（通信与信息系统专业论文）poe软件模块设计及其在通信设备上的实现.pdf

中文摘要 近年来v o i p 和w l a n 的应用非常广泛，通过以太网本身提供电力支持的需 求也越来越迫切，以太网远程供电( p o e ) 技术以其对数据和电源一举两得的传 输方式得到了迅速推广，p o e 技术正被越来越多的用于为网络设备供电，包括d 电话、无线l a n 接入点、网络摄像头和其它网络应用。目前的p o e 标准是i e e e 8 0 2 3 a f o 该课题基于i e e e8 0 2 3 a f 在已有的数据平台上用c 语言设计实现了p o e 软 件模块，通过命令行及m i b 可完成用户与外界的交互，辅佐使用者管理和控制 p o e 设备的功能；支持分布式系统热插拔、主备倒换，保证设备的p o e 服务质量： 针对网络中的关键设备p s e ，提供电源管理和策略管理，并且针对目前电源管理 中存在的p s e 间无法沟通负载情况的问题提出了改进的方案，具有很好的应用 前景。 由于该课题的网络设计除了基本功能的实现外还包括了高可靠性、热插拔、 电源策略管理等技术，使得p o e 体系又增加了诸多的优势如：易管理、安全、 可靠性高等。总之，通过提高网络设计该课题实现的p o e 软件模块进一步提高 了电力和数据融合带来的好处，实现的软件模块现已投入使用，取得了良好的效 果，使原有以太网交换机设备丰富了功能，提高了服务质量。 关键字：p o e 、供电设备、受电设备、热插拔、热备份、c l i 、m i b a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ew i d e l yu s eo fv o i pa n dw l a n ，t h et e c h n o l o g yo fp o e h a sb e e np r e s s e df o rs u p p l y i n gp o w e r , w h i c hc a r le n a b l ec a t 5e t h e m e tc a b l et o c a r r i e sb o t hp o w e ra n dd a t at oe a c hd e v i c e p o ei sa l li n n o v a t i v et e c h n o l o g yw h i c hi s w i d e l ya p p l i e dt om o r ea n dm o r ep o w e r e d d e v i c es u c ha si pp h o n e 、i pc a m e r aa n d w i r e l e s sa c c e s sp o m t c u r r e n tp o es t a n d a r di si e e e8 0 2 3 a f b a s e do ni e e e 8 0 2 3 a fap o es o r w a r em o d u l eh a sb e e nd e s i g n e do nt h ee x i s t i n g d a t ap l a t f o r mi nt h ep a p e r , w h i c hc a nb eu s e dt oh e l pt h eu s e r se a s i l ym a n a g ea n d c o n t r o lp o ed e v i c e s m e a n w h i l et h es o f t w a r em o d u l es u p p l i e sh o ta n dh a t e c h n i q u e so nd i s t r i b u t e ds y s t e mw h i c hc a ng u a r a n t e et h es e r v i c eq u a l i t y p o w e r m a n a g e m e n ta n dp o l i c ym a n a g e m e n ta r es u p p l i e dt ot h ek e yd e v i c e ，e s p e c i a l l yo n e r e s o l v i n gh a sb e e nb r o u g h tf o r w a r df o rt h ep r o b l e mo fb e i n gi n c a p a b l eo f c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n tp s e ，w h i c hh a sg o o da p p l i c a t i o nf o r e g r o u n d t h ep o es o f t w a r em o d u l en o to n l ya c h i e v e st h ep o eb a s i cc o n t r o lf u n c t i o nb u t a l s oa d d st h ef u n c t i o no f h a 、h o ta n dp o w e rm a n a g e m e n tw h i c hp r o v i d e sp o e d e v i c ew i t ht h ea d v a n t a g eo fe a s ym a n a g i n g 、s e c u r i t ya n dh i g ha v a i l a b i l i t y i n c o n c l u s i o n ，t h ep o es o f t w a r em o d u l ed e s i g n e di nt h ep a p e rh a sa d v a n c e dt h e a d v a n t a g e so f t h ea m a l g a m a t i o no f p o w e ra n dd a t a ，w h i c hh a sg a i ng o o de f f e c tb y a p p l y i n go nt h ee t h e m e ts w i t c h p o ei st h en e ws y n c h r o n i z i n gn e t w o r k k e yw o r d s ：p o e 、p s e 、p d 、h o t 、h a 、c l i 、m i b 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，也不包含为获得叁盗盘堂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。 学位论文作者签名：店? 仁仁 签字日期：z 矿盯年月4 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤洼态堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘鲎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： 幺孓卜 签字同期：h 矸年1 月西同 刷谧轹刎 签字同期：2 矿d 7 年月2 厂同 1 1 课题背景 第一章概述 以太网远程供电( p o w e ro v e re t h e r n e t ，简称p o e ) ，是支持以太网电口的网 络设备的一种扩展特性。支持p o e 特性的网络设备( 交换机、路由器等) 可通 过双绞线向远端的受电设备( p o w e m dd e v i c e ，p d ) ，如i pp h o n e 、w l a n ea p 、 n e t w o r kc a m e r a 等，提供- 4 8 v 电源，实现远程供电。 以太网远程供电有时也称作网络供电，是一项利用标准五类1 0b a s e t 和1 0 0 b a s e t x 以太网线缆传输少量电力，为设备提供电源的技术。在现有的以太网 c a t 5 布线基础架构不做任何改动的情况下，在为一些基于口的终端( 如i p 电 话机、无线局域网接入点a p 、网络摄像机等) 传输数据信号的同时，还能为此 类设备提供直流供电的技术。p o e 技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证 现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。 结构化布线是当今所有数据通信网络的基础，随着许多新技术的发展，现在 的数据网络正在提供越来越多的新应用及新服务：如在不便于布线或者布线成本 比较高的地方采用无线局域网技术( w e a n ) 可以有效地将现有网络进行扩展、如 基于i p 的电话应用( i vt e l e p h o n y ) 也为用户提供了更多新的及加强的企业级应 用，还有在9 1 1 事件之后，全球的安全市场发生了巨大的变化，直接推动了用 户开始考虑在现有以太网络架构之上尽可能地布置一些网络安全摄像机及其他 一些网络安全设备。目前此类新的应用已经越来越被用户所接受并且得到了快速 的发展。所有这些支持新应用的设备由于需要另外安装a c 供电装置，特别是如 无线局域网a p 及i p 网络摄像机等都是安置在距中心机房比较远的地方更是加 大了整个网络组建的成本。为了尽可能方便及最大限度地降低成本，美国电子电 气工程师协会i e e e 于2 0 0 3 年6 月批准了一项新的以太网供电标准i e e e8 0 2 3 a f , 确保用户能够利用现有的结构化布线为此类新的应用设备提供供电的能力。 8 0 2 3 a f 标准明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，并对路由器、 交换机和集线器通过以太网电缆向i p 电话、安全系统以及无线l a n 接入点等设 备供电的方式进行了规定。 1 2p o e 技术优势 一般来说，口电话设备需要两个接口：一个连接到局域网，另一个连接到 交流供电网。至于其他的网络设备，如无线局域网接入设备、笔记本电脑和网络 照相机等，也都需要这两套接口。这样，除网线之外，电源线不可缺少。另外， 许多网络设备为了实际操作的需要，都要被安放在特殊位置，无线局域网就是最 常见的例子。为了达到一定的无线电覆盖率，无线接入设备通常要安置在天花板 上，但在这个地方很难找到一个合适的交流电输出接口。8 0 2 3 a f 标准制订的规 范就是为这些设备不再需要电源线接口而诞生，这就是以太网网线供电。8 0 2 3 a f 定义了一套方法来构建供电设备和用电设备，包括在非屏蔽的双绞线上传输4 8 v 的交流电，应用在现存的电缆设备上，如5 5 e 6 类线缆、配线架、输出口、连接 硬件等。它们内置安全机制，可以保护非受电设备如p c 、便携电脑和打印机远 离联机馈电器所产生的杂散电压( s t r a yv o l t a g e ) 。而符合8 0 2 3 a f 标准的p s e 通 常可以为线路提供4 8 v 电压，而部分电力会在传输过程中损耗，因为以太网线 缆设备中的细铜线有阻抗，导致终端设备可以使用的有效电力只有1 3 9 5 v 。【l j p o e 以太网远程供电的好处是显而易见的，将在未来几年得到迅速推广。 1 ) 它节约成本。因为它只需要安装和支持一条而不是两条电缆。一个a c 电源接口的价格大约为1 0 0 - 3 0 0 美元，许多带电设备，例如视频监视摄像机等， 都需要安装在难以部署a c 电源的地方。随着与以太网相连的设备的增加，如果 无需为数百或数千台设备提供本地电源，将大大降低部署成本，并简化其可管理 性。 2 ) 它易于安装和管理。客户能够自动、安全地在网络上混用原有设备和p o e 设备，能够与现有以太网电缆共存。 3 ) 它安全。因为p o e 供电端设备只会为需要供电的设备供电。只有连接了 需要供电的设备，以太网电缆才会有电压存在，因而消除了线路上漏电的风险。 4 ) 它得于网络设备的管理。因为当远端设备与网络相连后，将能够远程控 制、重配或重设。 5 ) 它更可靠，p o e 可以通过使用简单网管协议( s n m p ) 来监督和控制该设备。 通过s n m p 管理的集中式电源增强了系统可靠性，防止电源过载、掉电、浪涌 和尖峰。在与不间断电源( u p s ) 或备用电源一起实现p o e 时，即使在交流电源中 断时，用户仍可以分配电源，从而可以用功能丰富的v o l p 电话代替传统电话， 同时保持生命线可靠性的优势。由于不再需要市电，p o e 使用起来也更加安全。 【4 】 更多增强的应用。随着i e e e8 0 2 3 a f 标准的确立，其他大量的应用也将快速 2 涌现出来，包括蓝牙接入点、灯光工作、网络打印机、i p 电话机、w e b 摄像机、 无线网桥、门禁读卡机与监测系统等。用户在当前的以太网设备上融合新的供电 装置，就可以在现有的网线上提供4 8 v 直流电源，降低了网络建设的总成本，并 且保护了投资。 该课题就是要基于i e e e8 0 2 3 a f 规范在已有的数据平台上用c 语言设计实现 p o e 软件模块，通过命令行及m i b 可完成用户与外界的交互，辅佐使用者灵活 管理和控制p o e 设备的功能；并且能够支持分布式系统热插拔、主备倒换，保 证设备的p o e 服务质量：针对网络中的关键设备p s e ，能够提供电源管理和策 略管理。总之，就是要通过提高网络设计，使p o e 技术得到更好的推广，进一 步提高电力和数据融合带来的好处。 1 3 本章小结 本章简要介绍了p o e 技术的概念，p o e 技术兴起的原因，分析了p o e 技术 的优势。p o e 技术是新的融合网，它的出现进一步提高了电力和数据融合带来的 好处。本课题就是要在原有的数据通信平台上实现p o e 软件模块，更好的支持 已有的通信设备。 第二章硬件概述及软件平台介绍 2 1 相关术语 第二章硬件概述及软件平台介绍 p s e ( p o w e rs o u r c i n ge q u i p m e n t ) ：电源供应设备，能向以太网线缆注入必要的电 力供用电设备使用。每个p s e 对单板内的p o e 接口进行独立管理，p s e 在p o e 接口的线路上寻找、检测p d ，对p d 分类，并向其供电，当检测到p d 拔出后， p s e 停止供电。 p d ( p o w e r e dd e v i c e ) ：接受p s e 供电的用电设备，如口电话、网络安全摄像机、 a p 及p d a ( 掌上电脑) 或移动电话充电器等许多其他以太网设备( 实际上，任何 功率不超过1 3 w 的设备都可以从r j 4 5 插座获取相应的电力) 。分为标准p d 和 非标准p d ，标准的p d 是指符合8 0 2 3 a f 标准的p d 设备。 p i ( p o w e ri n t e r f a c e ) ：p s e p d 与网线的接口，也就是r j 4 5 接口。 u p s ( u n i n t e r r u p t i b l ep o w e rs y s t e m ) ：不间断电力供应系统，是在出现意外断电时 维持用电设备继续工作一段时间的备用电力设备。 s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g ep r o t o c a l ) ：简单网络管理协议，是一套能支持在局 域网内进行网络管理和监视网络设备运行情况的网络协议。 c o m w a r e ：是网络通用平台，集成了交换机和路由器产品的诸多业务特性，可以 运行在嵌入式设备上的基于多任务实时操作系统( 如v x w o r k s 、r t - l i n u x ) 的软件 平台。 2 2 硬件供电原理概述 1 p o e 的系统构成及供电特性参数 一个完整的p o e 系统包括p o e 电源、供电端设备( p s e ) 和受电端设备( p d ) 两 部分。p s e 设备是为以太网客户端设备供电的设备，同时也是整个p o e 以太网 供电过程的管理者。而p d 设备是接受供电的p s e 负载，即p o e 系统的客户端 设备，如i p 电话、网络安全摄像机、a p 及掌上电脑( p d a ) 或移动电话充电器等 许多其他以太网设备。两者基于i e e e8 0 2 3 a f 标准建立有关受电端设备p d 的连 接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据p s e 通过以太 网向p d 供电。 p o e 标准供电系统的主要供电特性参数为： 1 ) 电压在4 4 5 7 v 之间，典型值为4 8 v 。 2 ) 允许最大电流为5 5 0 m a ，最大启动电流为5 0 0 m a 。 4 第二章硬件概述及软件平台介绍 3 ) 典型工作电流为1 0 - - 3 5 0 m a ，超载检测电流为3 5 0 - - 一5 0 0 r n a 。 4 ) 在空载条件下，最大需要电流为5 m a 。 5 ) 为p d 设备提供3 8 4 - 一1 2 9 5 w 五个等级的电功率请求，最大不超过1 3 w 。 2 p o e 供电的工作过程 一个简化的以太网供电结构示意图如图2 1 所示。由p o e 电源、供电设 备p s e 、受电设备p d 和相关的配套设备及以太网传输电缆组成。 图2 1 以太网供电示意图 p s e 从p o e 电源那里获得电源通过双绞线向远端的受电设备( p o w e r e d d e v i c e ，p d ) ，如i pp h o n e 、w l a n ea p 、n e t w o r kc a m e r a 等，提供- 4 8 v 电源， 实现远程供电。当在一个网络中布置p s e 供电端设备时，p o e 以太网供电工 作过程如下所示。 1 ) 检测：一开始，p s e 设备在端e l 输出很小的电压，直到其检测到线缆 终端的连接为一个支持i e e e8 0 2 3 a f 标准的受电端设备。 2 ) p d 端设备分类：当检测到受电端设备p d 之后，p s e 设备可能会为 p d 设备进行分类，并且评估此p d 设备所需的功率损耗。 3 ) 开始供电：在一个可配置时间( 一般小于1 5 p s ) 的启动期内，p s e 设备 开始从低电压向p d 设备供电，直至提供4 8 v 的直流电源。 4 ) 供电：为p d 设备提供稳定可靠4 8 v 的直流电，满足p d 设备不越 过1 5 4 w 的功率消耗。 5 ) 断电：若p d 设备从网络上断开时，p s e 就会快速地( 一般在3 0 0 4 0 0 m s 之内) 停止为p d 设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连 接p d 设备。 第二章硬件概述及软件平台介绍 在整个过程当中，一些事件如p d 设备功率消耗过载、短路、超过p s e 的 供电负荷等会造成整个过程在中间会中断，又会从第一步检测过程开始。 图2 2p s e 与p d 沟通示意图 在把任何网络设备连接到p s e 时，p s e 必须先检测设备是不是p d ，以保证 不给不符合p o e 标准的以太网设备提供电流，因为这可能会造成损坏。这种检 查是通过给电缆提供一个电流受限的小电压来检查远端是否具有符合要求的特 性电阻来实现的。只有检测到该电阻时才会提供全部的4 8 v 电压，但是电流仍 然受限，以免终端设备处在错误的状态。作为发现过程的一个扩展，p d 还可以 对要求p s e 的供电方式进行分类，有助于使p s e 以高效的方式提供电源。一旦 p s e 开始提供电源，它会连续监测p d 电流输入，当p d 电流消耗下降到最低值 以下，如在拔下设备时或遇到p d 设备功率消耗过载、短路、超过p s e 的供电负 荷等，p s e 会断开电源并再次启动检测过程。 一旦侦测到有效的p d ，p s e 还需要了解p d 的用电量，便于系统对电源的 管理。这个过程称为p d 分级( i e e e 标准规定此过程是可选的) 。这一阶段，p s e 利用一个1 5 5 v - - 2 0 5 v 的探测电压来检测p d 的功率级别。通过从线上吸收一 个恒定电流分级特征信号，p d 向p s e 表明自己所需的最大功率。p s e 测量 这个电流，以确定p d 属于哪个功率级别。分级期间使用的p s e 电压源必须限制 到1 0 0 m a ，以避免损坏失效的p d ，而且它的连接时间不能超过7 5 m s ，以对p d 功耗加以控制。 在p s e 发现p d 之后，它会提供4 8 v 电压及最大3 5 0 m a 的电流。考虑到由 于电缆损耗导致的电压下降，p d 最后得到的功率最低约为1 3w ，这一功率对 许多应用已经足够了，包括v o i p 电话、无线接入设备、安全摄像机和门禁系统 等。一旦p s e 开始提供电源，它会连续监测p d 电流输入。一旦p d 电流消耗下 降到最低值以下，如在拔下设备时，p s e 会断开电源，并再次启动发现过程。 6 第二章硬件概述及软件平台介绍 e e 8 0 2 3 a f 标准规定了两种方法让p s e 检测p d 是否断开，即d c 断路检 测法和a c 断路检测法。 d c 断路法根据从p s e 流向p d 的直流电流大小，判断p d 是否在线。当电 流在给定时间t d i s ( 3 0 0 m s 4 0 0 m s ) 内保持低于阈值肼i n ( 5 i n a l o m i ) 时，p s e 就认为p d 不存在，从而切断电源。这种方法的缺点是，当p d 工作在低功耗模 式时，为避免掉线，p d 必须周期性地从线上吸取一定的电流。 a c 断路法是测量以太网端口的交流阻抗，当没有设备连接到p s e 时，端1 2 1 应该是高阻抗，可能达到几m q ；而当接有p d 时，端口的阻抗会小于2 6 5 k q ； 如果p d 消耗大量功率，那么阻抗通常会更低。端口阻抗( z p o r t ) 通过加电压 ( v a c ) 和测量得到的电流( i a c ) 来决定，即z p o r t = v a c i a c 。 电源提供设备也可以被提供一种系统管理的能力，例如应用简单网络管理协 议( s n m p ) 。这个功能可以提供诸如夜晚关机、远端重启之类的功能。 3 p o e 通过电缆供电的原理 标准的五类网线有四对双绞线，但是在1 0 mb a s e t 和1 0 0 mb a s e t 中只 用到其中的两对。8 0 2 3 a f 标准规定了通过使用这些线缆供电的两种方案。第一 种方案是，由于1 0 b a s e t 和1 0 0 b a s e t x 数据传输只用到了四个双绞线对其中的 两对，另外两对备用线对就被用于传输电力。另一种方案则由负责传输数据的两 队双绞线对同时承担传输电力的任务，但不能影响到网络带宽和数据传输性能。 电源供应设备可选择采取其中的任何一种方案，但用电设备必须同时支持两种方 案。两种用法如图2 3 和图2 _ 4 所示。 应用空闲脚供电时，4 、5 脚连接为正极，7 、8 脚连接为负极。应用数据脚 供电时，将d c 电源加在传输变压器的中点，不影响数据的传输。在这种方式下 线对1 、2 和线对3 、6 可以为任意极性。 标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备p s e 只能提供一种用法， 但是电源应用设备p d 必须能够同时适应两种情况。该标准规定供电电源通常是 4 8 v 、1 3 w 的。p d 设备提供4 8 v 到低电压的转换是较容易的，但同时应有1 5 0 0 v 的绝缘安全电压。 p o e 标准把第一种方案称作“中间跨接法”( m i d s p a n ) ，使用局域网电缆中 没有被使用的线对来传输直流电，因为在以太网中，只使用了电缆中四对线中的 两对来传输数据，m i d s p a np s e 是一个专门的电源管理设备，通常和交换机放在 一起。它对应每个端口有两个t l l 4 5 插孔，一个用短线连接至交换机，另一个连 接远端设备。相应的e n d p o i n tp s e 支持p o e 功能的以太网交换机、路由器、集 线器或其他网络交换设备。 7 第二章硬件概述及软件平台介绍 电源提供设备 电源应用设备 44 5k b ( x5 空脚 刁眨三删： i ；也 一信号脚一 d c d c 当 兰 p c 嘲石 j l 4 8芒 叠臣。j 8r 舢8 空脚 图2 3 通过空闲脚供电 电源提供设备 电源应用设备 互= o 。( 口 刁i 裂 空脚 ：净蚓三黜也 一信号脚一d c i ) c ) = 一 p c ， 一。j ，一，刁晤 ；净蚓言盈石 吖 ：= j lh 一信号脚一f l 夏 q 口 空脚 图2 _ 4 通过数据线 第二种方案称作“末端跨接法”( e n d - s p a n ) ，是在传输数据所用的电缆 之上同时传输直流电，其信号频率与以太网数据信号频率不同。可以预见， e n d s p a n 会迅速得到推广，这是由于以太网数据与输电采用公用线对，因而 省去了需要设置独立输电的专用线，这对于仅有8 芯的电缆和相配套的标准 r j 一4 5 插座意义特别重大。这种方法可以内嵌入支持以太网供电的交换机之 中，用户常购买此类交换机用于i p 电话或无线局域网。e n d - s p a n 同时允许 千兆以太网和以太网供电共存，可提供1 0 1 0 0 1 0 0 0 m b p s 三种速度的连接。 篱二章硬件概述段软件平台彳卜绍 应片j 实践表明e n d s p a n 在信号传输上对质量更有保证。 p o e 标准还规范了传送电功率应使用的非屏蔽双绞线对电缆，即3 、j ， 拍或6 娄电缆。明确了与其一起工作的现存电缆设施不需要任何改动，这其 中包括3 、；、5 e 或6 娄电缆、各种短接线与接线板、电源插座引线和连接的 硬件等。p o e 标准与i e e e8 0 23 标准系列兼容。 4 p o e 的供电系统实例 图2 - 5 是p o e 供电系统的一个实例，交换机用p o e 电源来驱动i p 电话、 无线接入点、网络相机和其他设备。为避免断电，可以选用一个u p s 。使用 能支持p o e 的交换器并为之配各一十l 甲s ( 不问断电力供应系统) 就能在 突然断电的情况下保证与之相连的所有外围设备仍然可以使用一段时问，这 样突然断电的恢复策略就能大大得到简化。 峪多气 瑟黧黔”鬻慧 剐2 - 5 符合i e e e8 0 23 a f 标准的以太网供电系统实例 当p d 设备与p o e 标准兼容时就可直接通过r j 一4 j 插座从以太网电缆供l u ， 对于与p o e 不燕吝的蹬备可u 采用直流变换嚣或抽头分压装置的方洼+ 将其电压 变换成p o e 兼容的电压。这些装置有时也被称为有源蛆太网分裂器( s p u t t e r s ) ， 它可以蒋太网电缆的直流电压姐m 米并通过常规的直流插照供p 【j 设备使f l i i 。 2 3c 0 删a r e 数据通信软件平台介绍 c o , w a r e 是个通用的数据通信声品平台，该f 台可咀增强数通产品的软件 第二章硬件概述及软件平台介绍 重用度，降低数通产品的开发成本，缩短开发周期，减少开发风险。 该平台的最终目的是实现一个可伸缩性强、易于扩展裁减、完全开放的系统。 为了逐步达到这个目的，c o m w a r e 采用了分层的体系结构。分层体系结构的好处 在于： 1 ) 提供不同层次的重用。这种重用不仅包括一般意义上的代码重用，还包 括相应的文档重用，设计模式重用以及系统结构重用等等。 2 ) 能够容忍将来的变化。根据某个功能的通用程度决定它所在的层次，层 次之间遵从一定的接口规范。这样某层的实现发生了变化，只要接口不 发生变化，其他层次的实现不受影响。 3 ) 分层结构最适宜做成开放式平台的，因为某层的实现可以由具体的产品 在遵守接口规范的前提下自由开发。 4 ) 分层的平台化技术可以使产品方便的升级换代，而系列化的产品更有利 于市场销售，从而不断产生新的需求，推动分层平台技术的演进。 c o m w a r e 平台还是一个开放的路由平台。它提供一个构架，为各种具体产品 提供一整套标准的应用接口，同时向用户隐藏了平台的细节，即基于该平台开发 的产品是便于移植和扩充的，平台与具体的产品无关。c o m w a r e 将平台的每一部 份提供标准的实现方案，只要在实现时遵守平台的接口标准和软件基本架构，开 发人员就可以很快将自己的特色部分与系统其他部分融合起来，快速开发出满足 本产品特性的软件。 其整体架构如图2 - 6 ： 通用控制平面，包括设备管理，接口管理、热备份热插拔等各模块通用的 一些公共接口；系统配置管理平面包括c l i m i b 1 j | e b x m l 等网络管理模块，是用 户与平台的交互接口；数据转发平面包括安全认证、q o s 及转发表等报文收发处 理模块；系统服务平面主要是对v x w o r k s 操作系统所作的一些封装，包括任务消 息事件定时器等公共资源的利用以及创建删除处理。 l o 第二章硬件概述及软件平台介绍 c o m w a r ev 5p l a t f o r m i 通用控制平面 i 系统 配置 厍 数据 管理户 转发平面 平面 介工工 ，介 u l 耥服= i u p 1 i d r i v e r & b s p i p r o d u m 彳丫彳丫 上乡上土 物理层( p h y ) 图2 - 6c o m w a r e 整体架构图 以上几个主要部分构成了c o m w a r e 平台，用户通过配置管理平面对产品操 作，命令经过平台处理，经过平台与产品接口p r o d u c ta p i ，从产品驱动获取值 或设置值，完成整个动作。 p o e 模块是属于通用控制平面设备管理的一部分，因为此模块的目的是要管 理设备资源中的p o e 电源并对网管的操作进行处理，它在平台中的位置如下图 2 7 所示。 p o e 模块与用户的交互是通过命令行或m i b 等网络管理方式来实现的；而 接口、电源的热插拔等动作要求p o e 模块与接口管理有交互，如何处理受电设 备的插入拔出及由此带来的电源功率变化都要求p o e 模块作相应处理；而涉及 到的一些公共资源的使用，如任务消息队列的创建、板间通信的接口使用，则要 求系统服务平面提供支持；而要获取设备的具体值或下发配置则必须与驱动进行 交互，不仅仅是p o e 模块，通用控制平面及系统服务平面中的公共模块也必须 与驱动有密切的联系。 第二章硬件概述及软件平台介绍 c o m w a r ev 5p l a t f o r m l 通用控制平面 i p o e f 系统 配置厍 数据管理户 转发平面 平面 _ - 介工工 ， ， 介 u l 稍服= l u u i d r i v e r & b s p l p r o d u m 彳丫丫 uu 物理层( p h y ) 2 4 本章小结 图2 7p o e 模块在系统中的位置 本章对该课题涉及到的关键术语p s e 、p d 、u p s 、s n m p 等做了简要说明， 并且从硬件角度对p o e 的供电原理和供电过程作了简要介绍，使读者了解到 p o e 供电的两种方式：信号线供电和空闲线供电。对软件模块的实现平台总体 架构做了简要介绍，使读者能够清楚地认识到该软件模块在整个系统中的位 置，从而更好地理解后续章节的内容。 p o e 模块的总体设计及各部分的详细设计将会在后续章节详细介绍。 1 2 第三章软件总体设计 3 1 设计目标 第三章软件总体设计 1 支持命令行和m i b 为最终用户提供p o e 供电系统的灵活配置和查询手段。 2 支持分布式 即一个机框支持一个主控板+ 若干个业务接口板，用户可以根据需求的增长， 增加业务接口板。分布式系统使产品具有良好的可扩展性。 3 支持热插拔 分布式设备板卡的插拔和集中式设备板卡的插拔，支持板卡及其接口的配置 恢复。 4 支持主备倒换 分布式设备为提高产品的可靠性，配置了双主控，即有两块主控板，主用板 和备用板，两块板的数据要求同步，在主用板发生故障时，备用板能够接替主用 板，使业务不中断。 5 支持功率管理 实现基于p s e 的功率策略管理和基于p d 的功率策略管理，方便用户进行设 备管理和策略维护。 下面将从软件的总体设计方法、数据模型设计、模块划分等角度介绍软件的 设计。 3 2 设计方法 p o e 平台软件的总体设计采用分解和集中，把外部功能分成4 类：p o e 基本 部分、p o e - p r o f i l e 部分、p o e - p o w e r 部分、热插拔和热备份；但把逻辑功能相近 的进行抽象和集中：c l u m i b 配置维护和处理、p o e 核心数据封装操作、p o e p r o f i l e 核心数据操作封装、p o e 电源管理、p o e 板间通信封装、热备份、热插拔处理。 设计约束：标准8 0 2 3 a f , r f c 3 6 21 。 硬件限制：本软件功能的使用需要支持p o e 的设备。 3 3 数据模型设计方案 数据分布模型： 主控板：所有p s e 级和端口级配置数据、中间数据、全局数据，p o e p r o f i l e 第三章软件总体设计 本身的配置只在主控板上有。 接口板：本接i z l 板的p s e 级和端口级配置数据、中间数据、从主控板同步的 全局数据。 备用板：同主控板。 数据分布模型图如下： 全局 全局 信息 爪 信息 、 ：l 本板本板 本板本板 信息信息 信息信息 s l a v e m a s z e r i oi o 图3 1 数据分布模型示意图 核心数据结构如下： 幸描述p o e 全局数据的结构牛 t y p e d e f s t r u c tt a o e g l o b a l d a t a s u l o n g u l p o w e r p r e e m p t ；严是否支持功率抢占 u l o n gu l p o w e r a l l o c a t e ；产是否支持功率分配幸 u l o n gu l p d p o l i e y ；产全局的p d 策略 u l o n g u l p s e p o l i c y ； 严全局的p s e 策略幸 u l o n gu l p d d i s c o r m e c t ； 严全局的p d 断开检测方式木 u l o n gu l p o e m a x p o w e r ； 产目前配置的p o e 最大功率木 u l o n gu l p o e n o m i a l ； 幸目前的p o e 额定功率木 u l o n gu l a u t o d e t e c t ； p o e p o w e r s p e c ss t p o w e r s p e c ； * p o e 最大功率的技术规格参 数木 p o eg l o b a l d a l as ； * p s e 下配置的存储结构木 t y p e d e f es t r u c tt a g p o e p s e d a t a u s h o r tu s p s e l d ； 严该p s e 的i d 木 1 4 第三章软件总体设计 u s h o r tu s p s c p o r t n u m ；严该p s e 目前在位的端口数添加删除时更新木 u l o n gu l p s c s t a t u s ； 产该p s e 的状态木 u l o n gu l t r a p e n a b l e ；木该p s e 的t r a p 使能情况宰 u l o n gu i p s e e n a b l e ； * p s e 是否使能奉 u l o n gu l p s e p r e e m p t ；严当前的实际使能状态，使能则表示被抢占木 u l o n gu l p s e p r i o r i t y ； * p s e 的供电优先级木 u l o n gu l p s e l e g a c y ； * p s e 的非标准p d 检测是否使能宰 u l o n gu l p d p o l i c y ； * p s e 的p d 电源管理策略幸 u l o n gu l p s e p o l i c y ； * p s e 电源管理策略 u l o n gu l p d o t t m o d e ；* p s e 下线检测模式木 u l o n gu l p s e u t i l t h r e s h ；* p s e 报警阈值1 - 9 9 u l o n gu l p s e m a x p o w e r ；* p s e 最大功率木 p o ep o r td a t a * p u l p o r t d a t a ；产存储该p s e 上的端口配置数据 c h a rs z p s e m o d e l p o e 模块型号木s h o r t n a m el e n ；* p s e u s h o r t u s s l o t n o ； * p s e 所在槽位号幸 u s h o r tu s s u b s l o t n o ； * p s e 所在子槽位号 p o ep s es p e css t p s e s p e c ；木该p s e 的技术规格参数奎 ) p o ep s ed a t a s * p o e 端口下配置的存储结构 t y p e d e fs t r u c tt a g p o e p o r t d a t a u l o n gu l l f l n d e x ； c h a r 。p s z p d d e s c ； c h a r 书p s z f a u l t d e s c ； u l o n gu l p r o f i l e m a s k ； p o e p o r t k d ss t p o r t k d ； ) p o e p o 阻d a t a s ； 严端口索引 严端口类型描述 端口故障描述+ 严应用到该端口的p r o f i l e 的掩码+ 产端口核心配置宰 * p o e 端口下核心配置的存储结构堆 t y p e d e fs t r u e tt a g p o e p o r t k d d a t a u s h o r tu s p o r t p r o f i l e l n d e x ；产应用到该端1 3 的p r o f i l e 索引，为0 表示没有应用+ u s h o r tu s p o r t e n a b l e ；产端口使能 1 5 第三章软件总体设计 u s h o r tu s p o r t m o d e ； u s h o r tu s p o r t p r i o r i t y ； u s h o r tu s c o n f i g f l a g ； u l o n gu l p o r t m a x p o w e r ； ) p o e _ p o r t _ k d _ s ； 严端口供电模式 端口优先级 * p o em a s kp o r te 核心配置掩码集合 端口最大功率 p o e 模块的核心数据结构示意如下图： 接口管理i f n e t 结构 p o e p s e d a t a _ s * g _ p s t p s e d a t a p o e _ i n n e r l i a ) 【一p s e n i m ： 0123 4 5 6 1 6 2 6 3 生 2 p o ei n t fd a t as ii 丛啦q 墨咀ii p o ep o r td a t as p o e p s ed a t as 口n s t p s e l y a t p o in t 笠臣 p s e 4 l 跹i 鼬z 鉴旦 图3 2 核心数据结构 初始化时系统会为p s e 分配一个全局结构指针，最多可支持6 4 个p s e 数目， 当有新p s e 插入时，系统会在此全局结构变量中寻找二个空闲的位置填充p s e 的配置数据。从上面的数据结构示意图中可以看到每个p s e 的数据结构中又包 含对于端口的结构描述。 端口级配置，参数合法性检查后，下发到指定的接口板，成功后更新主控板 上保存的该端口的配置数据，没有通过命令行备份的数据进行实时备份。 p s e 级配置，参数合法性检查后，下发到指定的接口板，成功后更新主控板 第三章软件总体设计 上保存的该p s e 的配置数据，没有通过命令行备份的数据进行实时备份。热插 拔时由p o e 平台软件负责进行设备级的配置恢复。 所有配置数据一律以主控板上保存的数据为准。在显示和查询配置时，均使 用主控板保存的配置。 平台p o e 组件的初始化描述： 平台p o e 组件的初始化分二部分： 第一部分：p o e i n i t ，模块自身全局变量和结构初始化，获取p o e 驱动组件接 口、获取设备p o e 硬件基本信息、初始化p o e 核心数据、p o e - p r o f i l e 核心数据、 p o e 技术规格参数。发生在系统启动第一阶段。 第二阶段：p o er u n l r t i t ，模块运行初始化，创建p o e 配置恢复队列、p o e 电源热插拔队列，创建p o e 配置恢复任务、向信息中心模块注册p o e 模块的日 志信息，向接口管