（通信与信息系统专业论文）直放站设备与网管系统信息交换平台的研究.pdf

中文摘要 摘要：移动通信网络管理中，直放站监控一直是个比较薄弱的环节。直放站设备 数量众多且分布广泛，有限的监控措施也由于各个厂家采用自己单独的监控系统 而无法统一，因丽无法做到对网络整体状况的有效监控。特别是像贵州省这种地 形复杂，山区信号覆盖困难，直放站在解决移动通信问题中作用十分重要，而用 于需要覆盖的直放站位置往往比较偏僻，不便于人员手动检测。通过盥放站设备 与网管系统信息交换平台的设计与实现，解决了这个问题。它可以将不同厂家的 直放站统一纳入网管平台的监控之中，实现对蛊放站的远程监控。 本论文详细描述了如何设计和实现符合移动通信网管接口规范的统一接髓平 台，对实现过程中模块设计、系统接口设计以及系统性能优化等问题进行了研究。 论文首先对平台建设的背景及意义进行了论述，并贪绍了移动网管接口系统建设 的现状，通过对比论证了通用信息交换平台的建设意义。接着论文介绍了平台总 体设计以及各个模块详细的设计，包括通信接口模块、编解码模块以及控制模块， 并对各个模块设计中的关键技术进行了详细说明。最后论文对平台中核心的消息 队列技术进行了说明，并分绍了在平台设计和实现过程中针对系统性能优化采取 的一些措施和方法。 本论文介绍了构建直放站设备与隗管系统信息交换平台中各个模块的设计以 及其与整个直放站监控系统其他部分之闻的信息交换和接口设计。平台基于j 2 e e 技术构建，可以方便的移植到不同的操作系统环境，部署简便灵活。平台在设计 上高度的模块化，采用分层结构，不同层次分别完成系统的通信、编解码及控制 功能，达到高内聚、低耦合的目标。同时，灵活的分层结构也为系统日后的升级 扩展留下良好的设计架构，各层次之间分工明确，接口清晰，也便于调试维护。 通过系统在贵州省移动公司的测试及上线运行，平台工作稳定良好，实现系统稳 定、高效、扩展灵活的设计目标。 关键词：j a v a ；j 2 e e ；电信网络管理；短消息；编解码；消息队列 分类号：硼3 1 9 1 1 1 a b s t r a c t a b s t r a c t ： i nm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r km a n a g e m e n t ，t h er e p e a t e rm o n i t o r i n gh a s a l w a y sb e e nar e l a t i v e l yw e a k n e s s n l eq u a n t i t yo fr e p e a t e r si sv e r yl a r g ew i t ht h ew i d e d i s t r i b u t i o n a n dt i l el i m i t e dm o n i t o r i n gm e a s u r e sc a nn o tb eu n i f i e db e c a u s ev a r i o u s m a n u f a c t u r e r su s et h e i ro w nm o n i t o r i n gs y s t e ms ot h a tt h en e t w o r ko v e r a l ls i t u a t i o nc a l l n o tb ee f f e c t i v e l ym o n i t o r e da n dc o n t r o l l e d e s p e c i a l l y , g u i z h o up r o v i n c eh a st h e c o m p l e xl a n d f o r ma n dt h es i g n a li sv e r yd i f f i c u l tt ob ec o v e r e di nt h em o u n t a i na r e a r e p e a t e r sp l a yav e r yi m p o r t a n tr o l ef o rs o l v i n gt h e s em o b i l ec o m m u n i c a t i o np r o b l e m s a n dt h o s er e p e a t e rl o c a t i o n sa r er e l a t i v e l yr e m o t ea n dd i f f i c u l tf o rm a n u a ls t a f ft od e t e c t t h i sp r o b l e mc a nb es o l v e db yt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h em e s s a g ee x c h a n g e p l a t f o r mb e t w e e nr e p e a t e r sa n dt h em o n i t o r i n gs y s t e m t h er e p e a t e r so fd i f f e r e n t m a n u f a c t u r e r sc a nb eu n i f i e di nt h em o n i t o r i n gp l a t f o r mw h i c hc a nr e a l i z et h er e p e a t e r r e m o t em o n i t o r i n g t 1 l i sp a p e rp a r t i c u l a r l yd e s c r i b e sh o wt od e s i g na n di m p l e m e n tt h eu n i f i e d i n t e r f a c ep l a t f o r mu n d e rt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r km a n a g e m e n ti n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o n ，f o l l o w e db yt h er e s e a r c ho ft h em o d u l a rd e s i g n , s y s t e mi n t e r f a c ed e s i g n a n ds y s t e mp e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o ni nt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s s f i r s t l yt h i sp a p e r d i s c u s s e st h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fp l a t f o r mc o n s t r u c t i o n ，i n t r o d u c e st h e s t a t u so ft h em o b i l en e t w o r km a n a g e m e n ti n t e r f a c es y s t e mc o n s t r u c t i o na n d d e m o n s t r a t e st h es i g n i f i c a n c eo f b u i l d i n gt h i sg e n e r a li n f o r m a t i o ne x c h a n g ep l a t f o r mb y c o n t r a s t s e c o n d l y , t h i sp a p e rd e s c r i b e st h eo v e r a l ld e s i g no ft h ep l a t f o r ma n de a c h m o d u l ei n c l u d i n gc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c em o d u l e , c o d e cm o d u l ea n dc o n t r o lm o d u l e a n dt h ek e yt e c h n o l o g yi nm o d u l ed e s i g ni sd e s c r i b e di nd e t a i l f i n a l l yt h i sp a p e r i n t r o d u c e st h em e s s a g eq u e u et e c h n i q u ew h i c hi st h ec o r eo ft h ep l a t f o r m as e r i e s m e a s u r e sa n dm e t h o d sa d o p t e di ns y s t e mp e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o ni nt h ec o u r s eo ft h e p l a t f o r md e s i g na n di m p l e m e n t a t i o na l ea l s oi n t r o d u c e d t l l i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g no f e a c hd i f f e r e n tm o d u l ei nt h em e s s a g ee x c h a n g e p l a t f o r mb e t w e e nr e p e a t e r sa n dt h em o n i t o r i n gs y s t e m 。i ta l s od e s c r i b e st h em e s s a g e e x c h a n g ea n di n t e r f a c ed e s i g na m o n gt h eo t h e rp a r t so ft h ew h o l er e p e a t e rm o n i t o r i n g s y s t e m t h i sp l a t f o r mw h i c hi sc o n s t r u c t e do nt h eb a s eo fj 2 e et e c h n i q u e 湖b e c o n v e n i e n t l yt r a n s p l a n t e di n t od i f f e r e n to p e r a t i o ns y s t e me n v i r o n m e n t sw i t hs i m p l ea n d f l e x i b l ed e p l o y m e n t n ed e s i g no ft h ep l a t f o r mi sh i g h l ym o d u l a r i z e da n da d o p t s h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e d i f f e r e n tl a y e r si nt h ep l a t f o r ma r ed e s i g n e df o rc o m m u n i c a t i o n ， c o d e ca n dc o n t r o lf u n c t i o n sw h i c ha c h i e v et h eg o a lo fh i g h c o h e s i o na n dl o w - c o u p l i n g a tt h es a m et i m e ，t h i sf l e x i b l eh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r ei saw e l l - d e s i g n e ds 仃u c t u r cf o rt h e f u t u r ee x p a n s i o no ft h es y s t e m t h ep l a t f o r mh a sd e a rd i v i s i o no fl a b o ra m o n g d i f f e r e n t 1 a y e r sa n dc l e a ri m e r f a c e s ；i ta l s of a c i l i t a t e st h es y s t e mm a i n t e n a n c ea n dd e b u g g i n g t h r o u g ht h es y s t e mt e s t a n do i l l i n eo p e r a t i o ni ng u i z h o um o b i l e ，t h ep l a t f o r mh a s p e r f o r m e ds t a b l y t h es y s t e mh a sa c h i e v e dt h ed e s i g ng o a lo fs t a b i l i t y , e f f i c i e n c ya n d f l e x i b l es c a l a b i l i t y k e y w o r d s ：j a v a ；j 2 e e ；t e l e e o mn e t w o r km a n a g e m e n t ；s m s ；c o d e c ；m e s s a g e q u e u e c l a s s n o ：t p 3 1 9 v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 磅罐 签字日期：加莎年月2 日 导师签名：扫乏r 叩 签字日期：珥年6 月l 阳 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 丽使用过的材料。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。 学位论文作者签名： 孝磺 签字日期：2 彩为年月歧尽 北京交通大学 2 0 0 8 年6 月 致谢 本论文的工作楚在我的导师刘云教授的悉心指导下完成的，刘云教授勤奋求 实的工作态度和严谨的治学方法影响了我，给我在这两年的学习和研究串同时也 是在今艨的工作和生活中以极大的帮助。在我步步进入科学研究的道路上，刘 老师的言传身教在学习和生活中多给予了我菲常多的帮助，论文的完成离不行刘 老师的指导和鼓励，这墨感谢刘老师对我的教诲和付出。 张振江老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，帮助我在两年研究生的 学习阶段中积累了很多理论上和实践上的经验，论文的完成也凝结着张老师的心 盘，感谢张老师的教导。 孟嗣仪教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在从事贵州移动顼蟊的调研和开发以及后续论文的写作中，李秀宾、陈本锡、 刘海鹏、张增辉等同学对我论文中的信息交换平台研究工作给予了热情帮助，在 此向健们表达我的感激之情。 另外也感谢我的父母，是他们支持和鼓励我专心完成研究生阶段的学习。同 时还要感谢在帮忙中为我评阕论文的专家、学者、老师，感谢所有关心、支持和 帮助过我的人! 1 绪论 l 。1 引言 随着移动通信网络的不断发展与用户的增长，移动通信网络在生活中的作用 越来越重要，对它运行的安全稳定性也不断提如越来越高的要求。同时，通信技 术日新月异的发展，也在改进运营方式、提高生产效率、改善服务质量等方面对 运营商提出了新的挑战【。为了应对这挑战，需要不断采取新的技术来满足用户 增长的需求。目前中国移动通信市场不断繁荣，手机用户菠在以较快的速度持续 增长，丽中国人口密集以及地理环境情况复杂的国情对移动通信网络的稳定运行 提出了更高的要求。在移动通信网络中，针对话务量较大以及地理位置偏僻信号 覆盖不便的地区，通常采用安装直放站的方法加以解决，这样就对直放站运行的 安全性与稳定性同样提比较高的要求。丽蛊放站本身的故障率一般比较高，多发 性的故障包括交流电源系统故障，温度变化引发的故障，上下行功率故障等【2 1 。 但是直放站的这些故障有时候难于及时发现，一般都是靠用户反馈。而内于 直放站很多时候用于偏远山区信号覆盖用，因薅迭址一般比较偏僻，如果入王去 检查直放站工作状态或者排查故障十分困难而且效率极低。因此需要有套远程 监控平台，可以实时监控直放站工作状态，并对一些简单的情况可以进行处理。 按照中国移动通信集团公司的中豳移动直放站设备网管接墨技术规范1 o 。o 设 计的这套直放站监控系统，就是为了能够及时有效的监控符合规范的直放站王作 状态，让网管人员可以远程控制直放站，更改相关参数。 1 2 信息交换平台溉述 直放站监控系统的整体结构如下图l 。l 所示。整个系统蠢应用服务器和通信服 务器共嗣组成。通信服务器负责收发系统与短信中心平台之闻信息，应用服务器 哭l j 主要负责系统业务功能实现，包括对誊放站上传告警的监控，系统对直放站信 息的查询，修改壹放站参数等。 8 簸控入员监控人员黢控人员 图1 1 监控系统整体结构图 f i g u r e l 1n e t w o r ks y s t e md i a g r a mo f m o n i t o rs y s t e m 信息交换平台位于整个直放站监控系统底层，部署在应用服务器上，在通信 服务器和监控系统上层之间实现信息的交换、传输，丽时承担信息流的控制功能。 系统的结构图如下图1 2 所示。在整体的三层结构中，信息交换平台位于通信层与 业务层乏间，负责这两层系统之闻信息的传输、解析、交换。 9 ? “一薹务毒翌翌攀誓鼍 l 幽黪嘲圈 陵丽。曰留 誉 胬戳 薛；：樯臌羧控哆薹，奠 。 奠 f ，i n 编解码层i 8 一q “? 习 疆 窗 f 科，7 ” fr 一 f 信息交换控制层。 一i 移抟：”一 垒： 囊 n l f 篱暹储服务豪阻级掰篱援拶 通僚模块一模块， 耗盐“皿州 挑一k ”tr 叫 翻傣息交换平台豳 l妒l 邋信服务器上级嬲警系统 图1 2 系统结构图 f i g u r e l 2s y s t e ms t r u c t u r ed i a g r a m 1 3 本文研究的主要内容 本论文研究的目标是统一网管系统工程建设完成后，应能实现对贵州移动所 有直放站的运行状态进行集中监控，有效地提高网络质量、降低维护和管理成本。 本文要研究的主要内容包括： 应用s o c k e t 3 】技术，实现信息交换平台与底层通信部分( 包括通信服务器 与上级网管系统) 之间可靠的通信传输。 构建一个快速稳定的编解码层【4 】。对接收到的信息迅速拆包，解析内容， 解码部分要具有一定的容错纠错能力，同时针对大规模并发的应用要优化 信息的处理，保证处理速度。对于编码层接收到的发送信息请求，需要快 速将请求转化为数据包，同时对错误请求有合理完善的异常处理机制。 设计控制层，负责信息交换平台与应用业务层之间信息流的控制。保证业 务请求能正确转发，同时接收到的信息能够及时迅速的发给相应的模块进 行处理。 1 0 2 应用j 2 e e 技术构建通用信息交换平台 2 1网管接口建设现状 直放站作为一种普遍应用的通信设备，其稳定性、可靠性已成为其能否持续 稳步发展的关键j ，如果设备出现故障或者参数调整不当可能会对整个通信网络产 生严重影响，因此，为保证直放站系统的可靠性和可维护性，直放站设备在实现 其信号覆盖效果的同时，能否有效地实现其运行状态的日常监控，在第一时间发 现设备故障，有效降低客户投诉率，已成为直放站设备非常重要的考核指标，这 样就必然对其网管监控系统提出较高的要求。 以前g s m 直放站的监控没有统一的标准和协议，各厂家的设备监控各有特色， 可完成基本的监控功能，为直放站工程开通和日常维护起到了重要的作用。但是 各个厂家提供的监控系统只能管理本厂家的直放站，功能有限，稳定性也存在问 题，给运营商对直放站的管理和维护造成了很大的不便。同时也使得一种监控系 统无法监控多个厂家的设备，运营商在使用多个厂家的直放站设备时，必须安装 相应的多个监控系统，造成资源的浪费和加大日常管理维护的工作量。 以贵州省移动公司为例，目前在建的直放站厂家有包括京信，国人，虹邮在 内的十余家厂商，由此带来的问题主要有以下几点。 1 这些厂家的直放站监控系统监控的参数各不相同，参数表示方法没有统一 规范，不同厂家的监控数据无法统一的进行处理分析。这样如果让各厂家 都建一套监控系统，那么一个地区就需要上好几套监控系统，这需要大量 的投资和系统维护人员，造成人力物力的极大浪费，从投资回报率的角度 考虑也是非常不现实的。 2 系统监控接阴无法兼容，这星面甚至同一厂家的不同型号直放站的监控系 统亦不相同，系统的无法保证向下兼容，不同厂家监控系统的互连更是几 乎完全不可能。 3 从功能上来看，各家监控系统提供的功能也各不相同，基本的功能如接收 告警，查询参数功能一般的监控系统都会有，但是在远程设置直放站参数 可能有的直放站就不具备。有些厂家并没有在监控系统上投入很多精力， 功能比较单一，系统不具备电信级的稳定性，难以满足移动公司对监控系 统的要求。 上述这些问题造成各个厂家的直放站在网络中只能是一些孤立的点，无法连 接成统一的系统，这就导致在网络状况判断、决策上可能存在诸多问题，移动公 司无法对这一地区直放站状况有一个总体的了解。因此，建立一个统一的、稳定 的、功熊强大的直放站网管平台是实际工作的需要。统一网管平台建设后，可以 通过统一网管平台实时了解全省直放站的运行情况，并根据运行情况进行相应的 维护。 2 2 中国移动通用网管接口技术 针对上节提出的问题，中国移动通信公司提出了中国移动直放站监控系统 功能规范1 0 0 ，对网管系统的接口进行规范，提出了统一网管的技术。规范属于 直放站设备和监控系统系列规范的一部分，该系列规范包括了中国移动直放站 监控系统功能规范、中国移动直放站监控系统数据需求规范和中国移动直 放站设备网管接口技术规范。 2 2 1网管接口功能介绍 本规范是根据中国移动集团公司的实际情况及当前直放站技术发展水平而制 定的，规定了直放站监控的接口规范。直放站设备需提供网管接口，使设备可通 过短信、数传、g p r s ( g p r s 暂不作强制要求) 多种承载方式接入上级网管系统 或监控系统。接口具有锁频的功能，能够把信源锁定在9 0 0 频段或1 8 0 0 频段上面。 在本系统设计中直放站与监控系统的通信主要采用短倍方式。在功能上，规范规 定了监控系统及设备应提供的基本功能。 2 2 1 1 故障告警功麓要求 壹放站监控设冬网管接霉应提供告警上报功能，直放站隧管接疆可以准确实 时向上级网管系统或监控系统发送直放站设备的各种故障告警信息，满足直放站 设备的故障告警功能要求。丽时壹放站网管接瑟需满足稳定性、及时性、完整性、 准确性及安全性等相关技术要求。 告警上报接嚣上报的告警信息至少应该包括以下内容：站点编号、设备编号 和告警内容。其中，告警内容登需能明确的定位到告警发生的设备。 1 告警实时上报功能 接秘应支持通过短信方式向上级网管系统绒监控系统实时上报告警和事件通 知昀功能，提供故障告警及故障定位等相关信息。 2 告警同步功能 接搿应支持上级网管系统或监控系统通过短信、数传或g p r s 方式同步壹放 1 2 站设备告警信息，获得网元当前活动告警。 2 。2 。1 2 实器李采样数据功能要求 直放站监控设备网管接口应具有实时采样数据管理功能，直放站网管接蠲可 向上级网管系统或监控系统提供各种反映直放站设备运行质量和业务情况所需的 实时采样数据，实现对直放站设各的实时采样数据管理。 2 2 1 3 配置管理功能要求 直放站设备网管接闷满足配置管理功能要求，该网管接口支持上级网管系统 藏监控系统获取壹放站设备的物理和逻辑资源，修改设备的配黄参数。 1 配置信息的采集和修改功能 直放站网管接醋应支持上级网管系统或监控系统通过短信、数传或g p r s 方 式采集或修改设备的配置信息。 2 自动上报和自动同步功能 在菲监控中心向下配置情况引起网元设备配置参数变化( 影响到设备监控参 量列表的变化) 时，直放站设备通过直放站网管接口向监控中心上报配置变更消 息。监控中心应能根据设备的配置修改情况对监控中心配鬣信息进行相应的间步 更新以反映设备的真实情况。 3 巡检上报功能 设备维护入员在现场进行设备巡检时，可触发直放站设备通过网管接口发送 一条巡检上报信息以通知监控中心该站点已进行巡检维护工作。 4 故障修复上报 故障修复上报功能是指设备维护人员在接收到工单以后对设备进行现场故障 排除，当解决了设备问题后，可人工或自动触发直放站设备通过网管接口发送一 条故障修复上报信息以通知监控中心该站点已进行了设备修复工作。 同时直放站网管接翮需满足稳定性、及时性、完整性、准确性及安全性等相 关技术要求。 2 2 2直放站网管接口通信协议 为了提高通信协议的可扩展行，本通信协议采用了分层的思路，各个层之间 的功能尽可能独立。协议共分为四层，从底至上分别为：承载层、接入层、网络 层和监控控制层。各层的功能和用途如下： 1 3 承载层：通信的实际链路，此层可以向接入层提供面向字节的数据包。在本 协议中目前所支持的有：r s 2 3 2 、m o d e m 和e t h e r n e t 等。该层协议简称为t p ( t r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 。 接入层：定义通信传输的通道及相关的要求，以便实现与各种不同媒介的信 息互通。接入层承载并保证网络层协议数据的可靠传输，在本监控协议中支持了 多种接入层。该层协议简称为a p ( a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 。 网络层：承载监控应用层协议包，实现监控应用层与通信链路、与网络结构 的隔离。能够向监控应用层提供本设备需要处理的监控指令和数据。该层协议简 称为n p ( n e t w o r kp r o t o c 0 1 ) 。 监控应用层：针对各种监控所需功能，实现了面向监控功能的数据组织。该 层协议简称为m a p ( m o n i t o r i n g a p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 。 2 。2 。2 。 承载屡 监控廒用层 网络层 接入层 承载层 l ! ：l 二二 = ! ：| 固困曰 图2 1 遴信协议的分层示例 f i g u r e2 1c o m m u n i c a t ep r o t o c o ld i a g r a m 直放站设备网管接口可使用多种承载方式，本系统中承载层采用的是 m o d e m ( s m s ) 【6 】的方式，支持文本格式的短信。 2 2 2 2 接入层 接入层是嬲络层与承载层之间的接嗣，实现了它们之闻的适配，可保证更上 层的协议无需知道通信信道的细节特征。接入层协议有三种，分刹是：a p ：a ， a p = b 和a p - c 。在本系统中因为传输的都是a s c i i 码格式的数据，因此采用盼 是接入层协议8 。以数据包的形式进行交互，一个完整的接入层协议包由起始标志、 1 4 协议类型、承载协议类型、数据单元、校验单元、结束标志6 部分组成。 表2 1 接入层协议b 协议包组成 协议承载协议数据单元校验单结束标 起始标志 类型 类型 ( p d u ) 兀 出 t 蹄 起始、结束标志长度为l 字节，固定为a s c i i 字符! ( 0 x 2 1 ) 。结束标志的 内容与起始标志相同。协议类型长度为1 字节，对a p ：b 型协议，此值为0 x 0 2 。 承载协议类型长度为1 字节，定义为0 x 0 1 。根据通信包( 从“协议类型开始， 计算到“数据单元一的最后一个字节) 生成校验值。校验单元采用c r c 校验，生 成多项式为c c l t t 推荐的1 6 位的x 1 6 + x 1 2 + x 5 + l ( 0 x 1 1 0 2 1 ) 。发送方根据通信包 生成2 字节的c r c 检验( 传输时低字节在前，高字节在后) ；同样，接收方收到 完整的数据包后，根据通信包生成新的c r c 检验值。如果所计算出的c r c 值和 收到的校验值相同则表明该数据包有效，否则认为该包在传输的过程中产生了差 错。在本系统中，对校验出错的命令，接收方不处理也不返回任何的应答。 2 2 2 3 褥络层 网络层是以数据包的形式进行交互，一个完整的网络层协议怠由地址单元、 通信包标识号、控制协议标识和数据单元缝成，本协议支持设备与监控中心的通 艚 l 舞。 表2 - 2n p ：a 揍议包缰成 应用协议标 l 地址单元 通信包标识号n p 层交互标志数据单元( p d u ) 识( a p d ) 表2 - 2 各单元详细说明如下： 地址单元：n p ：a 地址单元由站点编码和设备编码组成。站点编码一般为8 为 1 6 进制数，设备编码当只有一个主设备时为露，多令设备时由0 0 - f f 进行编号。 通信包标识号：为每个透信包的标识编号，毒发起通信翡一端产生。接收端 在接收到之葳不处理，丽是在返回时将此值原封不动地发酲给发起端，以便于发 起端分辨通信包。在传输时低字节在前，高字节在露。 n f 层交互标志：为n p 层处理的标志，用于两个实体n f 层的交互控制。为 便于使用，将该标志分为两段，其中0 x 8 0 - 0 x f f 用于命令，而o x o o - o x 7 f 刘用 于应答包中。具体的数值所代表的含义觅下表。 l s 表2 - 3n p 层交互标志定义 n p 层交互标志 含义 0 x 0 0 通信请求的执行结果，表示执行正常。 o x o l 通信请求的执行结果，表示设备忙，无法处理命令请求。 溆睨叙强 保绪 0 x 4 0 - - 0 x 7 f厂家自定义 o x 8 0 正常的命令请求。 0 x 8l - 0 x b f保爝 0 x c o o x f f 厂家自定义 应用协议标识：标识上层协议( 即c p ，监控控制协议) 的类型。指示m a p 层协议的协议类型，长度为1 个字节，以支持不同的系统和m a p 层协议。耳蘸所 只定义了一种类型，使用的a p i d 为0 x 0 1 。 数据单元：是网络层协议的有效载荷( p 跚) 。 2 2 2 4 监控应用层 监控应用层以数据包的形式进行指令和数据的交互，一个完整的协议包由命 令单元和数据单元组成。 袭2 - 4m a p ：a 协议包组成 l 命令单元 l 数据单元 l 命令单元：命令单元由命令标识与应答标识两部分组成，都为两位1 6 进制数。 命令标识一般有0 x 0 1 、0 x 0 2 、0 x 0 3 三种，分别对应设备告警、监控系统查 询、设备参数设置三种命令。应答标识作为命令的主动发起方时，该字段填0 x f f ， 表示此包为命令，当接收到的命令包该字段中不为0 x f f 时，则被动接收方不应答。 如果作为应答包，表示被动接收方对命令的执行情况，此时该字段不能为0 x f f 。 在应答包中，当应答标志不是o x 0 0 时，应将接收到的数据单元返回给发起方。 数据单元g 是监控应用层协议的有效载荷( p d u ) ，数据单元用于承载监控对 象。在数据单元中可以一次带多个监控对象，也可以只带一个监控对象。为提高 监控信息的传输效率，在一次通信过程中，应尽可能采用一次带多个监控对象的 方式。在本系统的设计中，综合考虑到传输效率和设备处理能力，一次通信中带 2 4 个监控对象，具体数据可以在系统的配置参数中灵活配置。 2 。2 3命令描述及通信过程 1 6 2 2 3 1 通信命令描述 通信命令有以下三种： 1 ) 设备主动上报 由设备发起，用于告警、巡检、开站、故障修复和信道配置变化时上报给监 控中心。在监控中心回应给设备的确认包中，无需携带任何参数信息，设备根据 通信包标识号郎知是确认包。 2 ) 查询 由监控中心发起，用于了解设备当前的状态( 包括告警状态) 。 3 ，设置 由监控中心发起，用予设置所有的监控参数和网管参数。该命令的执行缭果 可麓会影确捌当前的告警状态、今后的告警产生，恢复等。设置的内容被保存在监 控系统数据库中，在软件重新启动时，根据这些数据来重新恢复各项设置值。 2 2 3 。2 通信过程 上文介绍了三种通信命令，对应的有以下几种典型的通信过程：查询、设置、 告警上报、开站上报、配置变更上报、巡检上报等，下面将分别进行介绍。 l l 查询的目的是为了获得设各的监控信息。它是由监控中心发起，设备应答。 每次通信监控中心可以查询设备的一个或多个监控对象。下图2 2 所示为查询命令 的通信过程。监控中心在发送命令时，需要保证设备可以用一个包返回一个查询 命令，即保证返回长度可以放到一个通信包中，并且监控对象可以完整地放入通 信包。因此查询时，要在监控对象的“监控对象内容一部分按照协议中约定的长 度填入数值，并正确填写“监控对象长度的值，设备在接收到后并不对“监控 对象内容 部分进行处理( 这样做是为保证发、收的通信包数量保持一致) 。对于 那些只规定了最大长度的字符串型对象，查询命令中监控对象内容中按照最大长 度所支持的数量填入o x 0 0 ，设备返回时，用真实内容替代这些o x o o ( 若长度未达 最大，末尾部分全部填o x 0 0 ) 在查询“设备的监控参量列表时，不需要在“监 控对象标号处填入0 x o o 。 1 7 圈2 2 查询通信流穰图 f i g u r e2 2q u e r yc o m m u n i c a t ef l o wd i a g r a m 2 设置由监控中心发起，设备应答。设置命令的通信过程与查询命令类似， 参照上图2 2 。监控中心在发送命令时，可以一次设置一个或同时对多个监控参数 进行设置。从设备向监控中心返回的数据包中，是各设置参数的实际值。 3 ) 告警上报、开站上报、配置变更上报、巡检上报这四种可以统一归纳为直 放站设备上报一种情况来看待，实际系统中也是统一进行处理的。它们都是由设 备发起，通过短信方式，监控中心应答，不同的只是上报的内容不同。下图2 1 3 以 告警上报为例说明其通信过程。 监控中心设备 1 ) 告警圭动上摄 一一一一一删一一一一一 婴管警上报回应 一一一一一一一二= ： ( 3 ) 告墼型篓 一一一一一一一 粤堡警上壤闻应 一。一一= ：乙 图2 3 告警上报通信流程图 f i g u r e2 3a l a r mr e p o r tc o m m u n i c a t ef l o wd i a g r a m 1 8 3 信息交挟平台的总体设计 3 3 墓毳繇 若爱舞甄器篡 骞前在企业信息平台等领域更是占据着统治地位。 ，3 。2 1 1j a v a 贪绍 j a v a 是一种简单( s i m p l e ) 、面向对象的( o b j e c to r i e n t e d ) 、 分布式的 ( d i s t r i b u t e d ) 、解释i 拘( i n t e r p r e t e d ) 、健壮的( r o b u s t ) 、安全的( s e c u r e ) 、结构中立的 ( a r c h i t e c t u r en e u t r a l ) 、可移植的( p o r t a b l e ) 、高效能i 拘( h i g hp e r f o r m a n c e ) 、多线程 的( m u l t i t h r e a d e d ) 、动态的( d y n a m i c ) 的程序语言。 1 健壮性。作为一个应用于通信监控环节的软件，必须要求其具有非常高的 稳定性。由j a v a 所编写出的程序能在多种情况下执行而具有其稳定性。j a v a 省略 了c + + 中一些很少用到的，不易理解的和易予混淆的特性，包括操作符重载、多 重继承、指针和自动类型强制。j a v a 虚拟机的垃圾回收机制能够及时回收无用的 内存空间，防止内存耗尽。 2 可移植性。j a v a 语言提供了一个统一的抽象( 虚拟) 机器模型，对所有的 平台是一致的。不同于在c c 十+ 中需要手工为不同的整数匹配到物理机器的结构 上，j a v a 中b y t e ，c h a r ，s h o r t ，i n t 和l o n g 的大小始终是一样的，分别等于8 ，1 6 ， 1 6 ( u n i c o d e ) ，3 2 和6 4 位。没有头文件、预处理程序、# d e f i n e 等，浮点数总是i e e e 7 5 4 。 3 安全性。j a v a 用来设计网络和分布系统，j a v a 可以用来构建防病毒和防 攻击的系统。事实证明j a v a 在防毒这方面做的比较好。j a v a 是基于其底层j v m ( j a v av i r t u a lm a c h i n e ) 来运行的，就像一个保险箱一样，屏蔽了一些编稷中不规 范行为或者黑客行为可能对系统造成的破坏。 4 多线程。j a v a 处理多线程的过程很简单，j a v a 把多线程实现交给底下操作 系统或线程程序完成，所以多线程是j a v a 作为服务器端开发语言的流行原因之一。 在本系统中需要多大量的数据包进行处理，j a v a 良好的多线程处理能力这里显示 出其强大能力。 5 。面向对象。不同于c _ h ，j a v a 是纯面向对象语言。面向对象语言在程序设 计过程中使得设计者更容易通过对现实模型的抽象，设计出合适的程序，更加符 合人类的认知。同时，面向对象语言的抽象、封装、继承以及多态特性，使得它 具有可重用性、可扩展性、可管理性等优点，在系统设计开发中能够大大的节省 成本和时间。 此外，j a v a 具有非常方便的网络编程a p i ，使褥使用j a v a 开发网络通信程序 变得方便恧安全。j a v a 具有的这些良好的特性，使之非常适合本系统器发的使焉。 3 2 1 2j 2 e e 平台简介 多数编程语言都有预选编译好的类库以支持各种特定的功能，在j a v a 中，类 痒以包( p a c k a g e ) 的形式提供，不圈版本的j a v a 提供不同的包，戳面向特定的应用。 j a v a 2 平台包括标准舨0 2 s e ) 、企业版2 e e ) 和微缩版( j 2 m e ) 三个敝本拶l 。 s t a n d a r de d i t i o n ( 标准版) j 2 s e 包含那些构成j a v a 语言核心的类。比如：数据 瘁连接、接翔定义、输入，输出、网络编程。e n t e r p r i s ee d i t i o n ( 企业版) j 2 e e 包含 j 2 s e 中的类，并且还包含用予开发企鼗级应用的类，院如：e j b 、s e r v l e t 、j s p 、 x m l 、事务控制等。m i c r oe d i t i o n ( 微缩版) j 2 m e 包含j 2 s e 中一部分类，用予消 费类电子产晶蛉软件开发，比如：智畿卡、手机、p d a 、机顶盒等。 在本系统的设计中应用了j 2 e e 技术来搭建这一信息交换平台，所涉及的主要 技术包括s e r v l e t 、j s p 、x m l 等。 1 ) s e r v l e t 技术l 鳓l 。s e r v l e t 怒使用j a v as e r v i a 应用程序设计接弱及相关类 和方法的j a v a 程序。它在w e b 服务器上或应用服务器上运行并扩展了该服务器的 能力。j a v as e r v l e t 对手w e b 服务器就好像j a v aa p p l e t 对于w e b 浏览器。a p p l e t 装入w e b 浏览器并在w e b 测览器内执行，丽s e r v l e t 刚是装入w e b 服务器并在w e b 服务器内执行。j a v as e r v l e t a p i 定义了s e r v l e t 和服务器之间的一个标准接口，这 使得s e r v l e t 具有跨服务器平台的特性。s e r v l e t 通过创建一个框架扩展服务器的能 力，采用请求一螭应模式提供w e b 服务。当客户机发送请求至服务器时，服务器将 请求信息发送给s e r v l e t ，s e r v l e t 生成响应内容并将其传给s e r v e r ，然后再由s e r v e r 将响应返回给客户端。相较于传统的c g i 方式，s e r v i a 有许多明显的技术优势。 在传统的c g i 中，每个请求都要启动一个新的迸程，如果c g i 程序本身的执行时 间较短，启动进程所需要的开销很可能反而超过实际执行时闻。而使用s e r v l e t 时， 服务器上仅有一个j a v a 虚拟机在运行，只有当s e r v l e t 被调用时，它才被加载，且 矗到s e r v l e t 更改时，它才会被再次加载。在传