因此 對重要設備和信息的訪問需要設定必要的安全機制。

根據(jù)艦船信息網(wǎng)絡特點及對網(wǎng)絡性能需求所設計出的網(wǎng)絡管理應具有的功能，能夠很全面的保證網(wǎng)絡的性能，可以實現(xiàn)對艦船能量管理平臺網(wǎng)絡的綜合化管理，實現(xiàn)對信息網(wǎng)絡設備的性能監(jiān)控、配置管理、故障管理，為艦船能量管理各種功能的實現(xiàn)提供可靠的信息傳輸服務。

4 網(wǎng)絡管理的實現(xiàn)

SNMP 是IETF 組織于1990 年正式提出的一套基于TCPPIP 的應用層網(wǎng)絡管理協(xié)議[5]，是目前廣泛使用的一種網(wǎng)絡管理協(xié)議，同時也得到了各網(wǎng)絡設備制造商的支持。SNMP 采用管理者（manager） 和代理（agent ） 模式。通常一個標準的網(wǎng)管系統(tǒng)包括4個部分：網(wǎng)管站（NMS） 、代理（Agent）、簡單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP） 和管理信息庫（MIB），如圖2。代理是常駐在網(wǎng)絡節(jié)點設備（如路由器、服務器等） 上的軟件。它通過接收來自網(wǎng)管站的指令和發(fā)送響應信息，操作MIB 并對網(wǎng)絡設備進行監(jiān)控和配置。 網(wǎng)管站和代理通過發(fā)送SNMP 消息進行通信，網(wǎng)管站也可單向接收來自代理的未被請求的消息，了解網(wǎng)絡中發(fā)生的異常事件（trap） 。通常的以太網(wǎng)設備和交換機直接支持SNMP網(wǎng)絡管理協(xié)議，已經(jīng)具有代理進程和MIB庫。因此網(wǎng)絡管理實現(xiàn)時，只需要實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡管理代理，以及網(wǎng)絡管理軟件的功能。

1）CAN網(wǎng)絡管理代理的實現(xiàn)

CAN網(wǎng)絡設備不能直接支持SNMP協(xié)議 ，因此需要一個CAN網(wǎng)絡的管理代理。CAN網(wǎng)絡代理運行于網(wǎng)關，采用VxWorks嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，主要實現(xiàn)3個功能。①接收所在CAN 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包。一方面按照既定協(xié)議將其重新封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)；同時解包獲得ID，字節(jié)長度信息，并刷新MIB庫信息供網(wǎng)絡管理站點調(diào)用。②接收上層以太網(wǎng)管理站點的配置指令，并轉(zhuǎn)發(fā)至對應CAN節(jié)點。③CAN節(jié)點周期性發(fā)送心跳報文，當網(wǎng)關在一定時間內(nèi)未能收到任意CAN節(jié)點的心跳報文，則判定其故障離線，并發(fā)送trap信息。

在采用SNMP實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡監(jiān)控管理時，重要的一個工作是MIB庫的設計，以使得在管理者與代理之間使用同一個MIB作為網(wǎng)絡信息傳輸?shù)幕A。圖3是遠程監(jiān)控MIB庫的對象標識命名樹結(jié)構(gòu)示意圖，可按路徑尋找到CAN網(wǎng)絡的對象標識（OID）為1. 3. 6. 1. 4. 1. 1000，或者也可表示為iso. org. dod. internet. private. enterprise. CANNodeList。

CAN管理代理統(tǒng)計CAN總線所有設備的相關信息，并通過以太網(wǎng)與網(wǎng)絡管理站交互，以實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡的管理。CAN網(wǎng)絡管理代理主要統(tǒng)計CAN設備節(jié)點的設備狀態(tài)，輸出/輸入字節(jié)流量、包流量，并根據(jù)管理站點指令配置CAN節(jié)點的ID，設備名稱，濾波器字節(jié)等參數(shù)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

由于實際運行于同一網(wǎng)段的CAN設備總數(shù)是有限的（受存儲空間限制，這里設CAN節(jié)點數(shù)<128），當CAN節(jié)點離線時間超過一定時間（10s），則判定其離線，并從CANNodeList中刪除。

2）網(wǎng)絡管理軟件的實現(xiàn)

網(wǎng)絡管理軟件基于Visual Studio2010實現(xiàn)，在設計過程中，利用SNMP的PDU數(shù)據(jù)協(xié)議以及MIB信息庫，構(gòu)建實現(xiàn)了SNMP管理端程序以及相關數(shù)據(jù)庫表。本系統(tǒng)主要包含如下功能界面，即：性能監(jiān)控界面，配置管理界面，流量查詢界面，事件查詢界面。共同完成網(wǎng)絡管理的各項功能，軟件實現(xiàn)流程如圖4。

（1）性能管理頁面主要完成網(wǎng)絡拓撲的生成與現(xiàn)實，實時顯示網(wǎng)絡設備和鏈路的工作狀態(tài)、流量狀態(tài)，以便管理者實時了解網(wǎng)絡的工作狀態(tài)，查詢設備的信息，如圖5。

（2）配置管理界面主要完成網(wǎng)絡設備的配置。對于CAN和以太網(wǎng)終端設備，可以配置其節(jié)點的ID，設備名稱，濾波器字節(jié)，速率等。以太網(wǎng)交換機提供了豐富的配置功能，通過配置VLAN、QoS可以優(yōu)化網(wǎng)絡的實時性能；通過配置生成樹（STP/RSTP）、鏈路聚合（Trunking）等協(xié)議可以實現(xiàn)網(wǎng)絡冗余，提高網(wǎng)絡的可靠性；通過配置SNMP群組及設定密碼可以實現(xiàn)安全管理，保障重要設備的重要參數(shù)不被非法訪問和修改。

（3）流量查詢和事件查詢可以查詢網(wǎng)絡的歷史運行狀況，用于網(wǎng)絡故障診斷，故障管理等功能。

總之，通過4個功能界面基本實現(xiàn)了，管理員能夠直觀，快捷監(jiān)控網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。

圖5 網(wǎng)絡管理監(jiān)控界面

5 總 結(jié)

電力系統(tǒng)大型船舶的重要組成部分，電力監(jiān)控網(wǎng)絡的管理是大型艦船電力系統(tǒng)重要的功能組成，本文針對艦船電力監(jiān)控網(wǎng)絡的特點，基于SNMP協(xié)議實現(xiàn)了網(wǎng)絡管理的各項功能，試驗證明，該管理軟件能夠使管理員直觀，快捷監(jiān)控網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，達到了預期要求。隨著艦船大型化，現(xiàn)代化的發(fā)展，艦船電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，設備網(wǎng)絡越來越復雜，對網(wǎng)絡管理的要求將越來越多，管理的自動化和智能化程度也越來越高，網(wǎng)絡管理的功能和實現(xiàn)方法也有必要進一步研究。

參考文獻

[1] 馬偉明.艦船動力發(fā)展的方向-綜合電力系統(tǒng)[J].上海海運學院學報，2004，25（1）：1-11.

[2] 方萬水，李煒，蔡敬標.國外艦船綜合平臺管理系統(tǒng)發(fā)展概述[J].艦船科學技術，2005，27（1）：94-96.

[3] 湯潔，萬曼影.CAN網(wǎng)絡在艦船系統(tǒng)中的應用[J].江蘇船舶，2000，17（3）：38-41.

[4] 吳瑞林，韓小鋼，常漢寶.現(xiàn)場總線技術在艦船監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].海軍工程學院學報，1999（3）：123-126.

[5] 楊家海.網(wǎng)絡管理原理與實現(xiàn)技術[M].北京：清華大學出版社，2000.

[6] 武孟軍，任相臣.Visual C++開發(fā)基于SNMP的網(wǎng)絡管理軟件[M]北京：人民郵電出版社，2009.