成玉榮,韓 飛,韓衛(wèi)占

(中電科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北石家莊050081)

0 引言

在一些軍事通信網(wǎng)絡(luò)中,常采用微波、散射、短波超短波電臺和衛(wèi)星等無線傳輸方式,信道較窄,傳輸速率較低,誤碼率高。這類軍事通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),其管理信息通常采用帶內(nèi)傳輸方式,即網(wǎng)管信息利用被管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,占用信道資源,在不影響網(wǎng)絡(luò)自身業(yè)務(wù)信息傳輸?shù)那疤嵯?網(wǎng)管信息占用信道帶寬比例一般限制在2%～3%,因此網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議必須能適應(yīng)這種誤碼率高、信道窄的情況。

目前較流行和有影響的幾種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議,如SNMP、CMIP、CORBA的IIOP等一般是基于穩(wěn)定的、資源寬裕的傳輸信道情況設(shè)計的。SNMP管理協(xié)議主要適用于管理信息量較小、傳輸帶寬較大、安全性要求不高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,并且協(xié)議效率低。而CMIP和CORBA的IIOP管理協(xié)議技術(shù)復(fù)雜、實現(xiàn)難度大,且對傳輸環(huán)境要求嚴(yán)格,不適用于窄帶無線信道環(huán)境。另外,一些基于TCP的專用網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議,其基于握手的機(jī)制在誤碼率高、帶寬小的無線信道環(huán)境下會造成TCP連接的時通時斷,并且耗費網(wǎng)絡(luò)資源,所以也不適于作為無線窄帶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的網(wǎng)管協(xié)議。針對無線信道窄帶傳輸特點,本文提出了一種適應(yīng)于窄帶無線信道的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議NWNMP,該協(xié)議既利用了SNMP協(xié)議的信息框架,又吸收了CMIP的傳輸管理思想,并采用了基于UDP的短報文格式,相比其他網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議而言,NWNMP協(xié)議在保證功能和標(biāo)準(zhǔn)化的前提下,更適應(yīng)無線信道窄帶傳輸?shù)奶攸c。

1 NWNMP協(xié)議設(shè)計

1.1 報文格式

針對傳輸速率較低、帶寬窄的無線信道來說,設(shè)計開銷小、管理功能又比較完善的報文格式尤為重要。NWNMP協(xié)議采用緊縮方式組織報文格式,發(fā)送幀號和確認(rèn)幀號合二為一,信息命令標(biāo)志按位編碼,地址編碼采用可選方式,這樣即可節(jié)省報文開銷,減少帶寬占用,又能完成復(fù)雜多樣的管理信息的控制與傳輸。具體報文格式如表1所示。

表1 NWNMP網(wǎng)管協(xié)議幀格式

其中標(biāo)識部分為報文頭,報文頭部開銷為10～14個字節(jié)。SNMP協(xié)議是基于UDP定義的一種較簡單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議,數(shù)據(jù)報文包含版本號、共同體名和PDU,報文頭長度大于20字節(jié)。相比之下,NWNMP協(xié)議報文開銷遠(yuǎn)小于其他管理協(xié)議的報文開銷,更能夠節(jié)省信道資源,有利于提高窄帶信道的傳輸效率。

協(xié)議使用規(guī)則：

①幀頭標(biāo)識用于確定一個協(xié)議幀的開始;

②目的地址和源地址用于控制網(wǎng)管信息的傳送方向,用于網(wǎng)管中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā),當(dāng)MT=0時表示被管設(shè)備的管理信息傳輸,屬于點到點傳輸,不用定義地址編碼;

③操作標(biāo)識符指定信息的操作類型(如：Get、GetResponse、Set、Report),用于控制信息傳輸?shù)侥康牡刂泛蟮奶幚矸绞?

④幀號唯一標(biāo)識一個協(xié)議幀,分片傳輸時幀號相同,同時作為返回信息的確認(rèn)幀號;

⑤命令標(biāo)志(MT/FT/CT/ET)分別用于標(biāo)識管理模式(如被管設(shè)備管理、網(wǎng)管站間管理)、分片傳輸、壓縮方式及加密方式;

⑥校驗代碼和用于判斷信息的正確性,取正文長度和正文內(nèi)容各代碼的累加和的后16位值;

⑦正文部分用于傳輸網(wǎng)管信息內(nèi)容,壓縮和加密均是對正文部分進(jìn)行處理。

1.2 協(xié)議原語定義

NWNMP協(xié)議利用了SNMP協(xié)議的信息框架,通過較簡單的操作原語與命令標(biāo)志的組合完成各種管理信息的傳輸,操作原語簡單,易實現(xiàn),節(jié)省信道資源。NWNMP協(xié)議支持以下4種操作原語：

①Get：查詢操作,包括查詢配置信息、查詢性能數(shù)據(jù)、查詢故障信息等;

②GetResponse：查詢響應(yīng)操作;

③Set：設(shè)置操作,設(shè)置設(shè)備配置參數(shù)等;

④Report：上報操作,如參數(shù)變化上報、故障實時上報、性能采集上報等。

1.3 傳輸機(jī)制

網(wǎng)管信息在無線窄帶信道下傳輸,必須保證管理信息的可靠傳輸,才能確保網(wǎng)管系統(tǒng)的管理功能正常運行。NWNMP協(xié)議在信息傳輸過程中采用多種處理措施以確保網(wǎng)管信息的可靠傳輸,主要包括信息塊壓縮、確認(rèn)+超時重發(fā)、報文的自適應(yīng)調(diào)整處理和檢錯處理。這些傳輸措施分別應(yīng)用于管理信息的發(fā)送、接收、響應(yīng)等過程中,可保證管理信息在誤碼率較高的無線信道下的可靠傳輸。具體應(yīng)用流程分2種情況：

(1)未超時信息成功傳輸流程

協(xié)議發(fā)送端設(shè)置超時定時器,設(shè)置2次超時重發(fā)。發(fā)送者將發(fā)送信息正文進(jìn)行壓縮處理后,對報文中正文長度和正文內(nèi)容計算校驗和,然后將經(jīng)過處理的信息發(fā)送給接收者,接收者根據(jù)校驗和檢查信息正確性,如果正確則對信息塊解壓處理,并將確認(rèn)信息或處理結(jié)果返回給發(fā)送者。發(fā)送者在超時時間內(nèi)接收到返回信息,則認(rèn)為發(fā)送命令信息傳輸成功,傳輸流程如圖1所示。

圖1 信息發(fā)送正確未超時情況下傳輸流程

(2)超時未成功傳輸自適應(yīng)調(diào)整流程

發(fā)送端在發(fā)出信息后,經(jīng)過2次超時重發(fā),仍未收到確認(rèn)或響應(yīng)信息時,發(fā)送端則認(rèn)為信息發(fā)送失敗,采取報文長度自適應(yīng)調(diào)整方法。按照典型被管網(wǎng)絡(luò)配置,根據(jù)各類管理信息的報文長度,小數(shù)據(jù)量報文平均長度為200字節(jié),每個報文最大傳輸字節(jié)數(shù)為1 500,當(dāng)大數(shù)據(jù)量信息傳送時,如果大于1 500則需分片傳輸。報文自適應(yīng)調(diào)整的實現(xiàn)方法是：首先判斷發(fā)送的報文正文長度是否＞200字節(jié),如果大于200字節(jié)則將報文進(jìn)行分片傳輸,每個分片正文長度均小于等于200字節(jié),且分片的幀號一致,便于接收端將分片全部接收后統(tǒng)一處理。傳輸流程如圖2所示。

圖2 超時未收到確認(rèn)或響應(yīng)時信息傳輸流程

1.4 安全處理措施

網(wǎng)管系統(tǒng)中需要交互大量的管理信息,其中不乏是涉及通信網(wǎng)絡(luò)命脈的重要信息,尤其是在無線信道中傳輸,更應(yīng)確保網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)各種管理信息的安全性,數(shù)據(jù)加密是一種較有效安全保密措施,NWNMP采用了對管理信息正文進(jìn)行加密的方法,具體流程：

命令發(fā)起方確定是否需要對信息進(jìn)行加密,如果需要加密,則對正文信息塊進(jìn)行加密處理,將加密后的協(xié)議幀發(fā)送給命令接收方;如果不需要加密,則將報文頭中ET置0后,直接將協(xié)議幀發(fā)送給命令接收方。

命令接收方收到命令后,先解析協(xié)議幀的標(biāo)識部分,判斷ET值,如果為“00H”(不加密),則無需解密處理;否則,需要先對正文信息塊進(jìn)行解密處理。

2 NWNMP協(xié)議仿真試驗

NWNMP協(xié)議在無線信道環(huán)境下進(jìn)行仿真試驗,對NWNMP協(xié)議進(jìn)行了各項管理功能的試驗,包括拓?fù)涔芾怼⑴渲霉芾?、故障管理、性能管理、用戶管理及安全管理功能。另外對NWNMP協(xié)議進(jìn)行了性能測試,驗證該協(xié)議在窄帶無線信道下的適用性。

測試過程及結(jié)果：

①在無線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,設(shè)置2個網(wǎng)管站,每個網(wǎng)管站有一個被管設(shè)備,分別在2個網(wǎng)管站之間和網(wǎng)管站與被管設(shè)備間進(jìn)行管理仿真,傳輸支持的管理信息,通過試驗驗證了NWNMP協(xié)議能夠完成各種管理功能管理信息的正確傳輸;

②分別以2種協(xié)議包長傳輸管理信息,在不同傳輸速率下測試不同長度的協(xié)議包的收包情況。協(xié)議包長分別以200字節(jié)和1 500字節(jié)進(jìn)行試驗,測試速率分別為38 400 bps和19200 bps。此項試驗數(shù)據(jù)分別見表2、表3、表4和表5,其收包時延單位均為ms。

表2 速率為38 400 bps下包長為200的收包時延

表3 速率為38 400 bps下包長為1 500的收包時延

表4 速率為19 200 bps下包長為200的收包時延

表5 速率為19 200 bps下包長為1 500的收包時延

通過試驗驗證了NWNMP協(xié)議在誤碼率低于1×10-4時能夠正確收發(fā),但在包長較大、傳輸速率較低的情況下,數(shù)據(jù)包傳輸時延較長,通過確認(rèn)+超時重發(fā)機(jī)制以及自適應(yīng)技術(shù)能夠有效解決這一問題,在誤碼率大于等于1×10-3時,通過協(xié)議幀中的校驗代碼和能夠檢測出收到的協(xié)議幀數(shù)據(jù)有誤,但無線通信網(wǎng)的傳輸系統(tǒng)一般能提供優(yōu)于1×10-3的傳輸環(huán)境,因此,該管理協(xié)議能滿足管理需要。

3 結(jié)束語

NWNMP協(xié)議基于流行的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的傳輸管理思想,針對窄帶無線信道傳輸特點進(jìn)行設(shè)計。采用專用協(xié)議組包格式,能夠定義各種管理操作和管理信息格式。通過在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行的NWNMP協(xié)議仿真試驗,驗證了該協(xié)議在信道誤碼率低于1×10-4,且信道帶寬較窄的情況下能夠滿足無線信道環(huán)境下對網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的功能及性能指標(biāo)要求,能夠較好地適應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,從而保證各種網(wǎng)管信息的安全傳輸。該管理協(xié)議的設(shè)計思想可應(yīng)用于軍事無線通信網(wǎng)絡(luò)中的管理協(xié)議設(shè)計。

[1]ITU-T.CORBA-based TMN services.Q.816[S],2001.

[2]ITU-T.Open SystemsInterconnections-Structure of management information：Definition of management information.X.721[S],1992(ISO/IEC 10165-2).

[3]ITU-T.TMN guidelines for defining CORBA managed objects.X.780[S],2001.

[4][美]OMG編著.CORBA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理與規(guī)范[M].韋樂平,薛君敖,孟洛明譯.北京：電子工業(yè)出版社,2000.