非常专业：EPON网络管理研究

1、基于嵌入式数据库的EPON网络管理系统俞振彦，汪敏，翟旭平(上海大学通信与信息工程学院，上海)1引言EPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网技术，它将数据链路层的以太网技术和物理层的PON技术结合在一起，集 聚了两者的优点，已经成为目前最具有竞争力的光接入网解决方案1。随着EPON技术的成熟，EPON也日趋产品化。本文设计实现了一种基于嵌入式数据 库SQLite的EPON网络管理系统，以解决有效管理EPON网络资源的问题。2基于嵌入式数据库的EPON网络管理方式完整的EPON网管系统的管理对象是一个或者多个OLT以及若干个ONU，ONU通过光纤连接在OLT上。通常，EPON 网管系统采

2、用带内管理方式，因此在EMS(网元管理系统)管理站到OLT和ONU之间不需要增加专用通道。由于EPON的网络拓扑结构是点对多点的方式， 因此。EMS管理站通过电缆或者光纤连接到OLT上，即可同时实现对OLT和ONU的管理。本文设计的EPON网络管理系统负责对EPON系统的OLT设备和ONU设备进行集中管理，提供配置管理、故障管理、性能 管理和安全管理功能。同时支持图形界面(Web)和命令行(Telnet)两种模式，其功能框图如图1所示。与图形化客户端服务器方式不同的是，采用基于嵌入式数据库的 EPON网络管理方式，无需在EMS管理站上安装特定的网管客户端软件，只需通过Web或者Telnet方式

3、即可完成所有的网络维护和管理功能。(1)web管理方式此模式是全面、完整的图形化管理方式，即向管理员提供包括查询、配置、告警在内的所有网管功能。查询过程 管理员发送查询消息，Web Server进行响应，解析出所要查询的具体信息。通过读取嵌入式数据库，将参数返回给管理界面。配置过程 管理员发送配置请求，Web Server进行响应，将需要修改的具体配置信息写入数据库的临时表。(Central Management模块轮循该临时表，发现新请求后将相应配置信息送给EPON Proxy模块。EPONProxy模块完成与OLT chipsets之间的配置与查询信息交互。配置成功后，EPON Proxy

4、返回成功消息给Central Management模块，Central Management模块修改数据库参数表，同时将临时表的配置状态字段修改为成功标识。Web Server同时轮循临时表的配置状态字段，一旦字段变为成功标识，则将成功消息返回给管理员。告警过程 来自OLT chipsets的告警信息通过EPON Proxy模块送给Central Management模块，Cen-tral Management模块解析具体的告警内容，记录告警日志。若出现严重的告警信息，则通过Web页面通知管理员。(2)Telnet管理方式此模式提供简单、快速的查询和配置命令。查询过程 管理员登陆Telnet

5、Server，通过CLI(命令行)方式发送查询请求，Telnet Server进行响应，将信息发送给Central Management模块。Central Man-agement模块解析查询信息，读取数据库后返回查询参数。配置过程管理员登陆。Telnel Setver，通过CLI方式发送查询请求，Telnet Server进行响应，将配置信息发送给Central Management模块，Central Manage-ment模块解析参数，通过EPON Proxy模块向OLTchipset发送配置请求。配置成功后，EPON Proxy返回成功消息给Central Management模块，C

6、entral Manage-ment模块修改数据库参数表，并将成功消息通过。Tel-net Server返回给管理员。3主要功能模块实现如上所述，本文所设计的EPON网络管理系统由嵌入式数据库、EPON管理模块、Web服务器和Telnet服务器等模块 构成，其软件环境是内核版本为2619的嵌入式Linux操作系统。通常嵌入式操作系统与系统具体应用集成在一起，例如通用的Telnet服务器模块 可以在系统裁减时直接加入，而其它功能模块实现后可以通过交叉编译加载到系统中去。下面主要阐述嵌入式数据库SOLite和EPON管理模块的实现方式。31嵌入式数据库SQLite嵌入式数据库与其他数据库产品的区别

7、是，前者是程序驱动式，而后者是引擎响应式。嵌入式数据库无须独立运行数据库引擎，由 程序直接调用API函数实现对数据的存取操作。SOLite是由DRichard Hipp开发出来的用小型C语言库实现的一种强有力的嵌入式关系数据库。SOLite的源代码完全开放，提供了对SQL92的大多数支持：支持多表和索 引、事务、视图、触发和一系列的用户接口及驱动。其简单易用，产生的代码较少，访问速度也很快，同时提供了丰富的数据库接口2。本系统是一个嵌入式 EPON网络管理系统，在实际应用中会产生批量数据需要进行维护管理，如网络端口流量统计等数据信息，因此采用嵌入式数据库SQLite是非常合适的。在 实践中，采

8、用版本号为335的SOLite3嵌入式数据库。通过对EPON网络管理系统功能要求的分析，本系统需要对OLT设备和ONU设备进行集中管理，具体的功能有逻辑链路的管 理配置，端口业务流的管理，OLT上下行带宽配置，共享VLAN的参数设置，IGMP代理管理，链路环回测试及其参数设置。ONU注册管理，以及OLT与 ONU基本信息保存等。根据这些所需管理的配置参数以及所需提供的统计、告警等信息，本文所设计的数据库结构如图2所示。在此数据库中，为OLT 与ONU下属各自管理对象的配置信息分别建立表格，即TB_OLT、TB_ONU、TB_OLTPort、TB_OLTQueue、 TB_LogicLink、T

9、B_ONU-PortTB_ONUQueue等。其中TB_OLT为主表，该表的Key值为OLT_ID，其他各表则以两个 无重复的Key值标识，并且用OLT_ID或者ONU_ID对两张相关联的表格进行连接。另外TB_Stats表和TB_Alarm表用来分别保存各个管 理对象的统计信息和告警记录。而TB_CMD表则是EPON管理模块与Web服务器交换命令信息的临时表。SQLite3提供了109个C语言API函数，能够提供建立 表格、查询、修改、插入、删除、排序等最常用的网管数据操作功能。其中有三个最核心的API函数，用来执行SQL和获得数据的函 数：sqlite_open ()和sqlite_clo

10、se()分别是嵌入式数据库文件的打开和关闭，其功能是根据指定的数据文件建立和释放SQLite执行引擎。而sqlite exec()可以执行SQL语句并获得结果，通过编写回调函数callback()可进一步对执行结果进行处理。例如，根据特定的SID查询表格 TB_Stats，可以得到OLT设备EPON侧端口的统计信息，如发送的帧、丢弃的帧、延时的帧等，然后调用函数gps printf()来实现端口统计信息的显示功能。32 EPON管理模块本系统的EPON管理功能由Central Management模块和EPON Proxy模块共同完成。在硬件核心芯片方面，采用了Teknovus公司提供的TK3

11、721芯片，该OLT芯片提供了以UDP通信方式为上层软件提供管 理服务的解决方案3，因此EPON Proxy模块是联系着上层软件和下层硬件之间的桥梁，它有两部分功能：一是为上层软件提供了API函数接口：二是完成对下层硬件的封装。而 Central Management模块的功能是通过调用EPON Proxy模块提供的API函数，以实现来自Web Server和Telnet的网络管理命令，同时维护嵌入式数据库。根据对EPON管理功能的分析，所有网络管理命令的实现过程可概括为消息发送与消息接收两部分，如图3、图4所示流程，发 起一个或者多个并行的用户进程与一个后台守护进程进行交互。由于存在多个We

12、b用户或Telnet用户同时发出管理命令的情形，守护进程 EPONDaemon必须完成与多个用户进程E-PONClient之间的进程间通信(IPC)。采用UNIX域的套接字，以文件名形式的Socket来 标识各个用户进程EPONClient，可以解决此处的进程间通信问题4，即 Socketfd_Client=socket(PF_UNIX，SOCK_DGRAM，0)。而EPON管理模块与OLT芯片之间采用UDP通信方式， 由后台守护进程。EPONDaemon负责建立与TK372l进行UDP通信的Socket，即SocketID SendRecv_3721=socket(PF_INET，SOCK_

13、DGRAM，0)。(1)发送过程消息发送过程按照图3流程完成功能，可以分为命 令解析、组帧、发送三个部分：命令解析来自Web Server的管理命令需要写入数据库的临时表，由后台守护进程EPONDaemon轮循该临时表，若出现新的管理命令，则从临时表中提取命令号 MsgTvpe和参数，查找出对应的处理函数后交给用户进程EPONClient。而来自Telnet的管理命令直接由EPONDaemon查找对应的处 理函数。组帧用户进程的组帧模块实现了命令消息的实例化，也是将命令参数以特定数据包形式封装的过程。对于每个命令消息的数据包 都定义一个对应的消息结构。由两部分组成：Payload域和Heade

14、r域。将获取的命令参数，一一对应地赋值给Payload域，从而实例化了该消息 的Payload域。而Header域具有固定的参数顺序，依次为Type、Correlation Tag和Len。其中Type为命令的类型；CoiTelation Tag用于保存该用户进程实例使用的UNIX域的套接字；Len值为该消息Payload域的长度。最后将两部分拼接成完整的待发送数据包。发送守护进程EPONDaemon收到某个用户进程实例送来的命令数据包后，通过UDP套接字发送给指定的OLT芯片， 完成相应的网管指令。(2)接收过程消息接收过程主要是处理来自OLT芯片TK3721的响应消息，以及一些自动上报的告

15、警信息，可以分为守护 进程接收、用户进程解帧、数据库维护三个部分，如图4所示。守护进程接收模块在与TK3721之间建立UDP套接字后将一直查询消息队列，当队列非空时，由守护进程发起一个子线程 recvfrom，以处理该UDP数据包。通过获取数据包Header域中的Tvpe值，可以判断是否为自发消息，并写入日志文件。用户进程解帧模块用于处理TK3721芯片返回的：Response消息。该消息数据包的Header域除已有的三个固 定参数外，增添了一个Return Code值。若TK3721正确执行了某个网管指令，则Return Code为OK；否则返回的Return Code值为可能的出错原因。在

16、正常情况下，解帧处理函数将解析出与消息结构一致的所有参数值。如果用户进程为Web Server发起的实例，则直接将获取的参数值交给守护进程处理；如果用户进程由Telnet终端发起，则需要将返回信息输出到Shell，同时由守护进 程写入数据库。数据库维护模块由守护进程EPONDaemon根据解帧模块获取的参数，修改数据库中各配置参数表的相应字段值，同时根 据Return Code值改写数据库临时表的执行状态。4功能调试本文设计的EPON网络管理系统同时支持命令行与图形界面两种模式的管理功能。图形界面的EPON网络管理功能由嵌入式 Web服务器BOA和CGI应用程序加以支持。因篇幅所限，仅将命令行

17、模式的调试结果简单列举如下。以设置ONU注册参数的一对命令GetSet Dis-covery Parameters为例，首先将源程序代码经交叉编译后生成的可执行文件加载到嵌入式Linux系统中，并且以超级用户权限启动守护进程 EPONDaemon，这样就可以从PC机上以Telnet方式登陆到EPON网络管理系统。根据Teknovus公司提供的数据手册，缺省的ONU注册参数为注册周期period=1000ms以及注册窗口大小 window=16319 KByes。如果要将参数period和window的值分别修改为1600ms和18460KBves，可以按照命令格式 “sdispaperiodwindowID_3721”，在Telnet终端上输入相应的网管命令。OLT返回的Return Code值为OK，则在Telnet终端上显示命令处理成功的返回消息，如图5所示。为了进一步验证当前ONU注册参数的设定值已修改成功，可以在Tel