呂育斌

（廣東東研網絡科技股份有限公司 廣東 汕頭 515041）

集中式網管在有源EOC局端中的應用

呂育斌

（廣東東研網絡科技股份有限公司 廣東 汕頭 515041）

由于傳統(tǒng)的有源EOC局端通常采用單個CPU芯片管理單個EOC協議芯片的方式，存在CPU資源利用上的浪費。本文介紹了基于集中式管理的有源EOC網管系統(tǒng)。該系統(tǒng)網管單元CPU由Freescale公司的MPC8247芯片構成，這是一款基于PowerPC?內核的處理器，結合Broadcom公司的千兆交換芯片BCM53115，構建集中式網管硬件平臺，可以向上提供5個千兆以太網接口，最多可以同時管理4個EOC協議芯片，使得CPU的利用率得到很大的提升。該系統(tǒng)遵循廣電網絡的MIB庫規(guī)范,具有軟件框架靈活,運行穩(wěn)定可靠,功能豐富實用等特點，適用于基于SNMP協議的廣電網元的日常管理。本文給出了系統(tǒng)的硬件組成框圖和軟件流程。

有源EOC；集中式網管；簡單網絡管理協議；管理信息庫

近年來，廣電運營商開始大力推廣自己的雙向網改造方案，三網融合已經是時代發(fā)展的必然趨勢[1]。

有源EOC作為廣電運營商首選的接入網技術方案，因為可以方便地利用廣電現有的同軸分配網絡實現雙向網改造，不需要額外布線，所以備受運營商們的青睞。

目前大多數EOC網管系統(tǒng)都是采用單個CPU芯片管理單個EOC協議芯片的方式，存在CPU資源利用上的浪費，同時在設備功耗和體積上也面臨挑戰(zhàn)。

針對上述問題，本文采用MPC8247+BCM53115芯片構建集中式網管硬件平臺，利用Power QUICC系列微處理器集成度高、功能強大等特點。

結合千兆交換芯片可以向上提供5個GE以太網接口，最多可以同時管理4個EOC協議芯片，在保證EOC網管信息得到及時性響應的同時有效地提高了CPU的利用率，降低了設備的功耗和成本。

1 集中式網管特點

集中式網管的特點是專門在網絡系統(tǒng)中集中設置包含管理軟件和管理功能的節(jié)點，其優(yōu)點是便于集中管理[2]。所有網管數據的處理和保存都集中在管理節(jié)點上，具體到局端設備就是有一個專門的主控模塊。EOC局端模塊和遠程終端通過電纜同主控模塊相聯，確保了每個終端都有統(tǒng)一的配置信息。主控模塊是網絡中唯一需要備份的模塊，這就意味主控模塊是唯一需要安全保護的系統(tǒng)，EOC模塊和終端設備沒有任何數據需要在本地進行處理，所以網絡復雜度較小。這種類型的網絡總費用比較低，EOC模塊可以使用功能簡單而便宜的EOC協議芯片構成即可。因為每個EOC模塊下掛的終端數最多也就32個，網絡規(guī)模并不大，而且用戶網管信息量有限，所以我們發(fā)現一個基于PowerPCTM內核微處理器構建的主控模塊完全可以管理4個EOC模塊及其下掛終端設備。同時有源EOC網絡本身點對多點的網絡拓撲結構也很好地滿足了集中式網管集中連接的要求?；谝陨戏治?，EOC局端設備使用集中式網管是結合有源EOC網絡自身的特點，在性價比方面做出的正確選擇。

2 局端的硬件設計

如圖1所示，除了可選的模塊之外，局端設備主要由主控模塊和EOC模塊兩部分構成。

圖1 局端設備內部連接示意圖Fig.1 Internal connection diagram of the master

2.1 主控模塊電路

主控模塊實現如下2部分功能：

1)負責以太網數據轉發(fā)，使得1個單口千兆ONU可以最多下掛4個EOC局端模塊。

2)負責收集和下發(fā)網絡中局端和終端設備的配置，報警和管理信息。

如圖2所示，MPC8247是Freescale公司推出的PowerPC 32位處理器，主頻最大可達400MHz，該器件有較高的集成度，從而降低了系統(tǒng)的組成開銷，適用于那些對成本、空間、功耗和性能都有很高要求的應用領域[3]。在本應用中MPC8247外部連接128MB的SDRAM和16MB的FLASH，為軟件開發(fā)提供了足夠的空間。MPC8247提供兩個百兆MII口FCC，其中FCC1外接百兆PHY芯片AC101L對外提供一個百兆調試口，用于查看CPU的狀態(tài)信息。FCC2與BCM53115的RGMII口相連接，CPU的網管報文通過這個端口下發(fā)到交換芯片進而到EOC模塊上。MPC8247的MDIO口和SPI口與BCM53115的相應端口互連，其主要作用是CPU可以讀取交換芯片RGMII口的配置狀態(tài)信息，可收集的信息包括鏈接狀態(tài)、低功率休眠狀態(tài)、環(huán)回模式控制等。MPC8247的GPIO口外引到EOC模塊上，主要實現下面3部分功能：1)點亮系統(tǒng)狀態(tài)指示燈；2)硬件復位各EOC模塊；3)監(jiān)測各EOC模塊是否在位。

圖2 主控模塊硬件結構框圖Fig.2 Hardware block diagram of control module

BCM53115是一個擁有5個千兆物理接口，2個RGMII接口的交換芯片，擁有4K的MAC地址空間和128KB的包緩存空間，完全滿足4個EOC模塊數據轉發(fā)要求[4-5]。5個千兆接口其中Port0-3用于下聯4個EOC模塊，提供EOC網絡數據通道和網管通道。如圖2，千兆接口Port4和其中一個RGMII接口采用二選一的方式向上提供兩種ONU上聯接入方式。如果上聯ONU提供的是普通千兆網口，則可以直接使用外引的Port4上聯ONU。如果上聯ONU提供的是Serdes接口接入，則可以將RGMII口直接配置成Serdes接口進行互聯。相比前者，Serdes接口互聯可以省去兩個千兆網絡變壓器，減少了成本的同時節(jié)省了ONU單盤空間，而提供兩種ONU接入方式是為了提高產品的適用性。

2.2 EOC模塊電路

如圖3所示，EOC模塊電路主要由4部分組成。

1)千兆網口上聯：AR8035是一個千兆PHY芯片，其實現AR7410芯片RGMII信號和千兆以太網信號的轉換。

2)EOC協議套件：AR7410是 Qualcomm公司專門用于EOC局端的協議芯片，其主要功能是QAM調制主控模塊的雙向以太網信號到適合在同軸網絡上傳輸的射頻信號，是Homeplug AV方案的核心器件。周邊2MB的FLASH和32MB的SDRAM芯片是其正常工作的配套芯片。

3)EOC射頻功放：AR1500是配套AR7410的射頻功放，其主要是實現對AR7410輸出的射頻信號進行放大，使其輸出電平達到120dBuV，EOC同軸網絡傳輸距離＞1 000 m。

4)Diplexer：雙工器部分里面包含一個balun射頻變壓器和一個65/87MHz分割點的高低通濾波器，變壓器的作用是將AR1500輸出的平衡信號轉換成適合在同軸線上傳輸的不平衡信號，濾波器的作用是將不平衡信號進行濾波，嚴格地將EOC射頻信號控制在5～65 MHz頻帶，不會干擾87 MHz以上的CATV信號。

圖3 EOC模塊硬件結構框圖Fig.3 Hardware block diagram of EOC module

3 局端的軟件設計

3.1 基于SNMP的M IB庫訪問

SNMP（簡單網絡管理協議）是基于TCP/IP協議族的網絡管理標準,由一組網絡管理的標準組成，包含一個應用層協議 （Application Layer Protocol）、數據庫模型（Database Schema）和一組資源對象。該協議能夠支持網絡管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測連接到網絡上的設備是否有任何引起管理上關注的情況[6]。目前廣電總局要求設備廠商提供的產品網管必須支持SNMP網管，本系統(tǒng)支持SNMP V3。

SNMP管理模型由管理者（Manager）,被管代理（Agent）和管理信息庫（MIB）3部分組成。Manager是運行在網管服務器端的應用程序，負責監(jiān)視和控制遠程設備，同時從所有被管代理的MIB庫中提取出數據信息。Agent是運行在主控模塊上的客戶端軟件，Manager首先會向Agent發(fā)出請求報文，Agent在接收到報文后，根據報文的類型進行相應的讀或者寫操作，之后根據操作結果生成響應報文，并將響應報文及時地返發(fā)給Manager。Agent在設備發(fā)現重新啟動等異常情況時，也會主動向Manager發(fā)送TRAP報文，向Manager匯報所發(fā)生的事件[6]。所以實際上，SNMP的管理任務是移交給Agent來執(zhí)行的。MIB庫在網管中充當被管資源的角色，包含被管資源的各個方面屬性。MIB變量包含了所管網絡的狀態(tài)、統(tǒng)計信息量和內部數據結構的當前內容等相關信息。Manager通過存取訪問MIB庫變量，可以實現如下8大功能塊管理。

3.2 局端的程序設計

3.2.1 Manager端EM S網管軟件設計

本系統(tǒng)Manager端EMS網管軟件是運行在網管服務器端的圖形化網管軟件。EMS基于開放的JAVA平臺和MYSQL數據庫，采用多層架構和流行的O/R Mapping技術，具有跨操作系統(tǒng)平臺，數據庫獨立等特點，提供了配置管理、性能管理、故障管理、安全管理以及軟件升級等多個方面的網絡管理和維護功能。其圖形化界面如圖5所示。

圖4 系統(tǒng)軟件功能塊框圖Fig.4 Software functional block diagram of the system

圖5 圖形化EMS軟件界面Fig.5 Graphical software interface of the EMS

3.2.2 Agent端網管軟件設計

系統(tǒng)的Agent端網管是運行于主控模塊的應用軟件，是系統(tǒng)功能實現與控制的主體。模塊采用VxWorks操作系統(tǒng)和C語言作為軟件的開發(fā)語言。

主控模塊的Agent軟件層次劃分如圖6所示，一共可以劃分成如下6大功能模塊。

圖6 主控模塊Agent軟件模塊劃分圖Fig.6 Module partition map of the Agent software in control module

1)底層驅動。底層驅動模塊是建立在實時多任務操作系統(tǒng)之上的，是其它模塊運行的基礎，提供與硬件無關的應用程序運行環(huán)境，提供消息驅動、定時驅動、事件驅動、內存管理以及任務調度機制，提供各種硬件驅動及主機軟件和其他模塊軟件的通信處理通道。

2)接口適配層。接口適配層能夠為上層軟件屏蔽具體的硬件平臺和各種硬件驅動，它分成硬件接口API(HwAPI)和軟件接口API(SwAPI)兩大部分。前者為上層軟件提供與硬件相關的庫函數調用，后者則為硬件驅動提供統(tǒng)一的硬件消息上傳函數。

3)AR741X Embedded API&&BCM53115 SDK。前半部分是Qualcomm提供的外部管理主機嵌入式API函數，主要是EOC網絡情況自身診斷的應用編程接口，后半部分是BCM53115的軟件開發(fā)工具包，在這里主要工作是實現BCM SDK在Tornado下的編譯。

4)HAL層。為了滿足協議層模塊的調用請求，HAL層利用Qualcomm公司提供的API函數封裝出了相應的接口函數。同時因為系統(tǒng)采用集中式網管服務，1個CPU需要輪詢管理最多4個EOC模塊，所以HAL層還負責對協議層的命令進行解析，首先基于EOC局端模塊和終端設備的MAC地址信息建立索引號，再基于索引號采用分時復用的方法對4個局端模塊及其下掛的終端設備調用相應的接口函數。由于網絡中最多存在4+4*32=132個設備索引號，基于PowerPCTM內核的高性能CPU對這些索引號的操作，其實時性是完全滿足應用需求的。

5)協議層。協議層維護了局端設備的當前配置和EOC網絡拓撲數據結構。對于SNMP客戶端的讀取請求，網管服務器進程將直接從協議層中提取指定的信息，然后返回。而對于SNMP客戶端的設置請求，進程則會調用相應HAL層的處理函數來處理該請求。

6)網管服務進程接收層。對于來自SNMP客戶端的請求，網管服務進程接收層從UDP端口接收來自PC網管的串行化報文，經解碼、團體名驗證、分析得到管理變量在MIB樹中對應的節(jié)點，再到協議層相應的模塊中設置或獲取管理變量的值，根據結果再形成響應報文，編碼發(fā)送回PC網管。PC網管再提供GUI的操作界面，如圖7所示，使用戶能方便地管理設備。

4 系統(tǒng)測試結果

2013 年我司的集中式有源EOC網管通過了國家廣電總局廣播電視規(guī)劃院的入網測試，檢測編號為20741303200305，網管功能部分測試結果如圖7所示。

圖7 集中式網管在廣電總局的測試報告Fig.7 The test report of the centralized network management in SARFT

5 結論

根據EOC網絡自身的特點，本文介紹了其專用型的集中式網管系統(tǒng)，重點介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件結構框架。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)EOC網管系統(tǒng)CPU資源利用率不高的問題。根據我司產品在現網的使用情況來看，集中式網管在有源EOC系統(tǒng)中的使用不僅可以降低EOC系統(tǒng)的復雜度，從而降低設備成本，又可以滿足EOC網管系統(tǒng)實時性管理的要求，具有較高性價比，值得大力推廣。

[1]馬惠民,王新洲.視聯網與三網融合 [J].有線電視技術, 2011,18（6）:38-40.MA Hui-ming,WANG Xin-zhou.Video internet and the three networks convergence[J].CATV Technology,2011,18（6）:38-40.

[2]汪大洋,賈平,江凇.基于IP-KVM的網管集中管理軟平臺的搭建與應用[J].電力信息與通信技術,2014,12（4）:61-65.WANG Da-yang,JIA Ping,JIANG Song.Structures and application of the centralized network management software platform based on IP-KVM[J].Electric Power Information and Communication Technology,2014,12（4）:61-65.

[3]MPC8272 PowerQUICC II Family Hardware Speci cations[M].Freescale Semiconductor,Inc,2003.

[4]BCM53115 Smart Gbe Switch User's Manual[M].Broadcom corporation,2009.

[5]吳敏.基于千兆Switch的NAS服務器管理模塊硬件設計和測試[D].上海：上海交通大學,2011.

[6]李明江.SNMP簡單網絡管理協議[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

Centralized network management used in active EOC master

LV Yu-bin
（Guangdong Donyan Network Technologies Co.,LTD,Shantou 515041,China）

Because the traditional active EOC master typically uses single CPU chip to manage single EOC protocol chip, which is a waste of CPU resource utilization.This paper describes an active EOC network management system based on a centralized management.The CPU of the network management unit is MPC8247,which is a PowerPC kernel-based processor of Freescale.Combined with the gigabit switch chip BCM53115 of Broadcom,it could build a centralized network management hardware platform which can provide five GE ports and can simultaneously manage up to four EOC protocol chips,so the CPU Utilization is greatly improved.The system follows the MIB specification of broadcast&TV network.With flexible software framework,reliable,feature-rich and practical function features,the system is suitable for daily management application of the broadcast&TV network based on SNMP protocol.The paper provides the diagram of hardware&software of the system.

active EOC；centralized network management；simple network management protocol；management information base library

TN915

A

1674－6236（2015）10-0141-04

2014-08-25 稿件編號：201408137

呂育斌(1983—)，男，廣東汕頭人，碩士，網絡工程師。研究方向：EPON、EOC數據通訊網絡和無線傳感器網絡。