（通信与信息系统专业论文）电缆调制解调器中snmp代理的实现.pdf

摘要 摘要 电话、电视、计算机网络三网合一是目前通信技术发展的必然趋势。h f c 由 于其频带宽、覆盖广、成本低等优点而成为重要的接入方式之一。随着h f c 接入 网的用户和增值业务日益增多，h f c 接入网的管理成为h f c 网络运营的越来越重 要的一部分。盯c 接入网中的关键设备是c a b l em o d e m 和c m r s ( c a b l em o d e m 终端系统) ，c a b l e m o d e m 是用户端设备，且数目众多。因此，对c a b l e m o d e m 的 控制及管理就显得尤其重要。 本文作者参与了宽带综合业务接入系统的研制工作，在成功研制c a b l em o d e m 的基础上使用嵌入式l i n u x 操作系统作为开发平台，实现了一个完整的s n m p 网 管代理。基本实现了c a b l em o d e m 的配置管理、性能管理、故障管理和记帐管理， 使网络管理者能够实施基于用户的管理，进行远程控制，提供多种业务，提高服 务质量和网络性能，从而使h f c 网络稳定运行，发挥更大的效益和作用。 本文对传统s n m p 代理作了一些改进，主要针对m i b 管理模块做了工作，使 代理具有更好的通用性和可扩展性。论文首先通过对h f c 网络和s n m p 网络管理 的分析和讨论，给出了h f c 接入网网管系统设计方案。在c a b l em o d e m 的软硬件 开发平台的基础上，给出了c a b l em o d e m 网管代理实现的整体方案，特别针对m i b 的实现问题给出了解决办法，即设计和实现了虚拟字符设备驱动程序。根据h f c 接入网网管需求，设计了c a b l em o d e m 采用的管理信息库，具体实现了c a b l e m o d e m 网络管理功能。接着对代理实现中的关键技术：i v g b 管理模块的实现进行 了重点的阐述。主要包括m i b 对象的定义、m i b 编译器的实现、m i b 树的生成、 树的遍历和搜索、针对不同表格对象的数据结构等。针对c m 的具体软硬件条件， 给出具体对象操作处理的实现方法。论文的最后对代理的可扩展性和安全性进行 了进一步的讨论。 关键词：电缆调制解调器，简单网络管理协议，网管代理，管理信息库 a b s t r a c t t e l e p h o n e ，t e l e v i s i o na n dc o m p u t e rn e t w o r km e r g i n gi no n e i st h et r e n do f c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y h f ch a sb e c o m eo n eo f t h em a i na c c e s sm e t h o d si nc h i n a b e c a u s eo fi t sb r o a d - b a n d w i d t h ，w i d e - o v e r c a s ta n dl o w - c o s t c o s to fo p e r a t i o n ， a d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ( o a m ) i n c r e a s e ss h a r p l y t h em a n a g e m e n to fh f c n e t w o r ki sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t c a b l em o d e mi sk e ye q u i p m e n ti nh f cn e t w o r k , t of i n da ne f f e c t i v ew a yt oc o n t r o la n dm a n a g ec a b l em o d e mi su r g e n t l yi m p o r t a n t t h ea u t h o ri so n eo ft h em e m b e r so ft h er e s e a r c hp r o j e c t - - d e v e l o p m e n to ft h e b r o a d b a n da c c e s ss y s t e m b a s e do nt h ef o u n d a t i o no fh a v i n gs u c c e s s f u l l yd e v e l o p e d c a b l em o d e m ，a ni n t a c ts n m pa g e n tu s i n gl i n u xr e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e ma s d e v e l o p m e n tp l a t f o r mh a sb e e ni m p l e m e n t e d t h ef a u l tm a n a g e m e n t c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t , p e r f o r m a n c em a n a g e m e n ta n da c c o u n tm a n a g e m e n tf o rc a b l em o d e m h a v eb e e nr e a l i z e d a tt h eb e g i n n i n g ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h em a n a g e m e n tf u n c t i o n so ft h eh f c n e t w o r kb a s e do nt h ea n a l y s i st ot h ea r c h i t e c t u r ea n dt h ep r o t o c o ls t a c ko fh f c 1 1 1 e n t h et h e s i sb r i n g sf o r w a r dt h eh a r d w a r ea n ds o l o , r a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r mf o rt h ea g e n t i nt h ef o l l o w i n gp a r t , t h et h e s i sd e s i g n st h em i b st h a ta r er e q u i r e db yt h em a n a g e m e n t o fc a b l em o d e ma n dt h ea p p r o a c ht or e a l i z eo fa ne x t e n s i b l ea g e n ti sg i v e n t h ek e y t e c h n i q u e sf o c u s i n go nt h ei m p l e m e n t a t i o no fm i bm a n a g e n tm o d u l ea r ep r e s e n t e di n d e t a i l e s p e c i a l l yw ed e s i g na n di m p l e m e n tt h ev i r t u a lc h a r a c t e rd e v i c ed r i v e rt oh e l p i m p l e m e n t i n gt h em i b s a tt h ee n d ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h ei s s u e sa s s o c i a t e dw i t ht h e e x t e n s i t ya n ds e c u r i t yo f t h ea g e n t k e yw o r d s ： c a b l em o d e m s n m p , a g e n t , m m i i 简略字表 c m c m r s h f c d o c s i s m c n s t o t i 心 m a c 简略字表 c a b l em o d e m电缆调制解调器 c a b l em o d e mt e r m i n a t i o ns y s t e m 电缆调制解调器终端系统 h y b d do f f i b e r - c o a x i a l 光纤同轴混合网 d i g i t a lo v e r c a b l es e r v i c ei n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n m u l t i m e d i ac a b l en e t w o r ks y s t e m t e l e c o mm a n a g e m e n tn e t w o r k r a d i of r e q u e n c y m e d i a a c c e s sc o n t o l 电缆数字服务接口规范 多媒体电缆网络系统 电信管理网 射频 介质访问控制 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，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 为获得电子科技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。 签名： 盍! 2 塾。日期：2 。年厂月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技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，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 赵2 红导师签名：垂垒! i 叠 ， e t 期：d 。g 年6 月 日 第一章绪论 1 1h f c 宽带接入技术简介 第一章绪论 当今社会已进入信息时代，人们除了对传统的电话、传真、数据通信的需求 外，又提出了诸如高速率数据通信、会议电视及多媒体通信等更高的要求。网络 技术得以飞速发展。通信网正朝着数字化、宽带化、智能化、个人化的方向发展。 现代化的通信网主要由核心网、接入网二大部分组成。其中接入网是整个通信网 络中建设技术最复杂，实施难度最大，是甚为关键的一部分。因此传统的铜线接 入方式也就成了通信网建设中的瓶颈。如何解决好这最后一公里的通信问题就成 了实现通信现代化的关键技术。 目前有竞争性的宽带接入技术主要有三种：利用现有铜质电话线传送宽带业 务的x d s l 技术，建立在社区综合布线系统上的以太网接入技术，通过对有线电视 网进行双向改造来提供宽带业务的h f c 技术。 x d s l 是各种数字用户环路技术的统称，d s l 指采用不同的调制方式将信息在 现有的p s t n 接入线上高速传输的技术，包括a d s l ( 非对称d s l ) ，h d s l ( 高速 d s l ) 、i d s l ( i s d nd s l ) 、r a d s l ( 速率自适应d s l ) 、s d s l ( 对称d s l ) 和v d s l ( 甚 高速d s l ) 等【l j 。在i n t e m e t 高速接入方面尤以a d s l 最具吸引力。a d s l ( m j - t g 9 9 2 i ) 上行信道传输速率可达6 4 0 k b i t s ，下行信道的传输速率最高可达 6 m b i t s 。a d s l 的主要优点在于：( i ) 利用了电信局已敷设的引入铜线；( 2 ) 提 供适应i n t e m e t 接入特点的非对称高速接入速率；( 3 ) a d s l 局端设备直接将a d s l 信号传送至数据网( f r 、a t m 等) 或相反，缓解用户长时间上网对电话交换机和中 继线造成的拥塞。不足之处在于其传输性能在很大程度上受到用户引入线距离、 线径、环境等因素的限制，并且电信运营商需要在同时提供p o t s 通道的用户家 中安装分离器，既增加了终端安装的复杂性，不利于价格的降低。 以太网接入技术是在社区综合布线系统的基础上利用以太网技术提供宽带接 入的技术，它的主要优点是技术成熟，而且千兆以太网的出现更是推动了以太网 接入技术的发展。但需要全新布线，安装成本及管理成本都较高，网络安全性欠 电子科技大学硕士学位论文 佳。所以一般只应用于新建的住宅小区。 h f c ( h y b r i d f i b e r c o a x ) 光纤n 轴电缆混合网。h f c 接入技术是利用现有的有 线电视网，综合应用模拟和数字传输技术：同轴电缆和光缆技术、射频技术、高 度分布式智能型的接入网络，是电信网和c a t v 网相结合的产物，是将光纤逐渐 向用户延伸的一种经济的演进策略。 其主要优点在于： ( 1 ) 速度快。h f c 的下行速率在一个8 m 信道上可高达4 1m b p sf 6 4 q a m ) ， 上行速率达到10 m b p s ( 1 6 q a m ) ，相当于5 6 km o d e m 的7 0 0 倍，i s d n 的3 5 0 倍。 ( 2 ) 投入资金相对较少。h f c 技术利用已有的c a t v 网，只需对部分网络设 备进行双向改造，整体投入相对较低。 ( 3 ) 用户可以永久在线。由于c a t v 网是2 4 小时开通的，对上网时间毫无限 制，也不会发生像拨号用户那样占线无法上网的情况。 ( 4 ) 电视网的频带资源很丰富，最高可达到1gh z 。因此还可以开发许多增 值业务。 有线电视网作为目前最为普及的宽带网络，在信息服务上具有良好的技术潜 力和市场一前景。研究怎样在现有的有线电视网基础上进行改造，将其升级为提 供多媒体业务的宽带信息网，在工程技术上以及商业应用上都具有十分重要的意 义。 1 2h f c 接入网体系结构 i - i f c 接入网主要由c a t v 前端系统、网管中心、用户端设备和h f c 传输网络 四部分组成，其体系结构如图1 1 所示【2 】。 c a t v 前端系统主要包括c m t s ( c a b l em o d e m 终端系统) 、路由器、c a c h e 以及各种增值业务服务器等。主要完成电视信号和数字信号的混合、i n t e r n e t 的接 入以及增值业务的提供等功能。 网管中心包括s n m p 网管服务器、计帐服务器、d h c p 服务器、叮p 服务器 以及t o d 服务器等。其中s n m p 网管服务器对整个h f c 网络进行管理f 包括c m t s 和c m ) ；d h c p 服务器负责给c m 动态分配i p 地址；t f t p 服务器负责为c m 提 供配置文件信息：t o d 服务器贝i j 是用来提供网络定时服务。 用户端设备主要就是c a b l em o d e m ，它是用户p c 和h f c 网络的连接设备， 与c m t s 组成完整的数据通信系统。c m 接收从c m t s 发送来的q a m 调制信号 2 第一章绪论 并解调，重建传向1 0 b a s e - t 接口的以太网帧；在相反方向上，从p c 机接收到的 以太网帧经q p s k 调制后，通过h f c 网络的上行通道传送给c m t s 。 h f c 传输网络是树型结构的光纤同轴电缆混合网。树根是c m t s ，从c m t s 到用户邻近节点使用光纤，同轴电缆作为馈线从光节点连到每个用户。在光纤末 端的光节点进行光电转换，每个光节点下一般接2 0 0 5 0 0 户用户。 1 3 协议栈 图i - 1i - i f c 网络的体系结构 c a b l em o d e m 系统的主要功能是在前端和用户端之间透明地传输口数据报， 还要在p 协议之上实现网络管理和维护功能。c a b l e 网上c m 和c m t s 之间的协 议栈如图1 2 所示。 c m r s c m d h c p1 f t ps n m p d h 口t 兀ps n u d p u d p d a t af o r w a r d i n 8 0 2 d 江1 c 8 0 2 d d l c b r i d 酬磐曼 l i n k l i n k s c c u r i l i n ks e c u r l t y d d ( p h y c a m e m a c c t t b l c m a cm a c l a v 盯 d su s d s i u s t sih t 3lp 1 8 0 2 3 i ：刊 司 1 0 b 砧e - t _ _ _ _ _ - _ _ _ 一 l i 口矗t s r s i姗 图i - 2 c m t s 和c m 的协议栈 3 电子科技大学硕士学位论文 其中应用层协议包括的协议有： s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l 【r f c l 5 5 7 1 ) 简单网络管理协议 用于网络管理。 t f t p ( t r i v i a lf i l e t r a n s f e r p r o t o c o l 【r f c l 3 5 0 】) 小型文件传输协议用于下载软 件、配置信息等。 d h c p ( d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c o l r f c 2 1 3 1 ) 动态主机配置协议， 用于通过t c p i p 传输配置信息以配置主机。 数据链路层包括以下子层： l l c ( l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 ) 子层，用以保证数据的可靠传输。 链路安全l i n ks e c u r i t y 子层，用以保护用户数据不受恶意侵害。 介质访问控制子层( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) ，m a c 对c m 接入上行通道进行控 制。 物理层p h y 主要包括以下子层： 传输会聚子层( t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e ) ，t c 只存在于下行方向。数据在 该层被封装成m p e g 2 帧，使其能与其它业务如m p e g 复接起来并在同一载波上 传输。 物理介质相关子层( p h y s i c a lm e d i ad e p e n d e n t ) ，p m d 负责h f c 网上数据的调 制和解调。d o c s i s v l 0 和d o c s i s v l 1 中调制方式在下行方向是6 4 q a m 或 2 5 6 q a m ，上行方向是q p s k 或1 6 q a m ，目前最新的d o c s i s v 2 0 在上行方向增 加了抗噪声能力强的s - c d m a 。 1 4 问题的提出 从本质上讲，h f c 接入网是混合网和多业务网，由数量众多的多厂商的设备 异构连接而成，结构复杂，接口协议多样，并要提供多种业务。随着h f c 网络应 用的不断增加，用户对网络安全和服务质量的要求越来越高。而且系统运营商已 不可能还使用单一的包月制收费方式，而必须根据用户不同的需求提供不同的服 务并收取相应的费用。网络的运行、管理和维护成本大大增加，若不能运用先进 的网络管理系统，网络就很难稳定运行和充分发挥整体效益和作用，这些都使得 h f c 网络的管理显得越来越重要。h f c 接入网中的关键设备是c a b l em o d e m 和 c m t s 。且c a b l em o d e m 是用户端设备，数目众多。因此对c a b l em o d e m 进行有 效的网络管理就显得尤其重要。 第一章绪论 1 5 研究的目的及意义 研究的目的：研究i - i f c 接入网的网络管理，并在c a b l em o d e m 中实现s n m p 网管代理，从而实现对c a b l em o d e m 控制和管理。 研究的意义：h f c 接入网是国家信息基础设施( n i i ：n a t i o n a li n f o r m a t i o n i n f r a s t r u c t u r e ) 的重要组成部分，h f c 网络管理在h f c 网络建设中具有举足轻重的 作用。因此本论文对h f c 网络管理技术的研究具有重要的意义。本文实现的s n m p 网管代理提供了一种管理和控制c a b l em o d e m 的有效方式，实现了c a b l em o d e m 的配置管理、性能管理、故障管理和记帐管理。从而使网络管理者能够实施基于 用户的管理，进行远程控制，提供多种业务，提高服务质量和网络性能，从而使 h f c 网络稳定运行，发挥更大的效益和作用。 1 6 论文的工作和章节安排 c a b l em o d e m 网管代理的实现是实现h f c 网络管理的重要组成部分，本论文 所做的工作主要是：通过对h f c 接入网络和s n m p 网络管理协议的研究，对h f c 接入网网管系统进行了分析和讨论。设计c m 要实现的管理信息库( m i b ) 和需 要实现的网管功能。针对c a b l em o d e m 软硬件条件，具体在c m 中实现s n m p 代 理，并对s n m p 代理实现中的关键技术：m i b 模块的实现进行阐述，对代理的可 扩展性和安全性进行分析和讨论。 第一章绪论：对h f c 宽带接入网络技术进行了简单介绍，提出本论文要解 决的问题以及研究的目的和意义，对论文的主要工作做了简单说明。 第二章宽带h f c 接入网网管系统：根据h f c 网络管理体系结构，设计了h f c 接入网的网络管理功能。 第三章c a b l em o d e m 网管代理的设计：在c a b l em o d e m 软硬件条件的基础上， 给出了网管代理的整体方案，实现了c a b l e m o d e m 网管功能，并对关键问题：m i b 的实现问题作了讨论，给出了解决办法。 第四章字符设备驱动程序的实现：针对第三章提出的m i b 的实现问题的解决 办法，我们在l i n u x 下创建虚拟字符设各，实现虚拟字符设备驱动程序。 第五章m a b 树的相关实现机制：对c m 网管代理实现中最关键的技术：m i b 树的相关实现机制进行了重点阐述，具体包括：m i b 变量、m i b 编译器的实现、 树的遍历与搜索、针对不同表格的数据结构、并针对c m 软硬件条件，给出了变 5 电子科技大学硕士学位论文 量的具体操作处理实现方法。给出了代理主进程实现的简要流程图。 第六章结果及一些问题的讨论：给出了代理的实现结果，指出了其应用前景 并对s n m p 代理可扩展性和安全性作了进一步的分析和讨论。 总结：对研究的课题进行了总结，指出了工作的特色及不足 6 第二章宽带h f c 接入网网管系统 第二章宽带i - i f c 接入网网管系统 宽带h f c 接入网是一个复杂的、多厂商设备的网络。既有光纤链路，也有同 轴电缆线路，设备包括光收发器、光放大器等模拟设备以及c m t s 、c m 等数字设 备。宽带h f c 接入网提供多种业务，包括传统的模拟电视传送业务，还包括一系 列双向数字业务，目前最主要的就是i n t e m e t 接入服务。随着h f c 网络应用的不 断增加，用户对网络安全和服务质量的要求越来越高，网络的运行、管理和维护 成本大大增加，若不能运用先进的网络管理系统，网络就很难稳定运行和充分发 挥整体效益和作用，这些都使得h f c 网络的管理显得越来越重要。 2 1 宽带i - i f c 接入网网管体系 电信管理网( t m n ) 技术不仅被证明是实现有效网络管理的切实可行的手段， 而且由于网络环境的复杂性，t m n 在多厂商设备环境管理中显得尤为重要。所以 对宽带h f c 接入网的网络管理，完全有必要遵循电信管理网的概念和方法。 基于宽带有线电视网的宽带h f c 接入网是一个复杂的、多厂商设备的大网。 为了与现代有线电视网络的上层网管系统一致统一，应当架构于t m n 体系结构当 中，主要完成网元管理层的管理功能。t m n 中网元( 1 i e ) 、运营系统( o s ) 、数据 通信网( d c n ) 以及工作站的概念也可以与f i f c 网中相对应。h f c 中的网元即接入 网设备部分，如前端和光节点的光收发器、双向射频放大设备、c a b l e m o d e m 、以 及光纤传输线路和同轴电缆传输线路等等；运营系统即一组用于管理维护的计算 机，负责处理各种网管数据，发送对各个设各的控制指令；数据通信网可以是一 个专用的数据网，也可以利用接入网本身来传递网管数据，具体根据接入方式而 定；管理工作站可以是网络运营系统的本地或者远程操作终端，网管操作人员通 过对工作站上的软件进行操作实现对h f c 宽带接入网的管理。可以将接入网看作 是整个有线电视网络的子网，对于网元层以上各层的管理，交给地市级或省级干 线网的网络管理系统去实现 3 】。 宽带h f c 接入网的网管系统还要考虑与上层网管的接口问题，即要使得现代 有线电视网络更上层如网络管理层的网管系统可以通过c o r b a 接口或q 3 接口实 7 电子科技大学硕士学位论文 现对主要完成网元管理层的i - i f c 接入网网管系统的管理。 2 2 宽带h f c 接入网网管功能设计 网络管理的基本功能是对网络的资源和设备进行管理，使其能够稳定、可靠 地运行，为用户提供高效的服务。从网络的层次方面来讲，一般的计算机网络的 管理涉及到链路及其以上的各层，电信网则涉及到物理层的管理，而宽带h f c 接 入网必须兼具物理层和链路层及上层的管理。h f c 接入网的网络管理功能主要实 现配置管理、故障管理、性能管理、记帐管理、安全管理。 2 2 1 配置管理 配置管理是最基本的网络管理功能，主要包括资源清单管理、资源开通以及 业务开通。 c m t s 完成对各种网元设备接入的初始化工作，它包括： 1 、实体配置功能：c m t s 对光节点和c m 的开机登记( i d 、密码) ，指示网 元报告实体的状态参数、类型等当前配置，特别是对光节点，在c m t s 要登记它 们的当前的状态、容量、传输速率，从而决定信道的分配。 2 、信道控制功能：根据初始化时用户的等级，进行信道的分配，在这个过 程中，c m r s 需要知道用户c m 的服务级别c ms e r v e r l e v e r ( 分低、中、高三个 等级，该m i b 值能由用户修改，要通过c m t s 的允许，发授权码后才能修改) ； 以及链路设备的信道表c h a n n e l t a b l e ( 表示信道的利用情况，在光节点的这个信 道利用表里，每个连接有：连接对象i d ，连接的时间，带宽) 。 3 、信道的测距功能：c t m s 在与c m 进行同步的时候，要进行一个测距过 程，让网元设备能知道自己与c m t s 的时间差值。 4 、设置服务控制功能：指示光端机分配c m 的访问权限和能力，通过对c m 的当前服务业务类型c m来设定，这个类型通过和共同决_ s e r v i c e t y p ec m t sc m 定。 2 2 2 故障管理 i - i f c 接入网提供多种业务，这些业务有不同的服务质量要求，而h f c 网络环 境复杂，既有光纤链路，也有同轴电缆线路，而且设备众多，当网络出现故障时， 8 第二章宽带h f c 接入网网管系统 必须及时进行故障诊断、定位、隔离和修复，以保障服务质量。 h f c 接入网的故障管理要利用h f c 接入网星一树型拓扑结构。比如，当光端 机中的光接收器失效时，影响的只可能是这条链路相连的所有用户，通过这些用 户的告警指示，可以及时进行故障诊断和处理。另外，考虑到用户众多，如果所 有用户都发送告警，那么会加重网管系统的处理负担，所以网管系统应该有告警 过滤功能，能控制网元告警。h f c 网络管理的一个重要特点是可以依靠网络中的 设备如c m t s 、c m 、p c ( 有效的做法是在网络中布置试验c m ) 来实现网络管理 监视器的功能，减少外部监视器，减少网络运营成本。 故障管理在链路层主要监测和管理光端机与c m 的物理连接，光节点处光发 射器、光接受器的状态，上下行通道的状态。故障还可能出现在c m t s 服务器连 接，c m - p c 连接，p c 机本身，为了及时分析故障原因，隔离故障，还要实现用户 端到端的故障管理。 ( - - ) 告警监视功能 当有错误发生时，网元设备发出告警。c m t s 根据这个告警，确定错误的性 质和程度。 1 、网元告警报告功能：各级网元向c m t s 报告告警类型a l a r m 和告警级别 a l a r r n l e v e r 等m i b 变量的值来告警信息。 2 、网元告警事件标准功能：c m t s 指示网元设置告警属性，用于让网元设 备决定是否将一个事件看作告警。 3 、网元告警指示管理功能：当c m t s 指示网元禁止允许指定的告警指示 记录设备的操作时，网元设备能完成相应的操作。 4 、网元日志控制功能：c m t s 确定网元允许或禁止日志的登录，设置日志 属性。 ( 二) 网元故障定位 当给的信息不能确定故障具体的位置时，c m t s 需要另外的故障定位信息， 包括内部或外部测试调用过程。 1 、诊断功能：c m t s 指示网元建立诊断时间表或停止诊断，定时向c m t s 报告诊断结果。 2 、程序跟踪功能：c m t s 指示网元开始或停止一个特定的程序陷阱或跟踪， 网元向c m t s 报告跟踪结果。 3 、稽查功能：网元定时或根据c m t s 的指示进行稽查，将稽查结果向c m t s 报告。 9 电子科技大学硕士学位论文 4 、循环隔离测试功能：为了定位故障，网元设备根据c m t s 的指示进行一 定的隔离测试。 5 、例行测试功能：例行测试的定时、开始、停止及测试时间表报告功能。 ( 三) 测试功能 c m t s 通过对c m 和链路设备的信道表、信道速率、信噪比进行访问，确定 端口的运行情况。进程在网元内执行，并将结果立即或一段时间后自动报告给 c m t s 端。 2 2 3 性能管理 h f c 接入网除了提供传统的电视传输业务，还包括数据业务，如网页浏览， 用户对数据业务的质量有更直观评价和更高的要求。h f c 接入网容易受用户端噪 声和射频损伤的影响，这些物理层的损伤对数据链路层的影响表现为连接失败或 者性能问题( 如包错误) ，这些性能问题在高层表现更为复杂，因为坤协议族被用 在认为几乎没有丢失的网络环境中( 有丢失也被认为是由于网络拥塞) 。h f c 网中， 当由于传输中的比特错误包丢失频繁出现的时候，t c p 传输窗口不断的减小，吞 吐量减小。有研究表明1 2 一1 5 数据链路层的包丢失率，将会减少t c p 6 0 的 吞吐量。所以性能管理要主要考虑数据业务的连接状态、包丢失率以及各种业务 应用的吞吐率。 性能管理重点考察与下列事项相关的参数的监测和报告： 连接监视： ( 1 ) 连接建立：c m 与c m t s 的连接，在光节点处指的是连接的各种参数。 ( 2 1 连接保持：各种连接保持的时间、带宽。 0 ) 连接质量：误码率、时延、吞吐率。 ( 4 ) 与故障管理功能合作诊断故障，与配置管理合作改变路由选择和链路负荷 控制参数。 包丢失率监视：有好几种情况都可能引起过多的包丢失。c m t s 或者c m 缓 存溢出，更值得考查的情况是由于光端机与c m 连接链路的比特传输差错引起的 数据损坏，这可能揭示了射频损伤或者错误的网络配置。 吞吐量监视：网络中不同通道上应用程序可以达到的吞吐量。可以主动产生 流量并测量数据速率( 如用f i p 文件传输协议、t h r o u g h p u t t c p ) ，或者被动的测量 各个连接的传输速率。由于链路层的错误在i p 层不一定都会表现为包丢失( 链路 笙兰里塞堂墅里堡塑堕篁墨笙 层重传可能掩盖了链路层的错误) ，i p 层的包丢失率也不可能推断出t c p 层的吞 吐量，所以吞吐量和包丢失率监视都应该监视c m t s c m 链路层，以及t c p i p 层。 c m t s 从各级网元处收集性能数据，支持服务质量的改善。c m t s 可以轮询 网元报告性能数据，也可以要求网元按照时间表或阈值自动报告。 ( 一) 性能监测功能 跟踪h f c 网络中的服务业务数据和管理数据，收集性能参数。这主要是c m t s 访问各网元对象来完成的。网元能根据c m t s 的请求或设定的时间定时报告当前 的性能监测数据。主要包括：光节点和光端机设备单元的服务状态、业务量控制 的当前状态、i - i f c 网络中各节点的当前拥塞状态及业务量负荷、链路数据和网络 管理与监测参数。 ( 二) 性能管理控制功能 性能数据报告定时功能： c m t s 指示网元设备建立或报告性能数据报告的时 间表。 性能数据阈值控s j j c m t s 指示网元设置或报告性能数据阈值。 业务量管理功能：包括手动和自动。手动由操纵者在c m t s 端或交换机接口 处控制业务数据的链路，调整和控制相关的业务参数。自动控制时，由预先设定 的参数，系统自动完成。 ( 三) 性能分析功能 性能监测数据常常需要进一步处理和分析，辨别使用趋势，设置利用率阈值； 确定如何调整网络达到最佳性能，保证设备和连接的容量不会被过度使用到对性 能有害的程度。 2 2 4 安全管理 h f c 接入网下行信道传输是一对多的广播方式，所以涉及到数据链路层 c m t s - c m 传输数据的加密，以及高层用户管理的认证和授权。 安全管理包括： 1 、访问安全： c m 的访问收到控制，只能访问允许的业务范围内的数据。 2 、侵扰恢复： 过一定的时间，网管指示c m t s 和光端机对重要的数据库数 据进行备份。利用备份文件在出现安全问题后恢复服务。 3 、凭据认证： c m 对c m t s 提供的凭据进行认证。 电子科技大学硕士学位论文 2 2 5 记帐管理 面对大量的终端用户，系统运营商已不可能还使用单一的包月制收费方式， 要根据业务以及资源的使用记录，确定用户的使用费用，这对于发展增值业务具 有重要的作用。 h f c 宽带接入网的a a a 体系结构中，用户先进行身份认证，认证通过后授权 可以使用的应用服务资源，用户使用应用服务资源，同时进行记帐。其体系结构 是：a a a 服务器c m r s 一一c m ，可以采取p p p o e - - r a d i u s 实现方式。c m 和 c m t s 之间通过p p p o e 协议连接，c m t s 将p p p o e 承载的用户认证信息通过r a d i u s 协议转发给a a a 服务器；a a a 服务器认证通过后，返回给c m t s 授权信息，c m t s 转发该授权信息，使用户具备进入网络的能力。然后c m t s 不断转发用户的记帐 信息给a a a 服务器，a a a 服务器记录记帐信息，用户下网后，c m t s 回收资源 终止p p p o e 会话，然后通知a a a 服务器记帐结束。 可分成几个部分：用户权限认证、原始计帐数据采集：不同业务的流量和c m 上线时间等；费率模型管理，记帐核算；用户计费信息查询等。并和用户信息管 理结合起来实现自动开关断c m ，催缴费用，生成统计报表等。 2 3 宽带h f c 接入网s n m p 网管系统组成 前面我们讲过宽带h f c 接入网适合采用s n m p 作为网络管理协议，对其进行 网元层的管理和控制。 s n m p 是客户朋务器模型，管理模型中有三个基本组成部分：管理器m a n a g e r ， 被管代理a g e n t 和管理信息库m i b 。 s n m p 的核心思想是将网络节点上被管理的网络资源抽象成被管对象，存放 在管理信息库m m 中。m i b 变量由该节点上的代理a g e n t 负责维护。网络管理器 m a n a g e r 通过s n m p 协议与代理a g e n t 进行交互，通过对m i b 的读取与设置操作 来实施对网络中各种资源的监测和控制。 管理器是一个或一组软件，一般运行在网管中心的主机上，管理器通过向被 管代理发出各种命令来执行各种管理操作。 被管代理是一种软件，在被管的网络设备中运行，管理器向它发出轮询，它 搜索网络设备的数据，按规定格式发回给管理器。 第二章宽带h f c 接入网网管系统 n m s被管设备 s n m p 管理器 l 网管代理h 1 l 皿 f = = 习 l 被管对象l l j 图2 - 1s n m p 网络管理示意图 对h f c 网络来讲，s n m p 网管的管理器软件一般运行在一组采用w i n d o w s n t 和大型数据库的工作站上，通过与在c m t s 和c m 中代理软件不断通信来实现 对整个h f c 网络进行管理。 ( 一) 网络管理服务器 在网管服务器端，一般采用d e l p h i 或v c 语言等开发出符合d o c s i s 标准 和s n m p 协议标准基于w i n d o w s 和图形界面的软件，用户可通过服务器软件直 观方便的对链路设备及对c m 和c m t s 的安装、监测、升级和维护等各方面进行 管理。 ( 二) 网管系统代理软件 从设备上来讲，宽带h f c 接入网主要由前端、网管中心、用户端设备和传输 网络四部分组成，而其中关键及特有的设各是c m t s 和c a b l em o d e m 。c a b l e m o d e m 是用户端设备，且数目众多难以管理，因此对c m 的控制及管理就显得尤 其重要。c m 网管代理的实现是实现宽带h f c 网络管理的重要组成部分。下面我 们将针对宽带h f c 接入网网络管理的特殊需求及c m 的软硬件条件，具体在c m 中实现s n m p 网管代理软件。 电子科技大学硕士学位论文 第三章c a b l em o d e m 网管代理的设计 3 1c a b l em o d e m 的软硬件平台 c m 是一种嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m ) 。所谓嵌入式系统是指在智能化设 备、仪器仪表的应用场合，处于对产品体积、成本等因素的考虑，往往要求将计 算机控制部分安装于设备内部且占用空间尽可能的小。在这种情况下，处理器一 般没有多少可用的内存，更没有可用的外存，而操作系统就装在有限的内存中( 一 般在r o m 或f l a s h 中1 ，这种系统称为嵌入式系统。 嵌入式系统是将硬件、应用程序、操作系统集成在一起，相互密不可分。硬 件不能脱离软件单独运行；同样软件也不能脱离硬件，不同的硬件就需要各自不 同的软件控制。嵌入式系统可靠性高、适应面广，除了用于工业控制以外，还广 泛应用于通信领域。在诸如程控交换机、路由器等诸多方面有着广泛的应用。 3 1 1c a b l em o d e m 的硬件平台 c a b l e m o d e m 硬件主要包含以下功能模块：上下行方向物理层处理模块、m a c 层处理模块、上层协议处理模块、接口模块。接口模块包括与h f c 网络同轴电缆 的接口、与以太网之间的1 0 b a s e - t 接口以及与主机之间的u s b 接口。c p u 管理 与协调各个模块的工作进程以及模块间的数据通信，此外还需要相应的外部存储 器单元作为软件代码的运行空间和各种数据的存储空间。 c m 作为一种嵌入式系统，它需要合理的分配软硬件功能。在研发过程中，考 虑到开发周期以及系统的稳定性，采用了b c m 3 3 4 5 作为c m 最主要的硬件平台。 b c m 3 3 4 5 是目前国际上功能强大的基于d o c s i s ( e u r o d o c s i s ) 1 1 的c m 专用核 心芯片。b c m 3 3 4 5 集成c m 物理层和媒质访问控制层主要模块。它将1 4 0 m i - h 的 m i p s 3 2c m 内核、一个1 0 1 0 0 m b s 以太网接口、一个u s b l 1 控制口、高性能的 射频和对b c m 3 4 1 5 高频头的控制接口、下行接收模块、上行传送模块、m a c 模 块、1 0 1 0 0 以太网接口、u s b 接口控制器、8 个可编程片选的1 6 b i t 外部总线接口、 1 0 0 m 的s d r a m 接口和一个上行功率放大集成到了一个单片机的c m o s 集成电 路中，形成了一个高性能、高集成度的专用c m 芯片，精简了外围设计，大大降 1 4 第三章c a b l em o d e m 网管代理的设计 低了成本。图3 - 1 即为基于b c m 3 3 4 5 的c m 的硬件结构图。 图3 - 1c m 硬件结构 下行信号流程：射频信号经h f c 网络到达c a b l em o d e m 后，高频头( t u n e r ) 把射频信号变频到中频信号，然后交到d s - p h y 芯片( 完成解调功能) 。d s - p h y 在 经过载波同步和位同步后，从q a m 信号恢复出比特流，作为m a c 芯片的输入。 m a c 芯片处理与时间关系密切的任务，如同步消息、带宽分配m a