一种对空射击管理系统中的监管系统及方法

摘要

本发明属于对空射击管理中的信息处理技术领域，涉及一种对空射击管理系统中的监管方法。包括以下步骤：动态设备列表的获取、多线程并行访问和接收机制，本发明的有益效果：该算法在访问时，通过向每个网段发送广播SNMP数据包的方式并行访问被管理的设备、软件，减少轮询数据包的数量，减轻网络管理的负担，缩短轮询周期；在接收设备、软件回复数据包时，针对接收和处理速度不匹配的情况，采用多线程自适应并行处理环形缓存的方法，达到高速数据接收的目的。

说明书

技术领域

本发明属于对空射击管理中的信息处理技术领域，涉及一种对空射击管理系统中的监管系统及方法。 

背景技术

在对空射击活动管理的初期，由于进行对空射击活动的单位少，作业不频繁，航空运输总量不大，对空域使用的要求不高，对空射击活动与航空运输的总体矛盾冲突并不明显。进入新世纪后，随着我国国民经济的持续发展，航空运输和国防建设发展迅速，航空运输总量增长迅猛，军事飞行范围不断扩大；同时，对空射击活动需求也在不断增加，在战备训练、科研任务、空天发射等原有对空射击活动的基础上又增加了人工影响天气活动，并且各类活动越来越频繁，对空射击活动与航空运输的矛盾冲突加剧。在此情况下，对空管理系统可有效的化解矛盾冲突。 

对空射击管理系统作为管理对空射击的信息系统担负着重要的职能。各级对空射击管理系统主要由对空射击空域管理、对空射击安全监控、对空射击信息服务三部分功能组成。该系统为相关的科研试验、军事训练和卫星发射等单位以及各级空管部门提供比较完善的对空射击管理手段，进一步规范对空射击作业活动的申请、审批和实施流程，加强各级对空射击空域使用管理部门与对空射击组织管理单位的协调配合和监控监视能力，保证对空射击训练、演习、科研、试验等活动的顺利实施，提高各种对空射击训练和军事科学 试验水平，最大限度的降低对空射击活动对航空运输的影响。 

随着计算机软件和硬件技术的发展，网络设备种类的增加，以及网络规模的不断扩大，以往传统的人工的网络管理方式已经不能满足当前网络管理的需求。所以一个满足用户需求、简单实用的网络管理系统对于管理现在普遍应用的复杂的网络环境显得非常重要。对空射击管理系统也是由大量的硬件设备及相对应的专用软件组成，比如：服务器、工作站、交换机、路由器等，这些设备及软件工作的好坏将直接关系到对空射击管理系统的正常运行，甚至有些关键设备的故障可直接影响到对空射击的管理工作。对系统中所涉及的所有硬件设施及应用软件的保障和维护工作也是十分重要的一个环节。如何科学有效的对系统硬件进行保障和维护、如何快速、高效的收集获取网络设备及软件的工作状态、定位故障位置都是对保证空射击管理系统正常工作的关键，因此，有必要发明一种可高速收集系统中设备及应用软件工作状态的监控方法，具有收集系统内设备状态的时间短、可实时监控状态变化并且不影响系统整体的工作性能。 

发明内容

本发明为解决上述问题而提供一种对空射击管理系统中的监管系统及方法。 

一种对空射击管理系统中的监管系统，依据分层的设备及软件管理需求建立分层结构的分布式监管系统，包括一个总管理站和多个子管理站，每个子管理站根据所管辖的区域将设备划分在不同网段。 

一种对空射击管理系统中的监管方法，应用上述的监管系统，包括以下步骤： 

a)获取设备的实时信息：首先建立当前设备状态表和所有设备状态表，然后开始依次访问，获取每个网段设备的实时信息存入当前设备状态表中，同时随时更新所有设备状态表，获得目前最新设备状态表、在线设备状态表和掉线设备状态表； 

b)多路线访问：对同一个网段内的设备，创建多个访问路线，包括多个访问设备静态属性信息路线及多个访问设备动态属性信息路线，多个路线并行访问； 

c)动态调整接收：总管理站采用一个接收线程和多个处理线程并行处理，进行接收回复的数据包。 

进一步地，所述步骤a)中的获取设备的实时信息包括以下步骤： 

1)如果所有设备状态表为“0”，创立当前设备状态表和所有设备状态表； 

2)子管理站依次向每个网段发送SNMP数据包，记录当前网段回复SNMP数据包中设备的IP和MAC地址并存入当前设备状态表； 

3)实时调整所有设备状态表及当前设备状态表； 

4)将获得的设备的IP和MAC地址与所有设备状态表中的设备IP和MAC地址相对比，更新所有设备状态表中的状态值，并根据设备状态更新状态值，同时获得目前最新设备状态表、在线设备状态表和掉线设备状态表； 

5)将所有设备状态表设定为“0”； 

6)调整到下一段落，重新进行步骤4，实时调整各设备表。 

进一步地，所述子管理站对每一个网段只发送一个SNMP数据包。 

进一步地，所述步骤b)中的访问设备静态属性信息路线，访问的静态属性信息包括生产厂家、设备类型、配置信息；访问设备动态属性信息路线访问的动态属性信息包括上行数据流量、下行数据流量、丢失数据包数量。 

进一步地，通过区分设备的状态和属性建立多个最新设备状态表。 

本发明的有益效果：该方法在访问时，通过向每个网段发送广播SNMP数据包的方式并行访问被管理的设备、软件，减少轮询数据包的数量，减轻网络管理的负担，缩短访问周期；在接收设备、软件回复数据包时，针对接收和处理速度不匹配的情况，采用多线程自适应并行处理环形缓存的方法，达到高速数据接收的目的。通过系统测试，结果表明，通过广播方式的访问可以有效缩短访问周期，减少访问数据量，而且适合在高速环境下对数据的接收，避免回复数据的丢失。与其他算法相比，该方法可以大大提高对空射击管理系统这类大型网络网管系统的实时性和工作效率，通过多线程自适应调整的并行处理环形缓存接收机制，提高数据接收的效率，满足广播条件下的高速数据接收，提高了监管系统效率。 

附图说明

图1为本发明的分布式网络监管系统结构图； 

图2为本发明的自适应的并行处理环形缓存策略图。 

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例将本发明做进一步解释，传统的分 布式网络管理系统一般都含有一个总的管理站和多个子管理站。本发明根据分层的设备及软件管理需求建立层次结构的分布式网管系统，对对空射击管理系统中的服务器、工作站、交换机、路由器等设备进行集中监管，系统结构如图1所示。广播轮询就是监管系统通过发送SNMP广播包的方式在网段内并行、网段之间串行来获取被管理设备的信息，即每个子管理站根据所管辖的区域将设备划分在不同网段，依次向每个网段发送一个SNMP广播包并提出数据采集请求，子管理站并行接收设备的回复数据包。由于广播轮询在一个网段只发送一个数据包，相对传统轮询对每个设备发送一个数据包的方式，可以大大减少网络中轮询数据包的数量和设备轮询的轮询周期。 

由于网管系统中所监控的设备及软件状态是动态变化的，随时可能出现新注册或者因故障而掉线的设备，为能实时地获取所有设备及其拓扑状态，可以按状态将设备划分为新注册、在线以及掉线三种类型。在获取设备信息时，有些信息是相对稳定的，如生产厂家、设备类型、配置信息等，称其为静态属性；有些信息是不断变化的，如上行数据流量、下行数据流量、丢失数据包数量等，称为设备的动态属性。对新注册设备，需首先获取其静态属性；对正常的在线设备，则需要实时获取动态属性，而静态属性的获取周期可延长。对于掉线的设备，如果与正常在线设备一样同时轮询，将迟迟得不到回复包，轮询线程则会发生等待，甚至重复发送轮询数据包，造成整个队列轮询时间过长。因此，为在一段时间内未收到轮询回复包的设备专门建立一个掉线设备队列，由掉线设备轮询线程处理。掉线设备队列中的设备信息也是根据设备的响应情况而动态变化的。因此，算法通过区分设备的状态和属性建立多个动态设备列表，通过多线程并行轮询以实时采集设备信息。基于广播SNMP的网管并行轮询算法在轮询开始之前，首先建立动态设备列表，并在轮询过程中，通过周期性地向每 个网段发送SNMP广播信息并获取被管理设备的变化，动态调整动态设备队列；在轮询时，通过区分设备状态、设备信息来建立多个轮询线程并进行获取设备信息；在接收时，针对网管系统在短时间内需要接收大量回复数据包的情况，采用基于并行处理的环形缓存策略高速获取数据信息，匹配处理和接收速度，降低高速数据接收时的丢包率。 

步骤1动态设备列表的获取 

为实时获得设备状态，在轮询开始之前首先建立当前设备列表RECV(当前设备状态表)和全局设备列表L(所有设备状态表)。在RECV列表中保存当前网段中所有设备的IP地址和MAC信息，而列表L用于保存所有设备的IP、MAC和动态状态信息值。随后开始轮询，通过广播获取每个网段的当前设备信息存入RECV列表，并动态更新列表L中的设备状态。将RECV与全局设备列表L相比较，即可获得新注册设备列表NEWLIST(最新设备状态表)、在线设备列表ONLIST(在线设备状态表)和掉线设备列表OFFLIST(掉线设备状态表)三个动态设备列表。算法建立的动态设备列表及其含义如表1所示。动态设备列表的获取算法如下： 

1.如果动态全局设备列表L为空，创建RECV列表和L列表； 

2.网管系统依次向每个网段发送一个广播SNMP包，获取回复SNMP数据包中设备的IP和MAC地址列表并存入RECV； 

3.动态调整全局设备列表L＝L∪RECV； 

4.将获取到的RECV列表中的设备IP和MAC地址与动态全局设备列表L中的设备IP和MAC地址列表相对比，更新L中每个设备的状态值，并根据设备状态更新新注册设备列表NEWLIST、在线设备列表ONLIST和掉线设备列表OFFLIST； 

5.清空RECV； 

6.转向下一个网段，重复步骤4，动态调整各设备列表。 

表1动态设备列表及其含义 

步骤2多线程并行轮询 

所有设备属性信息都存放在MIB库中，按照MIB库中对象性质的不同，可以分为静态信息和动态信息。设备的静态信息一经配置基本上保持不变，因此没有必要在每一次数据采集过程中都对其轮询，只有当静态信息发生变化时进行必要的访问以保证信息的有效，因此可建立一个静态信息轮询线程JT-Thread轮询新注册设备以获取新注册设备的静态信息。动态信息则随着设备的运行情况不断变化以实时反映设备的状态或性能。为了能实时监控所有在线设备性能参数的变化和及时反映设备的运行状态，有必要对被管理对象不断进行实时的轮询，因此需要创建一个轮询所有在线设备动态信息的轮询线程DT-Thread。另外，动态设备列表的更新是通过广播线程BR-Thread实现的。因此，本算法通过多线程并行轮询多个动态设备列表，采集不同设备的静态和动态属性值。算法建立的轮询线程，如表2所示。 

表2多线程列表 

序号 线程名称 作用 1 BR-Thread 广播轮询网络并更新动态设备列表

2 JT-Thread 轮询NEWLIST的设备静态属性 3 DT-Thread 轮询ONLIST的设备动态属性

步骤3接收机制 

当网段中设备数量较多时，采用广播的方式必然会造成一个在短时间内需要接收和处理大量回复数据包的问题，因此，本算法对传统的高速接收缓存策略进行改进，采用一种自适应的并行处理缓存策略实现数据的接收，即通过自适应地动态调整处理线程个数的方法来动态调整处理速率，以使得处理速率达到最佳状态，提高对数据高速接收并及时处理速率的能力。 

图2所示为自适应的并行处理环形缓存策略。由于数据包接收速率和处理速率不匹配，特别是当接收速率远远大于处理速率的情况下，可以采用一个接收线程和多个处理线程并行处理以达到接收与处理速度的匹配。处理线程数N的大小随着轮询进行周期性的自适应调整，尽量避免因为接收速度快而处理速度慢导致的缓存溢出、数据包丢失等问题。 

本部分的发明内容是对空射击管理系统中的一种网络管理方法，可实现对系统设备运行状态进行实时采集并监控的轮询算法，其主要是针对对空射击管理系统所涉及的网络规模大、分布广、设备多等特点，采用基于SNMP的并行轮询算法，通过在网段内发送轮询指令动态获取设备实时信息，建立多轮询线程，以解决传统网络管理中采用依次轮询的方式而存在的周期长、实时性低和传输数据量过多等问题，采用多线程自适应并行处理缓存技术，避免了接收和处理速度的不匹配，提高了网络管理效率。 

在对空射击管理项目中，面对网络规模大、分布广、设备多的实际需求，传统网络管理系统通过依次轮询设备进行数据采集存在轮询周期长、实时性低、轮询数据量多等缺点，采用基于SNMP的并行 轮询算法进行数据采集。该算法在轮询时，通过向每个网段发送广播SNMP数据包的方式并行轮询被管理设备，减少轮询数据包的数量，减轻管理站的负担，缩短轮询周期；在接收设备回复数据包时，针对接收和处理速度不匹配的情况，采用多线程自适应并行处理环缓存的方法，达到高速数据接收的目的。系统测试结果表明，通过广播方式的轮询可以有效缩短轮询周期，减少轮询数据量，而且适合在高速环境下对数据的接收，避免回复数据的丢失，该算法可以大大提高大型网络网管系统的实时性和工作效率。 

基于SNMP的并行轮询算法可实现网络设备的实时数据采集，该方法通过在网段内发送广播包来动态获取实际的设备信息；通过区分设备和设备信息、建立多轮询线程、采用网段内并行轮询设备、网段之间串行的方式缩短轮询周期，减少轮询的数据量，提高数据接收的效率，满足广播条件下的高速数据接收，提高了网管系统效率。该轮询算法非常适用于设备量大、实时性要求高的网络中进行数据采集。 

设在一个周期T内，每个数据包的大小为a，一个接收线程接收一个数据包到达缓存区的平均时间为tr(n)，每个处理线程处理一个数据包的平均时间为tp(n)。缓存区大小为length＝a×count，其中，count为所有设备的总数。 

在传统缓存策略中有一个接收线程和一个处理线程的情况下，当tr(n)＝tp(n)时，数据包的接收速度和处理速度正好匹配，不会因缓存区的闲置或已满而发生线程的等待。当tr(n)＞tp(n)时，数据包的处理速度大于接收速度，则缓冲区有剩余。当tr(n)＜tp(n)时，数据包的接收速度快而处理速度慢，会产生因缓存区已满而等待的情况。实际上，由于数据包的处理涉及对数据的分析处理、数据库的访问等一系列操作，一个数据包的处理时间远大于其接收时间。本算法通过建立多个 处理线程，并根据处理速度周期性调整处理线程个数以实现接收与处理速度的匹配。 

设系统等待时间为t(n)，处理线程数为N，在算法初始化时置N＝1，则t(n)的计算公式为： 

$t\left(n\right)=\left(\begin{array}{cc}\frac{\frac{\mathrm{tp}(n-1)}{N}-\mathrm{tr}(n-1)+t(n-1)}{2}& n>1\\ \frac{\mathrm{tp}\left(n\right)}{N}-\mathrm{tr}\left(n\right)& n=1\end{array}\right)---\left(1\right)$

当t(n)≤0时，则只需要一个处理线程；当0＜t≤tr(n)时，此时tr(n)＜tp(n)，随着轮询的进行缓存区会逐渐增加，将影响缓存区吞吐量，因此建立两个处理线程来处理缓存区数据，使得处理线程速率超过接收线程速率；当t(n)＞tr(n)时，则需要再增加处理线程数。处理线程数的调整公式为： 

$N=\left(\begin{array}{cc}2+[t\left(n\right)/\mathrm{tr}\left(n\right)]& t\left(n\right)>\mathrm{tr}\left(n\right)\\ 2& 0<t\left(n\right)\le \mathrm{tr}\left(n\right)\\ 1& t\left(n\right)\le 0\end{array}\right)---\left(2\right)$

轮询算法通过周期性地自动调整处理线程数，使得数据包的处理速率和接收速率匹配，保证数据采集的轮询效率总是处于最佳状态。 

在对空射击管理系统的网管系统中，基于广播SNMP的并行轮询算法用于实时的设备数据采集。算法首先建立动态设备列表，并通过广播轮询线程BR-Thread动态更新这些列表。然后，创建静态信息轮询线程JT-Thread、动态信息轮询线程DT-Thread、数据接收线程JS-Thread和数据处理线程CL-Thread。轮询开始后，每个轮询线程从 各自的队列中NEWLIST、ONLIST获取待轮询的信息，按照网段内并行广播，网段间串行轮询的方式开始广播轮询。在接收设备回复数据包时，计算一个数据包的平均接收时间tr(n)，在处理该数据包时，计算一个数据包的平均处理时间tp(n)。在经过周期T后，由式(1)计算等待时间，然后再由式(2)自适应地动态调整N的大小，由主线程创建或终止处理线程，实现处理线程的自适应调整。 

基于广播SNMP的并行轮询算法的详细过程如下： 

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