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

    1、引言

         GPON技術(shù)是基于ITU-TG.984.x標準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、被大多數(shù)運營商視為實現(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GPON系統(tǒng)的研究大部分集中于GPON的硬件部分，對GPON系統(tǒng)的物理規(guī)范、硬件設(shè)備都有了詳細討論，但是，如何給硬件部分配備軟件，還沒有很好的標準。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，重點探討了基于SNMP的GPON網(wǎng)絡(luò)管理軟件系統(tǒng)的設(shè)計。

    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)的操作管理維護部分，定義了由管理信息庫（MIB）管理的實體，這些管理實體建立了在光網(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。在這個幀格式里定義了消息的類型（主要包括set，get等等）；設(shè)備標識符以及消息的標識符等，這些主要是用來區(qū)分定義的與協(xié)議無關(guān)的mib庫的不同被管實體；消息內(nèi)容主要是根據(jù)被管實體的消息類型來填充OMCI幀；OMCI trailer主要用來填充校驗碼[2]。

    2.3　SNMP協(xié)議概述

    SNMP管理體系結(jié)構(gòu)在計算機網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域取得了巨大的成功。SNMP在設(shè)計時，就定位在是一種易于實施的基本網(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網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上存放一個管理信息庫（MIB，Management Information Base），由節(jié)點上代理（Agent）負責維護，管理者通過應(yīng)用層協(xié)議對這些代理進行輪詢進而對管理信息庫進行管理。SNMP最大的特點就是其簡單性。它的設(shè)計原則是盡量減少網(wǎng)絡(luò)管理所帶來的對系統(tǒng)資源的需求，盡量減少Agent的復(fù)雜性。它的整個管理策略和體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計都體現(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)備所維護的全部被管理對象的結(jié)構(gòu)集合，即網(wǎng)管中的被管資源。SNMP用層次結(jié)構(gòu)命名方案來識別管理對象，就像一顆樹，樹的節(jié)點表示管理對象，每一個對象都有唯一的對象標識符（OID），該標識由從根節(jié)點開始的唯一路徑?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ONU的控制，必須要在OLT端對ONU進行管理。而SNMP對MIB有很好的支持，并且簡單，易于實現(xiàn)并進行管理。要實現(xiàn)SNMP協(xié)議的管理，必須在OLT端實現(xiàn)SNMP Agent，在管理端實現(xiàn)Manager（見圖3）。

    Agent它主要有三個功能：

    （1）Agent通過SNMP協(xié)議與Manager進行通信，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報告被管理對象發(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)議進行通信（多為自定義協(xié)議，對OMCI幀進行編解碼），獲取被管理設(shè)備對象的信息，完成參數(shù)配置，性能統(tǒng)計，以及故障上報。

    （3）維護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

    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)軟件通過標準的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）訪問OLT，代理嵌入在OLT節(jié)點內(nèi)，管理站和代理之間采用SNMP協(xié)議進行通信，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)軟件對網(wǎng)元節(jié)點設(shè)備OLT進行實時監(jiān)測控制、顯示設(shè)備狀態(tài)，給出故障報警，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，準確定位故障，識別故障的類型，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。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)計語言，它簡單、面向?qū)ο蟆⒉灰蕾囉跈C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?個模塊。

圖4　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

    4、系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)

    4.1　圖形用戶界面

    網(wǎng)絡(luò)拓撲顯示是網(wǎng)管系統(tǒng)必須具備的功能之一。它是人機信息交互的樞紐，也是改善人機信息交互績效的關(guān)鍵。界面的設(shè)計，要適應(yīng)人的特性，從而使人工作得更舒適、更有效率、更少錯誤，在保證使用性的基礎(chǔ)上，要充分考慮藝術(shù)性?；诖?，本圖形用戶界面采用了樹狀圖和拓撲圖同時顯示。在實現(xiàn)的程序中，考慮到樹狀圖和拓撲圖的同步關(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。然后在運行時，對樹狀圖和拓撲圖進行查詢時，兩者同時對數(shù)據(jù)庫進行查詢，更新數(shù)據(jù)，代碼如下

    這就是拓撲圖的節(jié)點。2個圖形同時對數(shù)據(jù)進行操作，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)，右邊的拓撲圖則顯示了設(shè)備的運行狀態(tài)（正常，脫機或告警）。以一種直觀、全面、俯視的角度來監(jiān)視整個GPON網(wǎng)絡(luò)和各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(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，自動生成網(wǎng)絡(luò)拓撲顯示，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撲圖上點擊進入而得到。

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（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，對寫入ONU中的MIB進行數(shù)據(jù)查詢或?qū)懭霐?shù)據(jù)，實現(xiàn)對ONU的監(jiān)控。

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

    下面程序為導入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）；//對輸入MIB庫進行分析，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。

    另一個模塊對傳輸?shù)淖止?jié)進行分析，按ASN.1的BER規(guī)則編碼和解碼和SNMP的5個操作類型，繼承部分ASN lanalysis的函數(shù)，新寫了5個函數(shù)（Snmpget等），調(diào)用UDP socket（win socket）封裝成一個類（SNMP）。例如下面程序段為設(shè)置一個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)要實現(xiàn)綜合信息傳輸，必須保證網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性，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。由于時間上的限制，對G984.4所定義的OMCI未能實現(xiàn)，這正是我下一步要實現(xiàn)的目標。