梁金山,劉 薇

（河北神舟衛(wèi)星通信股份有限公司,河北 石家莊 050200）

0 引言

在VSAT系統(tǒng)應(yīng)用中,具有網(wǎng)管功能的各個廠家設(shè)備自成系統(tǒng),互不兼容,缺少通用性。這里設(shè)計的針對采用通用衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器、射頻設(shè)備、業(yè)務(wù)終端設(shè)備和輔助設(shè)備等構(gòu)成的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通用網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),簡稱衛(wèi)通網(wǎng)管系統(tǒng)NMS。結(jié)構(gòu)上采用了二級管理的體系,在中心站配置網(wǎng)絡(luò)管理中心（NMC）、各遠(yuǎn)端站配置遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備（RCD）,網(wǎng)絡(luò)管理中心通過網(wǎng)管控制信道與遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備聯(lián)通。

為提高衛(wèi)星資源的利用率,針對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),設(shè)計了回傳大載波共享功能。

1 系統(tǒng)功能及組成

（1）系統(tǒng)功能

衛(wèi)通網(wǎng)管系統(tǒng)具備配置管理、接續(xù)管理、性能管理、故障管理、安全管理等功能。對衛(wèi)星通信系統(tǒng)各站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、控制及日常管理,需要時進(jìn)行資源分配,同時完成將本網(wǎng)狀態(tài)向綜合網(wǎng)管的上報。

（2）系統(tǒng)組成

衛(wèi)通網(wǎng)管系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 網(wǎng)管系統(tǒng)組成示意圖

衛(wèi)通網(wǎng)管系統(tǒng)NMS硬件由位于中心站的網(wǎng)絡(luò)管理中心NMC、位于遠(yuǎn)端站的遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備（RCD）和網(wǎng)管控制信道組成。軟件從功能上分為:網(wǎng)管、設(shè)備監(jiān)控、SNMP等幾個部分。適用于Windows 2000 Server以上操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫采用MS SQL Server 2000。

2 硬件實現(xiàn)方案

衛(wèi)通網(wǎng)管系統(tǒng)硬件由中心站網(wǎng)絡(luò)管理中心、遠(yuǎn)端站監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)管控制信道組成。

（1）網(wǎng)絡(luò)管理中心NMC

網(wǎng)絡(luò)管理中心一方面通過遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn)對所有遠(yuǎn)端站的遠(yuǎn)程監(jiān)控、資源分配,另一方面實現(xiàn)對中心站相關(guān)設(shè)備的集中監(jiān)控,并檢測網(wǎng)管控制信道的狀態(tài)、完成控制信道切換。

網(wǎng)絡(luò)管理中心NMC由1∶1網(wǎng)管計算機(jī)和接口擴(kuò)展設(shè)備組成。網(wǎng)管計算機(jī)上運(yùn)行網(wǎng)管軟件以完成衛(wèi)通網(wǎng)的各種網(wǎng)管功能。接口擴(kuò)展設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)管理中心與中心站站內(nèi)設(shè)備及遠(yuǎn)端站進(jìn)行信息交互的中介;接口擴(kuò)展設(shè)備為支持網(wǎng)管系統(tǒng)1∶1熱備份,采用網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換方式,與網(wǎng)管計算機(jī)采用LAN接口連接,與設(shè)備采用RS232/RS422接口連接,以便保證切換時備份機(jī)獲得控制中心站設(shè)備的能力、保持與遠(yuǎn)端站的連接暢通。

（2）遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備RCD

遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備RCD完成2個方面的工作:一是本站設(shè)備的集中監(jiān)控;二是實現(xiàn)通過網(wǎng)管控制信道連通網(wǎng)絡(luò)管理中心。就近集中管理本地設(shè)備,需要時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理中心指令管理本站設(shè)備,并將有關(guān)信息上報網(wǎng)絡(luò)管理中心。

（3）網(wǎng)管控制信道

網(wǎng)管控制信道由網(wǎng)管信道設(shè)備提供,用于遠(yuǎn)端站和中心站之間傳送網(wǎng)管數(shù)據(jù)。

為了增加傳輸信息的可靠性,采用了2種網(wǎng)管控制信道,一種是專用TDM/TDMA控制信道,另一種是控制信息與業(yè)務(wù)復(fù)接在一起的復(fù)接控制信道,主用TDM/TDMA控制信道。當(dāng)主用信道故障時,切換到復(fù)接控制信道;主用控制信道恢復(fù)并確認(rèn)穩(wěn)定后切換回主用控制信道。每一種控制信道都可以保證實現(xiàn)網(wǎng)管的所有功能。

3 軟件設(shè)計方案

軟件包括中心站網(wǎng)管軟件、遠(yuǎn)端站監(jiān)控設(shè)備軟件、設(shè)備監(jiān)控軟件和SNMP軟件。

3.1 中心站網(wǎng)管軟件

中心站網(wǎng)管軟件組成及各模塊間信號流向如圖2所示。如圖2可知:

①由于監(jiān)測故障而需要重新自動配置的信息;②檢測出故障時上報故障管理;③故障嚴(yán)重時啟動備份,備份設(shè)備工作時通知故障管理。

圖2 中心站網(wǎng)管模塊間信號流向圖

（1）信道監(jiān)視子模塊

信道監(jiān)視子模塊作為衛(wèi)通網(wǎng)管子系統(tǒng)中主控模塊與遠(yuǎn)控模塊的接口,在中心站與各遠(yuǎn)端地球站之間傳遞網(wǎng)管信息。

（2）接續(xù)管理子模塊

接續(xù)管理子模塊實現(xiàn)按時間計劃和按需要分配共享的高速回傳載波,提高資源利用率,這是本系統(tǒng)一大特點。

計劃分配方案:確定連接的相關(guān)站點,切換高速共享載波的開始時間、終止時間、周期性（每天、每周）,按要求確定數(shù)據(jù)速率、調(diào)制方式、編碼方式、工作電平、相應(yīng)業(yè)務(wù)終端的修改參數(shù)等（可以預(yù)先建好模板直接調(diào)用）。到達(dá)開始時間,中心站網(wǎng)管模塊關(guān)閉舊載波、分配帶寬并激活高速回傳載波。到終止時間,中心站網(wǎng)管模塊關(guān)閉高速回傳載波并把帶寬資源歸還頻帶池,相關(guān)站點恢復(fù)到原始工作狀態(tài)。

按需要手動分配時將上述相關(guān)參數(shù)設(shè)定好,發(fā)出切換命令后就開始關(guān)閉舊載波,建立高速共享載波,數(shù)據(jù)傳輸完畢后可以隨時發(fā)出還原命令關(guān)閉高速回傳載波、相關(guān)站點恢復(fù)到原始工作狀態(tài)。

例如手動從128kb/s載波切換到2048kb/s載波（均采用QPSK調(diào)制、3/4TPC糾錯）步驟為:

①選定調(diào)制方式、糾錯編碼方式及碼率、信息速率、同步方式等鏈路相關(guān)參數(shù),涉及MODEM和復(fù)接器;②網(wǎng)管根據(jù)公式（1）計算128kb/s載波所需衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬為60 kHz,分配工作頻率和帶寬;

式中,Bs為所需衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬;Ri為信息速率;KFEC為糾錯編碼碼率;a為每符號代表bit數(shù),對應(yīng)調(diào)制方式BPSK、QPSK、8PSK、16QAM分別取1、2、3、4;b為載波頻率間隔,一般取1.4。③根據(jù)所需Eb/N0設(shè)置調(diào)制器輸出電平,建立工作載波,開通業(yè)務(wù);④切換到2048kb/s高速載波時同樣利用式（1）算出所需帶寬960kHz,分配工作頻率和帶寬;⑤調(diào)整整個鏈路所有MODEM和復(fù)接器的端口信息速率;⑥保證Eb/N0不變,按式（4）調(diào)整鏈路兩端調(diào)制器的輸出電平,在原來基礎(chǔ)上增加12dB,建立新載波,開通高速業(yè)務(wù)。

通過式（2）和式（3）可以推出式（4）:

式中,[]代表對數(shù)值,即10*lg（）;[C2]為切換后調(diào)制器輸出電平,單位dBm;[C1]為切換前調(diào)制器輸出電平,單位dBm;Ri2為切換后信息速率;Ri1為切換前信息速率。

（3）配置管理子模塊

配置管理負(fù)責(zé)監(jiān)控和管理整個網(wǎng)絡(luò)的配置狀態(tài),收集和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息,網(wǎng)絡(luò)管理生成的事件為調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置提供支持。

（4）監(jiān)控管理模塊

由設(shè)備監(jiān)控軟件送來的衛(wèi)星通信地球站設(shè)備狀態(tài)信息和由信道監(jiān)視模塊送來的遠(yuǎn)端站性能數(shù)據(jù)由性能分析子模塊接收后,與數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)比較,對于狀態(tài)不一致的異常數(shù)據(jù)判為產(chǎn)生一次事件,分析后認(rèn)為此次事件為故障時送入故障管理模塊;正常的數(shù)據(jù)可根據(jù)需要形成統(tǒng)計報表等分析報告;根據(jù)分析結(jié)果可以控制、調(diào)整設(shè)備的工作和狀態(tài)參數(shù)。

（5）故障管理模塊

故障監(jiān)測模塊接收設(shè)備狀態(tài)輪詢數(shù)據(jù)和上報的告警數(shù)據(jù),將故障信息傳遞給故障報警模塊,并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前性能指標(biāo)配置故障管理策略,根據(jù)故障告警程度判斷是否啟動備份管理,對故障的所有處理過程存入日志管理。所有故障信息存入數(shù)據(jù)庫。

（6）備份管理模塊

備用系統(tǒng)采用輪詢方式監(jiān)測主用系統(tǒng)的工作狀態(tài),當(dāng)主用系統(tǒng)發(fā)生故障時,自動啟動到備用系統(tǒng)。主用和備用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫均實現(xiàn)同步備份。

在主用系統(tǒng)和備用系統(tǒng)之間運(yùn)行“主備監(jiān)視/切換”模塊,主用機(jī)主動將網(wǎng)管系統(tǒng)工作參數(shù)的變化通過“主備監(jiān)視/切換”模塊傳遞給備用機(jī)。在一定時間內(nèi),若備用系統(tǒng)未收到主用系統(tǒng)的任何信息,首先向主用系統(tǒng)發(fā)送一條查詢命令,若有應(yīng)答,則主/備關(guān)系不變;若超時無應(yīng)答,則備用系統(tǒng)自動切換為主用狀態(tài),并產(chǎn)生“主用機(jī)故障”告警信息。

（7）安全管理

安全管理的功能是采用多種方法確保網(wǎng)管系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的安全以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)本身的安全。采用的措施有:

①管理員身份認(rèn)證:設(shè)置注冊、注銷管理,進(jìn)入控制模式需要用戶名和密碼分級確認(rèn);同時,設(shè)置用戶登錄失敗次數(shù),以防止非法侵入;②管理用戶分組控制:網(wǎng)管系統(tǒng)的用戶（即管理員）按任務(wù)的不同分成若干用戶組,不同的用戶組有不同的權(quán)限范圍;③系統(tǒng)日志文件記錄所有操作;④網(wǎng)管數(shù)據(jù)定時自動備份和手動備份;⑤數(shù)據(jù)加密:對傳輸層以上數(shù)據(jù)采用DES加密標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加密;⑥利用多網(wǎng)卡將用戶網(wǎng)和管理網(wǎng)物理隔離。

（8）關(guān)系數(shù)據(jù)庫

為了方便網(wǎng)管系統(tǒng)對大數(shù)據(jù)量的處理,網(wǎng)管系統(tǒng)采用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫來完成對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲、檢索和備份等操作,存儲全網(wǎng)運(yùn)行時的各種狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)及呼叫事件和故障告警記錄等。同時,為維護(hù)網(wǎng)管系統(tǒng)的安全性,設(shè)置用戶管理數(shù)據(jù)庫表管理操作員的身份特征。

（9）圖形界面

衛(wèi)通網(wǎng)管系統(tǒng)為用戶提供良好的可視化的圖形操作界面,保證操作簡單、迅速。

3.2 遠(yuǎn)端站監(jiān)控設(shè)備軟件

遠(yuǎn)端監(jiān)控站設(shè)備運(yùn)行的軟件各模塊間信號流向如圖3所示,功能與中心站對應(yīng)。

圖3 遠(yuǎn)端模塊間各模塊信號流向示意圖

3.3 設(shè)備監(jiān)控軟件

設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)實現(xiàn)對衛(wèi)星通信地球站設(shè)備的控制管理功能,主要完成對站內(nèi)衛(wèi)星通信設(shè)備的輪詢、監(jiān)視、控制和管理,同時將監(jiān)視的最新狀態(tài)上報給網(wǎng)管子系統(tǒng)。中心站和遠(yuǎn)端站均包含該軟件。設(shè)備監(jiān)控軟件組成如圖4所示。

監(jiān)控對象包括站內(nèi)的通信設(shè)備、輔助設(shè)備。

采用模塊化設(shè)計思想,將與設(shè)備無關(guān)的代碼獨立出來,形成與設(shè)備無關(guān)的功能模塊。對被管設(shè)備采用多線程技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控,以中斷方式響應(yīng)設(shè)備返回的信息。

公共處理模塊:接收網(wǎng)管子系統(tǒng)的指令數(shù)據(jù),送給各設(shè)備處理模塊;同時將各設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)送給網(wǎng)管子系統(tǒng)。

對站內(nèi)設(shè)備的訪問根據(jù)設(shè)備的不同而不同,如天線、Modem、ODU、IDU等,實行分別監(jiān)控。

圖4 設(shè)備監(jiān)控軟件組成框圖

3.4 SNMP互通軟件

該衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)可以接入上級綜合網(wǎng)管。2個網(wǎng)管系統(tǒng)間有效數(shù)據(jù)的傳遞采用標(biāo)準(zhǔn)SNMP協(xié)議的格式,用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程進(jìn)行通信,通信設(shè)備的主要參量用MIB庫統(tǒng)一定義,SNMP包采用標(biāo)準(zhǔn)的ASN.1格式對消息格式進(jìn)行編碼。調(diào)用底層UDP協(xié)議,使用socket通信完成互連。

4 結(jié)束語

上面介紹了一種二級結(jié)構(gòu)的通用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的一整套設(shè)計和實現(xiàn)方法,并且已應(yīng)用到實際工程項目中,實現(xiàn)了各種功能,特別是高速共享載波切換穩(wěn)定可靠。經(jīng)過改進(jìn),網(wǎng)管信息也可以通過IP信道傳輸,從而使得該衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能適應(yīng)更多的應(yīng)用場合。

[1]吳迪,王光興.衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理的研究[J].小型微型計算機(jī)系統(tǒng),2001,22（5）:544-547.

[2]楊云年.VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)[M].北京:人民郵電出版社,1997.

[3]呂海寰,蔡劍銘,甘仲民,等.衛(wèi)星通信系統(tǒng)[M].北京:人民郵電出版社,1996.