（计算机应用技术专业论文）wimax接入控制器中网络管理系统的设计与实现.pdf

摘要 随着通信技术的高速发展，人们对终端的移动性要求越来越高，传统的接 入技术已经成为移动通信网络建设的瓶颈。在众多新兴的移动接入技术中，基 于i e e e 8 0 2 1 6 e 标准的w i m a x 宽带无线接入技术满足了人们对“最后一公里” 接入高速率、远距离、无线的要求，同时对移动性也有很好的支持，因此正在 成为近年来通信技术市场的新宠w l m a x 系统具有高速率、大容量的特点， 这就对网络管理系统提出了更高的要求。传统的网管系统都是针对特定的网络 标准，并且由于网络结构的不断调整，网络复杂性的提高，已经不能满足系统 的需要。因此针对新兴的w l m a x 技术，为了确保通信网络的正常运转，提高 网络运行效率，迫切地需要开发一种先进的、管理功能全面的网络管理系统 文章研究的目标就是结合w i m a x 技术的特点，开发出一套满足用户管理 需求、功能完善的网络管理系统o a m 论文通过对w i m a x 接入控制器软 件架构及相关技术的研究，分别从功能需求、通信机制、接口设计以及系统状 态机迁移过程四个方面给出了o a m 系统的总体设计方案。基于上述设计方案， 详细论述了o a m 关键功能模块消息路由器、x m l 消息解析模块、软件管理模 块的流程设计和实现过程，并在软件管理模块中提出一种分区切换和配置文件 迁移的算法最后对系统进行改迸，给出了动态的软件恢复机制实现方案，并 在o a m 系统中进行了实现和部署。 关键词：w l m a x ，无线接入控制器，操作管理维护，x m l ，软件更新 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fo a ms y s t e mo nw i m a x a c c e s sc o n t r o l l e r a b s t r a c t w i t ht h eh i g h s p e e dd e v e l o p m e n to f t c l c c e m c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , p e o p l e p r o p o s ea d v a n c e dr e q u i r e m e n t w i t l lt h em o b i l i t yo ft e r m i n a ld e v i c e s ，s ol r a n d i t i o n a l a c c e s st e c h n i q u e sh a v eb e c o m et h eb o t t l e n e c ki nt h ed e v e l o p m e n to fn e x tg e n e r a t i o n b r o a d b a n dc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s a m o n gt h en u m e r o u sb u r g e o n i n ga c c c s s t e c h n o l o g i e s , b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s sw i m a xb a s e do ni e e e s 0 2 1 6 en o to n l y m o o t sp e o p l e sh i g h - s p e e d , l o n g - d i s t a n c ea n dw i r e l e s sn e e d $ i nt h el a s tk i l o m e t 盯 c o n n e c t i o n , b u ta l s op r o v i d e ss u f f i c i e n tm o b i l i t yc a p a c i t y t h e r e f o r li th a sb e e n b e c o m i n gt h ep r i m a r yo fc o m m u n i c a t i o nm a r k e tr e c e n ty e a r s t h ew i m a xs y s t e m a c h i e v e sh i g hs p e e da n dw i d eb a n d w i d t h , w h i c hp r o p o s e dh i g h e rd e m a n d sf o rt h e n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m w i t ht h ec o m t a n ta d j u s t m e n to ft h en e t w o r ks t r u c t u r e a n di n c r e a s i n gc o m p l e x i t yo fn e t w o r k , t h et r a d i t i o n a ln e t w o r km a n a g e m e n ts y 吼锄 f o c u s i n go ns p e c i f i cs t a n d a r dc a nn o tm e e tw i m a x n e t w o r kr e q u i r e m e n t t h e r e f o r e , f a c i n gt h eb u r g e o n i n gw i m a xt e c h n o l o g y , h o wt oi n s u r et h a tw t m a xn e t w o r ki s w o r k i n gu n d e rah i g h - e f f i c i e n ts t a t u sa n da l s oi m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c ei su r g e n t l y n e e d e dt od e v e l o pa na d v a n c e dn e t w o r km a n a g e m a a ts y s t e m t h eo b j e c to ft h i sp a p e rs t u d i e st h ew i m a xf e a t u r e sa n dr e a l i z e ss u c ha n a d v a n c e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m o a mw h i c hm e e t $ t h en e e d bo fu s 盯 m a n a g e m e n t t h es o l u t i o n s 黜g i v e ns e p e m t l yf i o mt h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n t , c o m m u n i c a t i o nm e f h a n i s m ，i n t e r f a c ed e s i g na n dw a n s f o r m a t i o np r o c e s so fs y s t e m s t a t em a c h i n eb yt h er e a s e r c ho ng r l m a xa c c e s sc o n t r o l l e ra n dr e l a t i v et e c h n o l o g i e s b a s e do i la b o v ed e s i g n s ，t h ef l o wd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s so fo a m k e y f u n c t i o nm o d u l e - - - - m e s s a g er o u t e r , x m lm e s s a g ep a r s em o d u l ea n ds o f t w a r e m a n a g e m e n tm o d u l ea r ed i s c u s s e di nd e t a i l i ns o f t w a r em a n a g e m e n tm o d u l et h e p a r t i t i o ns w i t c h i n ga n dp r o f i l em i g r a t i o na l g o r i t h mf i l ea l s op r e s e n t e d f i n a l l y , t h e 、 i m p r o v e m e n tu p o ns y s t e mi sm a d ea n dt h er e s o l u t i o nt od y n a n l i es o f t w a r er e c o v e r i n g m e c h a n i s mi sb e e ni m p l e m e n t 钱la n dd e p l o y e dt ot h eo a m s y s t e m k e y w o r d s ：w t m a x , w a c ，o a m ，舭s o f t w a r eu p d a t i n g i i i 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 ，f1 专 学位论文作者签名：兰三墼指导教师签名：匕圭三芝 妒7 年g 月j 芎日d 年g 月j 基日 西北大学学位论文独创性声明 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 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北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 说明并表示谢意。 学位论文作者签名：王埠 硼7 年g 月1 2 目 第1 章绪论 1 1 研究背景 随着通信技术的演迸，新业务的开展，在市场与技术的相互激励下，通信领 域正呈现出一些新的特点。一方面，传统的移动用户不再满足于简单的语音、短 信和低速率数据业务，而是希望使用更高速率的数据业务。另一方面，传统的宽 带固定接入用户也不再满足于仅仅在家庭和办公室等固定环境内使用宽带业务， 而是希望使用移动接入服务。用户需求的变化使固定宽带接入服务和移动服务在 技术和业务上呈现融合的趋势，宽带移动化和移动宽带化逐渐成为两个领域技术 发展的趋势，并互为补充、互相促进由于光纤通信科技的不断进步，基于光纤 通信的宽带骨干网技术已基本可满足社会发展对极大容量信息传输的要求；但是 瓶颈存在于接入网，特别是在偏远郊区，仍有数千万用户无法享用宽带接入服务 因此，伴随蜂窝技术、无线通信技术的发展，宽带无线接入将会成为新用户的首 要选择。无线城域网技术【1 1 是继无线局域网之后，覆盖范围更广、传输速率更高 的新一代宽带无线技术为推进该技术的发展，i e e e8 0 2 工作组从1 9 9 9 年起先 后制定了w l a n 和w h m a x 【2 l 【3 】【4 增技术规范，试图能沿着固定、游牧、便携、 移动这样的演进路线逐步实现宽带移动化其中基于i e e e8 0 2 1 6 c 标准的 w i m a x 是宽带移动的重要里程碑，它实现了“最后一公里”接入高速率、远距 离、无线的要求，极大地促进了移动宽带的演进和发展。2 0 0 1 年6 月，w l m a x 的又一个重要组织，w l m a x 论坛嘲在美国加州成立，作为一个由业界领先的通 信产品及设备公司共同建立的非盈利组织，它的宗旨在于推动w i m a x 在全球发 展和产业化应用。如今w i m a x 论坛已拥有包括微软、英特尔、阿尔卡特、中兴、 华为、三星等4 0 0 多家全球领先的著名企业作为成员和合作伙伴 目前对w i m a x 的商业应用研究在各i t 厂商的大力支持下正如火如荼地开 展着嗍。从芯片厂商、设备厂商到运营商都在积极地研究和部署w h m a x 方案 芯片厂商，美国英特尔公司作为w i m a x 论坛的核心领导者，作为全球最大 的芯片供应商，于2 0 0 6 年1 0 月已经推出同时支持8 0 2 1 6 d e 移动与固定网络的 首款芯片，并且该解决方案可以支持所有w i m a x 频率。除了英特尔，全球许多 其他芯片厂商也正在加入w i m a x 芯片的研发队伍。 设备商方面，现在一些大型通信设备制造商如阿尔卡特和西门子等正在着手 开发w k m a x 设备，截至去年1 2 月，阿尔卡特w i m a x 端到端解决方案的产品 测试已在与日本a c c an e t w o r k s 公司的合作下得到全面部署 7 1 不仅国外。国 内的一些设备商也在进行w i m a x 试验。中兴通信于2 0 0 4 年早期加入w i m a x 论坛最近中兴通讯在欧洲、亚洲和非洲都获得了w d i a x 商用合同华为于 2 0 0 4 年8 月加入w l m a x 论坛，将生产基于英特尔r o s e d a l e 芯片的产品，并计 划于今年提供i e e e 8 0 2 1 6 商用产品【8 】唧 运营商方面，由于w i m a x 技术已经得到业界的普遍认可，因此其商业部署 也正在全球范围内启动。尤其在亚洲：韩国运营商k t 已经正式商用w i b r o ( 代 指移动w h m a x ) ，日本于2 0 0 6 年底发出3 张w m - a x1 6 e 牌照，新加坡年底前 开始部署w u m a x1 6 e 网络等等。值得一提的是，中国台湾省已经推出基于 w k m a x1 6 e 的m o b i l e , - t a i w a n 计划，整个项目计划投入3 7 0 亿新台币，准备利 用w i m a x 技术，大力推动台湾在l a p t o p 、芯片、终端等方面的发展【1 们 可以相信，由于芯片厂商、设备制造商和电信运营商的积极推动，w h m a x 正在成为打破现有2 g 和3 g 市场利润分配格局的一把利器，同时也为提供新的 利润增长点创造着条件 w h m a x 技术的迅猛发展，也积极带动了对网络管理系统( o a m ) 的极大关 注。随着电信管制政策的开放、电信竞争的引入和加剧，o a m 技术受到了电信 业界的空前重视o a m 系统不仅仅能保证网络的连续正常运行，或者当网络运 行出现异常时能及时响应和排除故障，而且可以保证通信网络“经济有效”的运 行由于目前对于网络管理系统的研究都是基于已经成熟的技术，如a t m 、 m p l s 、3 g 等，而w i m a x 作为一项新兴的技术，对o a m 的研究资料相对较少， 因此研究和开发一套基于w d - i a x 标准的功能完善的网络管理系统将具有非常 重要的意义 根据国际电信标准化部门( i t u - t ) 提出的电信管理网络( t e l e c o m m u n c a t i o n m a n a g e m e n t ，n e t w o r k s ，1 m 规范，把t m n 作为对移动通信网络管理的基础 t i v i n 作为一个单独的网络，它与移动网络在逻辑上是分不开的。t m n 通过一些 标准的接口与移动网络相连接，并通过这些接口与移动网络进行通信，对网络中 2 的设备进行管理和监测。t m n 借鉴了o s i 管理的思想和方法，提出了体系结构一 重用技术一管理业务一管理应用等多个层次的解决方法，并分别从功能体系结构、 物理体系结构和信息体系结构三方面进行了定义在功能体系结构中明确对 o a m 网管功能进行了定义，即删管理功能应具备性能管理、故障管理、配 置管理、帐务管理、安全管理五种特性。定义的目标是对不同的通信设备提供标 准的模型和接口【1 1 l 【1 2 1 【1 3 1 1 4 1 。 本论文是在基于上述理论背景的前提下，通过深入分析w i m a x 网络具体的 功能需求，针对以上定义对o a m 系统提出了一个总体设计方案，使其在满足传 统实现的基础上，功能性更为强大，系统的移植性和可靠性都得到很好的提升， 真正地实现对w m i a x 接入控制器设备网络的操作管理和维护功能 本课题的研究是基于一家在通信技术方面领先的大型企业的w i m a x 项目， 本人有幸在实践过程中参与并承担了w 粼接入控制器中o a m 系统的总体设 计和部分研发工作。值得欣喜的是，至本文定稿时，该项目的集成测试工作已经 顺利完成，现场测试和部署工作正在得以稳步实施 1 2 论文的主要工作 本文论述的o a m 网管系统是一套完整的网元管理系统，以t m n 模型定 义为基础，在仔细研究了现有的网络管理系统的基础之上，结合w i m a x 网络 自身的功能特点，给出了一个w f l t a x 接入控制器中o a m 的完整框架和解决 方案。论文主要在以下方面做了重点研究和工作： 设计了一个基于w 认m x 网络接入系统的较为完整的o a m 框架，并描 述了框架中各模块的功能需求和协作过程。 分别从o a m 功能模块、进程通信机制、接口模块状态机四个方面给出 了o a m 系统的总体设计方案。 应用了基于x m l 格式的文件进行系统配置和消息传输，对x m l 解析模 块的接口和消息解析机制给出了实现方案使用现有的开源引擎工具来 解析x m l 格式文本。 给出了一个基于l i n u x 平台的软件( 包括操作系统及其补丁、应用软件、 3 数据库、第三方软件) 在线更新和升级的完整方案，提出了基于分区切 换和数据迁移的软件激活算法。 启用了软件恢复机制，使系统进程在发生故障的情况下可以自我修复。 1 3 论文的组织结构 根据t m n 的标准，将网络管理分为五层： 1 ) 网元层( n e t w o r ke l e m e n tl a y e r ) 2 ) 网元管理层( n e t w o r ke l e m e n tm a n a g e m e n tl a y e r ) 3 ) 网络管理层( n e t w o r km a n a g e m e n tl a y e r ) 4 ) 业务管理层( s m v i c m a n a g e m e n tl a y e r ) 5 ) 商务管理层( b u s i n e , sm a n a g e m e n tl a y e r ) 其中，网元管理层负责监控网络中某个区域的网元，包括收集相关的统计数 据、记录数据以及与网元有关的其它数据并允许网络管理层通过它与网元进行 会话。 论文的内容主要研究基于t m n 网元管理层的w l m a x 接入控制器的网管系 统，共分六章，具体内容安排如下： 第一章绪论 分析了w l m a x 技术的背景知识和研究现状，论述了对w l m a x 网管系统进 行研究的理论基础和意义，概述了论文的主要工作，最后给出论文的组织结构 第二章相关研究 论述了w l m a x 技术的体系结构和应用场景，并对o a m 系统驻留设备 w 订幽1 ) ( 接入控制器( w a c ) 的体系结构和进程进行了分析，最后对o a m 系统的 关键技术进行了分析和比较 第三章o a m 系统功能总体设计 从顶层设计角度给出了o a m 系统的总体设计方案，通过对其软件结构的分 析，分别从功能模块、进程通信机制、o a m 接口以及状态机迁移四个方面对o a m 系统进行设计。 第四章o a m 系统关键功能的实现 4 针对o a m 系统关键功能模块进行详细流程设计，重点给出了消息路由器、 x m l 解析模块和软件管理模块的实现方案。最后对系统进行改进，提出并实 现了一种o a m 的软件恢复机制。 第五章总结与展望 对本文所作的工作进行了总结，并对该系统的发展前景进行了展望。 论文基于n 饼的分层管理思想，结合w i m a x 移动通信网管的特点，提 出了一个网元管理层的网管体系结构的总体设计方案，并给出了一些关键模块 的重点实现相信可以对w f l v i a x 网络管理的研究提供一定的参考价值。 5 第2 章相关研究 本章介绍了w i m a x 技术及核心设备w i m a x 接入控制器( w a c ) 的体系结 构、特点、组成及应用，通过对w a c 进程的分析指出了o a m 系统的位置和所 监管的对象类型。最后对o a m 所用到的一些关键技术进行了分析和比较。 2 1w i m a x 技术及应用 2 1 1w i m a 概述 目前提到的w 粼标准包括i e e e8 0 2 1 6 - 2 0 0 4 也即i e e e s 0 2 1 6 d 和 i e e e 8 0 2 1 6 e 。8 0 2 1 6 d 是针对固定宽带无线接入系统的标准，而8 0 2 1 6 e 则在继 承i e e e8 0 2 1 6 - 2 0 0 4 能力的基础上增加了对全球移动性的支持【1 5 】【1 6 1 1 r 1 在保证 服务质量的前提下，w l m a x 可以有效地降低每比特传输成本，以更好地满足用 户的需求。 w l m a x 具有以下特点【i a l ： 1 传输距离远、接入速度高。 2 无“最后一公里”瓶颈限制、系统容量大。 3 能提供广泛的多媒体通信服务。 4 w m 执x 采用o f d m 技术，能有效对抗多径干扰；同时采用自适应编码调 制技术可以实现覆盖范围和传输速率的折衷；此外，还利用自适应功率 控制，可以根据信道状况动态调整发射功率，从而使得w t m a x 具有更大 的覆盖范围以及更高的接入速率。 5 作为一种宽带无线接入技术，晰m a x 接入灵活、系统容量大服务提供 商无需考虑布线、传输等问题，只需要在相应的场所架设w l m a x 基站 w i m a x 不仅支持固定无线终端也支持便携式和移动终端，能适应城区、 郊区以及农村等各种地形环境。一个w i m a x 基站可以同时为众多的客户 提供服务，可以为每个客户提供独立带宽请求支持一 6 w i m a x 可以提供面向连接的、具有完善q o s 保障的电信级服务，满足用 户的各种应用需求。按照优先级由高到低依次提供：主动授予服务 6 c o g s ) 、实时轮询服务( r t p s ) 、非实时轮询服务( n r t p s ) 、尽力投递服务 e ) 等安全保证。 7 w i m a x 系统安全性较好。w i m a x 空中接口专门在m a c 层上增加了私密 子层，不仅可以避免非法用户接入，保证合法用户顺利接入，而且提供 加密功能，充分保护用户隐私。 8 + 互操作性好。运营商在网络建设时能够从多个设备制造商处购买w i m a x c e r t i f i e d 设备，而不必担心兼容性的问题。 9 应用范围广w i m a x 可以应用于广域接入、企业宽带接入、家庭“最后 一公里”接入、热点覆盖、移动宽带接入以及数据回传( b a c k h a u l ) 等所有 宽带接入市场。值得提出的是，在有线基础设施薄弱的地区，尤其是广 大农村和山区，w l m a x 更加灵活、成本低，是首选的宽带接入技术。 2 1 2 系统组成及应用 图2 1w i m a x 网络体系结构 图2 1 所示是w i m a x 网络体系结构，包括核心网络，w i m a x 接入控制器 ( w i m a xa c c e s sc o n t r o l l e r ，简称w a c ) 、基站s ) 、用户终端( s s ) 、中继站a 陷) 、 用户终端设备f i 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 ，也可以根据需要设置若干中继站，形成点对多点或多对多点的体系结构 7 1 1 9 2 0 2 i t 核心网络，通常指传统交换网或因特网，用户驻地设备请求服务时需 要连接的服务器一般都位于核心网络，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 标准并没有包括核心网络。 基站主要提供用户终端与核心网络间的连接，是整个系统与核心网络 交互的唯一出口基站是整个w i m a x 系统的管理设备，负责所有用户站的注册 管理和资源分配。基站与用户站定期交互控制信息，根据信道质量优劣动态调整 带宽。 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问采用动态适应性 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。 用户终端设备：由个人电脑或p d a 、智能手机等用户驻地设备组成， 提供以太网接口或w i f i 2 2 接口，通过用户终端和基站的中继实现接入到核心网 络，使用核心设备提供的服务。 w i m a x 接入控制器：是基站和口骨干网和外部网络之间的接口网关 监控和管理w i m a x 系统内基站和所有用户站，提供电信功能以及状态查询、参 数配置、告警上报和故障恢复，软件更新等基本o a m 功能( 详细介绍参见2 2 节) 。 w i m a x 论坛给w i m a x 技术定义的5 种应用场景分别是固定、游牧、便携、 简单移动和全移动嗍 1 ) 固定应用场景：固定接入业务是w m t a x 运营网络中最基本的业务模型 类似于固定d s l 或电缆宽带业务，包括用户因特网接入，传输承载业务及w i f i 热点回程等。在这个场景下，不支持便携式连接和切换。 2 ) 游牧应用场景：游牧式业务是固定接入方式发展的下一个阶段终端可 以从不同的接入点接入到一个运营商的w i m a x 网络中。在每次会话连接中，用 户终端只能进行站点式的接入，不支持不同基站之间的切换在两次不同网络的 接入中，传输的数据将不被保留。 8 3 ) 便携应用场景：在这一场景下，用户可以步行连接到网络，除了小区切 换外，连接不会发生中断。便携式业务在游牧式业务的基础上进行了发展。从这 个阶段开始，终端可以在不同的基站之间进行切换。当终端静止不动时，便携式 业务的应用模型与固定式业务和游牧式业务相同。当终端进行切换时，用户将经 历短时间( 最长为2 s ) 的业务中断。切换结束后，t c p i p 应用对当前d 地址进 行刷新，或者重建口地址。此应用场景主要面向家庭接入和商务人士用户市场。 4 ) 简单移动应用场景：在这一场景下，用户在使用宽带无线接入业务中能 够步行、驾驶或者乘坐公共汽车等，但当终端移动速度达到6 0 1 2 0 k m h 时，数 据传输速度将有所下降在切换过程中，数据包的丢失将控制在一定范围，最差 的情况，t c p i p 会话不中断，但应用层业务可能有一定的中断切换完成后， q o s 将重建到初始级别，移动数据业务是移动场景( 包括简单移动和全移动) 的 主要应用，包括目前被业界广泛看好的移动e - m a i l 、流媒体、可视电话、移动游 戏、移动v o 口等业务，同时它们也是占用无线资源较多的业务。 5 1 全移动场景：在这一场景下，用户可以在移动速度为1 2 0 k m h 甚至更高 的情况下无中断地使用宽带无线接入业务，当没有网络连接时，用户终端模块将 处于低功耗模式 2 2w i m a x 接入控制器 2 2 1w a c 概述 w a c 作为g r t m a x 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。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存在时的周期性 重认证，移动台p 连接的建立，w a c 内的切换和w a c 问的转换，及基本的q o s 管理等以外，最主要的还为这些电信服务提供基于s f t p 的远程软件下载， h t t p s s l 的远程w a c 配置，以及通过s n m p ( 详见2 3 节) 接口提供告警和事件 计算台( c o u n t e r ) 收集的一系列网络管理维护功能，即o a m 功能第二部分功能 也是文章研究的重点内容。 w a c 的体系结构如图2 2 所示， 9 图2 2 w a c 体系结构 操作维护中，6 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 ) ：o m c 是同时控 制多个w a c 的s u n t 作站w a c 给o m c 提供基于s n m p 的接口，用来 进行配置管理、故障管理、软件管理等o a m 功能。 w a c 网元管理器n e m w6 v a cn e t w o r ke l e m e n tm a n a g e r ) ：它是一个 基于w e b 浏览器的p cw i n d o w s2 0 0 0 x p 一个w a c 可以同时连接多个 n e 俩r 值得注意的是o m c 和n e m w 作为w a c 的两个客户端，尽管都可以完全 控制w a c 的行为，但是在同一时刻，只能有一个客户端来进行参数的有效配置， 其余的代理只能被动地检索信息，这是出于对事务一致性的考虑。 2 2 2w a o 进程分析 w a c 进程主要包括电信进程、o a m 进程和w a cd a e m o n 三种类型的进程。 其中o a m 进程的主要工作是对其他进程进行参数配置和性能监护因此了解 w a c 中o a m 进程所处的位置和其他进程的功能对于分析和设计o a m 系统有 着至关重要的作用。w a c 的进程结构如2 3 所示： 1 ) w a c d a e m o n 进程 w a cd a e m o n 是启动其它进程的唯一入口，由l i n u xi n i t d ，来启动首先它 会根据b o o t f i l e 文件中记录的重启原因，按照预先定义好的初始情况创建o a m 进程、c a l lc o n t r o l ( c c ) 进程、t c o 进程、r x t x 等进程。如果所有用户进 1 0 程都进入运行状态，w a cd a e m o n 就进入监督循环。在监督循环过程的同时， 它也会监督0 sd a e m o n 和w a c 其他用户进程的运行状态。 田屏需畀胃静 审甲 。a e m 。n 彳 气产 i l i n u x 内核平台 = = = = 今创建进程卜 监管信号 图2 3 w a c 进程结构图 o a m 进程 o a m 进程是w a c 所有进程的监管中心，它负责配置其他各用户进程的运 行参数，并收集它们的操作与维护信息( c o u n t e r 和操作状态) ，以及提供基于 s n m p 、h t t p $ 、s f t p 的网管功能。此进程的研究将是本文的重点工作 3 ) t c o 进程 t c o 进程主要用于在用户面进行路由配置，收集c o u n t e r ( 性能参数) ，生成 并管理告警o a m 在系统初始化时给t c o 配置口信息在系统运行中o a m 会周期性向t c o 发出请求，要求其上报c o u n t e r 每当启动一个新的b s ，c c 会 给t c o 发送通知，t c o 开始管理与这个b s 相关的c o u n t v r 4 ) 呼叫控带i j ( c a l l _ c o n t r o l ：c c ) 进程 用于在激活和闲置模式下运行呼叫管理，包括：移动终端的鉴权认证计费 程序、移动疋连接的建立管理和基本的q o s 请求管理等等c c 进程管理三种 状态机：b s 状态机、s s 状态机、u s e r 状态机，用于接收外部设备和w a c 内部 实体发来的消息。 5 ) m 口进程 m i p 进程由两个应用程序模块，一个是f a 模块，实现电信功能，与c c 合 作来掌控与h a 的m p 注册步骤；一个是a p i 模块，实现0 a m 功能，从o a m 进程接收所有配置参数并进行处理，向o a m 发出应答消息或者事件告警。 国r x t x 进程 r x t x 进程管理用于b s w a c 控制协议的t c p 连接。每一个b s 都有一个 b s - w a c 控制t c p 连接。t c p 连接一般由b s 发起，w a c 作为一个服务器定义 s o c k e t 来接收t c p 连接每接收到一个新的t c p 连接，w a c 便会打开一个新的 s o c k e t 用于该连接此外，r x i x 进程还负责在需要的时候进行b s w a c 控制协 议的重同步。r x t x 与o a m 进程之间没有接口。这是因为o a m 不对r x t x 进 行配置，r x t x 自己创建t c p 连接的相关配置，并在接收到b s 。w a c 控制信息 时得到b s 的d 7 ) d h c pr e l a yd a e m o n 当一个移动台o d s ) 要求网络为其分配口地址时，它使用d h c p 协议( 动态主 机配置协议) 。所有的d h c p 消息都是口广播消息( 或者当确定目的口地址时为 单播消息) 。由于m s 的d h c p 服务器位于接入网之外，所以必须通过d h c p r e l a y 才能与之交互。d h c pr e l a y 接收到这些广播消息经过处理后，将数据包转发给 d h c p 服务器，同样在d h c p 服务器做出响应后，应答消息以单播的方式传给 d h c p r e l a y ，d h c pr e l a y 将消息处理后发给对应的m s 。 8 1h t t p sd a c i n o b 使用a p a c h e m l p 服务器来提供m 1 p 服务，并在a p a c h e 中嵌x s s l ( s e c u r e s o c k e tl a y e r ) 模式以支持h t t p s 外s n m pd a e i i l o n o m c 服务器与w a c 通过s n m p 标准接口进行通信它相当于s n m p 网管 站，能够发出s n m p 操作请求和接收来自w a c 的t r a p 消息。免费软件包n e t - s n m p 中的m m p d 充当s n m p 主代理，它带有标准的m i b i i 。与w a c 相关的扩展管 理信息库在o a m 模块的s n m p 子代理中实现，主要处理o a m 系统中关于软件 管理、故障管理等请求s n m p 子代理与主代理通过a g e n t x 协议通信。s n m p 主代理l 与w a c 的子代理连接，主代理2 与d e l l 的子代理连接 1 0 ) s s h s f t pd a e m o n 。 这里使用o p e n s s h 在两个通信的主机之间提供安全加密，它代替了t e l n e t 和 r s h ；使用s s hs f r p 服务器子系统来提供s f t p 服务，s f t p 服务器会随着 1 2 o p c n s s h 模块起被安装。 2 3o a m 系统的关键技术研究 2 3 1 简单网络管理协议 s n m p 是一种基于t ( ：p ，的互联网网管协议，能对互联网络中的不同种类 的设备进行监控和管理，对网络中存在的问题进行定位。 s v 皿主要包括s m i ( 管理信息结构) ，m i b ( 管理信息库) 和s n m p 协议 三部分。s m i 给出了管理对象定义的一般框架，m m 是设备所维护的全部被管 理对象的结构集合。s n m p 协议包括s n m p 操作、s n m p 信息的格式以及如何 在应用程序和设备间交换信息伫引，它的网络管理模型如图2 4 所示，主要采用了 代理借理站模型进行网络管理s n m p 有5 种消息类型分别为g e t - r e q u e s t 、 g e t - r e s p o n s e 、g e t - n e x t - r e q u e s t 、s e t - r e q u 馏- t 和t r a p 。代理和管理站之间通过这 几种消息报文进行通信，以获取网络设备的各种信息，从而控制网络设备的正常 运作】闭 舒m 砰管理站 s n m p 代理 图2 4 s n m p 管理模型 1 代理进程：是驻留在被管理节点( 如主机、路由器、交换机等网络设备) 的 一个进程，它接收和响应主机的命令来监视、控制、配置被管理节点。 2 网络管理应用：网管站是一台微机或工作站，网络管理员可通过它对网络设 1 3 备进行管理，以使网络可以稳定、高效地运行。它也可以接收代理发出的t r a p 消息。 3 网络管理协议( s n m p ) ：网络管理协议是一套在网络管理者与网络设备之间 传递管理信息的规范 4 管理信息库( m ) ：管理信息库是对于通过网络管理协议可以访问信息的精 确化定义，它使用一个层次型、结构化的形式，定义了一个设备可获得的网 络管理信息。 需要指出的是，随着网络设备越来越复杂，在一个复杂的网络设备上仅用一 个代理，造成的结果是代理要承担的管理任务过于庞大，使得它难以及时响应网 管站的命令；同时，由于代理过于复杂，也使得代理的开发与维护变得复杂，这 对网络设备的开发、运行、管理都带来了困难现在又出现了可扩展s n m p 代 理。可扩展s n m p 代理是指s n m p 代理是由一个主代理( m a s t e ra g e n t ) 与多个 子代理( s u b a g e n t ) 构成。这是一种更加结构化的设计，其优点是分摊了网络的负 荷，系统管理的规模大小可按需要来调整，灵活性、扩展性强，而且具有很高的 可靠性 在该系统的设计中，对软件管理和故障管理在n e m m d m c 和w a c 间的接 口本文采用了s n m p 协议，同时采用了这种扩展的网络结构，s n m p 由一个主 代理和一个扩展子代理组成组成结构图如2 5 所示 圈2 5s n m p 主代理和子代理结构图 s n m p 主代理：它是一个守护进程，负责处理来自o m c n e m w 的响应请 求。如果该请求是同w a cm i b 信息库相关，它将会转发该请求到s n m p 子 代理。在实现中，免费软件包n e t - s n m p 的s n m p d 充当s n m p 的主代理， 1 4 它支持许多标准的m i b 库，作为独立的进程运行，这里开发所用的标准接口 都由n e t - s n m p 提供 s n m p 子代理：该模块由两部分功能组成，一方面监听来自s n m p 主代理 的请求，当接受到s n m p 主代理的请求消息后，它将会调用o a m 的函数 接口来处理该请求。另一方面，监听来自0 a m 模块的消息，一旦消息被收 到，s n m p 子代理将会产生一个t r a p 消息，发送给s n m p 主代理。 2 3 2 安全文件传输协议 文件传输协议( f i l e t r a n s f e r p r o t o c o l ，简称f 哪2 6 1 的主要作用是：让用户同 一个远程计算机连接，实现文件的上传和下载功能。 与大多数i n t e r n c t 服务一样，f t p 是一个客户机服务器系统。用户通过一个 支持f t p 协议的客户端程序，连接到远程服务器主机上的m 服务器程序，用 户通过客户端程序向服务器程序发出命令，服务器程序执行用户发出的命令，并 将执行结果返回客户机但使用f t p 时必须首先登录，在远程主机上获得相应 的权限之后，才可以下载或上传文件 h t t f ( 超文本传输协议) 和f t p 都是文件传送协议，它们有许多共同的特 征，譬如说都运行在t c p 之上不过这两个应用层协议之间存在重要的差别最 重要的就是f t p 使用两个并行的t c p 连接来传送文件，一个是控制连接，一个是 数据连接。控制连接用于在客户主机和服务器主机之间发送控制信息，例如用户 名和口令，改变远程目录的命令，取来或放回文件的命令数据连接用于真正发 送文件h t t p 中，同一个t c p 连接既用于承载请求和响应头部，也用于承载所 传送的文件。由于控制连接和数据连接的分离，将使软件响应速度极大提高基 于此优点，系统应用过程中采用了f 1 限协议 建立f t p 服务，必须考虑的问题是如何实现文件传输的安全性，例如防止 未经授权用户在服务器上进行f t p 操作，f t p 用户不能读取未经系统允许访问 的文件或目录等等。为了解决上述问题，需要采取一种具有安全策略的f t p 服务。 s f t p 是s e c u r ef t p 的简写，即安全f t p ，它是s s h ( s e c 牡r es h e i d 服务其中的一 部份，分为客户机端与服务器端的c ，s 结构。s f t fs e r v e r 是s f t p 服务器端， 其默认随着s s h d 启动。而s f t p 的客户端程序，能够被用来在网络中传输