（电磁场与微波技术专业论文）dwdm系统节点设备的网元管理系统的设计与实现.pdf

， 1 l u l l l11 111 1 1 1111i i i l l l l t lqlll y 17 5 8 7 8 0 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- 卜进行的研究：l ：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人学或其他教育机构的学位或证j s 而使川过的材料。 与我一同j ：作的同忠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。 申请学位论文与资料若有不实之处 本人签名：石肆红强i ，本人承担一切相关责任。 日期： 丝2 1 ：玉= ! 皇 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人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1 ：作的知识产权单位属北京邮电人学。学校有权保留并向国家有关部i j 或机构 送交论文的复印什和磁盘，允许学位论文被奄阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部 分内容，可以允许采川影印、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一年解密后适h j 本授权1 5 。非保密论文注释：本 日期： 丝f ! ：垒：坐 日期：幻夕：；，纱 f d w d m 系统节点设备的网元管理系统的设计与实现 摘要 d w d m 采用多个波长作为载波，允许多个载波信道在光纤内同 时传输。与通用的单信道系统相比，d w d m 充分利用了光纤的带宽， 极大地提高了网络系统的通信容量，通过复用解复用器可以实现几 十波甚至上百波的传送能力，另外，它具有扩容简单和性能可靠等诸 多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它具有广泛的应用。 光分插复用设备( o a d m ) 是波分复用光网络的关键节点设备之一。 可调光分插复用器( r o a d m ) 不仅解决了长期困扰光纤网络的大量电 交换设备和终端设备堆积的问题，通过远程的重新配置，还可以动态 上下业务波长，管理业务波长的功率，其动态可配置功能使得d w d m 光网络变得更加灵活。 作者在充分学习和掌握d w d m 及r o a d m 原理、s n m p 网络管 理技术和网管软件开发技术的基础上，分析了d w d m 和r o a d m 设 备的管理需求，参与了实验室项目“d w d m 设备 和“r o a d m 设 备”的研制开发工作。主要工作包括d w d m 和r o a d m 网管系统的 设计和开发，最后对该网管系统进行全面测试，验证了系统的功能性 和稳定性。 本论文主要工作及创新点包括以下内容： 1 深入学习了d w d m 和r o a d m 的技术原理，研究了d w d m 终 端设备和r o a d m 节点设备的硬件结构与系统组成，根据项目要 求编写了d w d m 和r o a d m 网管系统软件的需求说明。 2 在d w d m 终端设备网管系统的设计中，本文作者提出了基于故 障管理，配置管理，性能管理，安全管理等几大管理类型的网管 系统架构，具有一定的实用价值。 3 作者根据d w d m 代理端的分布式结构设计了各个板卡的管理信 息库( m i b ) ，实现了s n m p 协议在d w d m 网管系统中的应用。 4 在r o a d m 设备网管系统的设计中，本文作者实现了几个管理类 型，在性能管理中，作者将j a v a 中实现图形界面的类函数 j f r e e c h a r t ”应用到网管的性能管理中，实现了性能参数的图形显 示、查看和保存，大大提高性能管理的可视性和直观性，这是本 论文的主要创新点。 5 在r o a d m 管理端中实用了实时监控代理端的“心跳”线程，解 决了断电、板卡插拔的数据库更新问题。 关键词：d w d m ，r o a d m ，s n m p ，j a v a ，网元管理系统 h 北京邮i 乜人学硕j ：学位论文 t h ed e s i g na n di m p l e m e n l = a t l 0 n0 fn e t w o r k m a n e g e m e n ts y s t e mf o rn o d ee q u i p m e n t si n d w d ms y s t e m a b s t r a c t d w d m t e c h n o l o g ya l l o w sm u l t iw a v e l e n g t h sw o r ka sc a r r i e r sa n d t r a n s m i ta tt h es a m et i m ei nt h es y s t e m c o m p a r e dw i t ht h ep e r f o r m a n c e o fn o r m a ls i n g l ec h a n n e ls y s t e m ，d w d ms y s t e mm a k e sf u l lu s eo ft h e f i b e r sb a n d w i d t h ，w h i c h s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e st h ec a p a c i t yo ft h e s y s t e m ，a n di tc a ns u p p o r tt h et r a n s m i s s i o no fd o z e n so fe v e nu pt oo n e h u n d r e dc h a n n e l sb ym u l t i p l e x e r d e m u l t i p l e x e r d w d ms y s t e mi sn o t o n l ye a s yi ne x p a n s i o n ，r e l i a b l ei np e r f o r m a n c e ，b u ta l s oc a p a b l et o m u l t i b u s i n e s s ；t h e s ea d v a n t a g e sp r o m i s ei t a b r i g h tp r o s p e c t o p t i c a l a d d d r o pm u l t i p l e x e ri so n eo ft h ee q u i p m e n t sf o rk e yn o d e si no p t i c a l n e t w o r k t h er e c o n f i g u r a b l eo p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e rh a ss o l v e d t h ep r o b l e mc a u s e db yt h ea c c u m u l a t i o no fl a r g eq u a n t i t yo fe l e c t r i c a l s w i t c h i n ge q u i p m e n t sa n dt e r m i n a l s ，b e s i d e si tc a nb er e m o t ec o n f i g u r e d t oa d d d r o pc h a n n e l sf l e x i b l ya n dm a n a g et h ep o w e ro fe a c hc h a n n e la s w e l l ，w h i c hg r e a t l yh e l pd w d mo p t i c a ln e t w o r kb e c o m ef l e x i b l e t h e o r i e so nd w d m ，r o a d m ，s n m p , a sw e l la st h et e c h n o l o g yi n t h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r km a n a g e m e n th a db e e nf u l l ys t u d i e da n d a p p l i e di n t ot h ep r o j e c to f d w d m a n d r o a d m t h ej o bu n d e r t a k e n b yt h ea u t h o ri n c l u d e st h ed e s i g n ，d e v e l o p m e n ta n dt e s to ft h en e t w o r k m a n a g e m e n tf o rd w d m a n dr o a d m t h et a s k sa n di n n o v a t i o n sc o n t a i n e di n t h i sp a p e ra r ed e s c r i b e da s f o l l o w i n g ： 1 f u l l ys t u d i e dt h et h e o r ya n dt e c h n o l o g yo nd w d m a n dr o a d m ，a s w e l la st h eh a r d w a r es t r u c t u r ea n ds y s t e mc o n s t r u c t i o n b e s i d e s ，t h e r e q u i r e m e n ta n a l y s i so ft h en m s h a sb e e nd o n eb yt h ea u t h o r 2 i nt h ed e v e l o p m e n to fn m sf o rd w d m ，an e t w o r ks t r u c t u r eb a s eo n f c a p sm o d e lw a sp r o p o s e d ，w h i c hc o n t a i n sg r e a tp r a c t i c a lv a l u e i i i 北京邮i u 人学顾i j 学位论文 3 m i bf o re a c hu n i tw a sd e s i g n e db a s e do nt h ed i s t r i b u t e dc o n s t r u c t i o n o fa g e n ti nd w d m s y s t e m ，a n ds n m p w a sa p p l i e di n t ot h en e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m 4 t h ei m p l e m e n to ft h em a n a g e m e n tm o d u l e si nr o a d mn e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e mw a sf u l l ya c h i e v e d ，a n dt h e j f r e e c h a r t c l a s s w a s a p p l i e d i n t ot h e p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t m o d u l e t h i s i m p l e m e n t a t i o nm a d et h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sb es h o w n ，c h e c k e d a n ds a v e di ng r a p h s ，w h i c hs i g n i f i c a n t l yi m p r o v e st h ev i s i b i l i t yo ft h e n m s a n di ti so n eo ft h ec h i e fi n n o v a t i o n si nt h i sp a p e r 5 a h e a r tb e a t t h r e a dw a sa p p l i e di nt h en m so fr o a 】 ) m w h i c h s o l v e dt h ep r o b l e mc a u s e db yt h ec h a n g e so fh a r d w a r eu n i t sw h e nt h e n m si sp o w e ro f f k e yw o r d s ：d w d m ，r o a d m ，s n m p ，j a v a ，n m s i v - 2 3s n m p 网络管理技术。1 8 2 3 1s n m p 网络管理模型1 8 2 3 2s n m p 管理信息结构和s n m p 管理信息库2 0 2 3 3s n m p 命令的发送和接收2 2 2 4s n m p 网管系统中的应用2 2 2 4 1s n m p 在d w d m 网管系统中的廊用2 2 2 4 2s n m p 在r o a d m 网管系统中的应用2 3 第三章d w d m 设备网管系统的设计与实现2 5 3 1d w d m 系统结构2 5 3 1 1d w d m 上作原理2 5 3 1 2 各单元1 ：作原理2 6 3 2 网管系统的设计。2 8 3 2 1d w d m 管理信息库( m i b ) 设计2 8 3 2 2 网管系统总体设计2 9 3 2 3 网管系统管理端详细设计3 0 3 3 网管功能的实现3 1 ：学位论义 3 1 3 4 3 7 ：；7 ：；9 4 0 4 ：! 4 ：! 4 4 4 4 4 5 4 5 4 7 4 7 4 8 ! ；( ) ! ；：! ! ；：! ! ；7 6 ( i 6 ：! 6 7 7 】【 7 ：； 7 7 7 9 8 1 北京邮i 乜人学硕i ：学位论文 1 1 引言 第一章绪论 密集波分复用( d w d m ) 是指在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路 光波信号的一种技术，它具有更大的传输容量和带宽密度。d w d m 终端设备和 可重构光分插复用设备( r o a d m ) 是光网络的关键节点设备。具有通用o s c 支 持功能的w d m 网络节点设备能够提供架设高速度大容量的信息传输，有效地提 升光缆网的传输能力。该设备具有较强的机动性和环境适应性，安装方便，丌设 迅速，支持多厂家设备间的互联互通，可用于大容量通信枢纽故障或者被毁 d w d m 光传输设备的替换和光缆网的应急抢修，也可以用于光缆网的机动延 伸，提高应急通信支撑能力。 r o a d m 由于其动态可配置的上下光路，使光网络具有更大的组网灵活性和 生存性。它在光域内实现了传统的电分插复用器的功能，具有对信号制式和速率 的透明性，是克服传统网络中节点的电子瓶颈问题的关键技术之一，缓解了长期 困扰光纤网络的大量电交换设备和终端设备堆积的问题。 网络管理是为了保证网络系统能够持续、稳定、安全、可靠和高效地运行而 对网络系统设施采取的一系列监控方法和管理措施。r o a d m 和d w d m 设备良 好的网络管理对满足光网络的灵活性和可靠性具有不可替代的作用。光传送网的 发展以及用户操作需求也对有效、简便地管理和配置设备参数提出了越来越高的 要求。 1 2d w d m 简介 1 2 1d w d m 原理及技术 w d m 系统的构成及光谱示意图如图1 - 1 所示。发送端的光发射机发出波长 不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入 掺铒光纤功率放大器( e d f a ) 以弥补合波器引起的功率损失并提高光信号的发 送功率，放大后的多路光信号进入光纤传输，传输过程可以根据情况放置光线路 北京1 1 1 1 - f i l l 人学硕i j 学位论文 放大器。信号到达接收端经光前置放大器放大，以便提高接收灵敏度，延长传输 距离，最后用光分波器分解出原来的各路光信号i l 】- 【酗。 e 了 一光 i _ j 被 0卧 拄 卜 复 用 y 嚣 光功骞_ 6 妻犬 毙e 回一 光 光 电 做 。( )卜 长 电 ， 陟厂 丹 用 嚣 ，( 光翦置煦戈 0 、- 一， 图1 - 1w d m 系统的构成及频谱示意图【7 1 多路w d m 系统的总体结构由发送和接收的光复用终端( o m t ) 单元与中 继线路发送单元三部分组成，按组成模块来分有： 光波长转换单元( o t u ) 光波长转换单元( o t u ) 将非标准的波长转换为l t u t 所规范的标准波长， 系统中应用光电光( o e o ) 的变换，即先用光电二极管p i n 或a p d 把接收 到的光信号转换为电信号，然后该电信号对标准波长的激光器进行调制，从而得 到新的合乎要求的光波长信号。 波分复用器：分合波器( o d u o m u ) 波分复用器可分为发端的光合波器。光合波器用于传输系统的发送端，是一 种具有多个输入端口和一个输出端口的器件，它的每一个输入端口输入一个特定 波长的光信号，输入的不同波长的光波由同一输出端口输出。光分波器用于传输 系统的接收端，正好与光合波器相反，它具有一个输入端口和多个输出端口，将 各个不同波长信号分类开来。 光放大器( o b a o l a o p a ) 光放大器不但可以对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、 低噪声、低损耗的全光放大器，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件。 2 北京邮i 乜人学顾l ：学位论文 在目前实用的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器( e d f a ) 和光纤拉曼放大器 ( f r a ) 等，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能被广泛应用于长距离、大容量、 高速率的光纤通信系统中，作为前置放大器、线路放大器、功率放大器使用。 光监控信道通路( o s c ) 光监控信道是为w d m 的光传输系统的监控而设立的。兀u t 建议优选采 用1 5 1 0 n m 波长，容量为2 m b i t s 。在低速率下具有很高的接收灵敏度( 优于 5 0 d b m ) 。 1 2 2d w d m 功能介绍 系统包括两大部分：w d m 抢通原理样机和管理终端( 普通p c 机) ，管理终 端可预装w d m 网元管理软件，两者的关系如图1 2 所示。w d m 设备处于未知 厂家设备搭建的w d m 网络中，自动识别o s c 信道中的协议并完成适配，根据 o s c 信道中的网络管理信息进行本地的上下路操作，使w d m 网络正常运行。 其中，管理终端是可选配件，可以完成性能管理、配置管理、故障管理等重要功 能。设备本身提供s n m p 协议等多种接口，可充分满足网管要求。 r 一一一一一一一一一一_ 一一一 ： 设备样机 i i i d w d 嬲线路一f b + i 擀常斜_ _ _ 0 一一0 一哪_ _ 懈一_ 一 “管理终锈 亨每 矮s 1 ) t t ：乏器 图1 - 2d w d m 设备和管理终端 系统设计标准【8 】【9 l ： 系统指标设计：支持1 6 0 x1 0 g b i t s s 密集波分复用传输 信道间隔：5 0 g h z 跨段距离容限：优于8 0 k m 应急通信能力：支持多厂家1 0 g b i t s s 的d w d m 系统互连互通。原理 样机支持 3 北京邮i u 人学硕l ：学位论文 c 波段中任意2 波长，互通厂家数1 2 家 o s c 监控通道接口类型：2 m b i t s s 网管协议类型：s n m p 网管互连标准：t m f 5 1 3 8 1 4 w d m 的终端设备由若干个板卡及板载软件和一台运行网管软件管理端的 p c 组成，可实现波长的动态上下功能，并能接入不同厂商的w d m 子网，被该 子网的网管软件识别，和该子网协同工作。其来路光信号为若干波符合3 2 2 5 g 标准的光信号和一波符合1 6 0 1 0 g b p s 标准光信号的合波信号【1 | 【3 l 【4 l 。去路光信 号的配置和来路光信号的配置完全相同。下路到本地的光波长需要变换成标准的 s d h 波长。系统框图如图1 3 ： 1 2 3d w d m 管理需求分析 1 2 3 1 管理端需求分析 图1 - 3d w d m 设备功能框图 根据d w d m 终端设备的特点和使用者对它的需求，管理功能应该包括：信 4 北京邮电人学颂i j 学位论文 息查看模块，配置管理模块，告警管理模块，性能管理模块，安全管理模块。 1 信息查看模块 该模块主要包括查看设备图形，查看设备重要性能参数，查看各个硬件单元 的信息三个部分功能。 查看设备重要参数包括设备硬件结构的基本信息，光通道层的光路情况以及 每个光路对应的波长，功率，信噪比，光通道层的误码率等。 查看设备图形功能显示设备示意图，使得用户从直观上了解设备的硬件组成 以及网管与硬件单元的连接情况；同时右键点击设备图上每一个硬件单元可以弹 出该单元相对应各种信息( 包括可查看的信息，可配置的参数以及性能分析报告 等) 。 查看各个硬件单元的信息依照设备系统硬件组成情况来显示每个单元的参 量。这些参量可以分为两种： ( 1 ) 单元的基本信息 基本信息包括单元工作状态( 正常失效) ，单元类型，单元当前温度，运行 时间，i p 地址等。 ( 2 ) 单元特有参数 单元特有参数与各个单元的具体功能相关，主要用于监视整个设备的工作参 数和单元的工作状态。具体参数如下： w d m 单元( 可调滤波器) ：下路波长信息。 p m u 单元( 光性能监测单元) ：监测并显示上下路波长数，每一路波长 所对应的参数( 光功率，光波长，光信噪比) 。 2 5 g o t u 单元( 2 5 g 光转发器单元) ：上路波长值，光通路层的误码率 ( 可显示误码秒，严重误码秒及可用秒数) ，c d r 的工作状态( 正常 失效) ，激光器工作状念。 1 0 g o t u 单元( 1 0 g 光转发器单元) ：上路波长值，激光器工作状态， 激光器波长，功率，温度，接收机温度。 2 配置功能模块 系统配置：上下路波长值。 单元配置：2 5 g 1 0 g o t u 光转发器的激光器工作状态。 5 6 北京邮l 也人学硕 ：学位论文 1 2 3 2 代理端需求分析 代理端不仅仅包含了相关的m i b 建立和访问，以及与管理站通信相关的 s n m p 协议处理模块，同时还需要结合设备的具体硬件配置，使代理端能够获取 正确的设备数据。另一方面，管理端下达的控制命令也需要结合硬件的具体情况 被添加到相应的模块中，使管理端能够正确地通过代理端配置设备参数。 设备硬件方面选用单片机和串口联网模块共同完成代理端的工作，单片机板 卡的功能主要是获取和设置功能板卡的参数，并承担s n m p 协议的编解码工作。 串口联网模块的功能主要有两部分，一是过滤以太网上非s n m p 协议和非本机 地址的数据包，使单片机程序只处理网管软件发给本机的请求；二是实现协议的 编解码，将以太网上的数据包转化为s n m p 的数据包并以串口联网的串口协议 封装后发给单片机，由单片机完成d n e 串口协议和s n m p 协议的编解码并配合 底层的硬件处理程序完成代理端的功能。 1 3r o a d m 简介 1 3 1o a d m 的功能结构 光分插复用器( o a d m ) 作为光传送网的重要器件，它的作用是从传送设备 中有选择地下路( d r o p ) 通往本地的光信号，同时上路( a d d ) 本地用户发往另 一节点用户的光信号，而不影响其它波长信道的传输，也就是说o a d m 在光域 实现了传统的s d h 设备中的电分插复用器在时域中的功能，相比较而言，它更 具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，比电的a d m 更优越，使整个光 纤通信网络的灵活性大大提高1 1 0 l 。用不同的方法实现上下路波长的分出与插入 就可以构成不同的o a d m 结构。图1 4 是o a d m 的一种功能结构，解复用器解 出需要下路的光波长( 柚) ，同时要插入的波长( 地) 经过复用器复用到光纤上 传输。 7 北京邮电人学颁 ：学位论文 图1 - 4 0 a d m 功能结构 r o a d m 是可重构的o a d m ，采用可控光开关、可调谐滤波器等光器件构 成，能动态调节本网络节点上下路的波长，从而达到光网络动态重构的能力。通 常，r o a d m 在概念上既可指器件模块，也可指节点设备。本论文中r o a d m 主要是指节点设备。图1 5 是基于2 x 2 可控光开关的r o a d m 的一种实现( 重 点突出可重构波长分插模块) ，通过软件控制2 x 2 可控光丌关实现上下波长的动 态指配。 2 x 2r r 弪卉：j | ：；鬯 图1 5 基于2 x 2 光开关的r o a d m 的一种实现 1 3 2r o a d m 工作原理及功能简介 r o a d m 的基本工作过程为：节点首先提取出监控信道信息，然后从输入的 复用信号中下路通往本地的信号，同时将本地发往其他节点的信号插入到复用光 信号中，最后加入监控信号输出。在此处理过程中，根据需要对光信号及光通道 进行功率控制、增益均衡等操作。r o a d m 能使各个波长在该网络节点直通或上 下，实现支路信号的全光分插复用1 1 1 】。 目前r o a d m 主要有两种实现方式，一种是广播选取，另一种采用解复用 交叉复用。 8 北京邮电人学形! i j 学位论文 广播选取方式的r o a d m 不对输入的复用光信号进行解复用，利用滤波器、 长阻塞器、可调激光器和耦合器来实现光波长的上下路。图1 - 6 是使用广播 取方式来设计的可实现c 波段( 1 5 3 0 n m 一1 5 6 5 n m ) 自由上下4 0 路i t u t 标 间隔光波长的r o a d m 的设备结构1 1 甜。每个功能单元由不同的元器件组成， 成一定的功能。该r o a d m 中a d u 选用的动念信道均衡器和动态增益均衡器、 o t u 选用的可调滤波器和可调激光器以及p m u 选用的光性能监控器均支持c 波段4 0 路i t u t 标准间隔光波长，所以该设备能实现c 波段4 0 路i t u t 标准 间隔光波长自由上下路。输入光信号先经过线路处理单元( l p u ) 放大，然后送 入性能监控单元( p m u ) 进行性能检测，再经过分插单元( a d u ) 将光路信息 广播给各个光转发单元( o t u ) ，同时a d u 滤除通往本地的下路光信道( 承载 广播业务的光信道不滤除) ，o t u 从来自a d u 的光路中选取通往本地的信号下 路，并将本地送往其他网元的业务上路到某个光信道，发送给a d u ，最后a d u 将处理过的信号以及所有o t u 传来的光信号耦合在一起，先后通过p m u ，l p u 输出。该类r o a d m 中的a d u 和o t u 都可以通过远端网管配置。 厂 电源总线习彳尸2 = 4 ：! j = 菏 图l _ 6 一种广播选取方式r o a d m 的设备结构 r o a d m 与传统的光网络节点相比，在实现方式、器件选择和设备功能等方 面都有了自身的新特性。因此，需要针对r o a d m 的特点，构建适合r o a d m 的 网元管理系统。 r o a d m 的功能特性包括： 9 北京邮i 【1 人学硕l ：学位论文 波长自动发现r o a d m 可实现特定波段光信道的自动发现。 波长动态配置可通过管理站软件指配上下路波长，实现智能化操作。 波长信道性能监测对接收到的光信号进行实时性能监测，且能具体 到每一路光信道的性能监控。 光信道自动增益均衡能实现无人工干预的增益均衡，使每路光信道 的增益输出符合规范要求。 光信道自动功率均衡能实现无人工干预的功率均衡，使每路光信道 的功率输出符合规范要求。 光信道自动保护r o a d m 节点能自动发现输入信号以及各信道的劣 化情况，选择不同的保护方式进行保护。 带电插拔板卡通过添加板卡来升级业务或设备出现单盘故障时，可 在设备没有断电的情况下，拔、插板卡，减少对已开通业务的影响，方 便对设备进行维护管理。 r o a d m 节点处的上下波长和上下波长的数量是可编程的，且在上下波长时 不会影响其他波长信道的传输【1 3 】。 1 3 3r o a d m 管理需求分析 r o a d m 的功能特性决定了其网元管理系统不仅要管理该节点的具体物理 资源、资源使用情况、节点运行状态，还需对光信道的波长配置、光信道的性能 及性能分析等进行管理。 r o a d m 的管理需求包括： 对r o a d m 配置的变化进行管理 r o a d m 设备的板卡配置，波长配置等都是变化的、不确定的，网元管理系 统应能针对这些配置的改变做出快速实时的反应。同时，网元管理系统还需要实 时更新网元性能数据，对网元的动态变化进行记录；通过上报告警信息，及时通 知网络管理人员。 实现智能化管理 r o a d m 设备可以实现上下波长及上下波长数目的动态配置、温度门限的设 置等操作。这些操作都需要管理站软件以界面形式提供操作接口，网络管理人员 1 0 北京邮i 【1 人学硕l ：学位论文 通过这些接口实现对设备的智能化管理及维护。网元管理系统还应对设备的运行 状态进行实时检测，并记录、分析性能数据，并做出相应的控制。 实现故障的快速定位与解决 r o a d m 设备具有光信道性能检测功能，故障发生时，网元管理系统应能根 据采集的数据分析出故障原因、并定位故障点、判断故障原因，进行告警通知， 告警自动记录。 实现安全的网络管理 r o a d m 网管系统具有对不同的用户设置对应的用户权限的功能，从而很好 地控制不同权限用户的操作，另外，系统保存了所有用户的操作同志，使得用户 的操作历史可查可保存。 因此，设计一个简单、高效、扩展性强、健壮的网元管理系统是很有必要的。 这将利于r o a d m 设备的运行、维护、操作、管理，并能帮助r o a d m 充分发 挥其功能优势，实现光信号的可靠、高效传输。 1 4 网络管理的基本思想 目前电信网络的管理都基于t m n 的分层管理思想，即把网络的管理功能分 为五个逻辑层，从上至下依次是商务管理层、服务管理层、网络管理层、网元管 理层和网元层，网元层是网络设备本身，其他各层都通过其下层来实现自身的管 理任务，类似于o s i 的七层网络模型思想。 另外，t m n 也对管理功能进行了分类( 域) ，包括性能管理、配置管理、故 障管理、计费管理、安全管理五个域。图1 7 中给出了t m n 管理系统功能层与 功能域之间的关系【1 4 j 。 t m n 管 理 分 层 图1 7 t m n 管理分层、管理功能域之间的关系1 1 5 1 1 2 illllllllilllllilillli 及其在d w d m 和r o a d m 网元管理系统中的应用。 第三章介绍了d w d m 设备的系统结构和网管系统的设计和实现方式。根据 该项目的功能特点，作者根据代理端的分布式结构为各个板卡单元设计了管理信 息库( m i b ) ，并提出了一种基于故障管理、配置管理、性能管理、安全管理的 网管管理端架构模型。 第四章介绍了r o a d m 设备的系统结构和网元管理系统的设计和实现方式。 本章首先简要介绍r o a d m 设备的系统结构并提出网管系统的设计目标，接着 描述了网管系统的开发环境，体系结构和各功能模块的设计实现。在该网管系统 的丌发过程中，作者实现了基于f c a p s 模型的网管结构，开发了“心跳”线程 用于保证数据库的实时更新，并将j a v a 的类文件i f r e e c h a r t 应用于性能管理模块， 实现了性能参数的图形显示。 第五章对本论文进行了总结，并对未来工作进行了展望。 本文将s n m p 管理技术、通信软件开发技术综合应用在d w d m 和r o a d m 设备网管系统的设计与实现中，充分利用了s n m p 简单易用的特性实现了设备 1 3 北京邮i u 人学硕i ：学位论文 网管系统高效的运行和完善的管理。 1 4 北京邮电人学硕1 ：学位论文 第二章网络管理技术及s n m p 在网管系统中的应用 2 1 引言 计算机网络管理系统主要是由四部分组成的：若干被管理的代理( m a n a g e d a g e n t s ) 、网络管理器( n e t w o r km a n a g e r ) 、一种公共网络管理协议( n e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 及一种或多种管理信息库( m i b ，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n b a s e ) 。其中，最为重要的是网络管理协议，它是网络管理器和代理之间进行信 息的规范，定义了网络管理器与被管理代理之间的通信方法，规定了管理信息库 的存储结构、关键字的含义以及各种事件的处理方法。网络管理协议是高层网络 应用协议，它建立在具体物理网络及其基础通信协议基础上，为网络管理平台服 务。经典的网络管理协议有：s n m p 、c m i s c m i p 、c m o t 、l m m p 等m 。 本章主要描述了几种经典的网络管理协议以及各自的特点，重点描述了 s n m p 协议的特点、管理模型，以及s n m p 协议在d w d m 和r o a d m 网管系 统中的应用，并给出了基于s n m p 协议的d w d m 和r o a d m 网管系统框图。 2 2 网络管理技术与协议 2 2 1 公共管理信息服务公共管理信息协议( c m i s c m i p ) 公共管理信息服务公共管理信息协议( c m i s c m i p ) 是o s i 提供的网络管 理协议簇。o s i 网络协议旨在为所有设备在o s i 参考模型的每一层提供一个公 共网络结构，而c m i s c m i p 正是这样一个用于所有网络设备的完整网络管理协 议簇。 出于通用性的考虑，c m i s c m i p 的功能与结构跟s n m p 很不相同，s n m p 是按照简单和易于实现的原则设计的，而c m i s c m i p 则提供了一个完整支持网 络管理方案所需的功能。 根据c m i s c m i p 的定义，开放系统网络管理的功能分为五个功能域 ( f c a p s ) ：故障管理( f m ) 、配置管理( c m ) 、性能管理( p m ) 、安全管理( s m ) 、 北京邮i u 人学硕f ：学位论文 计费管理( a m ) 。其它的网络管理功能( 如操作台与其他网络设备的图形用户 界面) 也都可以归入f c a p s 这5 个功能域中，或者可以看作实现中的细节。 c m l s c m i p 是一个大而全的协议，使用时，其资源占用量是s n m p 的数十 倍，它对硬件设备的要求比人们所能提供的要高得多；同时由于它在网络代理上 要运行相当数量的进程，所以大大增加了网络代理的负担；再者，它的m i b 库 过分复杂，难以实现，所以，迄今为止，还没有一个真正意义上符合c m i s c m i p 的网络管理系统【1 8 l 。 2 2 2 公共管理信息服务与协议( c m o t ) 公共管理信息服务与协议( c m o t ) 是在t c p i p 协议簇上实现c m i s 服务， 这只是一种过渡性的解决方案，直到o s i 网络管理协议被广泛采用。 c m i s 使用的应用协议并没有根据c m o t 而修改，c m o t 仍然依赖于 c m i s e 、a c s e 和r o s e 协议，这和c m i s c m i p 是一样的。但是，c m o t 并 没有直接使用o s i 参考模型中表示层来实现，而是要求在表示层中使用另外一 个协议：轻量表示协议( l p p ) ，该协议提供了目前最普通的两种传输层协议t c p 和u d p 的接口。 遵从c m o t 规范的系统必须具有和开放系统建立一种已被承认的联系，即 事件、事件监视、监视控制或完全的管理者代理的功能。该系统还必须只支 持适合于该系统的那种联系类型。 c m o t 的一个致命弱点在于它只是一个过渡性的方案，而没有人会把注意 力集中在一个短期方案上，相反，许多重要厂商都加入了s n m p 潮流并在其中 投入了大量资源。事实上，虽然存在c m o t 的定义，但该协议已经很长时间没 有得到任何发展了1 1 8 1 。 2 2 3 局域网个人管理协议( l m m p ) 局域网个人管理协议( l m m p ，l a nm a nm a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 消除了o s i 协议实现c m i s 服务的需要，试图为l a n 环境提供个网络管理方案。l m m p 以前被称为i e e e 8 0 2 逻辑链路控制上的公共管理信息服务与协议( c m o l ) 。该 协议直接位于i e e e 8 0 2 逻辑链路层( l l c ) 上，它可以不依赖于任何特定的网 1 6 或 及 而 i n t e r n e t 工程任务组( i e t f ) 于1 9 8 8 年发布了s n m p 的初始版本，即s n m p v l ， 因为它使用起来简单、灵活，且易于扩展，所以被快速推广使用，成为独立于供 应商的网络管理方案。但s n m p v l 缺乏有效的安全机制，管理功能不够完善， 为了解决这些问题，i e t f 于1 9 9 3 年发布了s n m p v 2 。s n m p v 2 加强了安全性、 支持高层管理框架、改进的协议操作、修补了s n m p v l 的缺陷、设计了管理进 程之间的通信和基于s n m p 的远程管理。s n m p v 2 使用比较复杂，现在使用最 多的是它的改进版本s n m p v 2 c 。s n m p v 2 c 保留了s n m p v 2 增加的管理功能，但 在安全方面继续使用s n m p v l 的基于共同体( c o m m u n i t y ) 的认证方式。s n m p v 3 弥补了s n m p v 2 c 安全上的不足，具有鉴别、保密和存取控制三种安全功能。 s n m p v 3 使得只有被授权的人员才能有资格使用网络管理的功能和读取有关网 络管理的信息【1 9 l 。 s n m p 是一个标准的、开放的网络管理协议。s n m p 使用嵌入到网络设施中 的代理软件来收集网络的通信信息和有关网络设备的统计数据。代理软件不断地 收集统计数据，并把这些数据记录到管理信息库( m i b ) 中。s n m p 在网络管理 系统中的关键功能就在于构建各种m i b 。 以s n m p 协议为基础的简单网络管理框架，由于i n t e m e t 的普及而得到迅速 的推广，成为目前最重要的网络管理技术之一。s n m p 处于不断发展的进程中， 目前有s n m p v l v 2 v 3 三个重要的版本；此外，远程网络监控( r m