基HMS标准的HFC网管软件的设计与实现

基HMS标准的HFC网管软件的设计与实现

基HMS标准的HFC网管软件的设计与实现
Design and Implementation of HFC network management software system based on HMS standards
摘  要：实时高效的HFC 网络管理系统是网络可靠运行的重要保障，本文结合网管标准SCTE HMS规范和SNMPv1(简单网络管理协议)，运用PowerTCP SNMP Tool、MapX开发工具，在Delphi开发环境下，阐述了网管系统的主要功能和要求，同时提出了HFC网络管理系统软件的设计方法。
关键词：地理信息系统；MapX；HFC网络；SCTE；HMS
Abstract: Real-time and high-efficient HFC network management system is the important guarantee for network running. Referred to SCTE HMS standards and SNMPv1 protocol, using the Power TCP SNMP Tool and MapX development tools ,this article discusses the function and requirement of network management system, also common presents the method for design of network management system software under the Delphi programming environment. 
Key words: GIS；MapX；HFC network；SCTE；HMS
0 引言
随着我国信息化的迅猛发展，双向HFC(hybrid fiber coaxial)的改造和建设得到飞速的发展，由于HFC网的宽带特性，人们越来越希望将它用来完成综合信息的传输。但相对于发达国家和地区而言，我国国内的HFC网络设备管理起步较晚，国内厂商的研发水平较低，在HFC网管系统研发上的投入不够，而且该系统没有统一的标准可遵循，兼容性差，不同厂家的设备不能在同一个网络中应用。因此长期以来各运营商虽然对网络管理有一定的需求，但限于网络条件、资金和缺少成功的范例等原因，使商用HFC网络管理在国内网络上的应用市场迟迟难以启动。
近年来，随着双向HFC网络改造大规模地推进，加上国家、地方政府在政策上的扶持，HFC网络管理越来越多地被提到各有线电视运营商的日程中来。尤其是从2003年以来，各大有线电视台在网络改造设备招标中，大部分都提出了网管方面的要求。与此同时，随着HFC网管的国际标准陆续颁布，国标的制定工作也已经有了很大的进展。
正是由于HFC网络的这种迫切需求，美国有电视工程协会（SCTE）光纤同轴混合网管理分委员会（HMS）经过多年努力工作，于2000年10月起陆续提出了关于HFC网络管理的系列标准。该标准旨在开放的系统构架中，推动网管HFC应答器的互操作性和即插即用的发展。它的最大特点就是标准化、开放性、互操作性、即插即用。它是对网络的运行状态进行监测和控制的标准协议，目前该标准已经成为美国国家标准，并得到欧洲同行的认可，很可能将来成为未来网络设备管理的国际标准。
1 SCTE HMS 标准概述
HMS标准是应用于HFC网络管理的一整套开放式标准，它为设计具有开放性、兼容性的应答器和NMS提供了依据。HMS标准的内容主要定义了应答器设计的物理（PHY）层规范和媒体访问控制（MAC）层规范，引入了数据网络管理中的SNMP协议作为应用报文层规范。HMS标准中还包括一系列的MIB文本的定义。
1.1 HMS物理（PHY）层规范
HMS物理层规范描述中心前端控制器(HE)与被管理的室外设备（网络单元NE）的应答器接口之间通信的物理层协议。HMS物理层规范列举了各个地区的频谱划分；指定了传输电平和精度；定义了数据通信方式和传输的比特流和字节流；指明了采用单一独立的上、下行RF通道；详细规定了上、下行RF通道的一系列物理特性和数据调制的技术细节，其中特别允许RF通道的通信载波可跳频、载波发送功率可自动控制，提高了通信物理层的可靠性。
1.2 HMS的MAC层规范
HMS的MAC（Media Access Control）层规范描述中心前端控制器(HE)与被管理的室外设备（NE）的应答器在数据链路层（DLL）所执行的信息交流与协议，围绕如何在MAC层可靠的传输数据包进行了详细的阐述。这个规范可保障在室外设备的网络单元（NE）上符合HMS规范的2类和3类应答器与中心的前端控制器（HE）之间所必须执行的MAC层协议，以支持宽带管理和通信可靠、有效。
1.3 应用报文层
在应用报文层，引入了简单网络管理协议（SNMPv1.0），并给出了网络管理模型：管理者（Manager）和代理（Agent）的模型。管理工作站和代理通过网络管理协议SNMP联系起来，实现通信。SNMP协议有五种基本消息类型：
Get-Request:管理工作站从代理中获取某一对象值
Get-NextRequest: 管理工作站从代理中获取特定对象的下一对象值
Set-Request:设定代理中某一对像值
Get-response:代理应答消息
Trap:代理向管理工作站通告重要事件如对象参数报警等
1.4 HMS的MIB文本
    管理信息库MIB（management information base），是设备所维护的全部被管理对象的结构集合，即网管中的被管资源。SNMP用层次结构命名方案来识别管理对象，就像一颗树，树的节点表示管理对象，每一个对象都有唯一的对象标识符（OID），该标识由从根节点开始的唯一路径决定。MIB文本包含了被管理设备的所有的管理信息，为应答器的设计提供了有效的依据。
2 HFC网管软件系统的设计
2.1 软件系统的概述
   网络管理系统软件位于HFC网络的前端，是整个系统的管理控制中心，是人与系统的接口界面。实时收集HFC网络传输设备的状态数据，显示设备状态，给出故障报警，结合GIS系统，将HFC网络设备和设备所在的地理位置一起以电子地图的方式在界面上显示，准确定位故障，识别故障的类型，记录故障的信息，为网络管理提供必要的数据资料。
    网管系统软件通过标准的简单网络管理协议（SNMPv1）访问远程应答器。MIB管理信息库为标准的SCTE MIB。
2.2 网管系统总体结构
基于HMS的HFC网络综合管理系统采用Client/Sever结构，利用专用服务器作为图档文件服务器和数据库服务器，客户端采用高档PC机。网络操作系统采用Windows NT Sever，数据库管理系统采用SQL Sever，地理信息系统开发平台采用MapInfo Professional和MapX，前端开发工具采用Delphi Client/Sever Suite，PowerTCP SNMP Tool(version 2.8)。
监控中心开发语言采用Delphi 7.0作为程序设计语言，它简单、面向对象、不依赖于机器的结构、具有可移植性和安全性并且提供了并发的机制，具有很高的性能。其次，它可以使得第三方控件工具MapX和PowerTCP快速集成到Dephi语言程序中，方便开发人员可以使用他们所熟悉的语言进行开发。
HMS标准引用了SNMPv1协议，即HFC网络管理系统采用了管理者(Manager)和代理者(Agent)的模型。这样，管理者和各个分前端之间的通信采用SNMP over IP，而在各个分前端设置一个网关，完成管理者和代理者(HFC应答器)之间的通信。

图1 协议模型
3 系统功能结构
    本系统的总体功能结构如图2所示，该网络管理系统采用分层的方法根据系统的不同功能及其面向对象的不同设计而成。主要由拓扑图管理，故障告警管理、设备监控管理、数据分析、数据通信等模块组成。网络拓扑结构的自动发现、网络故障报告和处理、性能数据采集可视化分析工具及基本安全管理工具等。

                 图2 系统总体功能结构
4 系统主要功能的实现
4.1 网络拓扑管理
网络拓扑显示是网管系统必须具备的功能之一。地理信息系统将HFC网络和网络所在的地理环境一起以电子地图的方式在计算机上显示，以一种直观、全面、俯视的角度来监视整个HFC网络和各种网络设备的运行状态。通过采集网络设备和链路的有关数据信息，经过数据分析和过滤，自动生成网络拓扑显示，为用户提供可视化的操作界面。系统主界面如图3所示，采用分裂视图界面，视图的左半部分以树型结构显示网络设备，右半部分以电子地图方式显示，在此可以显示网络分组图、网络拓扑图及各种直观的设备图，管理员所有想了解的信息都可以从树型视图上或电子地图上点击进入而得到。 

            图3 网络拓扑图
4.2 设备监控管理
监视整个有线电视的网络及设备的运行状态，点击地图上任何网络设备，可显示网络内各种设备的工作参数和状态, 系统运行数据以图形和表格的方式显示。系统通过发送SNMPGet、SNMPGetNext命令，实时读取MIB库中设备的所有参数值，用窗口的方式显示给用户。管理员也可通过发送SNMPSet 命令调整该设备参数的报警门限等，工作状态用不同颜色区别显示，提醒操作者。此外，还要设定设备有关技术指标的三种门限：正常、预警、报警门限，用不同颜色区别显示，以提醒操作者。
此外，该管理器提供有关资料的录入、查询、统计等操作

图3  属性窗口
4.3 操作员管理
对操作人员进行管理，不同级别的操作人员具有不同的操作权限，操作权限同系统管理员根据需要进行设置，操作人员的密码只能由操作人员自已修改。
4.4 故障告警管理
故障和告警管理器在网络发生告警事件时，自动在告警窗口中发出告警信号，并在数据库中生成设备故障记录。例如，在网络运行中当某个设备发出告警时，该设备对象在拓扑图上闪烁显示并带有声音提示，操作者可以很方便的查询告警事件的详细情况，如告警地点、告警时间、告警设备、告警原因等基本情况。
4.5辅助分析模块
系统提供设备参数的辅助走势分析，让您随时掌握设备的工作状态和发展趋势，在设备损坏以前就可以对设备进行维护，保证用户满意度。另外，系统可以对当前系统进行智能分析，作出性能总结报告。
4.6 数据库模块
网管系统的所有数据信息都存放于数据库中，根据数据需要保存的天数，将数据库内数据分为最近数据记录和历史数据记录。数据库可以位于本机、局域网其他主机或远程主机上，支持多用户操作。本系统中采用SQL Sever数据库模型。
4.7 SNMP协议和数据通信模块
在HFC网络管理系统中，管理者就是网管主机（包括软件），管理代理就是安装于网络设备端的应答器。网管软件和应答器之间按照SNMPv1协议和网管中规定的MIB库格式进行通信，实现对被管对象的监控。
在此系统中，网管主机主要通过PowerTCP SNMP TOOL实现与代理端的数据通信。　Power TCP 是一个因特网协议控制和格式化对象的完全收集，它包含了丰富的工作台支架和广泛的SNMP 支持。SNMP Tool 有SNMP 代理控制（Agent）、SNMP 管理控制(Manager),在本文实现的程序中，主要使用Manager控件工具来实现网上代理的获取、MIB 的读取及设置。例如下面程序段为读取代理的一个MIB对象值
v:= CoSnmpVariable.Create ;
v.Oid :=’1.3.6.1.4.1.17409.1.10.3.1.2’;    //参数对象标识符
manager1.AgentName :=trim(IP.Text);     //代理IP地址
manager1.AgentPort :=161;            
manager1.Message.Reset;
manager1.Message.Variables.Add(v);
manager1.Message.type_ :=SnmpGet1;   //设置SNMP协议类型
manager1.Send;
5 结束语
本文主要介绍了基于SCTE标准的HFC网管软件系统的设计。HFC网络要实现综合信息传输，必须保证网络运行的可靠性，因而需要完善的网络管理系统。只有开放式的网络管理系统才能有效的对HFC网络中的所有设备实施管理，而基于SCTE HMS的HFC网管标准充分体现了开放性。

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