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馬玉敏（1971－）
女，江蘇省丹陽市人，同濟(jì)大學(xué)CIMS研究中心博士，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)。

5.1   網(wǎng)絡(luò)管理

    近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)組件的性能提高、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)的復(fù)雜度和功能也在不斷提升。隨著時(shí)間的推移，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模將越來越大，而其管理功能的重要性就越發(fā)突出。采用管理系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有需求，
包括：

    ●  確保網(wǎng)絡(luò)的可操作性

    ●  能自動(dòng)或半自動(dòng)響應(yīng)操作錯(cuò)誤

    ●  動(dòng)態(tài)地響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)或環(huán)境的變化

    ●  管理網(wǎng)絡(luò)

    網(wǎng)絡(luò)管理可以分為以下五個(gè)主要方面的內(nèi)容：

    （1） 配置管理

    配置管理包括所有與配置數(shù)據(jù)相關(guān)的功能，如配置參數(shù)的收集、顯示、監(jiān)控和更新，以及配置數(shù)據(jù)的監(jiān)控和修改。

    (2) 錯(cuò)誤管理

    錯(cuò)誤管理確保了上層網(wǎng)絡(luò)的有效性，包括錯(cuò)誤預(yù)防、檢測、排除等所有任務(wù)。始終保持對(duì)網(wǎng)絡(luò)和與之相連的系統(tǒng)的監(jiān)控，檢測網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化，并據(jù)此預(yù)測網(wǎng)絡(luò)中可能會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。錯(cuò)誤管理主要包括以下三個(gè)任務(wù)：

    錯(cuò)誤檢測：網(wǎng)絡(luò)中常規(guī)的輪流檢測和通常的網(wǎng)絡(luò)檢測和陷阱消息的生成；

    錯(cuò)誤診斷：事件和錯(cuò)誤報(bào)告分析，并確定錯(cuò)誤類型及原因；

    錯(cuò)誤清除：管理員啟動(dòng)錯(cuò)誤排除程序和操作。

    （3）性能管理

    性能管理提供網(wǎng)絡(luò)容量的信息，用以確定進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的性能趨勢。它通過設(shè)置陷阱和輪流檢測采集到所提供的所有信息，顯示并予以評(píng)價(jià)。

    （4）安全管理

    安全管理保護(hù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)及資源，防止系統(tǒng)受到非法入侵，包括防止非法數(shù)據(jù)接收和傳輸過程中數(shù)據(jù)的破壞。

    這幾個(gè)領(lǐng)域并非相互獨(dú)立，而是相互關(guān)聯(lián)。在不同的領(lǐng)域可以執(zhí)行所期望的功能。遺憾的是，目前還沒有一種管理模式能涵蓋所有這幾個(gè)方面，這就意味著必須使用不同的系統(tǒng)。

    在網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化技術(shù)中，SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）能在工業(yè)環(huán)境中提供主要管理功能，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。

    （5）計(jì)費(fèi)管理

    計(jì)費(fèi)管理根據(jù)流量和時(shí)間，分析并限制用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的使用。它提供精確的成本信息并計(jì)價(jià)，并可用于設(shè)定上下限。

5.2   簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP

    如果網(wǎng)絡(luò)是基于有序的層次結(jié)構(gòu)，則其條理清晰，且易于監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)管理軟件（如菲尼克斯的Factory Manager）采用SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）將提供網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷或網(wǎng)絡(luò)組件有效性等信息。SNMP協(xié)議是專門為分布式網(wǎng)絡(luò)及其設(shè)備的管理而開發(fā)的，是網(wǎng)絡(luò)管理的理想模型。

    目前應(yīng)用的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議主要有兩個(gè)版本：SNMPv1和SNMPv2。前者是推薦的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，是因特網(wǎng)管理框架中的一部分。后者是前者的升級(jí)版，增添了一些新的功能。其目標(biāo)是快速替代SNMPv1，并得到廣泛認(rèn)可。

    5.2.1 SNMP基本原理

    SNMP管理由以下三個(gè)主要部分組成：網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）、管理信息庫（MIB）和代理Agent。
NMS是網(wǎng)絡(luò)管理的核心單元，為了有效地管理網(wǎng)絡(luò)中的資源/組件，NMS需要這些資源的相關(guān)信息。因此，在資源中安裝代理，負(fù)責(zé)采集所期望的信息并按需求傳遞給NMS。信息在MIB中組織并存儲(chǔ)。

    5.2.2 SNMP的管理模型

    SNMP對(duì)兩種類型的管理單元加以區(qū)分：管理器和代理（Agent）。

    網(wǎng)絡(luò)的管理服務(wù)器通常是一個(gè)工作站，用來執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)用。中等至大型的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通常建立在第三方軟件平臺(tái)之上，也稱作網(wǎng)絡(luò)管理工具包（NMS），第三方軟件的具體例子有HP OpenView和IBM NetView。用戶使用工作站從代理管理的節(jié)點(diǎn)中獲取信息，并以用戶友好的形式加以顯示。

    Agent的任務(wù)是監(jiān)控一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采集節(jié)點(diǎn)活動(dòng)數(shù)據(jù)（管理信息）并傳送到管理系統(tǒng)。大多數(shù)的SNMP管理工作是由運(yùn)行在管理工作站上的管理應(yīng)用完成的。管理工作站的資源是專為該管理類型而設(shè)計(jì)的，然而節(jié)點(diǎn)上的資源應(yīng)該為其實(shí)際任務(wù)而保留。

    一個(gè)可以用SNMP管理的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被稱為“SNMP manageable（SNMP可管理的）”。管理數(shù)據(jù)包括整型、字符串型和MIB地址變量集，這些都是管理一個(gè)節(jié)點(diǎn)所必需的。管理數(shù)據(jù)包含訪問權(quán)限（節(jié)點(diǎn)的管理和安全相關(guān)的訪問）以及節(jié)點(diǎn)軟硬件及其相關(guān)配置等信息，它還包括該節(jié)點(diǎn)過去及現(xiàn)在的狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)變量通常也被稱作“管理對(duì)象”，但對(duì)SNMP而言，它們稱為“MIB變量”。

    MIB變量包含了最新的管理數(shù)據(jù)，可用于決定節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)也可用來決定是否要采取措施改變節(jié)點(diǎn)行為。SNMP定義了這些數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)并且提供管理系統(tǒng)為了修改MIB變量中的數(shù)據(jù)所需要的服務(wù)。當(dāng)一個(gè)管理系統(tǒng)管理一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，它使用SNMP讀取和修改MIB變量中的數(shù)據(jù)。

    被管理對(duì)象及其數(shù)據(jù)是由節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的一個(gè)代理進(jìn)程來負(fù)責(zé)，這個(gè)代理控制了管理系統(tǒng)的讀寫程序。因此，該代理負(fù)責(zé)在節(jié)點(diǎn)中插入SNMP協(xié)議。

圖3    SNMP服務(wù)機(jī)制

    SNMP的服務(wù)機(jī)制如圖3所示，SNMP是一個(gè)請(qǐng)求和響應(yīng)協(xié)議，管理系統(tǒng)以Get，GetNext，Set或Trap操作的形式向代理發(fā)送請(qǐng)求，代理作出響應(yīng)，指明該請(qǐng)求是否被成功完成。

    5.2.3 SNMP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

    NMS是網(wǎng)絡(luò)的中央單元，它監(jiān)控，輪詢并控制各個(gè)資源上的代理配置。NMS收集所有信息用于評(píng)估，并為管理者提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)概況，如數(shù)據(jù)吞吐量，錯(cuò)誤頻率，響應(yīng)時(shí)間，狀態(tài)信息或錯(cuò)誤消息。

    （1）SNMP代理

    代理作為應(yīng)用程序安裝在管理資源上，如交換機(jī)，控制器，網(wǎng)關(guān)和路由器，并對(duì)NMS請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。代理對(duì)NMS請(qǐng)求發(fā)送響應(yīng)，然后進(jìn)行處理并執(zhí)行NMS命令。

    （2）SNMP中的MIB

    MIB以抽象形式顯示了真實(shí)資源的屬性，容量和功能。管理對(duì)象用于檢查，控制及監(jiān)視資源。每一個(gè)管理對(duì)象都有一個(gè)唯一名稱，對(duì)象標(biāo)識(shí)符。重要的或一般的對(duì)象標(biāo)識(shí)符，如固定的數(shù)據(jù)傳輸率，在通用的MIB中（如MIB II或者RMON MIB）集合在一起。

    制造商專用的管理對(duì)象在企業(yè)或私有MIB集合在一起，每個(gè)企業(yè)必須申請(qǐng)自己的節(jié)點(diǎn)，在其下才安排真正的MIB。

    在樹結(jié)構(gòu)中，MIB是以節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行組織的，需要為每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，這樣，管理對(duì)象的路徑就可以以數(shù)字序列的形式清晰地識(shí)別出管理對(duì)象。

    在MIB樹中，菲尼克斯公司的私有MIB的路徑是1.3.6.1.4.1.4346，在此節(jié)點(diǎn)下安排MIB。

    （3）SNMP應(yīng)用示例

    一個(gè)管理交換機(jī)根據(jù)用戶可變的規(guī)則或參數(shù)控制其端口處的數(shù)據(jù)流量。為了能對(duì)交換機(jī)進(jìn)行管理，管理交換機(jī)需要固件，用于把用戶設(shè)置傳送給交換機(jī)控制器。如果管理是通過SNMP，則交換機(jī)必須要有自己的IP地址。管理界面通常有密碼保護(hù)，在有些設(shè)備中被分為只讀訪問和讀/寫訪問。管理界面提供了以下功能（舉例）：

    ●  版本和狀態(tài)信息的讀取；

    ●  端口和過濾規(guī)則的參數(shù)化；

    ●  通過可調(diào)的端口鏡像對(duì)數(shù)據(jù)流量的診斷；

    ●  新固件版本的下載；

    ●  出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，陷阱接收器的設(shè)置；
   
    ●  統(tǒng)計(jì)信息的輸出（見圖7）。　　

5.3   SNMP OPC

    以太網(wǎng)和 TCP/IP 在面向未來的分布式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中變得越來越重要。以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)開放靈活的結(jié)構(gòu)意味著高效的網(wǎng)絡(luò)管理在整個(gè)自動(dòng)化解決方案的運(yùn)作中起著決定性的作用。通過SNMP OPC Server和SNMP OPC網(wǎng)關(guān)可以將工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備的SNMP信息提供給HMI/SCADA系統(tǒng)。

    5.3.1 SNMP OPC Server

    OPC（用于過程控制的OLE，OLE for Process Control）技術(shù)是世界上領(lǐng)先的跨國自動(dòng)化公司和軟硬件供應(yīng)商合作開發(fā)的一套工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它以微軟的OLE/COM（DCOM）技術(shù)為基礎(chǔ)，為現(xiàn)場設(shè)備和應(yīng)用之間提供了開放、一致的接口規(guī)范，使它們之間的數(shù)據(jù)交換更加簡單，為不同供應(yīng)商的軟硬件提供“即插即用（plug and play）”的連接。OPC的功能如圖8所示，目前，工業(yè)應(yīng)用中的HMI/SCADA系統(tǒng)基本上都支持OPC規(guī)范。

    菲尼克斯的 “FL SNMP OPC SERVER”，允許網(wǎng)絡(luò)組件集成在任何基于OPC的 HMI/ SCADA系統(tǒng)中，這樣使得這個(gè)系統(tǒng)成為一個(gè)可以不斷擴(kuò)展的，而且價(jià)廉的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。事實(shí)上，所有的智能以太網(wǎng)設(shè)備（如菲尼克斯電氣的Factory Line 組件）都有一個(gè)SNMP 代理。這個(gè)代理的任務(wù)是不斷收集有關(guān)該設(shè)備及其連接的網(wǎng)絡(luò)的重要信息。這個(gè)網(wǎng)關(guān)把 SNMP 代理收集的所有信息非常清晰地提供給 HMI/SCADA 系統(tǒng)。

    5.3.2 SNMP OPC網(wǎng)關(guān)

    在控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，除了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)過程，可視化系統(tǒng)還應(yīng)該能夠響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中其它重要的信息或事件，并能顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。SNMP OPC網(wǎng)關(guān)可用于將IT中所使用的SNMP服務(wù)集成到標(biāo)準(zhǔn)可視化系統(tǒng)中。

    如圖9所示，常規(guī)的過程數(shù)據(jù)從設(shè)備及其相關(guān)OPC服務(wù)器傳輸?shù)剿玫目梢暬到y(tǒng)的OPC接口中，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)和SNMP陷阱可以在可視化系統(tǒng)中顯示，同時(shí)，陷阱也在平行于可視化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中傳輸，因此，其它工具和SNMP陷阱接收器都能從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中接收到數(shù)據(jù)。這能使用戶在可視化系統(tǒng)中同時(shí)可查看過程數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)消息。

    在SNMP OPC網(wǎng)關(guān)中，管理設(shè)備在文件夾結(jié)構(gòu)中集合在一起。所有在MIB中定義的數(shù)據(jù)和消息都被傳輸?shù)娇梢暬涌谥?。由于只有定義過的對(duì)象才會(huì)在可視化系統(tǒng)中顯示和監(jiān)控，因此，在創(chuàng)建MIB時(shí)應(yīng)該考慮所有相關(guān)信息。

    菲尼克斯公司的“ FL OPC SNMP AGENT” 軟件，支持SNMP v1 和 SNMP v2c，支持所有的重要的OPC客戶(OPC Data Access 1.0A + 2.0 或者 OPC Alarms & Events)。可以在現(xiàn)有的 SNMP 管理結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)基于 OPC 的自動(dòng)化系統(tǒng)的無縫垂直集成。這個(gè) “FL OPC SNMP AGENT” 可以用來監(jiān)控中央網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（如HP OpenView，IBM Tivoil等）中的現(xiàn)場控制器的工作狀態(tài)。

    “FL OPC SNMP AGENT” 可以通過預(yù)先定義的設(shè)備行規(guī)手動(dòng)進(jìn)行設(shè)備配置，也可以將Factory Manager 中創(chuàng)建的以太網(wǎng)組態(tài)文件導(dǎo)入到該軟件中，自動(dòng)完成設(shè)備組態(tài)。設(shè)備行規(guī)定義了OPC Client可以訪問哪些設(shè)備信息。FL SNMP-OPC 網(wǎng)關(guān)軟件集成了MIB Browser功能，除了菲尼克斯的Factory Line設(shè)備，也可以和已經(jīng)存在的SNMP兼容設(shè)備進(jìn)行通信，只要在網(wǎng)關(guān)軟件中裝載制造商定義的數(shù)據(jù)庫(MIB) 即可。通過MIB Browser可以快速創(chuàng)建和修改相關(guān)的設(shè)備行規(guī)。
　

    該FL SNMP-OPC 網(wǎng)關(guān)可作為一個(gè)Windows 服務(wù)器完全獨(dú)立運(yùn)行，并在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。該 SNMP-OPC 網(wǎng)關(guān)自動(dòng)把重要信息和錯(cuò)誤信息在 Windows 事件數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行記載。此外，每個(gè) SNMP OPC網(wǎng)關(guān)隨時(shí)都可以從一個(gè)中心點(diǎn)處進(jìn)行配置和控制，即使是在運(yùn)行中。FL SNMP OPC SERVER 和 FL SNMP OPC AGENT使得工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最理想的可伸縮性。

作者信息：

    馬玉敏，同濟(jì)大學(xué)CIMS中心    

    張 龍，菲尼克斯亞太電氣(南京) 有限公司