（信号与信息处理专业论文）wimax网络中接入控制器软件管理模块的研究与设计.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 w i m a x ( w o r l d w i d e i n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ，全球微波接入 互操作性) 是一项新兴的基于i e e e8 0 2 1 6 标准的b w a m a n ( b r o a d b a n d w i r e l e s sa c c e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ，宽带无线接入城域网) 技术。w a c ( w i m a xa c c e s sc o n t r o l l e r ，w i m a x 接入控制器) 作为w i m a x 网络接入部 分的核心设备，在整个系统中扮演着极其重要的作用。随着用户需求的变化 和通信市场的需要，对软件的管理工作也显得尤为重要。w a c 软件管理模块 负责w a c 软件的软件更新和相关数据库( 配置文件) 的维护。本论文的主题 正是围绕该模块展开的。 本文首先介绍了b w a m a n 和i e e e8 0 2 1 6 标准的相关知识，w i m a x 的 关键技术和特点，接着分析了w a c 的系统构架，然后详细阐述了软件更新的 设计思想和实现方案，即采用了远程下载，分区切换安装的新思想，利用两 个分区可循环进行软件更新，更新出错时可实现软件自动回退，方便可行， 且对用户的影响较小，最后介绍了软件更新时对于w a c 相关的配置文件的维 护工作，以便支持配置文件格式不同的软件更新。 关键词：无线城域网，w i m a x ，w i m a x 接入控制器，软件管理，软件更新 a bs t r a c t w i 心( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ) i san e w t e c h n o l o g yo ft h eb w a m a n ( b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s sm e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r k ) ，w h i c hi s b a s e do nt h ei e e e8 0 2 16 s t a n d a r d w a c ( w i m a xa c c e s s c o n t r o l l e r ) i st h ec o r ec o m p o n e n to ft h ew i m 匕垅a c c e s sc o n t r o l l e r t og oa l o n g 。一一 一 w l t ht h et r a n s t e ro tu s e r s 7 r e q u l r e m e n t sa n dn e ws e r v i c i e sf r o mt e l e c o mo p e r a t o r s s o f t w a r em a n a g e m e n tm o d u l ep l a y sa n i m p o r t a n tr o l e i ti sr e s p o n s i b l ef o r s o f t w a r eu p d a t i n ga n dd a t a b a s em a i n t e n a n c e n i sp a p e rw i l le l a b o r a t eo nt h i s m o d u l e i nt h i sp a p e r , t h eb w a m a n , t h e d e v e l o p m e n to ft h ei e e e8 0 2 16s t a n d a r d s a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fw i m a x a r ei n t r o d u c e df i r s t l y t h es t r u c t u r eo fw a ca n d t h e p r o c e s s o fu p d a t i n ga r ed e s c r i b e d s e c o n d l y t h e n ，am e t h o do fr e m o t e d o w n l o a d i n gi sp r e s e n t e d ，an e wi d e ao fs o f t w a r ei n s t a l l i n ga n ds w i t c h i n gb e t w e e n p a r t i t i o n sa r ed i s c u s s e d b yu s i n gt w op a r t i t i o n s ，w ec a nc i r c u l a r l yu p d a t es o f t w a r e s a n db a c k t r a c kt ot h eo r i g i ne a s yw h e ne r r o r so c c u r , l e a d i n gi n t ot h el e a s ti n f l u e n c e o nu s e r s l a s t l y , a ni m p r o v e m e n ti nt h em a i n t e n a n c eo ft h e c o n f i g u r ef i l e s i s d i s c u s s e d k e y w o r d s ：w m a n ，w i m a x ，w a c ，s o f t w a r em a n a g e m e n t ，s o f t w a r eu p d a t e i i 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：牛日期：牝 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名： 导师签名：乏圭垫期：趣严 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第1 章绪论 1 1 无线城域网的概述 第1 章绪论 b w a ( b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s ，宽带无线接入) 技术是无线通信革命中最具有挑战 性的部分，它能解决从客户网到核心网之间的接入瓶颈问题。随着宽带无线接入技术的快 速发展，现代无线移动通信技术也在朝着多媒体化，智能化，宽带化，低功耗，低成本方 向发展。以i e e e 8 0 2 1 6 系列标准为代表的w m a n ( w i r e l e s sm e t r o p o l i t a n a r e a n e t w o r k ，无 线城域网) 技术是继w l a n ( w i r e l e s sl a n ，无线局域网) 之后出现的又一项宽带无线接 入热点技术。它的推出是为了满足日益增长的宽带无线接入市场需求。虽然多年来w l a n 技术及其他很多专有技术被用于宽带无线接入技术，并获得了很大的成功，但是w l a n 的 整体设计并不能很好地使用于室外宽带无线接入技术的情况。当其用于室外时，在宽带和 用户数量方面将受到限制，同时还存在着通信距离等其它一些问题。基于上述情况，i e e e 指定了一种新的更复杂的标准8 0 2 1 6 标准。这个标准能解决物理层环境( 室外射频传输) 和q o s 两方面的问题，满足宽带无线接入和“最后一公里”接入市场的需要。 与其他接入手段相比，8 0 2 1 6 宽带无线接入系统以最低的成本提供宽带通信业务。在 家庭和小企业范围内，宽带无线接入将与电缆和d s l 网络竞争；在中等规模企业楼宇内， 宽带无线接入能够支持高速率连接，将与光纤连接竞争。它可使数以千计的用户在无线城 域网中共享数据、话音和视频服务，而且随着信道、宽带和用户需求的增加，运营商还可 以使系统扩容。 1 2i e e e 8 0 2 1 6 标准 1 2 1i e e e 8 0 2 1 6 标准的发展 1 9 9 9 年i e e e8 0 2 委员会成立了8 0 2 1 6 工作组，其主要任务是开发工作在2 - 6 6 g h z 频带范围的无线接入系统空中接口物理层( p h y ) 和媒体接入控制层( m a c ) 规范，同时 还由于空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统之间的互操作性规范。它主 要有三个小工作组组成，每个小工作组分别负责不同的方面：i e e e 8 0 2 1 6 1 负责制定频率 为1 0 6 6 g h z 的无线接口标准：i e e e 8 0 2 1 6 2 负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准； i e e e 8 0 2 1 6 3 负责制定频率范围在2 1 1 g h z 之间获得频率使用许可应用的无线接口标准。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第1 章绪论 最早的i e e e8 0 2 1 6 标准是在2 0 0 1 年1 2 月获得批准的，名称为“固定宽带无线接入 系统的空中接i ：3 ”，是针对1 0 - 6 6 g h z 的高频段视距( l o s ，l i n eo fs i g h t ) 环境而制定的 无线城域网标准，使用单载波调制模式。该标准定义了空中接口的二层结构：物理层、媒 体接入控制( m a c ) 层。其中物理层协议定义了频率带宽、调制模式、纠错技术以及发射 机同接收机之间的同步、时分复用等方面的标准，并联合采用了d a m a ( 按需分配多址) 和t d m a ( 时分多址) 技术。m a c 层又分三个子层：业务特定汇聚子层、公共部分子层 和加密子层。业务特定汇聚子层接受来自高层的业务数据，并将这些数据封装成特定的业 务包，以便接受方能够将这些业务包恢复成高层信息；公共部分子层规定了系统接入、成 帧、带宽分配、连接建立和维护等过程；加密子层提供认证、安全密钥交换以及封装协 议。在1 0 - - - 6 6 g h z 频率上，信号传输严格限制在视距范围内，但所分配的可用频率很多， 而且每2 5 m h z 信道都可重复使用，数据传输速率高达1 2 0 m b i t s 。其主要市场将包括商业、 工业和居民区住宅用户。该协议不适合较低频率的应用，其覆盖范围在可视距离之内。 目前所说的8 0 2 1 6 标准主要包括8 0 2 1 6 a 、8 0 2 1 6 d 、8 0 2 1 6 e 三个标准。8 0 2 1 6 a 是为 工作在2 1 1 g h z 频段的非视距( n l o s ) 宽带固定接入系统而设计的。在2 0 0 3 年1 月被 i e e e 批准通过。8 0 2 1 6 a 传输距离最高可达3 l 英里( 5 0 k m ) ，数据速率可达7 0 m b i t s ，频 谱效率高达5 b i t s h z ，出色的非线性站点性能可显著提高运营商目标服务区域的覆盖范围。 8 0 2 1 6 a 作为一种固定宽带无线接入系统的空中接口标准，可在2 11 g h z 内作为有线网络 “最后一公里 连接公网的替代手段。它所支持的特许和非特许传输频率非常适合采用超 视距的住宅用户和小型企业用户应用。而且，它使得w m a n 和w l a n 适度结合，其基站 以无线方式和互联网相结合，可在有线不发达的地方作为一种替代手段。这是无线宽带接 入技术的重大突破，因为传输点与接收天线之间再也无需有视距连接。依靠8 0 2 1 6 a ，运营 商能够使用一个发射塔来支持更多的用户，从而显著降低服务成本。 8 0 2 1 6 d 是8 0 2 1 6 a 的增强型，于2 0 0 4 年6 月被正式批准。主要是对8 0 2 1 6 a 尤其是 在空中接口标准部分的进一步完善和对错误的更正。尽管它增强了非视距的支持，实现了 对室内无线数据接入的应用，但仍然只支持固定业务。 8 0 2 1 6 e 标准是8 0 2 1 6 a d 的进一步延伸，它主要是针对客户端能在基站之间自由切换 和漫游，它使用2 - 6 g h z 频段，采用与i e e e8 0 2 。1 6 a 同样的工作体制，在占用5 m h z 带宽 时上、下行链路最高速率都可以达到1 5 m b i t s ，频谱效率为3 b i t s h z ，支持本地和地区的 移动性，支持漫游和切换，移动速度可以达到1 5 0 k m h ，从而使用户能够在各个服务区之 间任意漫游。 下表描述了8 0 2 1 6 标准各阶段的特点： 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论 表1 18 0 2 1 6 标准各阶段的特点 8 0 2 1 68 0 2 1 6 a d8 0 2 1 6 e 频率 lo g 6 6 g h z2 g 1 1 g h z2 g 6 g 带宽 2 0 2 5 2 8 m h z1 2 5 m 2 0 m h z1 2 5 m 2 0 m h z 数据速率 3 2 n 卜13 4 m b s 7 5 m b s 15 m 6 0 m b s 传输条件 视距非视距非视距 调制方式q p s k 、主流o f d m 、。主流o f d m 、 1 6 q a m 和6 4 q a m2 5 6 子载波、b p s k 、2 5 6 子载波、b p s k 、 q p s k 、1 6 q a m 、q p s k 、1 6 q a m 、。 6 4 q a m6 4 q a m 终端移动性固定固定游牧游牧移动 1 2 2i e e e 8 0 2 1 6 标准的特点 8 0 2 1 6 标准能向固定、游牧和移动的设备提供宽带连接，还可以用来连接8 0 2 1 1 热点 与因特网，提供校园连接，以及在“最后一英里 宽带接入领域作为c a b l em o d e m 和d s l 的无线替代品。它的服务区范围高达5 0 k m ，每基站提供的总数据速率最高为2 8 0m b i t s ， 这一带宽足以支持数百个采用t 1 e 1 型连接的企业和数千个采用d s l 型连接的家庭。总之， 它充分考虑了为全世界通信公司和服务供应商设计一个可扩展、长距离、大容量“最后一 英里 无限通信系统的需要和一整套的服务，从而使服务提供商能够在降低设备成本和投 资风险的同时提高系统性能和可靠性，有助于加速无线宽带设备向市场的投放以及“最后 一公里 宽带在世界各地的部署。 1 3w i m a x 技术及其应用 w i m a x ( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ，全球微波接入互操作性) 是一项基于i e e e8 0 2 1 6 无线城域网的空中接口标准。w i m a x 亦常被称为i e e ew i r e l e s s m a n ( m e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r k ) ，其基本目标是在城域网一点对多点的多厂商环境下， 提供一种有效的互操作的宽带无线接入手段。 w i m a x 作为一种无线城域网技术，通信商可以用它来解决宽带无线接入问题，对用 户进行无线宽带数据传送，其最大传送距离可达5 0 公里，最大传输数据速率高达每扇区 7 0 m b p s 。它包括了众多目前先进的研究成果，如服务质量q o s 、高安全性、较高的数据 南京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论 传输、网状网技术( m e s h ) 以及可以有效利用频谱的智能天线技术，可用于很多领域，包括 “最后一公里”接入，w l a n 热点回程，蜂窝回程以及商业用户的企业级连接。 1 3 1w i m a x 的关键技术及特点 w i m a x 网络中使用了许多的关键技术，如m i m o 技术、o f d m 或o f d m a 技术、智 能天线技术、自适应技术等，这都极大地提高了网络的性能，下面对这些技术做一些简单 介绍。 一、m i m o 技术 m i m o ( m u l t i i n p m & m u l t i o u t p u t ，多输入多输出) 技术，是指在发射端和接收端分 别使用多个发射天线和接收天线。这就相当于发送端和接收端存在多个独立的信道，使得 接收天线间存在充分的间隔，可有效消除天线间信号的相关性，提高信号的链路性能，增 加了数据吞吐量。m i m o 技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱 利用率，它可以不通过增加发射功率就能获得很高的系统容量。 目前m i m o 技术领域，一个研究热点就是空时编码，其主要思想是利用空间和时间上 的编码，实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率，使多天线能够分辨多个 数据子流，接收到准确的信息。 二、o f d m 或o f d m a 技术 o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，正交频分复用) 技术是多载波调 制技术的一种，是通过减小和消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落。其概念 是于2 0 世纪5 0 年代6 0 年代提出的，开始是应用于军事高频传输，目前这一技术已应用 于许多领域，特别是通信领域上。它的基本原理是将信道分成许多正交子信道，在每个子 信道上分别进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信 号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道的频率选择性衰落是平均的，大大消除了符 号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的- d , 部分，信道均衡变得相对 容易。 与单载波系统相比，o f d m 技术有许多优点：如频谱效率高，能有效减少由于无线信 道的时间弥散带来的i s i ，易于结合空时编码、分集、智能天线等技术。o f d m 中各个子信 道上的正交调制和解调由快速反傅立叶变换( i f f t ) 和快速傅立叶变换( f f t ) 方法实现， 随着d s p 技术的快速发展，硬件实现i f f t 和f f t 是非常容易的。f f t 变换的引入大大提高了 o f d m 的可行性，也降低了系统的复杂度。o f d m 的高数据速率与子载波的数量有关，增 加子载波数目，能够提高数据的传送速率。o f d m 每个频带的调制方法可以不同，这增加 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第1 章绪论 了系统的灵活性。o f d m 适用于多用户的高灵活度、高利用率的通信系统。同所有其它通 信方法一样，o f d m 也有其自身的缺点。首先，多载波的使用使得这种通信技术相对于单 一载波系统来说，对载频的偏移和相位噪声变得更加敏感；其次，o f d m 在相对较高的5 g h z 频带，在f c c 功率限制下使用时，其覆盖范围会受到限制。 o f d m a ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n ga c c e s s ，正交频分接入) 物理层和 o f d m 物理层的区别在于前者在上行( 用户站接入系统) 和下行( 基站以广播方式发送信 号) 均支持子信道化，后者仅在上行方向支持子信道化。此外，o f d m a 不同于o f d m 对 于不同子载波采用相同的调制编码方式，而是根据不同的子信道情况采用不同的调制编码 方式，从而提高信道利用率。 三、智能天线技术 智能天线是一个由多组独立天线组成天线阵列系统，该阵列的输出与收发信机的多个 输入相结合，可提供一个综合的时空信号。与单个天线不同的是，天线阵列系统能够动态 地调整波束方向，以使每个用户都获得最大的主瓣，并减小了旁瓣干扰，这样不仅改善了 信号干扰比，还提高了系统的容量，扩大了小区的最大覆盖范围，减小了移动台的发射功 率。引入智能天线技术，可以提高信号传输的可靠性，利用无线资源的空间可分性，可以 提高无线城域网系统对无线资源的利用率，扩大无线信号的传输范围，并从根本上提高系 统容量，为用户提供更好的移动性。 正是这些关键技术的运用，使得w i m a x 网络的基站覆盖范围更广，无线段速率更高。 w i m a x 作为宽带接入的一种手段，与传统c a b l em o d e m 和d s l 相比有自身的特点和优 势： 应用范围广 w i m a x 可以弥补有线和d s l 覆盖范围的不足。布线的局限性使有线和d s l 不能有 效的覆盖众多潜在的宽带客户。对于一些不便于或不值得部署有线网络的区域，如服务水 平较低的农村和人口密度较低的偏远地区，w i m a x 具有更强的适应能力。例如：a d s l 接入的有效覆盖范围仅限于距局端5 k m 以内的区域，而w i m a x 则可以打破这一距离限制。 灵活性高 按需提供无线宽带服务，可加快8 0 2 1 1w l a n 热点和家庭，小型办公室无线局域网的 部署，特别是对于那些没有有线或d s l 连接，或者要耗费较长时间提供宽带服务的地区。 无线技术使服务提供商无需花费数周甚至更长的时间安装线路，可以轻松快速地在任何临 时站点建立起来，同时可根据用户需求和信道状况动态分配系统资源，减少资金或设备的 浪费。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第1 章绪论 接入成本低 在城郊和农村等部署传统宽带接入成本较高的地区，采用无线接入手段可以有效地降 低成本；运营商可以通过单个基站为成千上万用户提供不同的服务。 但是，w i m a x 也有其固有的局限性。虽然其相对于有线网络的成本较低，但在城市 等适宜有线宽带接入的地区，w i m a x 用户侧接入设备的成本仍然比较高；虽然w i m a x 信号的最远传播距离可达5 0 k m ，但通常只有3 - 5 k i n 范围内才可以真正体验7 0 m b i t s 的高速 度，一旦超过这一范围，数据传输速率会下降；相对于有线接入，无线通信的安全问题也 不可避免地成为w i m a x 竞争能力的弱势。 2 0 0 5 年1 2 月1 7 日，电气与电子工程师学会( i e e e ) 宣布移动w i m a x 标准8 0 2 1 6 e 标准获批。移动w i m a x 标准与固定w i m a x 标准的不同在于增加了用户台的移动功能， 保证移动台在基站间切换时也能保持连接。新标准的制定使移动宽带向现实又迈进了一 = 步。 1 3 2w i m a x 系统的组网 图1 - l 所示是w i m a x 网络体系结构，包括核心网络、基站( b s ) 、用户终端( s s ) 、接 力站( r s ) 以及用户终端设备( t e ) 。对于一个w i m a x 系统而言，通常只包括1 个b s 和 多个s s ，也可能根据需要设置若干接力站，形成点对多点或多点对多点网络体系结构。 l 一t 一一陋m 一 一工；l - 一氆害缱缱= 篁。 i 崖 b i 矗 s s 图1 1w i m a x 网络体系结构 核心网络：w i m a x 连接的核心网络通常为传统交换网或因特网。w i m a x 系统提供 核心网络与基站间的连接接口，但w i m a x 系统并不包括核心网络。 基站：基站提供用户终端到核心网络间的连接，通常采用扇形定向天线或全向天线。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第1 章绪论 w i m a x 基站可提供灵活的子信道部署与配置功能，能够使运营商根据所拥有的授权，或 非授权频段资源灵活规划信道带宽，并根据用户群体状况不断升级扩展网络。 用户终端：用户终端提供基站与用户终端设备间的中继连接。i e e e8 0 2 1 6 用户终端通 常采用固定天线，并被安装在屋顶上。基站与用户终端间采用动态自适应性信号调制模式， 这种模式能够使基站根据信号强弱调整到每个用户终端的带宽，以确保与用户终端的正常 连接。 接力站：在点到多点体系结构中，接力站通常充当基站与若干用户终端或终端设备间 的中继站，以扩大基站的覆盖范围。接力站面向用户侧的下行频率可以与其面向基站的上 行频率相同，当然也可以采用不同的频率。 用户终端设备：w i m a x 系统定义用户终端设备与用户终端间的连接接口，提供用户 终端设备的接入。但用户终端设备本身并不属于w i m a x 系统。 ： 在w i m a x 基于电信级解决方案中，系统核心组成是用户终端( s s 或c p e ) 和基站 ( b s ) 。基站和用户终端可形成一个以点到多点结构( p 2 m ) 的小区。基站控制在小区内 的空中无线活动，包括用户接入、信道分派、服务质量( q o s ) 的保证和对网络的接入提 供安全机制。 放置在用户终端的是c p e 子系统，配合b s 子系统完成用户数据的接收。它包括用户 终端s s 和远端网关( r e s i d e n t i a lg a t e w a y ) 两个功能部分。用户终端s s 集成m o d e m 功能， 完成8 0 2 1 6 协议规定的功能。远端网关r g 提供到客户设备的接口，并提供完成基于i p 的语音功能。通常这两个功能部分集成在一个独立实体内。 放置在网络侧的是b s 子系统，一般包括基站( b s ) 、基站控制器( b s c ) 或接入控制 器( a c ) 等实体。b s 提供到若干c p e 子系统的全向或扇区无线覆盖。b s c 或a c 负责提 供对一个或若干基站系统提供管理功能，并负责提供基站系统到运营商网络的接入服务。 负责提供对客户的鉴权、授权、计费管理功能的a a a 、提供对网络的管理功能和对客户的 管理功能的网络客户管理设备等，根据实际情况可以独立存在或相互组合构成一个实体单 元；同时根据运营商的特殊情况采用新建设备或使用现有网络的已有设备。图1 2 所示是 w i m a x 的无线接入网络实现方式。 7 南京邮电大学碗研究生学位论文第1 章堵论 图1 - 2w i m a x 无线接入网络的实现方式 1 4 本文的研究内容及结构安排 w a c ( w i m a x a c c e s s c o n t r o l l e r ，w i m a x 接入控制器) 作为w i m a x 网络接入音【i 分 的核心设备，在整个系统中扮演着极其重要的作用。它除了负责完成移动台进入网络的认 证和授权以及在网络中存在时的周期性重认证、移动台i p 连接的建立、基本的q o s 管理 等以外，最主要的是提供了基于操作维护模块功能的服务。本文研究内容是w a c 操作维 护功能模块中软件管理模块的设计，特别是如何在对用户影响最小的情况下能够方便有效 的对w a c 软件进行更新，包括软件的升级和降级，论文结构安排如下： 第二章介绍w a c 的总体构架，包括w a c 所处的硬件环境w a c 内部的的软件模块 结构，并从软件管理的角度介绍w a c 系统的硬盘分区。 第三章叙述了软件更新的原理，引入了远程下载和分区切换安装运行的方法，并介绍 了用到的相关软件技术。 第四章介绍了软件更新的需求分析和总体设计方案，详细阐述了软件更新的具体实现 流程。 第五章阐述了w a c 软件所涉及的配置文件及软件更新时对相关配置文件的处理。 最后，对全文的研究工作进行总结，并对下一步研究工作进行了展望。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第2 章w a c 系统构架 第2 章w a c 系统构架 2 1w a c 系统硬件构架 如图2 一l 所示，从操作维护的角度，可以看到w a c 系统与下列一些操作维护代理相 连接： o m c 陀 d i e n t s o m c 图2 1w a c 系统硬件构架 调试终端( d e b u gt e r m i n a l ) ：连接到w a c 的装有w i n d o w s2 0 0 0 或w i n d o w sx p 系统 的p c 机，开发商用其来进行基本的调试和维护操作。 o m c ( o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec e n t e r ，操作维护中心) ：o m c 是可以管理一个或多 个w a c 的s u n 工作站。w a c 给o m c 提供基于s n m p 的接口，用来进行故障管理( 告 警，事件，报告和同步) 、软件管理( 软件更新及其配置文件更新) 、设备管理( 硬件状态， 电源供应) 等。o m c 上所有的配置管理都是通过h t t p 接口实现的，配置数据的形式是 x m l 形式，o m c 可以用h t t pp o s t 命令发送配置消息给w a c ，o m c 发送的配置消息 是以x m l 形式，可以对配置文件的数据实行在线更新，在w a c 中a p a c h e 服务器可以触 发一个脚本传送h t t p 请求给o a m 进程，o a m 进程接收到这个x m l 形式的数据后就可 以更新参数了，更新完参数后，o a m 进程会同样回复一个应答给o m c 。 n e m w ( n e t w o r ke l e m e n tm a n a g e r ，网元管理) ：装有w i n d o w s2 0 0 0 或w i n d o w sx p 系统并且带有w e b 浏览器的的p c 机。一个w a c 能连接多个n e m w 。每个n e m w 只是 一个客户端，只需要带有w e b 浏览器并不需要安装其它特别的软件，所有的脚本，程序 连同w e b 页面内容都会存放在w a c 上，n e m w 可以通过w e b 浏览器进行操作维护功 能。n e m w 上显示h t m l 页面，n e m w 并不发送s n m p 请求给w a c ，当有请求要发送 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第2 章w a c 系统构架 时，n e m w 上的j a v as c r i p t 会把请求封装成x m l 形式发送到w a c 上，w a c 上的a d a c h e 服务器接收到此请求后触发脚本把它转变为本地的s n m p 请求，然后w a c 就会对这个 s n m p 请求进行相应的处理，同时回复给n e m w ，n e m w 弹出一个友好界面。 o m c 和n e m w 都可以对w a c 进行操作维护，但在同一时刻，只能有一个操作维护 代理( o m c 或n e m w ) 可以对w a c 进行有效的配置和管理，另一个代理只能获取w a c 的信息或者告警。在本文中，以o m c 为例说明软件管理模块的工作过程。 2 2w a c 系统的软件构架 w a c 是在l i n u x 操作系统上运行w a c 程序的计算机。其中，w a c 程序包括两个 模块：操作维护功能模块和移动通信控制功能模块。操作维护功能模块运行操作维护应用 进程( o a m 应用程序等) ，移动通信控制功能模块是运行一系列遵循w i m a x 协议的电 信级应用进程( t e l e c o m 应用程序) ，这两个进程间以消息通信。图2 2 显示了操作维护功 能模块中不同的进程在w a c 上的运行情况： h t m l w i t hj a v a s c r i p ta n d x m l h t t p ( i fn e e a e d ) e k i bi j rm a n a g e r d e b u gt e r m i n a l l m t ( w e bb r o w r l o r o m cp cj o m c c l i e1 t - h t t f s 么洲 v 3 w a g i a p a “es e r v e r s 世ds n m pi g e n t l i l s s h 2d a e m 。n l i ：虬下：- s7 、警一k 。 w a cs n m ps u b - a g e n t、 lj x m l o a m a p p ，4 t e l e c o n l l s ml lf m 1 iis n m p mn t d e l ls n m ps u b a g e n t r_,*2 a p p = 冷 1 r l 卜训g d bh c m l ：q p c m t l一 罴同 7 l 5 j 图2 2w a c 操作维护功能模块构架 在现行的w i m a x 操作维护功能模块中，主要包含了性能管理、故障管理、配置管理、 安全管理这几项管理功能( 计费管理由a a a 完成) 。根据这些功能的实现，分别设计了 x m l 、c m ( 配置管理) 、p m ( 性能管理) 、f m ( 故障管理) 、s m ( 安全管理) 、s o f t w a r e 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章w a c 系统构架 m a n a g e m e n t ( 软件管理) 六个功能模块。各个模块负责的主要功能如下： x m l ： o m c n e m w 采用远程登陆的方式登陆w a c ，除了一些对系统会造成致命影响的危险 操作意外，几乎所有的操作都能通过o m c n e m w 远程操作完成。鉴于这样的一种要求， 我们采用了基于x m l 的消息传输方式。当o m c n e m w 远程进行操作时，它先创建一条 x m l 消息，把它封装之后发往o a m 。这种x m l 消息触发的方式主要涉及o a m 模块的 配置管理和安全管理操作。 当x m l 模块接收到x m l 形式的s e t 或者g e t 消息后，会将其解析成d o m 树的形 式，从而能够从d o m 树上得到所需的消息，或者对d o m 树进行相应的修改。当x m l 模 块接收到有关配置管理或者安全管理的消息时，负责将其分发到相应的模块。 同时，x m l 模块还提供接口给软件管理模块和性能管理模块进行x m l 文件的读写工 作。 c m - 在w a c 初始化的过程中，在x m l 文件对硬盘配置文件解析为d o m 树之后，c m 模 块会从d o m 树读取有关的信息并且组织成自己维护的文件格式。当状态机完成t c o 、c c 、 m i p 等进程的同步工作后，将会发消息触发c m 状态机进行工作，随即c m 发送消息到 t c o 、c c 、m i p 等进程对其进行初始化配置，并向w a c 状态机报告配置结果。 另外，c m 模块还将调用平台及o a m 提供的接口，对d h c p 、s n m p d 、n t p 、p m 、 s m 等进行初始化配置。 p m ： 性能管理模块收集其它进程的信息，这些信息可以用来作为修改网络物理和逻辑配置 的依据，还可以发现和定位系统中潜在的问题。 在每一个信息收集周期( c p ) 到点时，w a c 的o a m 就会收集其它几个模块( c c ， t c o ，d h c p 等) 的运行信息。对这些数据进行分析和组织，最终生成一个x m l 格式的 文件记录该周期收集的c o u n t e r 信息。 f m 收集o a m 以及其它线程和模块上报的事件( e v e n t ) 和告警( a l a r m ) ，经过滤之后将 事件和告警上报o m c 。 s m ： 在w a c 正常工作时要有一系列授权与认证的机制来保证其安全工作，这些机制主要 包括用户名密码的认证、s s h d 和s s l 登录认证等。安全更新作为该机制的一部分主要负 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第2 章w a c 系统构架 责根据o m c n e m w 的要求对证书和密码作更新。安全管理模块受到证书或密码更新的请 求，负责完成有关的操作，并把结果通知更新的发起者( o m c n e m w ) 。 s o f t w a r em a n a g e m e n t ： 软件管理模块是从配置管理( c m ) 模块中分离出来成为单独设计与维护的一个模块， 负责w a c 软件的软件更新，包括软件的升级和降级，以及有关数据库维护工作。本文即 将对该模块进行详尽的叙述。 2 3w a c 系统的硬盘分区 w a c 是在l 1 n u x 操作系统上运行w a c 应用程序的计算机。在w a c 硬盘上除了s w a p 分区外我们至少还要准备七个分区，其中每个分区的的设备名，标签，大小和挂载点如下 表所示： 表2 1w a c 硬盘分区 分区设备名标签大小( g b )挂载点 p r i m a r y ld e v s d a lb o o t1 g r u b p r i m a r y 2 d e v s d a 2|4|o r i n a c t i v er o o t p r i m a r y 3 d e v s d a 3 |4i n a c t i v er o o to r | e x t e n d ld e v s d a 5d o w n l o a d1 0d o w n l o a d e x t e n d 3d e v s d a 6 d i a g n o s t i c 8 d i a g n o s t i c e x t e n d 5 d e v s d a 7 s w a p 4 e x t e n d 4 d e v s d a 8 p m 2 p m e x t e n d 2d e v s d a 9 t o o l s1t o o l s t o t a l3 6 w a c 硬盘的总大小至少要求3 6g b ，其中，d e v s d a l 分区在系统安装时要被挂载到 b o o t 目录，在系统激活使用时要被挂载至l j g r u b 目录；d e v s d a 2 和d e v s d a 3 分别为r o o t l 分区和r o o t 2 分区，是专为软件更新设计的两个操作系统分区，要求有相同的大小，可分 别进行系统安装，激活的分区挂载到根目录，未激活的分区挂载至l j i n a c t i v er o o t 目录，做 为软件更新的备用分区。 e t c f s t a b 文件中显示了系统启动时要自动挂载的分区信息。当系统从d e v s d a 2 分区启 动时，其f s t a b 文件内容如下： 1 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章w a c 系统构架 群f i l e ：e t c f s t a b ( o nt h eo si ，r o o t = d e v s d a 2 ) ，a l s oh a sac o p ya s t o o l s s m f s t a b r o o t f r o m s d a 2 d e v s d a 2e x t 3d e f a u l t s10 d e v s d a l g r u b e x t 3d e f a u l t s00 d e v s d a 5d o w n l o a de x t 3 d e f a u l t s 0 0 d e v s d a 6 d i a g n o s t i c e x t 3d e f a u l t s 0 0 d e v s d a 7 s w a ps w a p d e f a u l t s00 d e v s d a 8 p m e x t 3d e f a u l t s00 d e v s d a 9t o o l se x t 3d e f a u l t s00 n o n e d e v p t sd e v p t sg i d = 5 ，m o d e = 6 2 0 00 n o n e ： d e v p t sd e v p t sg i d = 5 ，m o d e = 6 2 0 00 n o n ed e v s h m t m p f s d e f a u l t s00 n o n e p r o c p r o ed e f a u l t s00 n o n e s y ss y s f s d e f a u l t s0 0 f s t a b 文件每一行中的字段分别代表：d e v i c e _ n a m e 、m o u n tp o i n t 、f i l e _ s y s t e m 、o p t i o n 、 d u m p e 2 f s 和f s c k 。前三项分别为硬盘分区的设备名、挂载点和文件系统类型( e x t 2 e x t 3 ) 。 d e f a u l t s 包括若干挂载的可选项：r w 表示可读写、s u i d 允许设置用户标识符 ( s e t - u s e r - i d e n t i f i e r ) 、e x e c 允许运行程序