CN102158356A - 一种hfc异构网络中多网元集成网管代理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，包括相互连接的嵌入式主机和总线通信接口电路，嵌入式主机与网管主机相连，总线通信接口电路连接多台被管理网元设备；运行在嵌入式主机上的软件包括主控模块、多个虚拟网元设备代理模块和总线通信控制模块。本发明使得广电运营商可以以机房为单位，将HFC异构网络中来自不同厂商、不同形态、网管接口各异的关键网元设备经各类总线或以太网，以星形方式连接到该代理装置，并通过一套由嵌入式软件实现的完整方法，将各被管理网元设备的网管接口统一转换为标准化、开放式的Snmp/IP形式，向上级网管主机提供符合国家标准或国际标准的MIB库，从而真正实现多网元设备的统一集成网管。

Description

一种HFC异构网络中多网元集成网管代理装置

技术领域

本发明涉及一种HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，属于宽带通信网络领域。

背景技术

随着广电光纤同轴混合（Hybrid Fiber Coax：HFC）双向网改造的深入开展、系统规模的日益扩大以及承载业务量的逐渐增多和业务内容重要性的不断提高，建设一套功能强大的网管系统越来越重要也越来越迫切，该系统将成为有线电视系统的安全播出和可靠运行最快捷、最有效、最科学的技术保障。作为运维辅助工具，通过实施网管系统，一、可增强网络的可靠性：检测设备运行状态，及时发现故障，确定故障类型及解决措施；及时派遣维修人员，大大缩短网络的故障维修时间；分析故障及设备的历史参数，预防故障的发生，进行针对性的改进。二、可改善网络上各种服务的运行：通过向网络上的应用通报网络运行状况；当网络平台的工作状态发生变化时，及时做出必要的调整。

从广播电视信号播出安全性的角度看，整个网络传输链路中，有源设备按重要性排序依次为环网传输设备、分前端机房1310调制发射设备、野外光机、放大器。因此对各前端机房网元设备进行有效监控是网管系统的首要功能，这些网元对象包括总前端1550光发射机、EDFA、各分前端主备路光收、光开关、射频开关、1310光发和回传光收等。

目前在网运行的这些前端机房网元设备，来自于数百家国内外厂商，出厂时间跨度达10年以上，电气和结构形态差异很大，而事实上同一家运营商（国内情况一般以地级市或县级市为单位）通常会采用多家厂商的设备来组网，因此称之为“异构网络”。这些网元的网管接口包括了RS242、RS485、RS422和IP等多种形式，普遍采用厂家私有通信协议，甚至同一厂家的不同系列设备也不兼容。

有部分厂家可以提供针对自产设备的简单的网管方法，这种的所谓“网管”有两个致命的弱点：一方面各家厂商的协议互相之间不兼容，因此只能管理自家的设备，对于运营商来说，通常有多家厂商设备在一个网络中使用，无法统一管理是一个非常头痛的问题。另一方面，网管系统的物理接口多采用非IP的本地总线接口，操作软件一般为单用户PC版本，使用电缆将PC与设备直接连接。如果要实现总前端集中监控，网管数据的远程传输和协议转换都比较复杂，进行二次开发的工作量很大，如果厂家私有协议不公开，第三方集成商根本就无法进行二次开发。

目前在电信级开放式网管体系中，Snmp（简单网络管理协议）是最主流的标准化接口方式。为了实现异构网络中多种网元设备的集成管理，使用“代理”技术，通过硬件转接和协议转换，将各种不同网元设备的网管接口统一转换为Snmp/IP，对每个被管理网元设备，实现标准化的MIB（管理信息库），是实现集成网管的前提条件。对于HFC网络的网元设备，中国国家标准GY/T 20030-2005《HFC网络设备管理规范》，以及国际标准IEC60728，详细规定了各类HFC网元设备的标准MIB库格式。

常规的“代理”一般是内置于被管理网元设备内的一个模块装置，它将非标准的协议修改为标准SNMP/MIB协议，同时将物理接口修改为IP/以太网接口。内置式代理功能明确、结构单一，但它的定制一般涉及到电路、结构和嵌入式软件较大的改动，只能由管理网元设备生产厂商自行开发，并在出厂前安装到位。但从工程实践经验来看，已经在线运行的绝大部分HFC网元设备，要进行这样的改造，实际上是无法操作的；另外大部分设备生产厂商也缺乏这方面的研发能力，因此这种常规思路只是一种理论上的解决方案，无法真正实现实际网络的集成网管。

综上所述，在三网融合、光进铜退、双向业务迅猛发展的大背景下，对HFC网络中最关键的机房网元设备实施全面网管是非常迫切的课题，而由于HFC网络属于异构网络，在现有技术条件下，对各种网元设备进行集成网管已经面临很大的障碍。

发明内容

本发明的目的是克服现有HFC异构网络中多网元集成网管所遇到的重大障碍，提供一种HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，它是一种外置式的一对多网管协议转换的装置，以机房为单位进行布置，使得广电运营商可以在标准化的Snmp协议层面，对多种网元设备实施便捷的统一网管。

按照本发明提供的技术方案，所述HFC异构网络中多网元集成网管代理装置包括：相互连接的嵌入式主机和总线通信接口电路，所述嵌入式主机与网管主机相连，所述总线通信接口电路连接多台被管理网元设备；运行在嵌入式主机上的软件包括主控模块、多个虚拟网元设备代理模块和总线通信控制模块，所述主控模块接收并解析来自上级网管主机的下行Snmp指令、根据目标寻址并将指令转发到相应的虚拟网元设备代理模块，所述主控模块接收并解析来自各虚拟网元设备代理模块的上行Snmp指令，根据源地址寻址并将指令转发给相应的网管主机，所述总线通信控制模块完成下联各RS485通信接口波特率及校验方式控制、上下行RS485总线通信数据存储转发和一对多时分双工通信的时序和同步控制。

所述总线通信接口电路下联8个RJ11形式的RS485通信接口，用于以星形方式连接被管理网元设备。

所述虚拟网元设备代理模块的上行Snmp指令包括应答和主动告警。

所述虚拟网元设备代理模块对应于每个被管理网元设备，在软件内存空间中分别建立一个虚拟的代理模块对象，此模块对象通过相应私有协议与被管理网元设备进行一对一通信，完成数据采集、控制和告警功能，建立数据库和MIB库，并与主控模块之间进行Snmp通信。

所述主控模块还负责管理多个虚拟网元设备代理模块的工作流程，协调并发或轮询通信任务的时序。

所述主控模块还通过本地和远程两种形式实现装置自身的管理配置接口，包括常规信息配置，IP网络配置，固件升级，被管理网元设备的添加、删除和参数配置，被管理网元设备种类、数量和访问权限控制；所述本地形式是指键盘鼠标和外接显示器图形界面形式，所述远程是指Snmp和MIB形式。

本发明的优点是：本发明通过一个外置式一对多的代理装置，使得广电运营商可以以机房为单位，将HFC异构网络中来自不同厂商、不同形态、网管接口各异的关键网元设备经各类总线或以太网，以星形方式连接到该代理装置，拓扑结构简单明了。并通过一套由嵌入式软件实现的完整方法，将各被管理网元设备的网管接口统一转换为标准化、开放式的Snmp/IP形式，向上级网管主机提供符合国家标准或国际标准的MIB库，从而真正实现多网元设备的统一集成网管。同时在物理上采用外置式形式和灵活的接口转接模式，解决了HFC网络在线运行被管理网元设备的网管接口（包括电路、结构和嵌入式软件）改造难以操作的问题。

附图说明

图1为本发明的一个典型应用场景下的硬件拓扑结构图。

图2为本发明的嵌入式软件系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明涉及广电HFC（光纤同轴混合）宽带通信网络领域，具体是一种实现HFC异构网络（由来自多厂商不同品种不同形态的网元设备组成）中多类型网元设备的集成网管的代理装置，其核心技术由嵌入式软件实现。本发明使得广电运营商可以以机房为单位，将HFC异构网络中来自不同厂商、不同形态、网管接口各异的关键网元设备经各类总线或以太网，以星形方式连接到该代理装置。

本发明所述HFC异构网络中多网元集成网管代理装置102是一种硬件平台，包括相互连接的嵌入式主机104和总线通信接口电路105。具体多网元集成网管代理方法则是由运行于该硬件平台上的嵌入式软件201来完成，嵌入式软件201包括主控模块202、多个（最多支持32个）虚拟网元设备代理模块203和总线通信控制模块204等。

所述嵌入式主机104是一种常规19”工控主机，包含机壳、3.5”低功耗主板(包含了以太网口、RS232通信接口和外接显示器接口等)、电源、闪存盘等。所述总线通信接口电路105，上联嵌入式主机的RS232通信接口，下联8个RJ11形式的RS485通信接口，用于以星形方式连接多台被管理网元设备103。被管理网元设备103物理接口非RJ11的情况，如RJ45、DB9等，可通过常规无源线缆转接头转换为RJ11；被管理网元设备103电气接口非RS485的，如RS232、RS422等，通过常规外置适配器转换为RS485；被管理网元设备接口为以太网的，则直接通过交换机与嵌入式主机104以太网接口连接。

所述主控模块202，接收并解析来自上级网管主机的下行Snmp指令、根据目标寻址并将指令转发到相应的虚拟网元设备代理模块203；接收并解析来自各虚拟网元设备代理的上行Snmp指令（包括应答和主动告警）、根据源地址寻址并将指令转发给相应的网管主机。主控模块202还负责管理多个虚拟网元设备代理模块203的工作流程，协调并发或轮询通信任务的时序。同时，主控模块202还通过本地（键盘鼠标和外接显示器图形界面）和远程（Snmp MIB）两种形式实现了本发明装置自身的管理配置接口，包括常规信息配置，IP网络配置，固件升级，被管理网元设备的添加、删除和参数配置，被管理网元设备种类、数量和访问权限控制等。

所述虚拟网元设备代理模块203，是按照面向对象软件设计方法，对应于每个被管理网元设备103，在软件内存空间中分别建立一个虚拟的代理模块对象。此模块对象通过相应私有协议与被管理网元设备103进行一对一通信，完成数据采集、控制和告警功能，建立数据库和MIB库，并与主控模块202之间进行Snmp通信。

所述总线通信控制模块204，完成下联各RS485通信接口波特率及校验方式控制、上下行RS485总线通信数据存储转发和一对多时分双工通信的时序和同步控制。

图1所示为本发明在实际典型应用场景下的硬件拓扑结构图。

在广电前端机房内布置一台多网元集成网管代理装置，远程或本地网管主机101通过以太网与硬件平台102相连接；硬件平台102包括嵌入式主机104与总线通信接口电路105，他们之间通过内部RS232接口进行通信。硬件平台102与机房内若干台被管理设备103之间采用星型布线，通过RS485总线进行通信。本发明所述的方法由嵌入式软件201来实现，它运行于嵌入式主机104之上。

硬件平台102采用超低功耗嵌入式工控架构，无硬盘无风扇，保证7x24小时运行的可靠性。

总线通信接口电路105包括了8个RJ11形式的RS485接口，之所以采用8个这样的数量，是因为经过调研，绝大多数情况下同一个广电运营商机房内所有被管理设备的总数不会超过32台，制造商不会超过5家，而来自于同一制造商的被管理设备一般都支持级联，即可以连接到同一个RS485口上，这样一台本发明装置最多可以同时连接来自于8家不同制造商的被管理设备，而不会出现RS485接口数量不够的情况。对于极端情况，即一个机房内被管理设备数量超过32台，或制造商超过8家，则可以通过增加一台装置来扩容解决。

图2所示为本发明中嵌入式软件201具体实现的系统结构框图。

嵌入式软件201在设计时采用了一种可扩展性很强的方案，按照面向对象软件设计（OOP）思想，对每一种不同型号不同种类的被管理网元设备，都对应于不同的虚拟网元设备代理模块203；每增加一个被管理网元设备103，只需要在内存中新创建一个虚拟网元设备代理模块203的实例。每个虚拟网元设备代理模块203通过总线通信控制模块204，与具体所对应的被管理设备103进行通信。多个代理模块的创建和维护，以及协调工作，则由主控模块202来负责。

虚拟网元设备代理模块203是本发明的核心部件，在实际应用中，由原HFC网元设备制造商提供私有网管接口的自定义协议文本和接口的物理参数（如RS485/RS232传输波特率、校验方式等），根据这些相关资料，研发符合开放式标准的代理模块，完成厂商私有协议到标准MIB协议的转换。目前本发明装置及方法已经可以支持包括MOTOROLA、思科（SA）、飞利浦（C-COR）、哈雷在内的50余家国内外主流厂商共200余种网元设备。如果遇到尚未支持的新品种被管理网元设备，只需要按此模式进行嵌入式软件二次开发，并对装置进行远程升级后，即可完成支持。

虚拟网元设备代理模块203的工作流程如下。

步骤一：等待来自主控模块202的“轮询启动”指令，否则保持空闲状态。

步骤二：按照厂商私有协议进行轮询指令组包，通过总线通信控制模块204，将下行数据包发往对应的被管理网元设备103。等待103回应的上行数据包，按照厂商私有协议解包，将参数结果按标准化MIB格式进行组织，并保持在内存中，需要掉电保存的参数则写入嵌入式主机104的闪存盘中。如果103回应超时，则标记该被管理网元设备离线，并生成Snmp Trap（告警）消息，发送给主控模块202。

步骤三：将采集的可告警动态参数与预设门限进行比较，如果超出门限，则生成Snmp Trap（告警）消息，发送给主控模块202。

步骤四：如果厂商私有协议规定的轮询指令有多条，则回到步骤二；否则继续下一步。

步骤五：如果指令缓冲区中有来自于主控模块202的下行Snmp Set（控制）指令，则将其按厂商私有协议进行转换组包，回到步骤二。

步骤六：向主控模块202发送“轮询结束”通知，回到步骤一。

主控模块202工作流程如下。

步骤一：启动初始化，根据被管理网元设备列表，逐个创建虚拟网元设备代理模块203的实例，并将其加入轮询队列中（由于总线资源共享，同一时刻，只能有一个被管理设备处于轮询状态）。

步骤二：对轮询队列中第一个虚拟网元设备代理模块203发送“轮询启动”指令。

步骤三：如果有来自于网管主机101的下行Snmp Get（读参数）指令，则根据目标地址寻址到相应的虚拟网元设备代理模块203的MIB库，读取参数值并组包回复给网管主机。

步骤四：如果有来自于网管主机101的下行Snmp Set（控制）指令，则根据目标地址寻址到相应的虚拟网元设备代理模块203，将控制指令写入其指令缓冲区。

步骤五：如果有来自于虚拟网元设备代理模块203的Snmp Trap（告警）消息，则将其转发给网管主机101。

步骤六：如果接收到当前轮询的虚拟网元设备代理模块203发送“轮询结束”通知，则将其移到轮询队列尾，回到步骤二。否则回到步骤三。

Claims (6)

1.一种HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，其特征是：包括相互连接的嵌入式主机（104）和总线通信接口电路（105），所述嵌入式主机（104）与网管主机（101）相连，所述总线通信接口电路（105）连接多台被管理网元设备（103）；运行在嵌入式主机（104）上的软件包括主控模块（202）、多个虚拟网元设备代理模块（203）和总线通信控制模块（204），所述主控模块（202）接收并解析来自上级网管主机（101）的下行Snmp指令、根据目标寻址并将指令转发到相应的虚拟网元设备代理模块（203），所述主控模块（202）接收并解析来自各虚拟网元设备代理模块（203）的上行Snmp指令，根据源地址寻址并将指令转发给相应的网管主机（101），所述总线通信控制模块（204）完成下联各RS485通信接口波特率及校验方式控制、上下行RS485总线通信数据存储转发和一对多时分双工通信的时序和同步控制。

2.如权利要求1所述HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，其特征是所述总线通信接口电路（105）下联8个RJ11形式的RS485通信接口，用于以星形方式连接被管理网元设备（103）。

3.如权利要求1所述HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，其特征是所述虚拟网元设备代理模块（203）的上行Snmp指令包括应答和主动告警。

4.如权利要求3所述HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，其特征是所述虚拟网元设备代理模块（203）对应于每个被管理网元设备（103），在软件内存空间中分别建立一个虚拟的代理模块对象，此模块对象通过相应私有协议与被管理网元设备（103）进行一对一通信，完成数据采集、控制和告警功能，建立数据库和MIB库，并与主控模块（202）之间进行Snmp通信。

5.如权利要求1所述HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，其特征是所述主控模块（202）还负责管理多个虚拟网元设备代理模块（203）的工作流程，协调并发或轮询通信任务的时序。

6.如权利要求1所述HFC异构网络中多网元集成网管代理装置，其特征是所述主控模块（202）还通过本地和远程两种形式实现装置自身的管理配置接口，包括常规信息配置，IP网络配置，固件升级，被管理网元设备的添加、删除和参数配置，被管理网元设备种类、数量和访问权限控制；所述本地形式是指键盘鼠标和外接显示器图形界面形式，所述远程是指Snmp和MIB形式。

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