CN201332397Y - 网管光纤收发器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可实现对多级级连的机箱进行监测的网管光纤收发器系统，该系统包括主机箱和从机箱，主机箱包括主监测卡模块和光纤收发器单元模块，从机箱包括从监测卡模块和光纤收发器单元模块，主监测卡模块包括ARM芯片、单片机和外嵌在单片机上的级连模块，ARM芯片和单片机通过串口连接，ARM芯片通过外嵌在ARM芯片上的网口与管理端连接，从监测卡模块包括单片机和外嵌在单片机上的级连模块，主监测卡模块和从监测卡模块之间通过级连模块相连接，光纤收发器单元模块与单片机之间分别通过串口连接。本系统不仅节省了系统成本，而且提高了系统的运行效率和系统稳定性。

Description

网管光纤收发器系统

技术领域

本实用新型涉及网络通信和光纤通信系统，特别涉及一种基于网管型光纤收发器可实现对多级级连的机箱进行监测的网管光纤收发器系统。

背景技术

信息化建设的突飞猛进，人们对于数据、语音、图像等多媒体通信的需求日益旺盛，以太网宽带接入方式因此被提到了越来越重要的位置。其中光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点得到了广泛的应用，光纤收发器正是利用了光纤这一高速传播介质很好的解决了以太网在传输方面的问题。光纤收发器的出现，将双绞线电信号和光信号进行相互转换，确保了数据包在光纤网和电网间顺畅传输。

光纤收发器可以分为网管型和非网管型。随着网络向着可运营可管理的方向发展，大多数运营商都希望自己网络中的所有设备均能做到可远程网管的程度，光纤收发器产品与交换机、路由器等网络通信产品一样也逐步向这个方向发展。

网管型光纤收发器可以细分为局端可网管和用户端可网管。企业普遍采用局端可网管系统。目前我国的基于SNMP光纤收发器网管产品开发普遍采用linux等系统平台，该系统硬件要求高，所以成本偏高。又由于各厂家软件和硬件的设计区别，产品往往功能并不完善，比如无级连功能或有级连功能但级连数不高，大多数采用一个模块处理全部信息的模式，软件上多采用linux或是不开源的收费操作系统，因此普遍存在不能利用光纤控制远端检测卡、不支持远程升级以及无法实现对远端独立式光纤收发器进行监控等缺陷。

本实用新型需要解决的问题：

(1)本网管系统的被管理设备(代理终端)属于低速设备，查询周期长，而网管系统需要较强实时性，因此在系统中要使PC管理端能够实现实时监控，首先解决代理端和PC管理端速度不匹配的问题，这也正是很多网管软件遇到的问题。

(2)SNMP协议是建立在TCP/IP协议之上的应用层协议，涉及到网络安全的问题，采用什么软件平台上稳定可靠地实现该协议，是在芯片选型、选择操作系统以及硬件电路设计时必须认真思考的问题。

(3)搭建一个在ARM芯片的硬件平台和开源操作系统下，软件构架必须要服务于系统稳定性和可靠性，同时尽可能地节省系统成本，提高系统的工作效率。

(4)系统必须属于开放的系统，硬件和软件都要有很好的扩展性能，在软件和硬件上要采用分系统、分模块等处理方式，以保证系统能够根据需求的提高不断扩展升级。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有光纤收发器网络管理技术中存在使用网管协议不标准、构成系统成本高、机箱级连数不多、不支持远程升级、无法对远端独立式光纤收发器进行监控等缺陷，提供一种主从式结构、高可靠、低成本的光纤收发器网管系统。本系统由于采用ARM芯片加上开源的操作系统进行设计，即采用能够实现内核裁减的操作系统，降低了对系统资源的要求，并针对现有系统中存在的各种缺陷进行了完善，通过设计了监测机箱的多级级连，可对远端收发器进行远程控制，实现了稳定可靠的远程在线升级功能。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种网管光纤收发器系统，其特征于：包括主机箱和从机箱，所述的主机箱包括主监测卡模块和光纤收发器单元模块，所述的从机箱包括从监测卡模块和光纤收发器单元模块，所述的主监测卡模块包括ARM芯片、单片机和外嵌在单片机上的级连模块，ARM芯片和单片机通过串口连接，ARM芯片通过外嵌在ARM芯片上的网口与管理端连接，所述的从监测卡模块包括单片机和外嵌在单片机上的级连模块，所述的主监测卡模块和从监测卡模块之间通过所述的级连模块相连接，所述的光纤收发器单元模块与所述的单片机之间分别通过串口连接。

本实用新型具有以下有益效果：本系统由于设计了主从式的硬件结构，软件则采用了多CPU的多模块处理方式，从而高效率地实现10M、100M以太网电口和光口之间的自适应或强制转换，支持各种速率、全双工/半双工切换，实现对多个机箱级连的集中管理。不仅节省了系统成本，而且提高了系统的运行效率和系统稳定性。

附图说明

图1是本实用新型功能设计图。

图2是本实用新型整体结构示意图并作为摘要附图。

图3是本实用新型软件实现模块结构图。

图4是本实用新型软件程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本系统做进一步说明：网管光纤收发器系统包括主机箱1和从机箱2，主机箱1包括主监测卡模块11和光纤收发器单元模块12，从机箱2包括从监测卡模块21和光纤收发器单元模块22，主监测卡模块11包括以ARM芯片111、单片机112和外嵌在单片机112上的级连模块113，ARM芯片111和单片机112通过串口连接，ARM芯片111通过外嵌在ARM芯片111上的网口114与管理端3连接，从监测卡模块21包括单片机211和外嵌在单片机211上的级连模块212，主监测卡模块11和从监测卡模块21之间通过级连模块113、212相连接，光纤收发器单元模块12与单片机112之间和光纤收发器单元模块22与单片机211之间分别通过串口连接，如图2所示。

主监测卡模块11还包括外嵌在ARM芯片111上的存储模块115。ARM芯片111上外嵌有串口接口116。

光纤收发器单元模块包括数个光纤收发器。本实施例中设计光纤收发器单元模块包括16个光纤收发器。

从机箱2为数个，每个从机箱之间通过各自的级连模块进行连接。本实施例中设计最多可连接8个从机箱。

SNMP网管型光纤收发器系统实现了多级级联，最多可同时管理256个光纤收发器单元模块，支持远程在线升级的功能。

本系统的主监测卡模块采用双CPU的结构，由ARM7芯片加c51单片机构成，从机监控模块只采用一个c51单片机来监控光纤收发器单元的工作状态；两个CPU分别实现各自核心功能，从电路到软件都采用了分系统处理方式，保证了本系统电路和软件的高性能，操作系统采用开源的操作系统，在系统安全方面有可靠的保证。这样设计符合SNMP标准协议。光纤收发器系统能在通用的低成本的环境下稳定地运行，该体系结构使整个SNMP网管功能分为两个相对独立的处理模块，能更大程度的保证系统的高效性和稳定性。本系统采用主从式的管理结构，即一个主监测卡模块可串联N个从监测卡模块，每个从监测卡模块定期轮询它所在机箱上所有光纤收发器的状态信息，向主监测卡模块提交。主监测卡模块一方面需要轮询自己机箱上的网管信息，另一方面还需收集所有从机箱上的信息，然后汇总并提交给网管服务器。

本系统采用了应用最为广泛SNMP协议，这使本系统具有良好的标准性和兼容性，能够将光纤收发器的MIB库导入到整个网管信息数据库中，使用各种通用网管系统都能进行管理。

为了提高系统运行效率，系统在结构上采用主从式一主带多从的模式。主机箱模块系统中需要有如图1所示的A、B两个部分，包括一个ARM 7芯片和一个c51单片机，对于从机箱模块系统就只用图1所示的B部分，只需要使用一个c51单片机即可，跟主机箱级连起来构成一个基于SNMP光纤收发器的网管系统。

主监测卡模块系统采用一个ARM CPU和网络接口芯片组成SNMP网管系统的agent模块，ARM CPU和一个c51单片机构成数据采集处理模块。ARM芯片内嵌高速Flash和高速SRAM，对于系统使用和程序在线升级都无须外扩内存Flash，通过RJ45接口与PC机的SNMP网管系统的PC管理端连接；ARM芯片和c51单片机组成的数据采集处理模块，通过通用低速通信接口连接。

从机监测模块系统只采用一个c51单片机，按照系统的要求对一个机箱进行数据采集处理，按照网管单元的要求控制其光纤收发器单元模块的工作状态。主从监测模块之间采用低速通信接口进行连接。

系统软件是基于开源的嵌入式操作系统进行开发的，该操作系统具有内核较小、操作系统移植性好、而且符合软件开发安全性要求等优点。所要求占用的系统资源小，硬件配置要求不高。

系统采用模块化的设计方案，实现SNMP网管agent代理端系统的软件设计。本SNMP网管agent代理端系统包含协议栈报文传输模块、报文解析与生成模块、报文处理模块、TRAP生成模块、MIB库处理模块、数据采集处理模块、EEPROM存储模块、串口设置模块和在线升级模块。系统软件模块组成如图3所示。Agent端软件是嵌入在网管代理模板中的，网管代理模板首先要通过复用串行通信线路实时地采集管理数据，并将这些数据信息完整地保存在代理模块的内存中，利用这些数据信息Agent就可以通过RJ45接口实时地与Manager进行通信了。软件工作流程是：系统运行首先需要初始化设备，注册网络参数，加载MIB库，接着创建各个工作线程，工作线程包括如图4所示的三个工作线程，分别为SNMP代理端工作线程、串口查询调试线程和系统轮询检测线程，创建完毕后，系统进入线程调度处理。

SNMP代理端线程完成对SNMP协议包的请求处理和响应应答工作。首先对来包进行接收和解析，获得SNMP报文后根据报文进行处理，调用MIB库变量访问函数获得参数的值，若是来包为设置操作就调用设置函数进行设置。最后生成响应报文并发送给管理端。

串口查询调试线程完成数据或命令的发送和接收。它负责与单片机进行通信，并接收其他线程传入的命令，调用命令处理函数进行处理，实现对光纤收发器参数的读取和设置。

系统轮询检测线程完成检测光纤收发器工作状态的功能。该线程通过轮询控制调用串口查询函数，获得参数数据，当参数状态改变了，就生成并发送trap给管理端。

本系统可以实现以下功能：(1)主从式结构，提供管理模块(主、从)，可级连8个机箱，同时管理256个光纤收发器；(2)支持SNMPv1和v2c网管协议，以SNMP Trap的方式实时接收和显示告警信息；(3)网管系统支持网络设备自动发现与添加功能，支持机箱监测卡、板卡的热插拔；(4)可以显示和配置完备的系统信息，包括机箱名称、IP地址相关网络参数等；(5)可查询和配置本端和远端设备各端口的工作方式，包括连接状态、连接速率、全/半双工、端口关闭等，有变化实现上报；(6)支持远端掉电检测，能够通过对远端发送的远端错误信号，检测发送端光纤连接状态；(7)网管系统具有掉电保护的功能，实现完善的数据备份和恢复功能；(8)管理模块失败不影响其他模块正常工作；(9)支持在线远程升级功能；(10)提供MIB库文件，方便整合到第三方的SNMP网管软件，完全满足通用网络管理程序的访问要求；(11)采用树形目录、集中式管理方式，可在一个软件界面内同时管理多台机箱式设备；同时引入组管理方式，在管理中充分增强层次性，即使同时管理很多设备，也可以方便地对任意一台设备进行操作。

对于系统工作原理以主机箱进行说明：主机箱中的16块收发器插卡的各种信息通过标准的串行管理接口SMI经背板送到主监测板卡上；同时电源告警信息也通过背板汇集到主监测板卡上，由主监测板卡读取这些信息，将其转换成SNMP协议报文数据，将数据传送至相应的PC管理端完成对整个机箱的监测。PC管理端可通过查询各个节点的TCP/IP地址来实现对全网设备的监控功能，对收发器插卡各种工作状态和工作模式的设置是在PC管理端软件界面操作，通过主监测卡RJ45接口完成的数据包的接收。每个收发器插卡的地址设置固定在背板上。可利用机箱背板上的串行通信接口将多个机箱进行级连，实现PC对多个机箱进行监控，机箱地址设置由监测卡完成。

本系统可完成对本端/远端的重启(复位)；本端/远端的电口重启/关断/开启；本端/远端的工作状态(自适应、10/100M、全/半双工、流量等)的配置/监控；本端/远端的带宽和流量的管理；远端环回测试(带内、带外两种)；实时监视电源状态。

本系统工作过程主要包括：来自PC管理端发送的获取参数操作，代理系统返回相应的参数值；PC管理端发送的设置参数操作，代理系统设置相应的参数并回复；代理端实时采集系统中光纤收发器的各种状态信息，对系统中光纤收发器状态的改变或故障实现Trap上报，并更新系统的MIB库。

软件代理程序的主要功能是实现SNMPAgent的功能。SNMPAgent部分为SNMP管理系统中的被管实体。其中，报文解析和生成模块完成SNMP的协议处理，包括SNMP报文的拆解和封装、Trap的组成；MIB库处理模块为管理信息库，包括标准MIB-II以及用户自定义管理信息；SNMP MIB管理控制接口和SNMP协议管理控制接口提供了管理面对SNM报文解析和生成和SNMP的访问。系统采用多线程的处理方式，分别实现用于等待和响应SNMP网管系统PC管理端的实时访问、光纤收发器数据采集处理模块实时轮询检测、采集处理光纤收发器本端和远端设备的状态信息和从串口通信等功能。

通过处理EEPROM存储模块、MIB库处理模块、报文处理模块、SNMP报文解析和生成模块和协议栈传输模块，系统首先从PC管理端通过网口获取请求信息，调用报文解析和生成模块解析报文，再调用报文处理模块对请求做出响应的处理。如果是获取请求，那么系统调用MIB库处理模块获取相应的信息，生成相应的响应报文传送至PC管理端，如果是设置请求，则调用MIB库处理模块对MIB库中的相应变量进行设置，并调用EEPROM存储模块保存相应的变量信息。

Claims (5)

1、一种网管光纤收发器系统，其特征在于：包括主机箱(1)和从机箱(2)，所述的主机箱(1)包括主监测卡模块(11)和光纤收发器单元模块(12)，所述的从机箱(2)包括从监测卡模块(21)和光纤收发器单元模块(22)，所述的主监测卡模块(11)包括ARM芯片(111)、单片机(112)和外嵌在单片机(112)上的级连模块(113)，所述的ARM芯片(111)和单片机(112)通过串口连接，ARM芯片(111)通过外嵌在ARM芯片(111)上的网口(114)与管理端(3)连接，所述的从监测卡模块(21)包括单片机(211)和外嵌在单片机(211)上的级连模块(212)，所述的主监测卡模块(11)和从监测卡模块(21)之间通过所述的级连模块(113、212)相连接，所述的光纤收发器单元模块(12)与所述的单片机(112)之间和所述的光纤收发器单元模块(22)与所述的单片机(211)之间分别通过串口连接。

2、如权利要求1所述的网管光纤收发器系统，其特征在于：所述的主监测卡模块(11)还包括外嵌在ARM芯片(111)上的存储模块(115)。

3、如权利要求1或2所述的网管光纤收发器系统，其特征在于：所述的ARM芯片(111)上外嵌有串口接口(116)。

4、如权利要求1所述的网管光纤收发器系统，其特征在于：所述的光纤收发器单元模块包括数个光纤收发器。

5、如权利要求1所述的网管光纤收发器系统，其特征在于：所述的从机箱为数个，每个从机箱之间通过级连模块连接。

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