SNMP的GPON網(wǎng)管軟件系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)

    1、引言

         GPON技術(shù)是基于ITU-TG.984.x標(biāo)準(zhǔn)的最新一代寬帶無源光綜合接入技術(shù)，具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)、被大多數(shù)運(yùn)營商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化、綜合化改造的理想技術(shù)。目前業(yè)內(nèi)對(duì)GPON系統(tǒng)的研究大部分集中于GPON的硬件部分，對(duì)GPON系統(tǒng)的物理規(guī)范、硬件設(shè)備都有了詳細(xì)討論，但是，如何給硬件部分配備軟件，還沒有很好的標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，本文依據(jù)G984.4建議給出的GPON管理操作一系列規(guī)范，詳細(xì)地說明了GPON的管理與控制協(xié)議，指出管理與控制是保證GPON穩(wěn)定安全運(yùn)行的關(guān)鍵，提出了網(wǎng)管系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。在分析GPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能模塊的基礎(chǔ)上，說明了GPON的網(wǎng)絡(luò)管理以及管理實(shí)體的關(guān)系。接著分析了SNMP協(xié)議，提出了軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，重點(diǎn)探討了基于SNMP的GPON網(wǎng)絡(luò)管理軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

    2、GPON網(wǎng)管系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)概述

    2.1　GPON網(wǎng)管系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

    GPON網(wǎng)絡(luò)由光線路終端（Optical Line Termination，OLT）、光纖分配網(wǎng)（Optical Distribution Network，ODN）及光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）組成。GPON網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，接入網(wǎng)的管理接口位于OLT端，而接入網(wǎng)的光網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備在ONU端，也就是說在GPON接入系統(tǒng)中，光網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的網(wǎng)管信息由ONU端收集整理送到OLT端的管理接口。

圖1　GPON網(wǎng)管管理體系

    2.2　G984.4協(xié)議

    是G984系列中的最新的一個(gè)協(xié)議，它在物理層與傳輸匯聚層已經(jīng)定義了的情況下，規(guī)定了ONT管理與控制接口（OMCI）的規(guī)范。該協(xié)議主要討論了GPON系統(tǒng)的操作管理維護(hù)部分，定義了由管理信息庫（MIB）管理的實(shí)體，這些管理實(shí)體建立了在光網(wǎng)絡(luò)終端（ONT）和光線路終端（OLT）之間信息交換的模型。此外，該協(xié)議包括管理ONT的具體消息，這使得多路ONT和OLT之間協(xié)調(diào)工作的成為可能[1]。主要包括對(duì)OMCI幀的研究以及與協(xié)議無關(guān)的MIB庫研究。圖2為OMCI幀。

圖2　OMCI幀

    這里的GEM header如果發(fā)的是ATM幀格式，那么就是ATM header。在這個(gè)幀格式里定義了消息的類型（主要包括set，get等等）；設(shè)備標(biāo)識(shí)符以及消息的標(biāo)識(shí)符等，這些主要是用來區(qū)分定義的與協(xié)議無關(guān)的mib庫的不同被管實(shí)體；消息內(nèi)容主要是根據(jù)被管實(shí)體的消息類型來填充OMCI幀；OMCI trailer主要用來填充校驗(yàn)碼[2]。

    2.3　SNMP協(xié)議概述

    SNMP管理體系結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域取得了巨大的成功。SNMP在設(shè)計(jì)時(shí)，就定位在是一種易于實(shí)施的基本網(wǎng)絡(luò)管理工具[3]。

    SNMP的管理結(jié)構(gòu)的核心思想是在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上存放一個(gè)管理信息庫（MIB，Management Information Base），由節(jié)點(diǎn)上代理（Agent）負(fù)責(zé)維護(hù)，管理者通過應(yīng)用層協(xié)議對(duì)這些代理進(jìn)行輪詢進(jìn)而對(duì)管理信息庫進(jìn)行管理。SNMP最大的特點(diǎn)就是其簡單性。它的設(shè)計(jì)原則是盡量減少網(wǎng)絡(luò)管理所帶來的對(duì)系統(tǒng)資源的需求，盡量減少Agent的復(fù)雜性。它的整個(gè)管理策略和體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都體現(xiàn)了這一原則[4]。

    如圖3所示，SNMP管理分為SNMP管理站和SNMP代理站。代理站（Agent）位于被管理端，可以是代理端PC，受監(jiān)控設(shè)備等，管理站（Manager）通過代理站采集，修改受控設(shè)備的各種參數(shù)，完成管理功能。

圖3　SNMP網(wǎng)絡(luò)管理模型

    管理信息庫（MIB，Management Information Base），是設(shè)備所維護(hù)的全部被管理對(duì)象的結(jié)構(gòu)集合，即網(wǎng)管中的被管資源。SNMP用層次結(jié)構(gòu)命名方案來識(shí)別管理對(duì)象，就像一顆樹，樹的節(jié)點(diǎn)表示管理對(duì)象，每一個(gè)對(duì)象都有唯一的對(duì)象標(biāo)識(shí)符（OID），該標(biāo)識(shí)由從根節(jié)點(diǎn)開始的唯一路徑?jīng)Q定[5,6]。MIB文本包含了被管理設(shè)備的所有的管理信息，為應(yīng)答器的設(shè)計(jì)提供了有效的依據(jù)。

    2.4　OLT端SNMP代理

    由圖1可以看到，要完成管理端對(duì)ONU的控制，必須要在OLT端對(duì)ONU進(jìn)行管理。而SNMP對(duì)MIB有很好的支持，并且簡單，易于實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行管理。要實(shí)現(xiàn)SNMP協(xié)議的管理，必須在OLT端實(shí)現(xiàn)SNMP Agent，在管理端實(shí)現(xiàn)Manager（見圖3）。

    Agent它主要有三個(gè)功能：

    （1）Agent通過SNMP協(xié)議與Manager進(jìn)行通信，獲取Manager發(fā)送的管理指令并響應(yīng)該管理指令，或者以trap的形式向Manager報(bào)告被管理對(duì)象發(fā)生的一些重要事件。

    （2）Agent與被管理設(shè)備間采用專用管理協(xié)議進(jìn)行通信（多為自定義協(xié)議，對(duì)OMCI幀進(jìn)行編解碼），獲取被管理設(shè)備對(duì)象的信息，完成參數(shù)配置，性能統(tǒng)計(jì)，以及故障上報(bào)。

    （3）維護(hù)MIB，包括讀取或者修改MIB中的各種變量值。

    3、軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

    3.1　軟件系統(tǒng)的概述

    本GPON網(wǎng)管系統(tǒng)采用基于SNMP的體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的前端，是整個(gè)系統(tǒng)的管理控制中心，是人與系統(tǒng)的接口界面。網(wǎng)管系統(tǒng)軟件通過標(biāo)準(zhǔn)的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）訪問OLT，代理嵌入在OLT節(jié)點(diǎn)內(nèi)，管理站和代理之間采用SNMP協(xié)議進(jìn)行通信，管理站和代理之間共享的管理信息由OLT給出。

    網(wǎng)管系統(tǒng)軟件對(duì)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)設(shè)備OLT進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測控制、顯示設(shè)備狀態(tài)，給出故障報(bào)警，講GPON網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和設(shè)備所在的地理位置信息界面上顯示，準(zhǔn)確定位故障，識(shí)別故障的類型，記錄故障的信息，為網(wǎng)絡(luò)管理提供必要的數(shù)據(jù)資料。

    基于SNMP的GPON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)Client/Sever結(jié)構(gòu)，利用專用服務(wù)器作為圖檔文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，客戶端采用高檔PC機(jī)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)采用Windows NT Sever，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用SQL Sever，前端開發(fā)工具采用Delphi Client/Sever Suite。

    采用Delphi 7.0作為程序設(shè)計(jì)語言，它簡單、面向?qū)ο?、不依賴于機(jī)器的結(jié)構(gòu)、具有可移植性和安全性并且提供了并發(fā)的機(jī)制，具有很高的性能。

    3.2　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)如圖4所示，該網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)采用分層的方法，將整體分為三層：第一層是用戶界面模塊，第二層是功能模塊，第三層是通信模塊。根據(jù)系統(tǒng)的不同功能及其面向?qū)ο蟮牟煌址譃?個(gè)模塊。

圖4　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

    4、系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)

    4.1　圖形用戶界面

    網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示是網(wǎng)管系統(tǒng)必須具備的功能之一。它是人機(jī)信息交互的樞紐，也是改善人機(jī)信息交互績效的關(guān)鍵。界面的設(shè)計(jì)，要適應(yīng)人的特性，從而使人工作得更舒適、更有效率、更少錯(cuò)誤，在保證使用性的基礎(chǔ)上，要充分考慮藝術(shù)性?；诖耍緢D形用戶界面采用了樹狀圖和拓?fù)鋱D同時(shí)顯示。在實(shí)現(xiàn)的程序中，考慮到樹狀圖和拓?fù)鋱D的同步關(guān)系，使用了數(shù)據(jù)集合，如type PAreaList=TAreaList；TAreaList=Record BlockID:string；end；

    該代碼先定義了第一層節(jié)點(diǎn)。然后在運(yùn)行時(shí)，對(duì)樹狀圖和拓?fù)鋱D進(jìn)行查詢時(shí)，兩者同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，更新數(shù)據(jù)，代碼如下

    這就是拓?fù)鋱D的節(jié)點(diǎn)。2個(gè)圖形同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，保持了一致。

    由圖5可以看到，左邊的樹狀圖顯示了鏈接設(shè)備的樹形結(jié)構(gòu)，右邊的拓?fù)鋱D則顯示了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（正常，脫機(jī)或告警）。以一種直觀、全面、俯視的角度來監(jiān)視整個(gè)GPON網(wǎng)絡(luò)和各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。通過采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和鏈路的有關(guān)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和過濾，自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示，為用戶提供可視化的操作界面，管理員所有想了解的信息都可以從樹型視圖上或拓?fù)鋱D上點(diǎn)擊進(jìn)入而得到。

圖5　圖形用戶界面

    4.2　SNMP協(xié)議和數(shù)據(jù)通信模塊

    在GPON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，管理者就是網(wǎng)管主機(jī)（包括軟件），管理代理就是安裝于OLT的Agent。網(wǎng)管軟件和Agent之間按照SNMP協(xié)議通信，對(duì)寫入ONU中的MIB進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢或?qū)懭霐?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)ONU的監(jiān)控。

    在此系統(tǒng)中在網(wǎng)管主機(jī)，根據(jù)對(duì)。在本文實(shí)現(xiàn)的程序中，根據(jù)SNMP協(xié)議是建立在UDP協(xié)議上的對(duì)ASN.1定義數(shù)據(jù)的BER編解碼，寫了2個(gè)模塊。一個(gè)專門用于ASN.1（抽象語法標(biāo)記）[7]的分析，可以導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)的MIB庫并生成MIB樹，同時(shí)，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。這里對(duì)ASN.1的9種基本類型和2種復(fù)雜類型各自進(jìn)行分析，加上對(duì)IMPORT等ASN.1的文法分析，共有20個(gè)函數(shù)，并封裝成一個(gè)類（ASN l analysis），可以方便的調(diào)用。

    下面程序?yàn)閷?dǎo)入MIB庫生成MIB樹并寫入數(shù)據(jù)庫。

    If AsnCheck（AsnStr1）then Begin//檢查MIB庫是否符合ASN.1規(guī)范，符合返回true，否則false

    AsnMib：=AsnGetTypeandV（AsnStrl）；//對(duì)輸入MIB庫進(jìn)行分析，取出其包含的類型和值（OID），輸出是不定長的自定義類型數(shù)組，包括了RFC1155中定義的OBJECT TYPE。

    AsnToSql（AsnMib）；

    將從MIB庫取出的類型和值寫入數(shù)據(jù)庫，其中使用SQL語法完成。

    另一個(gè)模塊對(duì)傳輸?shù)淖止?jié)進(jìn)行分析，按ASN.1的BER規(guī)則編碼和解碼和SNMP的5個(gè)操作類型，繼承部分ASN lanalysis的函數(shù)，新寫了5個(gè)函數(shù)（Snmpget等），調(diào)用UDP socket（win socket）封裝成一個(gè)類（SNMP）。例如下面程序段為設(shè)置一個(gè)MIB值。（SNMPSET）

    snmpsetarray:=snmpset (setoidarray,setvarray,setvtypearray）；

    Snmpsetarray是發(fā)送的字節(jié)流，該函數(shù)已將數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)取出，按ASN.1的BER規(guī)則編碼。其3個(gè)參數(shù)是根據(jù)ASN.1的BER編碼的TLV三要素規(guī)定的類型，長度，值。

    SendBuffer(setipaddr，161，snmpsetarray[0]，length（snmpsetarray））；

    然后調(diào)用SendBuffer，將數(shù)據(jù)發(fā)送

    5、結(jié)束語

    GPON網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)綜合信息傳輸，必須保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，因而需要完善的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。本文首先分析了GPON的網(wǎng)管架構(gòu)和G984.4協(xié)議，然后提出了基于SNMP協(xié)議的GPON網(wǎng)絡(luò)管理方案。在分析了SNMP協(xié)議并寫完該通信模塊的基礎(chǔ)上，接著設(shè)計(jì)和開發(fā)了擁有完整功能的GPON的網(wǎng)絡(luò)管理軟件系統(tǒng)，成功的將SNMP用在GPON網(wǎng)絡(luò)管理中。由于時(shí)間上的限制，對(duì)G984.4所定義的OMCI未能實(shí)現(xiàn)，這正是我下一步要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。