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k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 摘要 目前k u 频段v s a t 卫星通信系统已经成为现代卫星通信的一个 重要分支，其传输速率不断提高，业务范围不断扩大，发挥着越来越 重要的作用卫星网独有的网元节点和运行特性给网络管理技术带来 了新的挑战，如何对k u 频段卫星通信网进行快捷、高效、灵活的管 理，是亟待解决的问题。国外设备厂商的网络管理系统没有中文界面， 操作复杂，并且不支持对业务的管理。如何研发出适应中国国情、符 合中国人使用习惯的安全可靠的网管系统变得非常必要并且紧迫。 本文首先介绍了k u 频段卫星通信系统和网络管理的基本知识， 分析了卫星网网络管理与普通i p 网络管理的区别。之后，根据k u 频段卫星通信网的特点和网络管理的基本要求，分析研究了k u 频段 卫星通信网网管系统的功能需求，并提出了网管系统的总体设计方 案。并在此基础上，比较详细的给出了网络指标算法、数据库设计和 数据采集模块设计。在需求分析和系统设计的基础上，本文介绍了 g u i 和采集模块的开发框架，并用几个代表性的界面呈现了网管系统 的实现结果。最后对全篇论文加以总结并提出进一步需要研究的工 作。 关键词卫星通信网网络管理s n m pk u 频段 r e s e a r c ha n dd e s i g n0 nk u b a n ds a t e l l i t e n e t w o r kman a g e m 匝n ts y s t e m a b s t r a c t n o w a d a y st h ek u b a n ds a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mh a sb e c o m e a ni m p o r t a n tp a r to fm o d e r ns a t e l l i t e b a s e dc o m m u n i c a t i o n s a st h e t r a n s p o r ts p e e dg r o w s ，i tp r o v i d e sm o r ek i n d so fs e r v i c e s ，a n dp l a y sm o r e a n dm o r ei m p o r t a n tr o l e h o w e v e r , t h ep a r t i c u l a rn e t w o r kd e m e n ta n d r u n n i n gc h a r a c t e ro fs a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mi san e wc h a l l e n g et o n e t w o r km a n a g e m e n tt e c h n o l o g y h o wt om a n a g et h ek u b a n ds a t e l l i t e n e t w o r ki nas w i f t ，e f f i c i e n t f l e x i b l ew a yi saq u e s t i o nt ob ea n s w e r e d t h en e t w o r km a n a g e m e n tp r o d u c t so ff o r e i g nv e n d o r sd o n ts u p p o r t c h i n e s ec h a r a c t e r sa n ds e r v i c em a n a g e m e n t t h e r e f o r ei tb e c o m e sa n e m e r g e n c yt od e v e l o pas e c u r en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mt h a tf u l f i l l s o u rc h i n e s ec u s t o m e r s n e e d i nt h eb e g i n n i n g ，t h i st h e s i si n t r o d u c e dt h eb a s i ck n o w l e d g eo f k u b a n ds a t e l l i t ec o r n m u m c a t i o ns y s t e ma n dt h ec o n c e p to fn e t w o r k m a n a g e m e n t , a n dd i s c n s s o dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e ns a t e l l i t e n e t w o r k m a n a g e m e n t a n dn o r m a li pn e t w o r k m a n a g e m e n t b a s e do n c h a r a c t e r i s t i e so fk u - b a n ds a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n db a s i c r e q u i r e m e n t so fn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m , t h ep a p e ra n a l y z e dt h e f u n c t i o nr e q u i r e m e n t so fk u - b a n ds a t e l l i t en e t w o r km a n a g e m e n t ，a n dp u t f o r w a r dt h ef u n c t i o na r c h i t e c t u r eo fn m s a c c o r d i n gt ot h a t t h et h e s i s d e s c r i b e dt h ed e s i g no ft h es y s t e mi nd e t a i l ，i n d u i n gn e t w o r kp a r a m e t e r a l g o r i t h m , d a t a b a s ed e s i g na n dd a t ac o l l e c t i n gm o d u l ed e s i g n o nt h e b a s i so fr e q u i r e m e n t sa n a l y s i sa n ds y s t e md e s i g n ，w ed e v e l o p e dt h e k u - b a n ds a t e l l i t en m s t h et h e s i sd e s c r i b e dt h eg u if i a m e w o r ka n dt h e d a t ac o l l e c t i n gf r a m e w o r kt h e n af e wp i c t u r e so ft y p i c a ig i j ia r ep a s t e d t or e p r e s e n tt h ei m p l e m e n t a t i o no fk u - b i a n ds a t e l l i t en m s f i n a l l y , t h e c o n c l u s i o no f t h i sp e ra n ds o m ef u t u r ew o r ka r eb r i e f l yi n t r o d u c e d k e yw o r d ss a t e l l i t en e t w o r k ，n e t w o r km a n a g e m e n t ，s n m p , k u - b a n d 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，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邮电大学或其他 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 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：彳赵沫 日期： 。2 。7 中丫 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：爿佥强轧 导师签名： 日期： 。7 中甲 日期：沙1 叶q 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 1 1 研究背景 第一章前言 随着以信息技术为核心的科学技术的发展和应用，人类正在向信息社会全面 迈进，而航天技术的发展又使空间的战略地位日益提高，2 1 世纪国家对空间信 息的需求和依赖，可以与1 9 世纪、2 0 世纪工业革命对电和石油的需求和依赖相 比拟，人类生活中的数据有8 0 和空间数据有关，空间信息资源的重要性越来越 被人们所认识，空间信息优势将成为国家强大的关键因素。目前包括美国、俄罗 斯在内的各航天军事强国，都相继展开了以不同种类卫星组网为核心的空间网络 技术的研究，以期在未来通过强有力的空间网络保障获得信息优势和决策优势。 k u 频段卫星通信网是某单位通信网的重点建设项目，用于传输各种数据、 话音、传真和多媒体业务，其覆盖范围将包括7 个区域管制中心、2 6 个分区管 制中心及各机场管制中心。而在任何网络的建设中，控制网络，使网络具有最高 效率和可靠工作的网络管理都将是一个必需内容，是保证网络正常运行所必不可 少的。卫星网独有的网元节点和运行特性给网络管理技术带来了新的挑战，成为 网络管理的难点。 基于上述原因，我们对k u 频段卫星通信系统网络管理体系结构、网络管理 系统功能进行相关研究，为k u 频段卫星通信网设计开发了符合中国国情、中文 界面、便于操作的网络管理系统。 1 2 本文要解决的问题 本文主要研究设计k u 频段卫星通信网网管系统，概括地讲，主要解决以下 问题： 一 符合中国国情、满足用户管理需要的k u 频段卫星通信网网管系统的功 能需求； 一 如何基于k u 频段卫星通信网设备厂家提供的私有m i b 和配置文件进行 业务管理和网络性能指标的计算； 一 如何设计和实现满足功能需求的k u 频段卫星通信网网管系统。 1 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 1 3 本文结构 本文共五章，其内容如下： 第一章前言。前言描述问题的研究背景和研究意义以及本文要解决的问题。 第二章k u 频段卫星通信网简介。介绍k u 频段卫星通信系统的基本知识和 网络管理的基本内容。 第三章k u 频段卫星通信网网管系统的分析与设计。提出了k u 频段卫星通 信网网管系统的功能需求、总体设计方案和系统关键技术的研究与设计。 第四章k u 频段卫星通信网网管系统的实现。描述了整个系统实现采用的技 术、开发框架类和实现效果。 第五章结束语。总结全文并提出论文中可进一步改进的地方。 最后为参考文献和致谢部分。 1 4 研究生期间的工作 研究生期间，笔者参加多个电信网络管理和通信软件方面的分析、设计和开 发工作，熟悉电信管理网( t e l e c o m m t m i e a t i o nm a n a g e m e n t n e t w o r k ，t m n ) 的理 论和应用，对网络管理软件有较深的体会。总的来说，攻读硕士学位期间的研发 工作主要如下： 一 某单位k u 频段卫星通信网网管系统开发：研究v s a l - k u 频段卫星通信 网，主要负责网管系统的需求分析和系统设计、网管指标的分析，并参 与网管系统的数据采集层的设计与开发，同时编写了项目文档，包括g k u 频段卫星话数网网管系统需求规格说明书、 k u 频段卫星话数网网管 研制技术方案、 k u 频段卫星话数网数据库设计、通信网络管理指 标体系方案 一1 1 ) s c d i a 网络管理系统开发( 国家科技攻关课题) ：参与开发过程， 具体负责界面方案的设计与开发。 一 数字集群通信调度台系统开发：参与开发过程，具体负责应急预案一键 通的设计与开发。 一 r r 基础设施与应用管理系统开发：参与开发过程，具体负责界面方案和 消息收发模块的设计与开发。 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 第二章k u 频段卫星通信网简介 2 1v s a t 卫星通信系统简介 2 1 1 概述 v s a t 卫星通信系统【7 1 1 i 是二十世纪八十年代发展起来的一个卫星通信新领 域。v s a t 是英文“v e r ys m a l l a p e r t u r e t e r m i n a l ”( 小孔终端) 的缩写。所谓v s a t ， 是指具有甚小口径天线的智能化小型或微型地球站。它将通信终端延伸到办公室 和私人家庭，具有许多其它通信网无可比拟的优点。因此，v s a t 卫星通信系统 一经问世就受到普遍重视和欢迎，得到迅猛发展。它已经成为现代卫星通信的一 个重要分支，有力地推动着卫星通信向多功能、智能化、设备小型化方向发展。 自美国赤道通信公司于八十年代初期，率先推出世界上最早的c t o o 系列 v s a t 卫星单向数据广播系统以来，美国的h u g h e s c o r n s 她h a r r i s v s l 和日本的 n e c 等公司先后推出容量更大、技术更先进的v s a t 卫星系统。由于v s a t 卫 星系统具有组网灵活、安装方便、价格低廉、功能齐全，能够提供数据、话音、 图像等多种通信业务，因而得到广泛应用。据初步统计，全世界目前己投入使用 的v s a t 终端约2 0 万台，已建成的大型v s a t 卫星系统近2 0 个，其中美国约占 一半以上。我国己建和正在筹建的v s a t 系统有9 0 多个，v s a t 终端近万台。 随着v s a t 卫星系统在技术上的不断创新和发展，其传输速率不断提高，业 务范围在不断扩大，除专用网外，己经深入到公用电信网络的稀路由业务，未来 v s a t 卫星系统将展现出广阔的发展前景。 2 1 2 特点 v s a t 卫星通信系统是由大量天线尺寸小于2 4 米、g t 值低于1 9 7 d b k 、 设备紧凑、高度集成化、功耗小、价格低廉的甚小1 ：3 径地球站组成的卫星通信系 统。它具有设备简单，体积小，安装、维护和操作简便；组网灵活，接续方便； 网络部件模块化，易于扩展和调整网络结构；通信效率高，性能质量好，可靠性 高，通信容量白适应等特点。 v s a t 卫星通信系统一般工作在1 1 1 4 g h z 的k u 频段或4 6g h 的c 频段。 它综合了分组信息传输与交换、多址协议、频谱扩展等多种先进技术，传输速率 3 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信两网络管理系统的研究与设计 一般在2 m b p s 以下，均采用数字传输方式，载波调制方式大多为b p s k 或q p s k 。 它采用卷积码前向纠错编码和v i t e r b i 译码，提高了传输的可靠性。它采用了多 种先进的多址联接及多址分配方式，更好地适应了各种业务的有效传输。它能够 提供范围广泛的单向或双向数据、话音、图像及其它综合电信及信息业务。 目前，国内外v s a t 网络提供的通信业务种类主要有以下四种： 1 广播信息分发业务：通过主站将指挥中心或控制中心的信息定期或不定 期地发送到各个有关业务部门或业务场所。其业务种类包括数据、图像、 音频、电视。 2 数据采集和监控：通过v s a t 对某一工业流程、输油管道或水情、地质、 气象变化进行实时的数据采集，并执行监视控制功能。 3 一点对多点的双向交互业务：国外大多用来传输数据以提供各种服务。 4 点对点的双向交互业务：主要传输数据业务，业务种类有数据、音频、 视频等。 2 2k u 频段卫星通信网简介 2 2 1 概述 k u 频段是v s a t 卫星通信系统的一个工作频段，其上下行链路为1 1 1 4 g h z ， 带宽为5 0 0 m h z 。本课题所研究的k u 频段卫星通信系统是某单位的重点建设项 目，采用德国n ds a t c o m 公司提供的s k y w a n 系统，用于传输各种数据、话音、 传真和多媒体业务。其覆盖范围将包括7 个区域管制中心、2 6 个分区管制中心 及各机场管制中心。 k u 频段卫星通信网是一种宽带综合业务传输的卫星通信系统，将多载波调 频和时分多址技术结合起来，采用了帧中继、口等网络通信技术，具有带宽分 配灵活、传输效率高、扩容方便、配置灵活、支持多种业务、标准化程度高、应 用范围广的优点，可以组成全网状网拓扑结构的t d m a 卫星通信网。k u 频段卫 星通信网是一个无固定主站的卫星通信网，其示意图如图2 一l 所示。 4 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 图2 - 1k u 频段卫星通信网示意图 k - u 频段卫星通信网能够提供的服务包括： 数据传输( 点到点，点到多点及广播) 业务 话音及传真业务 计算机局域网互联业务 视频会议和多媒体传输业务 2 2 2 系统组成 k u 频段卫星通信系统由主控站、网管站以及多个端站组成。主控站除了传 输用户的业务外，还负责为系统提供时钟基准，为每个端站分配传输时隙。在一 个k u 频段卫星通信系统中可设有2 个互为备份的主控站。安装了厂家提供的网 管系统的端站是网管站，通常将网管系统安装在主控站中，以便于全网的控制和 管理。不论主控站、网管站和端站，它们所配置的硬件和软件都是一样的，只是 配置参数不同。k u 频段卫星通信网的基本组成结构如图2 2 所示。 图2 - 2k u 频段卫星通信网系统组成 s 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 2 2 2 1 端站组成 每个端站都是由天馈系统、室外单元( o d u ) 、室内单元( m u ) 、帧中继接 入设备( f 队d ) 和用户的通信终端设备组成。 天馈系统是天线与馈线的通称，它是卫星地球站的重要组成部分。k u 频段 卫星通信网中采用的天馈系统由简易伺服设备( 控制器或信标接收机) 和天线组 成。 室外单元包括上变频器、预放大器、高功率放大器和低噪声接收模块。 室内单元是一台配备专用卫星通信插卡的工控机，它具备一般计算机应有的 配置，包括：c p u ，i s a 总线，v g a 显卡，软驱，硬盘，电源等。卫星通信插 卡是室内单元中最核心的部件，包括s n e c 卡( 卫星网络节点交换计算机) 、卫 星调制卡、卫星解调卡、串行接口卡、以太网接口卡以及其它卡。 帧中继接入设备是一个基于协议的转换器，它将所连接的通信终端设备的数 据转换为帧中继格式，再送往室内单元，在接收时f r a d 将帧中继格式还原为 通信终端的原始数据格式。帧中继接入设备能复接多路话音或者数据，能高效的 使用室内单元的帧中继接口。k u 频段卫星通信网采用的帧中继设备是a c t 网络 公司的s d m 9 4 0 0 和m o t o r o l a 的v a n g u a r d 6 4 3 5 。s d m 9 4 0 0 用作话音复用器和雷 达复用器，v a n g u a r d 6 4 3 5 用于传输x 2 5 数据。如下图所示，是k m 频段卫星通 信网网络结构。 2 2 3 网络平台 图2 - 3 “频段卫星通信网网络结构 k u 频段卫星通信系统提供了帧中继和局域网两种网络平台，用户可以采取 两种不同的方式接入。例如：电话、同步数据广播和x 2 5 业务通过帧中继方式 接入，网管数据通过局域网以t c p i p 方式传输。 6 站 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 2 2 3 1 帧中继平台 帧中继通信时，首先应建立数据链路，确定数据传输路由。k u 频段卫星通 信系统目前只支持p v c ( p e r m a n e n tv i r t u a lc i r c u i t s ，永久虚链路) ，数据传输路 由固定，在系统初始化定义后一直存在，使用时不需要建链过程。系统每个端站 支持最多4 个帧中继端口，速率可从1 2 k b p s 至5 1 2 k b p s ，每个帧中继端口最多 可支持2 5 5 条p v c 。 p v c 的主要要素包括通信端口和通信路由。在k u 频段卫星通信系统中，业 务数据的传输以“单跳”形式完成，这种情况下，指定通信端站和端站的帧中继 端口，也就指定了数据通信路由。每个帧中继端口都有本端的p v c 定义文件 p o r t p v c s 0 0 n ( n = 2 、3 、4 或5 ，为帧中继端口号) ，定义了端口所有p v c ，包 括点对点通信p v c 和帧中继广播p v c 。定义一路p v c 所需的参数有：p v c n u m b e r ( 本端口p v c 编号) 、p v c p a r m s l o c a l d l o ( 本端口d l c i 值) 、 p v c p a n n s r e m o t e s t a t i o n ( 远端站) 、p v c p a n n s r e m o t e p o r t m c s t g r o u p ( 远端端1 2 1 广播组) 、p v c p a r m s r e m o t e d l c i ( 远端端口d l c i 值) 、p v c p a r m s a d m i n s t a t u s ( p v c 状态) 等，p v c p a r m s r e m o t e p o r t m c s t g r o u p 参数在不同的应用下有不同的含义， 在点对点通信时表示远端端口，在广播方式时，它代表广播组。 k u 频段卫星通信系统的每个端站有一个s w i t c h s e t 文件，它定义了系统p v c 路由方案、拥塞控制参数、时钟模式和4 个帧中继端口参数，帧中继端口参数包 括端口状态、业务类型、编码方式、端口速率、广播组过滤器和链路管理等参数。 业务实现时，电话业务可采用帧中继承载电话( v o i c eo v e rf r a m e r e l a y ) 实 现，x 2 5 业务用帧中继承载x 2 5 ( x 2 5o v e rf r a m e r e l a y ) 实现，雷达情报广播 业务采用多广播源方式实现。 2 2 3 2 局域网平台 k u 频段卫星通信系统室内单元提供一个1 0 m 局域网接口，其接口类型为 a u i ，通过适配器可访问1 0 b a s e , - 5 ，1 0 b a s e - 2 ，1 0 b a s e - t 。室内单元内置透明以 太网桥，可实现局域网之间的协议透明互联，其支持的协议类型为t c p i p 。此 外，基于t c p i p ，k u 频段卫星通信网还提供s n m p ( 简单网络管理协议) 服务 和t f l p ( 一般文件传输协议) 服务。 内置透明网桥具有动态地址过滤的功能，该功能是通过动态过滤表完成的， 动态过滤表最多可存储l1 0 0 条局域网地址和5 0 0 0 条广域网地址。只有需要向广 域网( 目的地址在动态过滤表的w a n 表中存储) 的数据包才会通过卫星发送， 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段- 卫星通信网网络管理系统的研究与设计 这样就能够有效节省空间链路的带宽。 在k u 频段卫星通信系统中，每个端站除了室内单元还配有其他设备，如 a c t 复用器、v a n g u a r d 路由器等，这些设备均提供局域网接口。在实际的应用 环境中，通过集线器将这些设备连接在一起。所有设备的口地址，根据应用和 管理的需求进行分配。 网管系统通过局域网平台访问被管设备。网管系统内部有将所有i d u 的p 映射到它们各自的m a c 地址的程序，当网管工作站访问某一i d u 时，先将i d u 的p 地址映射为其m a c 地址，然后通过m a c 地址访问i d u 。在网管站的语音 复用器和雷达复用器里各有一块以太网卡充当网关，将口数据包转换成帧中继 的数据包，通过p v c 传送到目的话音复用器或雷达复用器，即i po v e r f r a r n e r d a y ，从而实现网管工作站对话音复用器和雷达复用器的管理。 v a n g u a r d 6 4 3 5 是一个功能强大的路由器，可以定义最多3 6 个以太网接口，网管 工作站就是通过这些接1 2 1 访问v a n g u a r d 6 4 3 5 并对其进行管理的。 2 2 4 特点 与以往的卫星通信网相比，k u 频段卫星通信网具有以下特点： 1 ) 全网状结构( f u l l m e s h ) ：各个端站直接通信，各种业务的传输“一跳”实 现，无需起枢纽作用的“主站”。这降低了时延，提高了频率使用效率和整 个网络的可靠性。 2 ) 网络扩容方便：当用户的端站数增多或端站的业务量增加时，可以通过提高 载波速率或增加载波数实现网络扩容。 3 ) 带宽按需分配( b a n d w i t h o n - d e m a n d ) ：k u 频段卫星通信网采用动态时隙分 配体制，即系统将带宽资源按基本时隙和服务类型组织，并根据各站的即时 业务类型和业务量的需求分配时隙，最大限度的发挥带宽资源的使用效率。 4 ) 模块化和开放式的系统结构；用户可以根据需要增加室内单元的接口数日， 各种标准用户接口，如局域网、帧中继、话音传真、串行同步和异步接口可 按需组配。 5 ) 帧中继接入：室内单元内置帧中继交换机，并提供多个帧中继接口，使得该 系统成为一个帧中继广域网。各种业务，包括话音、广播数据、x 2 5 数据等 可通过帧中继接入设备( f r a d ) 入网传输。通过与t d m a 卫星通信体制的 结合，使帧中继的高吞吐率、低时延、服务质量保证( q o s ) 等优点得以充 分体现。 6 ) 局域网的广域互联：室内单元内置透明网桥，并提供局域网接口，可以将各 个端站所连接的l a n 互联而形成w a n ，该端口支持n o v e l l ，a p p l et a l k ， 8 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 t c p i p ，d e cn e t 等协议。 7 ) 基于s n m p 的网络管理系统：k u 频段卫星通信网的网管系统采用标准开放、 应用广泛的$ n m p 协议，使得不同厂家的设备，包括用户终端设备可以在一 个公共网管平台上进行管理。网管系统可以直接连到任意一个端站或与端站 相连的l a n 上。 2 3 网络管理简介 2 3 1 网络管理模型 在o s i 网络管理模型中基本的网络管理功能被分成5 个功能域：配置管理， 故障管理，性能管理，计费管理和安全管理i 卜q 。 1 ) 配置管理：配置管理的目的是监视网络和系统配置信息，以便跟踪管理不同 版本的软件和硬件成分对网络的影响。配置管理子系统为了便于访问将这些 信息存储在一个数据库中。当出现问题时，可以搜索这个数据库查找有助于 解决问题的线索。 2 ) 故障管理：故障管理通常包括故障检测、故障诊断、故障恢复或排除等功能 的集合，它们的目的是保障网络系统能提供连续、可靠的服务。具体功能包 括： 1 检测被管对象的差错或接收差错事件报告。 2 创建和维护差错日志库并对它进行分析。 3 对故障进行诊断测试、跟踪和识别定位。 4 对有故障资源进行更换、修复或其他恢复措旋使其重新投入服务。 3 ) 性能管理：性能管理的目的是调节网络性能的不同方面，使网络的性能维持 在一个可以接受的水平。主要的性能变量包括吞吐量、用户响应时间和线路 利用率。性能管理包括几个步骤； 1 收集网络管理员感兴趣的变量的性能数据。 2 分析性能数据以决定正常( 基线) 水平。 3 决定每个重要变量适当的性能极限，超过了这些极限就说明有网络问题 需要注意 4 ) 计费管理：计费管理的目的是调节网络使用参数，以便适当限制个人或者组 织对网络的使用。这种限制能够最大地减少网络问题( 因为网络资源的分配 可能会超过基本的资源容量) 以及保证所有用户访问网络的公正性。 5 ) 安全管理：安全管理的目的是依照局部指导方针控制对网络资源的访问，以 便使网络不被破坏( 有意地或无意地) 以及重要信息不被没有适当权限的用户 9 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 访问。 2 3 2s n m p 协议简介 简单网络管理协议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 0 1 ) 是目前得到 广泛使用的一种网络管理协议。它是由i n t e m e t 工程任务组i e t f 于1 9 9 0 年在 r c f l l 5 7 中正式公布的，并于1 9 9 3 年4 月又公布了s n m p v 2 ( r f c l 4 4 1 ) 。s n m p 得到全世界许多厂家的广泛支持和应用，已经成为网络管理领域中事实上的工业 标准。 s n m p 是基于t c p 口的应用层管理协议，它使用u d p 作为传输协议，能管 理支持代理进程的网络设备。s n m p 的体系结构包括3 个主要部分：管理信息结 构s m i ，管理信息库m m ，网络管理协议s n m p 。 基于s n m p 的网络管理系统通常由代理、网络管理系统、s n m p 和m m 等 组成。代理主要用于接收网络管理系统发送的请求并生成相应的响应，同时也能 发送t r a p 信息。网络管理系统就是用s n m p 对代理实现管理的控制实体。m i b 是一个数据库，是所有可以由s n m p 管理的对象的集合，向网络管理系统提供 了有关代理即被管网络设备的信息。 s n m p 支持轮询和时问驱动两种访问方式，它的协议数据单元最少支持5 种 类型：g e t r e q u e s t ，由网络管理系统发给代理的请求命令，请求一个m i b 变量值； g e t n e x t r e q u e s t ，要求将下一个目标的m m 值送回网络管理系统；g e t r e s p o n s e ， 代理对收到请求的响应，将网络管理系统请求的数据发送回去：s c t r c q u c s t ，由 网络管理系统发出，设置代理某一m i b 变量的值：t r a p ，代理检测到一些异常 状态时。向网络管理系统发送的一个非请求消息。 2 3 3 卫星通信网与普通m 网网络管理的区别 k u 频段卫星通信网与普通i p 网网络管理的区别如下： 1 ) 数据采集方式。i ( u 频段卫星通信网是一个帧中继网和i p 网的混合系统，网 管数据从两个卫星主站同时采集，本地站通过局域网采集，其他站通过帧中 继网的卫星链路采集，取信噪比高的主站的数据作为全网该时刻点的网管数 据。胁频段卫星通信网设备不支持t r a p 命令，不能直接从网元采集告警数 据，而是将性能采集数据分析后得到告警信息。 2 ) 网络管理功能。k u 频段卫星通信网作为某单位宽带综合业务传输的重要通信 系统，对业务的管理是其网管系统的重要功能之一。 3 ) 网络结构。i u 频段卫星通信网是一个全网状拓扑结构，任意两个卫星地球站 1 0 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 之间只有一跳，所有卫星站设备都使用一套特定的i p 地址分配规则，所以 不存在i p 网管中的网络拓扑自动发现的功能需求。 i i 北京邮电大学硕上研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 第三章k u 频段卫星通信网网管系统的需求分析 3 1 功能需求分析 需求分析是软件开发的基础，它的基本任务是确定对系统功能的综合要求。 根据k u 频段卫星通信网的自身特点和网络管理的基本要求，我们分析研究了k u 频段卫星通信网网管系统的功能需求如下。 3 1 i 拓扑管理 3 i 1 1网络浏览功能 对于不同的网络视图，系统应提供不同的浏览功能，包括： 一资源分布图 系统应能根据用户需求通过g i s 显示不同的资源分布图，包括卫星地球站分 布图等；或根据设备类型划分为不同的子网进行呈现，如s k y w a n 子网、话音复 用器子网、雷达复用器子网、v g 子网。 一设备组成图 系统应能提供直观的机架配置图，以平面或三维图显示设备的面板和主要板 卡，显示设备之间的连接情况。 一设备矩阵图 在拓扑首页，以小站所属的辖区进行分类，以矩阵的方式显示k u 频段卫星 网所有地球站，在图上通过颜色标识卫星地球站的告警状态。 3 1 1 2 网络监视功能 网络拓扑应能够动态显示被管网元的运行状态和状况。包括： ( 1 ) 告警监视：系统应在拓扑图上实时显示被管网元的告警事件； ( 2 ) 性能监视：系统应在拓扑图上实时显示性能数据超过门限信息； ( 3 ) 小站及端口监视：系统应在拓扑图上实时显示小站是否在线和小站的 i d u 端口状态。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文沁频段卫星通费网网络管理系统的研究与设计 3 1 1 3 拓扑编辑功能 用户可通过拓扑编辑功能手工生成拓扑图，包括如下功能： ( 1 ) 手工添加网元到拓扑图； ( 2 ) 从拓扑图中去除网元。 3 1 1 4 拓扑操作功能 系统支持对拓扑视图的不同操作，包括如下功能： ( 1 ) 基本操作：放大、缩小，移动，选择拓扑图； ( 2 ) 对象基本信息查询：当用户双击对象图标时，系统弹出对话框显示对 象基本信息； ( 3 ) 对象信息操作：当用户在某一对象图标上右击时，系统弹出菜单供用 户选择相应的操作，如对象基本信息查询、对象信息统计等； ( 4 ) 拓扑图保存和打印：系统应支持将当前拓扑图保存为图像文件并支持 打印的功能。 3 1 1 5 小站设备面板图管理 点击某小站按钮后出现小站设备面板，在该面板中应包含小站下属的所有设 备和设备端口，各端口以按钮的形式显示在设备面板中。小站设备面板中应该有 小站基本信息按钮，点击该按钮后用户可查看当前小站的基本信息，这些信息不 可修改。通过不同的颜色来表示网元当前的状态，状态共有4 种：正常、障碍、 告警和未启用。用户可以定制代表不同状态的颜色。 3 1 2 姿源管理 资源管理的对象包括：小站基本情况、机箱基本情况、卫星业务基本情况( 包 括i ( u 网的端口业务管理，空间资源基本情况等) 、维护支持基本信息。 3 1 2 1 资源查询 系统支持资源信息的查询功能，支持条件查询和模糊查询。用户可以对资源 信息进行组合条件查询，并可重置查询条件。 查询结果以表格的形式显示，用户可以定义查询结果显示的字段，设置每页 显示的记录条数，其次，用户可以方便地切换到查询结果的首页、上一页、下一 页和末页：再次。用户可以对查询结果按某个字段进行排序。 1 3 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信同网络管理系统的研究与设计 系统提供打印查询结果的功能，并支持将查询结果以以c e l 表格的形式导 出。 3 1 2 2 资源统计 系统支持按照多种统计条件来统计资源信息，并将结果以图形方式( 直方图、 曲线图或饼图等) 或报表方式显示，系统也提供对统计结果的打印、导出e x c e l 功能。 3 1 2 3 资源录入编辑功能 系统应提供i u 频段卫星通信网所有网络资源数据的多种方式的录入和编辑 功能，如e x c e l 表格导入。录入编辑的范围包括小站的天线信息、设备信息、 端1 3 信息、承载的业务信息( 业务信息应统一编码，以便于统计查询) 、人员信 息等。 3 t 3 配置管理 3 1 3 1 网元配置管理 网元主要为i d u 设备，用户可以查询、修改设备配置参数。 3 1 3 2 小站遥控管理 通过s n m p 或其他接口向k u 网的各个小站进行修改操作，将值班员经常需 要对小站进行业务配置的一系列操作分解成一个一个的原子修改操作，根据每个 操作返回的结果情况定义出相应的业务流程，并根据实际操作情况定义每个原子 操作的先后顺序，以及每个操作的前后间隔时间。网管系统通过提供友好的人机 接口，由值班人员在g u i 上输入相关操作的参数，网管系统根据定义好的操作 流程，自动向小站下发配置参数修改的命令。 3 1 3 3h i b 浏览及管理定制 导入m i b 文件，解析出需要管理的所有参数的o i d 并以树型方式显示m i b 中定义的相关属性，网管可以根据m i b 的定义，向系统中添加需要进行管理的 m i b 节点( 添加的信息包括：属性名称、属性o i d 、r e a d 操作c o m m u n i t y ，w r i t e 操作c o m m u n i t y ，中文描述信息) ，通过选中一个卫星站，可提供对该小站的m i b 1 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 节点的查询与修改操作。 对于查询数据的呈现以表格方式显示。 3 1 3 4 卫星业务数据核查 在查看某站的卫星业务信息时，需要从该业务想关的两个卫星站查询相应的 p v c 数据，如果p v c 有，但是状态不对，提醒操作员修改p v c 状态；如果p v c 不存在，则提醒操作员创建相应的c ，核查已经录入的业务数据的正确性以及 业务的状态( 是否可用) 。 3 1 3 5 自动创建广播p v c 用户指定广播源和广播宿，网管可以通过修改、设置m i b 的相关参数，自 动创建点到多点的广播业务p v c 。 3 1 4 性能管理 性能管理功能包括性能数据采集、性能数据统计处理、性能数据查询、性能 数据实时监控、性能门限管理等功能。 3 1 4 i 性能数据采集 用户可设置性能数据采集参数，包括数据标识、采集周期、采集时长等属性。 性能数据主要包括：网络性能和端站性能。 网络性能主要包括业务分析以及传输质量性能数据。业务分析需要的数据为 全网任意两点之间以太网数据业务和帧中继数据业务的发送，接收的字节数；传 输质量性能数据包括帧错误率( 发送、接收和有错误的数据帧的数量) 以及时隙 错误率。 端站的性能数据主要采集传输质量性能数据，包括：接收质量( 信噪比、解 调器输入端的接收水平) 、可用度、信道访问特性、频率偏移、接口状态等。 3 1 4 2 主站性能数据同步 同时采集从两个主站上采集性能数据，将采集到的性能数据分别存入两个主 站的性能表中，增加一个性能m g r 模块，统计每个采集点两个卫星主站的信噪 比指标，取信噪比高的站的该时刻的性能数据作为全网该时刻点的性能数据。 1 5 北京邮电大学硕士研究生毕业论文k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 3 1 4 3 性能数据查询 能够通过图表或表格的方式展现性能数据的变化情况，同时，通过历史性能 数据，生成性能数据的统计报表。 查询的结果以表格形式显示时，可以灵活的定义查询结果显示的字段，设置 每页显示的记录条数( 2 0 、5 0 、1 0 0 、2 0 0 和5 0 0 ) ，可以灵活地切换到首页、上 一页、下一页和末页进行查看； 支持对查询结果按字段的重新排序； 对于性能数据的查询结果，系统能以e x c e l 表格方式导出，并提供打印功能。 3 1 4 4 性能门限管理 系统提供用户设置、修改某个性能门限参数的功能，性能门限参数包括性能 门限名称、被监视的属性名称、告警门限值和相应的告警级别，当采集到的性能 数据超过门限时，系统将产生相应告警级别的性能门限告警。 3 1 4 5 性能分析 性能数据存储在网管系统中，网管系统应能对定期收集到的数据进行统计、 分析和处理，结合管理资源的构成情况，将收集到的性能数据通过一定的算法进 行分析和处理，以此来反映网络性能质量。 网管系统应能根据收集到的性能数据和告警情况对网络运行的性能质量或 网络运行的性能趋势进行分析，并以合适的方式显示给用户，如表格，直方图， 曲线图( 折线图) ，饼图等，网管系统可按一定的格式将这些数据输出到a s c i i 文件中，用户可将该a s c i i 文件输出到外围存储设备进行存储，或按用户指定的 格式输出到打印机上。 网管系统应能访问性能逾限告警事件及其原因，通过分析这些数据，能够对 网络未来的性能进行预测，并尽早识别出可能导致故障的潜在的性能劣化。 3 1 4 6 性能实时监控 网管系统提供性能数据实时监控功能，根据性能数据采集周期实时对各类性 能指标进行统计监视。 3 1 4 7 设备性能数据实时采集 网管系统提供性能数据实时采集任务定制，用户可以选择同一设备的几种性 1 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 k u 频段卫星通信网网络管理系统的研究与设计 能参数或多个设备的同一性能参数，设定开始、结束时间和采集周期，采集器自 动进行数据采集，采集得到的数据不存入系统数据库，以表格