GIS在网络设备管理中的应用

伴随着网络实现技术的多样化，越来越多的设备制造商的不同类型的通信设备服务于网络上,带来设备管理的困难。

      地理信息系统(GIS)支持地理空间数据的采集、存储和显示，网络管理系统借助GIS实现网络拓扑，将使管理界面上的网络设备处于一个模拟现实的网络空间，从而客观反映网络结构情况。

1 网络设备管理系统
      一个典型的网络设备管理系统包括4个组成部分：管理器、管理信息库、管理代理和受托代理。一般说来，前3个部分是必需的，第4个部分根据需要选择使用。

      在网络设备管理系统中，管理器协助网络管理员完成对整个网络的管理工作。网络管理软件要求管理代理定期收集重要的设备信息，这些信息将用于确定网络设备和网络整体运行状态是否正常。管理器应该定期查询管理代理收集到的设备运转状态、配置及性能等方面的信息。

      管理信息库(MIB)定义了由代理者维护的各种变量，管理者对MIB进行存取操作，从而实现具体的网络管理。MIB信息为网管中被管资源。网络管理中的资源是以对象表示的，每个对象表示被管资源的某方面属性，这些对象的集合形成了MIB库。每个MIB变量记录了每个相连网络的状态、通信量统计数据、发生差错的次数以及内部数据结构的当前内容等。通过对MIB库的存取访问网络管理者可以实现配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和计费管理五大管理功能。

      管理代理是一种特殊的软件或固件，包含了一个特定设备及该设备所处环境的信息。当一个管理代理被安装到一个设备上时，这个设备就成为被管理的设备。管理代理可以获得所驻留设备的运转状态、设备特性和系统配置等相关信息。

      安装在网络管理工作站上的管理器，向管理代理收集设备信息时有轮询和中断两种方法。网络管理工作站可以通过轮询管理代理获得关于设备的信息，可以修改、增加或者删除代理中的表项，可以为设备中特定的事件设置阈值。当设备中发生某个阈值超过设定范围的异常事件时，管理代理立即向网络管理工作站发送“自陷”信息，通过中断的方法通知网络管理工作站进行处理。

      在一些特殊情况下，一个特定设备可能因为系统资源缺乏，或者因为该设备不支持管理代理所需要的传输协议，而不能实现管理代理。这时可以使用受托代理技术。受托代理不在被管理的网络设备上运行，而是在另一台设备上运行。受托代理把它接收到的网络管理工作站命令翻译成被托管设备所支持的管理命令。因此，受托代理发挥着应用程序网关的作用，在标准网络设备管理器软件和不直接支持管理代理的系统之间充当桥梁。

      管理器和管理代理在通过网络进行通信时，必须遵循特定的协议。使用最普遍的协议是简单网络管理协议(SNMP)。SNMP是分布式的管理协议，一个系统可以只作为SNMP管理器或SNMP代理中的单一角色，也可以同时完成这两者的功能。如果一个系统既作为管理器，又作为代理的话，此时可能需要另外一台管理器，用它来查询被管理的设备，并提供信息的汇总。[1-4]

2 地理信息系统
      地理信息系统是为描述和处理相关地理信息而逐渐产生的软件系统，是对地理信息进行采集、存贮、更新、分析、传输、查询等管理过程的基础工具。地理信息就是表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称。

      地理信息系统的基本功能为：

      (1)数据输入
      数据输入包括图形数据输入、栅格数据输入和属性数据输入。图形数据通过数字化仪输入和扫描仪输入；栅格数据包括各种遥感数据、航测数据、各种摄影图像数据、航空雷达数据等；属性数据是用来描述对象特征的数据，通常用关系数据库管理系统进行管理。

      (2)数据校验
      数据校验是指通过观测、统计分析和逻辑分析等手段对输入数据的质量进行检查和纠正，完成空间拓扑结构的建立等，为下一步的数据管理、空间分析与查询、数据表达等服务。数据校验包括图形数据校验和属性数据校验。图形数据的校验包括多边形拓扑关系的建立与校正、图形编辑、图形拼接、投影变换等功能。属性数据的校验往往与数据管理结合在一起。

      (3)数据管理
      数据管理涉及地理元素的位置、连接关系及属性数据如何构造和组织，使其便于计算机处理和系统用户理解等。用于组织数据库的计算机程序即为数据库管理系统。它包括数据格式的选择和转换，数据的联结、查询、提取等。数据管理包括空间数据库管理和地图图库的管理。空间数据库管理是GIS的核心，也是最具特色的部分，各种图形和图像信息都以严密的逻辑结构存贮于空间数据库中。根据GIS的应用类型与数据类型的不同，空间数据库的数据结构分为基于矢量的数据结构，基于栅格的数据结构和矢量栅格混合的数据结构。对于一个大区域往往不能用一幅图表示，需要将其分成很多图幅，为有效地管理众多图幅的数据及实现跨图幅的查询与分析，就要有地图图库的管理，其功能有：图幅入库、图幅删除、图幅拼接、跨图幅条件检索、图库的维护等。

      (4)空间查询与分析
      空间查询与分析是GIS最重要的功能，也是GIS区别于其他信息系统的本质特征。空间查询与分析使地图图形信息以及各种专业信息的利用深度和广度大大增强，包括比例尺和投影的数字变换、数据处理和分析，还包括地理或空间模型的建立。空间数据查询使GIS具有丰富的查询功能，既有属性查询功能，也有图形查询功能，还可以实现图形与属性之间的交叉查询。空间数据分析实际上就是对空间数据一系列的运算和查询。不同的应用具有不同的运算和查询的内容、方式和过程。也就是说，有不同的应用模型。应用模型是在对具体对象与过程进行大量专业研究的基础上总结出来的客观规律的抽象。将它们归结成一系列典型的运算与查询命令，从而解决某一类专业的空间分析任务。

3 网络设备管理系统的设计与实现

3.1 系统框架
      网络设备管理系统提供一种管理、查询、定位设备的方法，通过在不同类型的网络设备中添加地理位置信息，来解决目前网络设备在网络管理系统中的显示、对网络设备维护定位、网络设备覆盖率统计等问题，实现网络设备的有效管理。网络设备管理系统基于地理位置信息实现定位，其将各区域范围的设备显示到网络管理系统，并可根据网络设备查询具体位置和覆盖范围。

      网络设备管理系统由空间数据库、网络设备数据库、地理信息管理、网络设备管理和设备的可视化定位5部分组成，如图1所示。

      系统中，空间数据库用于存储空间数据信息；地理信息管理用于管理地理数据信息；网络设备数据库用于存储网络设备的类型、IP地址和地理位置等属性信息；网络设备管理用于管理网络设备的类型、IP地址和地理位置等相关属性信息；设备的可视化定位用于根据设备的地理位置信息将设备定位到指定位置，并可以根据位置和设备属性的查询结果进行可视化定位。

3.2 系统模块
      网络设备管理系统由地理信息管理模块、网络设备管理模块、设备统计模块、设备查询模块、设备定位模块和地图可视化网络设备模块等组成，模块结构框图如图2所示。

      地理信息管理模块用于管理地理数据信息，建立地理信息数据与地图可视化间的对应关系；网络设备管理模块用于存储网络设备的类型、IP地址和地理位置等相关属性，在地图可视化时将根据地理位置定位设备的可视化位置；设备统计模块用于根据指定区域或设备类型显示相应设备类型的数量及位置；设备查询模块用于根据设备类型或地理区域及位置查询设备；设备定位模块用于根据设备的地理位置信息将设备定位到指定位置；地图可视化网络设备模块用于在地图上根据地理数据信息可视化显示设备。

3.3 系统流程
      网络设备管理系统的管理流程如图3所示，实现将设备根据地理信息定位到地图上。

网络设备管理系统的管理过程如下：

      (1)在地理信息管理模块中，将空间地理信息以地图可视化的形式展现给用户。针对不同区域的用户，可通过动态设置载入的默认的空间地理信息数据和地图形式，建立空间地理信息与地图中的位置信息的对应关系。

      (2)新建或修改网络设备。通过选择地理信息管理模块提供的地理位置名称(还可通过递归级联方式选择子孙级的地理位置名称)，在网络设备管理数据库中存储设备的位置信息，并在地图可视化中通过网络设备位置信息定位网络设备。

      (3)在地图可视化中，通过查询网络设备管理数据库，得到各个网元通过链路进行连接的实际情况，在地图可视化模块直观显示设备和连接。线路连接有序并直观。

      (4)从空间信息数据库中取出默认的空间地理信息位置及其子孙级相关地理信息，用户通过点击树形的用户地理区域或通过选择查询当前的地理位置，在网络设备数据库中查询位置信息，然后在相应的界面位置显示对应的区域的设备地理位置、设备类型、设备数量等信息。可通过点击子孙级地理区域或选择查询子孙级的地理位置，查询网络设备数据库获取子孙级的所有信息；也可通过点击地理位置或相应设备查询网络设备数据库，并通过空间位置定位模块在地图可视化模块中显示相应设备信息。

      (5)通过查询网络设备数据库得到指定区域使用的网络设备类型，在相应的界面位置显示对应的区域或位置的设备地理位置、设备类型、设备数量等信息，然后通过点击子孙级地理区域或选择查询子孙级的地理位置获取子孙级的所有信息，也可让用户通过点击地理位置或相应设备查询网络设备数据库，通过空间位置定位模块在地图可视化模块显示相应位置的相应设备信息。

4 结束语
      网络设备管理系统以地理位置为树形结构，可以按地理位置和选择区域进行查询，还可以按网络设备属性进行查询并定位。不但可以获取网络设备的统计信息，还可以获取设备的详细信息。
应用GIS技术的网络设备管理系统，可以构建一个更有效管理网络设备的方法和系统，能更有效地对网络设备进行管理和维护。

5 参考文献
[1] IETF RFC2578. Structure of Management Information Version 2 (SMIV2)[S]. 1999.
[2] IETF RFC3418. Management Information Base for the Simple Network Management Protocol (SNMP)[S]. 2002.
[3] 邬伦, 刘瑜, 张晶, 等. 地理信息系统——原理、方法和应用[M]. 北京: 科学出版社, 2001.
[4] 孔令萍. 新一代运营支撑系统体系结构[J]. 中兴通讯技术,2003,9(3):5-8.

收稿日期：2005-10-07

[摘要] 众多设备制造商的不同类型的通信设备服务于通信网，由于每个设备没有位置信息，因而无法知道相应设备的位置和覆盖范围，势必带来设备管理的困难。解决方法是将地理信息系统(GIS)应用于网络设备管理系统中。GIS支持地理空间数据的采集、存储和显示，并能将地理空间数据与相关参考数据关联以提供信息查询与分析。文章提出了一种结合了GIS技术的网络设备管理系统，并给出了相应的系统框架、系统模块、系统管理流程，认为该方案能更有效地管理和维护网络设备。

[关键词] 网络设备管理；地理信息系统；简单网络管理协议；地理信息

[Abstract] The telecom equipment operating on telecom networks is varied and from different vendors. There is no location information about it. Therefore, the equipment location and the areas covered are unknowable. This brings difficulties to equipment management. The solution is to adopt Geographic Information System (GIS) in the network equipment management system. GIS supports the collection, storage and display of geographic space data, and provides information inquiry and analysis by relating the geographic space data with reference data. This paper introduces a network equipment management system using GIS technologies. Its architecture, modules and management flow chart are presented. It is concluded that this system could provide more efficient management and maintenance of network equipment.

[Keywords] network equipment management; GIS; SNMP; geographic information