CN104243204A - 光通信网中设备的状态收集和远端控制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的光通信网中设备的状态收集和远端控制的方法，包括由CPU运行路由协议，进行路由信息的维护，通过路由表查找出通信网中其它的设备，发送远程控制命令和定时查询其它设备的状态信息，其使用FPGA作为协处理器，把远程控制数据分成两部分：需要定时上报或查询的数据和普通的查询和控制数据，把需要定时上报或查询的数据随路由信息一起打包进行传输，只在相邻的设备之间进行交互，其它数据作为远程控制数据由FPGA进行转发；CPU读取FPGA中路由表，实现远端设备状态的收集。本发明还涉及实现上述方法的装置。由于路由数据和远程控制数据在光通道中使用独立的子通道进行传输，可避免两种数据相互阻塞，降低CPU的工作量。

Description

光通信网中设备的状态收集和远端控制的方法及装置

技术领域

本发明涉及光通信网中设备网络管理，具体是光通信网中设备的状态收集和远端控制的方法及装置，用于由光端机组成的光通信网中，解决设备状态信息实时收集和设备远程控制的问题。

背景技术

通常光通信网中设备网络管理使用简单网络管理协议SNMP，但是SNMP管理包的底层传输方式没有统一的规定，一般使用两种方式。第一种方式对SNMP管理包进行简单的广播方式，当管理包地址和本设备地址不同时，往其他光接口转发该管理包。第二种方式为由CPU运行路由协议，进行路由信息的维护，通过路由表查找出通信网中其它的设备，中心站点发送远程控制命令和定时查询其它设备的状态信息。第一种方式采用的广播方式，当SNMP管理包数据量比较大时，容易引起传输线路堵塞；第二种解决方式不容易引起传输线路堵塞，性能优于第一种解决方式，但是需要其中一个站点为中心站点，中心站点定时查询其它站点的状态。当通信网对系统的可靠性和故障告警的实时性要求很高时，为了防止中心站点故障导致无法监控系统中设备运行状态，需要从任意站点都可以对其他所有站点的通信设备进行监控，系统中任意站点都需要定时查询其它设备的状态信息。随着通信网中设备状态信息数量和站点的增加，CPU的工作量成几何式增长。

发明内容

为减轻光通信网中设备网络管理中CPU的工作量，使CPU更好地执行其它算法，本发明的目的在于提供一种光通信网中设备的状态收集和远端控制的方法。 

本发明的光通信网中设备的状态收集和远端控制的方法，包括由CPU运行路由协议，进行路由信息的维护，通过路由表查找出通信网中其它的设备，发送远程控制命令和定时查询其它设备的状态信息，其使用FPGA作为协处理器，把远程控制数据分成两部分：需要定时上报或查询的数据和普通的查询和控制数据，把需要定时上报或查询的数据随路由信息一起打包进行传输，只在相邻的设备之间进行交互，其它数据作为远程控制数据由FPGA进行转发；

CPU读取FPGA中路由表，实现远端设备状态的收集。

本发明把远程控制数据分成两部分：需要定时上报或查询的数据和普通的查询和控制数据。需要定时上报或查询的数据主要为设备的状态信息，这些信息需要频繁地进行传输，如果每个站点的设备都向其它的设备发送这些信息，那么数据量非常大。因此把这些数据设备的状态信息随路由信息一起打包进行传输，只在相邻的设备之间进行交互，可以明显减少传输的数据量。其它数据作为远程控制数据由FPGA进行转发。并且由于现在光端机的通道开销都非常丰富，可以给FPGA分配多个独立的通道开销进行设备间交互。因此路由数据和远程控制数据在光通道中使用独立的子通道进行传输，避免了两种数据相互阻塞，可以很好地保证两种数据传输的实时性。

该发明在设备中应用后，CPU可以快速的从FPGA中读取远程设备的状态数据，其他的控制数据也可以快速无阻塞的和其他的远程设备进行交互，避免了CPU因为频繁的读取其他设备的信息和进行路由维护而频繁地产生中断，使CPU可以专注于其他的算法，降低了CPU设计的复杂性。

本发明中，FPGA转发远程控制命令包括：

接收的远程控制命令由两部分组成：CPU通过SPI总线发送给FPGA的远程控制命令和从光接口接收到的远程控制命令，两种命令处理方式相同，在确定远程控制命令正确后存入接收缓存区中，然后远程控制命令转发模块从远程控制命令缓存区中读取远程控制命令，分析目的地址，如果目的地址和本设备相同，把远程控制命令写入本地CPU的远程控制命令发送缓存区，等待本地CPU读取后发送；如果目的地址和本设备不相同，从路由表中读出该目的地址的路由信息，查找该路由信息的光口号，然后把该远程控制信息发送到相应光接口的发送缓存区中，等待从光接口发送。

在本地CPU需要发送远程控制命令时，通过SPI总线把远程控制命令传送给本地FPGA，由于FPGA分析CPU远程控制命令包比较困难，所以本发明还包括FPGA在转发数据包时，把远程控制命令数据按下表格式进行二次封包： 

同步头

目的地址

数据包长度

数据

ＣＲＣ校验

之后进行透明传输。

CPU发送远程控制命令给FPGA的具体操作如下：CPU在发送数据包给FPGA时，先查询FPGA的标志寄存器have_data，如果该寄存器为高，表示FPGA还在处理上次接收的数据包，不能接收新数据，CPU暂停发送，等待一段时间后，继续查询该地址；如果该寄存器地址为低，表示上次CPU发送给FPGA的数据包处理完毕，FPGA可以接收新的数据包，然后CPU把数据包的目的地址写入寄存器addr_far_equipment中，把数据包的数据写入FPGA的RAM中，并且把数据包在RAM中的起始地址和结束地址写入寄存器addr_start和寄存器addr_end中，同时把FPGA的标志寄存器have_data的值置为高，通知FPGA有新的数据等待FPGA处理；FPGA发现标志寄存器have_data的值置为高时，把接收到的数据包进行二次封包，并且把封好的数据包存入远程控制命令缓存区，和从光接口接收的数据包一起等待转发；同时把标志寄存器have_data的值置为低，等待CPU写入新的远程控制命令。

本发明还提供实现上述方法的装置，所述装置包括：实现路由表的维护及远端设备状态信息的收集的部分和实现设备远程控制的部分。

所述实现路由表的维护及远端设备状态信息的收集的部分包括顺序连接的三个模块：路由信息接收模块、路由表操作模块和路由信息发送模块：

1）、路由信息接收模块：用于接收相邻设备发送的路由信息；

2）、路由表的操作模块：用于监控如下信号：复位信号、定时更新信号、光异常信号和路由信息缓存区指示信号，并当上述信号产生时，路由表分别进入复位状态、更新状态、光异常处理状态和对比状态，产生相应的操作；

一般地，路由表存在如下状态：空闲状态、复位状态、更新状态、光异常处理状态和对比状态。空闲状态不对路由表进行操作。

3）、路由信息发送模块：用于把设备中路由表中的路由信息通过光通道发送给相邻的设备。

所述实现设备远程控制的部分包括顺序连接的三个模块：远程控制命令接收模块、远程控制命令缓存与转发模块和远程控制命令发送模块：

1）远程控制命令接收模块：用于接收CPU通过SPI总线发送给FPGA的远程控制命令和从光接口接收到的远程控制命令；

2）远程控制命令缓存与转发模块：用于从远程控制命令缓存区中读取远程控制命令，分析目的地址，将目的地址与本设备地址相同的远程控制命令写入本地CPU的远程控制命令缓存区，将将目的地址与本设备地址不同的远程控制命令转发到相应光口的缓存区；

3）远程控制命令发送模块：用于通过本地CPU将写入本地CPU远程控制命令缓存区的远程控制命令发送出去，或者通过光口将光口缓存区的远程控制命令发送出去。

附图说明

图1是路由表的维护示意框图；

图2是路由信息发送流程图；

图3是路由信息接收流程图；

图4是路由表操作状态转移图；

图5是路由表对比状态操作流程图；

图6是控制信息传输示意框图。

具体实施方方式

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

实现路由表的维护及远端设备状态信息的收集的部分包括顺序连接的三个模块：路由信息接收模块、路由表操作模块和路由信息发送模块。如图1所示。

路由信息接收模块包括：光接口、路由信息接收器和路由信息缓存区。从光接口接收路由信息，对路由信息进行校验，正确的路由信息存入路由信息缓存区中。

路由表操作模块包括：

当路由表操作状态处于空闲状态时，如果缓存区中有路由信息，空闲模块向对比模块产生对比请求，对比模块从路由缓存区中读取路由信息，和路由表中的路由进行对比，确定是否需要更新路由表。

光接口状态分为光正常状态和光异常状态。由于路由信息都是从光通道中进行传输，因此当光接口出现异常时，从该光接口接收的路由信息都无效，需要进行删除。光接口向空闲模块发出光异常信号，然后空闲模块向光异常处理模块发出光异常请求，光异常处理模块查找路由表中光口号和异常光接口相同的路由信息，进行删除。

复位信号产生器在设备上电时或者接收到CPU的路由器复位命令后产生复位信号，空闲模块接收到复位信号后向复位模块产生复位请求，然后复位模块删除路由表中的所有路由信息。

更新定时器每隔一段时间发出定时信号，空闲模块接收到定时信号后向更新模块发出更新请求，更新模块对把路由表中所有路由信息的更新状态值加1，当更新状态的值为15时，表明该条路由信息长时间得不到更新，出现异常，删除该条路由信息。

路由信息发送模块负责把设备中路由表的路由信息通过光接口发送到相邻的设备。

由于设备状态信息和路由信息打包同时传输，因此在FPGA的RAM中保存的每条路由信息还包括目的设备的状态。具体内容如下：目的地址、路由信息来源、跳数、光口号、路由更新状态和目的设备的状态。其含义如下：

目的地址：目的设备的地址。

路由信息来源：上一次转发该路由信息的设备的地址。

光口号（1～６４）：接收该条路由信息的光口的编号。

跳数（值为0～254）：本设备到达目的设备所需要经过的设备数。

更新状态（值为0～15）：该条路由信息没有被更新的次数。当路由信息被更新时该值被清零；

目的设备的状态：记录目的设备的当前状态。该信息的长度随设备状态量的多少确定。

发送路由信息的过程如图2所示：首先从路由表中逐条读取路由信息，从路由信息中提取需要发送的内容，存入寄存器中，然后把本端设备的地址作为相邻设备的路由信息来源，和寄存器中的数据一起发送到光接口的缓存区，发送路由信息时从光接口的缓存区中读取需要发送的数据，加入同步序列和CRC校验，便于接收端能够正确定位路由信息的起始点和校验路由信息传输过程中是否出现错误。

路由信息接收过程如图3所示。每个光接口接收到路由信息后，检查CRC校验，校验不成功时直接丢弃该条路由信息。否则把接收到的路由信息和光接口的光口号进行缓存，写入路由信息缓存区。

路由表操作状态转换如图4所示。

空闲状态监控如下信号：复位信号、定时更新信号、光异常信号和路由信息缓冲区指示信号。复位信号由复位模块在设备上电或者设备网管发出复位路由表命令时产生。定时更新信号由更新定时器每隔固定时间产生一次。光异常信号是光线路由正常到异常时产生的指示信号。路由信息缓存区指示信号指示路由缓存器是否有路由数据。以上信号的优先级由高到低依次为复位信号、定时更新信号、光异常信号和路由信息缓冲区指示信号。

路由表状态为空闲状态时，如果复位信号有效产生则产生复位请求，进入复位状态，清空路由表中的所有路由信息，操作完成后返回空闲状态。

路由表操作状态为空闲状态时，如果定时更新信号有效时，产生更新请求，进入更新状态，逐条读取路由表中的路由信息，检查路由信息中的“更新状态”项，如果小于14，那么更新状态加1。否则删除该条长期不更新的路由信息。结束后返回空闲状态。

路由表状态为空闲状态时，如果光接口异常信号有效时，产生光异常请求，进入光异常处理状态，查询路由表，把路由表中光口号和异常光接口的光口号相同的路由信息删除，即删除路由表中从异常光接口进入的路由信息。光线路异常处理操作可以使坏的路由信息迅速传递给其他设备，使其他设备可以快速建立其他的路由路径。光异常处理结束后，返回空闲状态。

路由表状态为空闲状态时，如果路由信息缓冲区指示信号有效时，产生对比请求，对路由表进行对比操作，如图5所示：从路由信息缓存区读取从光口接收到的路由信息（把该路由信息记为路由Ａ），读取路由A的目的地址，根据该目的地址从路由表中读取目的地址相同的路由信息（把该路由信息记为路由Ｂ），如果路由表中无该路由信息，直接把路由A写入路由表中，并且把路由信息中的更新状态置０。如果路由B存在，比较两条路由信息中的路由信息来源和跳数大小，当路由信息来源相同或路由信息来源不同但路由Ｂ的跳数小于路由Ａ的跳数时，把路由Ｂ写入路由表中，覆盖路由Ａ，同时把路由信息更新状态项修改为０。否则把路由B写入路由表中。对比操作结束后，产生比较结束信号，进入空闲模块。

路由表中的路由信息中包含了远端设备状态的信息，因此CPU读取FPGA中路由表就可以知道远端设备的状态，实现远端设备状态的收集。

所述实现设备远程控制的部分包括顺序连接的三个模块：远程控制命令接收模块、远程控制命令缓存与转发模块和远程控制命令发送模块。如图6所示。

远程控制命令接收模块接收的远程控制命令由两部分组成：本设备CPU通过SPI总线发送给FPGA的远程控制命令和从光接口接收到的远程控制命令，两种命令处理方式相同，在确定远程控制命令正确后存入接收缓存区中，然后远程控制命令转发模块从远程控制命令缓存区中读取远程控制命令，分析目的地址，如果目的地址和本设备相同，把远程控制命令写入本地CPU的远程控制命令发送缓存区，等待CPU读取。如果目的地址和本设备不相同，从路由表中读出该目的地址的路由信息，查找该路由信息的光口号，然后把该远程控制信息发送到相应光接口的发送缓存区中，等待从光接口发送。

远程控制的实现如图6所示：本地CPU需要发送远程控制命令时，通过SPI总线把远程控制命令传送给本地FPGA，由于FPGA分析CPU远程控制命令包比较困难，因此FPGA在转发数据包时，把远程控制命令数据进行二次封包，进行透明传输，二次封包格式如下：

同步头

目的地址

数据包长度

数据

ＣＲＣ校验

CPU需要发送远程控制命令给FPGA的具体操作如下：CPU在发送数据包给FPGA时，先查询FPGA的标志寄存器have_data，如果该寄存器为高，表示FPGA还在处理上次接收的数据包，不能接收新数据，CPU暂停发送，等待一段时间后，继续查询该地址。如果该寄存器地址为低，表示上次CPU发送给FPGA的数据包处理完毕，FPGA可以接收新的数据包，然后CPU把数据包的目的地址写入寄存器addr_far_equipment中，把数据包的数据写入FPGA的RAM中，并且把数据包在RAM中的起始地址和结束地址写入寄存器addr_start和寄存器addr_end中，同时把FPGA的标志寄存器have_data的值置为高，通知FPGA有新的数据等待FPGA处理。FPGA发现标志寄存器have_data的值置为高时，把接收到的数据包进行二次封包，并且把封好的数据包存入远程控制命令缓存区，和从光接口接收的数据包一起等待转发。同时把标志寄存器have_data的值置为低，等待CPU写入新的远程控制命令。

远程控制命令转发模块从远程控制命令缓存区中读取远程控制命令，分析目的地址，如果目的地址和本设备相同，表示该命令是远程设备发送给本设备的，然后把远程控制命令写入本地CPU的远程控制命令缓存区，等待CPU读取。如果目的地址和本设备不同，从路由表中读出该目的地址的路由信息，提取路由信息中的光口号，然后把该远程控制信息发送到相应光口的缓存区，等待从光口发送。

Claims (7)

1.光通信网中设备的状态收集和远端控制的方法，包括由CPU运行路由协议，进行路由信息的维护，通过路由表查找出通信网中其它的设备，发送远程控制命令和定时查询其它设备的状态信息，其特征在于：使用FPGA作为协处理器，把远程控制数据分成两部分：需要定时上报或查询的数据和普通的查询和控制数据，把需要定时上报或查询的数据随路由信息一起打包进行传输，只在相邻的设备之间进行交互，其它数据作为远程控制数据由FPGA进行转发；

CPU读取FPGA中路由表，实现远端设备状态的收集。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：FPGA转发远程控制命令包括：

接收的远程控制命令由两部分组成：CPU通过SPI总线发送给FPGA的远程控制命令和从光接口接收到的远程控制命令，两种命令处理方式相同，在确定远程控制命令正确后存入接收缓存区中，然后远程控制命令转发模块从远程控制命令缓存区中读取远程控制命令，分析目的地址，如果目的地址和本设备相同，把远程控制命令写入本地CPU的远程控制命令发送缓存区，等待本地CPU读取后发送；如果目的地址和本设备不相同，从路由表中读出该目的地址的路由信息，查找该路由信息的光口号，然后把该远程控制信息发送到相应光接口的发送缓存区中，等待从光接口发送。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：还包括FPGA在转发数据包时，把远程控制命令数据按下表格式进行二次封包： 

同步头 目的地址 数据包长度 数据 ＣＲＣ校验

之后进行透明传输。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：CPU发送远程控制命令给FPGA的具体操作如下：CPU在发送数据包给FPGA时，先查询FPGA的标志寄存器have_data，如果该寄存器为高，表示FPGA还在处理上次接收的数据包，不能接收新数据，CPU暂停发送，等待一段时间后，继续查询该地址；如果该寄存器地址为低，表示上次CPU发送给FPGA的数据包处理完毕，FPGA可以接收新的数据包，然后CPU把数据包的目的地址写入寄存器addr_far_equipment中，把数据包的数据写入FPGA的RAM中，并且把数据包在RAM中的起始地址和结束地址写入寄存器addr_start和寄存器addr_end中，同时把FPGA的标志寄存器have_data的值置为高，通知FPGA有新的数据等待FPGA处理；FPGA发现标志寄存器have_data的值置为高时，把接收到的数据包进行二次封包，并且把封好的数据包存入远程控制命令缓存区，和从光接口接收的数据包一起等待转发；同时把标志寄存器have_data的值置为低，等待CPU写入新的远程控制命令。

5.实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于：所述装置包括：实现路由表的维护及远端设备状态信息的收集的部分和实现设备远程控制的部分。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述实现路由表的维护及远端设备状态信息的收集的部分包括顺序连接的三个模块：路由信息接收模块、路由表操作模块和路由信息发送模块：

1）、路由信息接收模块：用于接收相邻设备发送的路由信息；

2）、路由表的操作模块：用于监控如下信号：复位信号、定时更新信号、光异常信号和路由信息缓存区指示信号，并当上述信号产生时，路由表分别进入复位状态、更新状态、光异常处理状态和对比状态，产生相应的操作；

3）、路由信息发送模块：用于把设备中路由表中的路由信息通过光通道发送给相邻的设备。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述实现设备远程控制的部分包括顺序连接的三个模块：远程控制命令接收模块、远程控制命令缓存与转发模块和远程控制命令发送模块：

1）远程控制命令接收模块：用于接收CPU通过SPI总线发送给FPGA的远程控制命令和从光接口接收到的远程控制命令；

2）远程控制命令缓存与转发模块：用于从远程控制命令缓存区中读取远程控制命令，分析目的地址，将目的地址与本设备地址相同的远程控制命令写入本地CPU的远程控制命令缓存区，将将目的地址与本设备地址不同的远程控制命令转发到相应光口的缓存区；

3）远程控制命令发送模块：用于通过本地CPU将写入本地CPU远程控制命令缓存区的远程控制命令发送出去，或者通过光口将光口缓存区的远程控制命令发送出去。