（计算机应用技术专业论文）电信接入设备监控系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 电信接入设备的网络管理是解决电信接入最基本单位的信息化管理问 题，在电信接入网管理中具有重要的作用。本论文针对当前电信接入网中接 入设备的实际情况，提出了两种实用的电信接入设备监控网管体系结构：改 进型电信接入设备集中监控网管结构和嵌入式i n t e r n e t 监控网管结构。论 文对电信接入设备远程监控网管系统的两种结构及其优缺点进行了详细的 论述，并应用此两种电信接入设备远程监控网管系统体系结构，分别设计了 电信m d f 设备与光纤收发器设备的组网监控系统。 在对m d f 远程监控系统与光纤收发器监控系统的设计中，采用低成本的 微处理器实现了电信接入网中接入设备的实时监控要求。结合所提出的这两 种电信接入设备监控系统结构的实际应用，重点介绍了：电信接入设备监控 系统组网拓扑结构设计；电信接入设备监控系统通信接口设计；电信接入设 备监控系统通信协议设计与实现；电信接入设备监控系统各告警单元的硬件 与软件设计。详细介绍了各电信接入设备监控系统单元间如何实现数据通 信，包括4 8 5 总线通信：e i ar s 一2 3 2 c 接口通信；嵌入式i n t e r n e t 监控系 统以太网接口通信与t c p i p 协议的实现。j 产一 萱键词： 接入网：网络管理；总配线架；光纤收发器：远程监蟛毂4q i 丁叉-小一lz-nternetj 、 ，。- 、一7 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t n e t w o r km a n a g e m e n to ft e l e c o ma c c e s sd e v i c et u r n e do u tt ob e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tp r o b l e m si ns o l v i n gt h em o s tf u n d a m e n t a lu n i t o ft e l e c o ma c c e s s i n gw h i c hp l a y si m p o r t a n tr o l ei nt e l e c o ma c c e s s n e t w o r k a c c o r d i n gt oc u r r e n ts i t u a t i o no ft e l e c o ma c c e s sd e v i c e ，t w o p r a c t i c a l s t r u c t u r e so ft e l e c o ma c c e s sd e v i c em o n i t o r n e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m sa r ep r e s e n t e di nt h i sp a p e r ：a d v a n c e ds t r u c t u r e o ft e l e c o ma c c e s sd e v i c ei n t e g r a t e sm o n i t o rn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m e m b e d d e di n t e r n e tm o n i t o r sn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m t h eb a s i cm d f d e v i c ea n df i b e r o p t i ct r a n s c e i v e rd e v i c e o ft e l e c o ma c c e s s i n g n e t w o r kr e m o t em o m t o rp r o b l e m sa r ed e l i l d n s t r a t e di nt h i st h e s i sb y e m p l o y i n gt h e s et w os t r u c t u r e s i nt h ed e s i g n i n go fm d fd e v i c er e m o t em o n i t o rs y s t e m sa n df i b e r o p t i ct r a r s c e i v e rd e v i c eo ft e l e c o ma c c e s s i n g n e t w o r km o n i t o rs y s t e m s l o w c o s t m i c r o p r o c e s s o ri su s e dt or e a l i z et h er e a l t i m em o n i t o ro f a c c e s sd e v i c ei nt e l e c o m & c c e s sn e t w o r k w i t ht h ec o m b i n a t i o no f p r a c t i c a lu t i l i z a t i o n o ft h et w os t r u c t u r e s ，t h i s p a p e rm a i n l y c o n c e r n sf o 1 0 w l n g d e s i g n i n g ： m o n i t o r s y s t e m st o p o l o g y ： c o m m u n i c s t i o ni n t e r f a c e ：c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l d e s i g n i n g a n d r e a l i z a t i o n ：h a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g n i n go fd i f f e r e n tu n i t si n s y s t e m s d a t a c o m m u n i c a t i o f fb e t w e e nd i f f e r e n tu n i t s i n c l u d i n g 4 8 5 一b u s ，e i ar s - 2 3 2 c ，e t h e r n e t i n t e r f a c ec o m m u n i c a t i o na n dt h e r e a li z a t i o n o ft c p i pp r o t o c o la r ef u l l yp r e s e n t e di nt h et h e s i s k e yw o r d s ：a c c e s sn e t w o r k ：n e t w o r km a n a g e m e n t ：m d f ：f i b e ro p t i c t r a n s c e i v e r ，r e m o t em o n i t o r ，e m b e d d e di n t e r n e tt e c h n o l o g y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 随着计算机与通信技术的紧密结合，计算机局域网的广泛使用，尤其 是国际互联网的出现和迅速发展，电信网的规模不断扩大。在现代通信网络 中大量采用了远端模块和新的接入技术，推进网络管理工作的自动化、网络 化、电子化，已是大势所趋，并已成为现代电信网的一个重要的关键技术。 当前电信运营商出于对其企业利润的最大化要求，远端设备的维护和 机房监控将趋向于无人值守或少人值守、自动监控和远程集中管理。而另一 方面，现代电信用户对电信网络的依赖性也愈来愈大，对服务质量的要求也 愈来愈高，如何利用现代技术和手段来管理这些设备，在无人值守的情况下， 能迅速发现和排除故障就显得十分必要。 1 1 选题背景 本次选题是结合西南交通大学信息传输与处理研究所与中国普天成都 邮电通信设备厂的两个技术合作项目：m d f ( m a i nd i s t r i b u t i n gf r a m e ) 远 程集中监控系统与智能网管型光纤收发器监控项目而提出的。m d f 设备是 用户到程控交换机间的接入设备；光纤收发器设备是一种新型的接入设备， 将可能成为电信部门光纤入户( f t t h ) 的重要接入设备，它们同属于电信 接入网的一个重要组成部分，由于这些设备的技术含量相对较低和维护的强 劳动力投入，使之成为故障多发的重要部位，管理也较混乱。目前该厂生产 的m d f 设备与光纤收发器均不带有远程监控功能，处于人工分散的管理模 式下，设备维护人员必须定期对设备进行巡视，按照主管部门的要求，制作 各种报表，定期向主管部门报送，并按主管部门的指示调整网络设备的运行。 这种管理方式局限于本地，不能及时汇总全程、全网的统计数据，用于调度 设备，均衡负荷，且还容易出现差错，不能适应现代电信网的管理需求。 1 2 接入网简介 接入网是近年来我国电信技术界及运营业共同感兴趣的热门话题。我 国是全世界范围内为数不多的真正在这方面开展规模化试验的国家之一，这 除与接入网已上升到国家信息基础设施( n 1 1 ) 的重要组成部分有着密切关 系外，由宽带接入技术引发的强劲市场诱惑力也是一个重要的促进因素。 随着光纤制造技术的日趋成熟，大线束光缆商品化步伐的加快，光缆价格的 持续下降，“f t t x ”( 光纤到路边、光纤到大楼、光纤到a n y w h e r e 的统称) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 似乎已成为不容置疑的发展方向。同时，基于铜线传输的“x d s l ”技术( 如 i d s l 、s d s l 、h d s l 、a d s l 、v d s l 等) 、无源光网络( p o n 、w d m ) 及 密集光波分复用( d w d m ) 技术的迅速进步也为更好地发展接入网提供了 不可缺少的技术基础【2 1 。 1 2 1 接入网技术的历史回顾 1 9 7 5 年英国电讯( b t ) 在苏格兰g a l a s c o ( 格拉斯哥) 举行的一次研讨会 上首次提出了接入网的概念。1 9 7 6 年在m a c h e s t e ( 曼彻斯特) 进行了组网 可行性试验，1 9 7 7 年在苏格兰和伦敦地区进行了大规模的推广应用；1 9 7 8 年在g a l a s c o 会议上正式肯定这种组网方式并命名为“接入网组网”技术， 随后由w i l l e s m 等人共同编辑了此次会议的文献集一一”电信网技术”【l j 。 1 9 7 8 年英国电讯在c c i t t 相关会议上正式提出接入网组网概念，1 9 7 9 年c c i t t 用远端用户集线器( r s c ) 命名方式给具备类似性能的设备进行了 框架描述。数字程控交换机( s p c ) 于7 0 年代末开始大规模商业化，这使得 r s c 的概念发展为r s u ( 不带本地交换1 、r s m ( 带本地交换) 两部分。由 于接入网概念普遍为电信运营和设备供应商所接受，加上数模混合网时代 的来临，p c m 数字复用传输设备从更高程度减少了r s u ( 或r s m ) 与主控 设备之间的实践连接数量，并作为一种过渡性的网关接口设备较好地解决了 数模混合网中模拟设备与数字设备之间的互连互通问题。 一些新崛起的中小企业开始涉足r s u 及p c m 复用设备的生产制造， 并展开了与传统的具有垄断地位的大电信设备供应商之间的竞争。运营者注 意到这种竞争将给自己带来可观的经济利益，并可在一定程度上摆脱传统设 备供应商的制约，于是在c c i t t 上公开支持这种竞争并希望通过标准化程 序使之获得稳定的发展。c c i t t 相关工作组在8 0 年代初先后提出了v l 、 v 2 、v 3 、v 4 共4 种数字接口的一般性建议。运营者、传统设备供应商、新 的竞争者之间的错综复杂的经济利益关系，使得上述4 种数字接口建议工作 最终未能取得广泛的认同1 2 1 。 8 0 年代中期世乔范围内反垄断呼声的高涨，新诞生的中小企业对其发 展严重受制于传统的大型供应商的局面目益不满，加之发达国家反垄断法的 出台，导致了电信界对接入网接口规范化和标准化要求的提出。到8 0 年代 后期，在各方面的推动下，i t u t 开始着手制定标准化程度较高的数字接 口规范一一v 5 x ，并对接入网作了较为科学的界定( 尽管还存在不少值得 商榷和明显疏漏的问题) 。v 5 x 促使接入网设备长期被垄断地位的大制造 商自然控制的局面出现崩溃，运营业可以从设备供应商之间的竞争中获得更 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 多的好处( 包括经济的、技术的) 。但是，随着网络规模的急速膨胀，运营 业的网络管理( 特别是由于接入网中物理节点显著增加) 及许多相关问题日 趋复杂化，网管危机开始出现。 t m n ( 电信管理网) 概念的提出是运营业为在多设备供应商环境下寻 求高效管理能力解决网管问题的又一新的努力。由于历史的原因，大制造商 不愿再为失去市场份额和利润水平保持沉默，转而在接入网网管问题上采取 了从技术标准到竞争策略的全方位反攻，其直接的结果就是想方设法对 i t u t 在接入网网管建议的制定方面制造困难，以便达到网管不通使运营者 失去对基于v 5 x 标准的其它供应商产品的不自觉抵制( 由于网管不通会使 运营者在使用标准接臼的接入网产品方面产生的管理障碍和心理障碍) 。新 进入电信产品市场的竞争企业只有依靠不断推出新的技术概念和鼓吹可能 为运营业带来的好处以期获得来自市场方面的支持【l j 。 9 0 年代以来宽带、无线技术的发展，特别是人们普遍认为b i s d n 时 代即将来i 临，接入网有可能为新的运营公司提供发展机会，为老的运营公司 提供增值业务，于是i t u t 终于在1 9 9 8 年基本完成了v b 5 建议的制定工作。 与此同时，运营业的垄断行为也正在发达国家受到不可阻挡的挑战，新出现 的运营者必须采用更为先进的技术手段( 如宽带、无线接入等) 以尽可能地 减少或降低地面线路的投资风险。n i l ( 国家信息基础设施) 、g i i ( 全球信 息基础设施) 概念的提出及光纤传输技术的革命性进步，接入网发展成一个 独立的产品及运营市场”j 。 上述动力使得接入网技术仍能以较强的势头持续发展至今。 1 2 2 接入网的概念 接入网的定义为：由业务接点接口到( s n i ) 到用户网络接口( n u i ) 之间的系列传送实体组成，为传送电话业务提供所需传送能力的实施系 统，可经由q 3 接口配置管理。接入网是一个基础网，与接入网相连的s u l 和n u i 的种类和数量是不受限制的，接入网对业务应该是透明的，对用户 信令不作解释，且接口开放，客观存在应与所传送的业务无关，最终形成一 个可承载包括语音、数据、图像、多媒体等各种业务的接入网络，即全业务 网。 1 2 3 接入网的物理参考模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 从历史上看，最 早的接入网就是简 单的用户线设施，又 称用户环路或本地 环路，也常称用户网 或本地网，其结构呈 星形，即从处于枢纽 点的端局本地交换 机与每用户之间 用一对对双绞线直 譬适墨鸳：堂墨竺土! ! 堡，： f i f f ； 董叁堕 ，； 图1 1 接入同酌物理位置 接相连【3 i 。如图】1 所示；其中主干系统为传统的电缆和光缆，一般长数公 里：配线系统也可能是电缆和光缆，其长度一般为几百米；而引入线通常长 几米到几十米。 接入网所覆盖的范围可由三个接口来标志。在网络侧它通过业务节点 接口( s n l ) 与业务节点( s n ) 相连；在用户侧经由用户网络接口( u n i ) 与用户终端相连；而管理功f l 鲫, o 通过q 3 接1 2 1 与电信管理网( t m n ) 相连。 图1 2 表示了出了接入网和这三个接口的关系p 】。 图1 2 接入网的覆盖苑固 其中业务节点是提供业务的实体。它是一种可以接入各种交换型、半 永久连接型电信业务的网元。可提供规定业务节点有本地交换机、租用线业 务节点或特定配置下的点播电视和广播电视业务节点等。业务节点接口 ( s n i ) 是接入网( a n ) 与业务节点( s n ) 之间的接口。 接入网技术可根据使用的媒体分为光纤接入、铜线接入、光纤同轴混 合接入( h f c ) 和无线接入等多种类型。 1 2 4 接入网故障管理 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 故障管理是电信管理网的一个主要应用功能。它包括告警监视功能、 故障定位功能和测试功能兰部分。告警监视功能是通过对接入网设备的监 视，及时将所发现的问题和故障报告给维护人员。故障定位功能是维护人员 发现故障后要通过进一步的故障诊断，确定故障的部位，以便进行处理。对 设备进行各种测试可以将问题发现在出故障之前【。 有三种不同的维护方法： 1 预防性维护 这是按照预定的周期和规定的标准对设备进行测试、诊断和修理等一 系列检查和保养等维护工作。 2 纠正性维护 这是在监控设备检出故障，告警设备发出故障告警，或接到来自用户 或操作员的申告之后才开始进行测试、诊断、维修等系列维护工作的。 3 受控性维护 这是介于上述两种维护方法之间的一种维护策略。受控性维护的目标 是在服务质量所要求的性能水平与必要的维护工作之间取得最佳的平衡。 在受控性维护的优点是它能指导维护工作，改善对用户的服务质量。 要实现受控性维护必须要有集中的监控设备对网络进行集中监控。这种集中 监控由网络监控功能实现。 网络监控由网络监控系统来实现。所谓网络监控就是对网络的监视和 控制过程。它监视接入网中设备运行的质量，在需要时控制倒换设备，提高 服务质量。网络监控系统是由多个网络监控中心和传输线路组成的计算机数 据网。在许多国家中，将网管中心和监控中心设在一起，以便于两者配合工 作叽 1 3 接入设备监控国内外研究现状 1 3 1m d f 监控系统现状 在我国，从数字程控交换机投入实际应用的二十多年间，我国固定电 话网用户已超过2 亿，拥有世晃上最大的市话线路网。但是在电信网设计初 期，由于没有在接入网( a n ) 侧引入网管监控功能，因此，目前我国绝大 多数的市话线路网的维护仍处于人工分散的管理模式下，设备维护人员必须 定期对设备进行巡视，值班人员只能采用纠正性故障维护方法，一般是在接 到用户的故障申告时，才处理用户故障。这种维护方法已越来越无法满足当 代电信网的管理需求。因此，如何改善维护水平、提高工作效率、提高企业 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 的经济效益，是当前电信运营商特别关心的课题。市场上也出现了一些与此 设备相关的集中监控系统。 目前国内生产的m d f 远程集中监控系统主要以几家公司：苏州维运电 讯有限公司、深圳华海力达通信设备有限公司、浙江万马集团电子有限公司 出产的较为典型。实现的功能也较为类似，均可以实现对机房总配线架 ( m d f ) 的保安器的过压告警进行检测，并及时上传到远程监控中心的计 算机，以便在无人值守的机房实现故障的及时准确发现、解决，提高电信的 服务质量，但是，均未实现对本地m d f 设备实时电子化监控管理。而目前 有一些客户就要求有这样的管理功能。 1 3 2 光纤收发器监控系统现状 光纤收发器可分为网管型与非网管型光纤收发器。随着网络向着可运 营可管理的方向发展，多数运营商都希望自己网络中的所有设备均能做到可 远程网管的程度，光纤收发器产品与交换机、路由器一样也逐步向这个方向 发展。对于可网管的光纤收发器还可以细分为局端可网管和用户端可网管。 局端可网管的光纤收发器主要是机架式产品，多采用主从式的管理结构，即 一个主网管模块可串联n 个从网管模块，每个从网管模块定期轮询它所在 子架上所有光纤收发器的状态信息，向主网管模块提交。主网管模块一方面 需要轮询自己机架上的网管信息，另一方面还需收集所有从子架上的信息， 然后汇总并提交给网管服务器。如武汉烽火网络所提供的o l 2 0 0 系列网管 型光纤收发器产品支持l ( 主) + 9 ( 从) 的网管结构，一次性最多可管理1 5 0 台光纤收发器。 用户端网管主要可以分为三种方式：第一种是在局端和客户端设备之 间运行特定的协议，协议负责向局端发送客户端的状态信息，通过局端设备 的c p u 来处理这些状态信息，并提交给网管服务器；第二种是局端的光纤 收发器可以检测到光口上的光功率，因此当光路上出现问题时可根据光功率 来判断是光纤上的问题还是用户端设备的故障；第三种是在用户端的光纤收 发器上设计主控网管模块，这样网管系统一方面可以监控到用户端设备的工 作状态，另外还可以实现远程配置和远程重启。在这三种用户端网管方式中， 前两种严格来说只是对用户端设备进行远程监控，而第三种才是真正的远程 网管。但由于第三种方式在用户端添加了网管系统，从而也增加了用户端设 备的成本，因此在价格方面，前两种方式会更具优势一些。目前大多数厂商 的网管系统都是基于s n m p 网络协议上开发的，支持包括w e b 、t e l n e t 等多 种管理方式，但是，国际与国内均没有对此建立相关工业生产标准。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 4 论文的主要工作 本论文的主要工作是对如何设计与实现接入网侧接入设备监控网管 结构系统进行了研究。根据设备的实际情况，提出了两种实用的接入网侧接 入设备远程监控管理系统模型，主要解决了当前接入设备监控所存在的实时 性、远程化和动态性等一系列问题，使传统的嵌入式系统结合了最新的 i n t e m e t 技术，可真正适应当前的电信管理网对接入设备监控的最新要求， 进一步体现了i n t e r n e t 技术的发展对人们的生活方式和管理模式的巨大影 响。并按照所设计的监控系统模型，分别实现了m d f 设备远程监控系统与 光纤接入网智能网管系统，其中包括：系统设计、硬件设计、传输协议设计 与软件设计等。主要有以下实际工作： 1 m d f 远程监控系统组网拓扑结构设计 2 m d f 远程监控系统通信接口设计 3 m d f 远程监控系统通信协议设计与实现 4 m d f 远程监控系统列告警单元设计 5 m d f 远程监控系统告警仪硬件与软件设计 6 光纤接入网智能网管系统组网拓扑结构设计 7 光纤接入网智能网管系统网管模块硬件设计 8 光纤接入网智能网管系统网管模块软件设计 1 5 课题意义 电信接入设备上网和实现远程监控，其意义不在于这种网络的出现所 产生的经济价值，而在于把电信接入设备的管理从一种过去像“小农经济” 式的存在方式，进入一种开放、互联的“社会化”的存在方式，也就是从个 体进入网络i l ”。我国社会发展和经济进步已进入了城市化的阶段，电信网 高度普及，信息交流的越来越频繁，如何最大限度的利用好这些网络资源， 发挥网络资源的经济效益，保证安全、有效地向社会提供高质量的服务，对 社会发展、科技进步、经济繁荣都有极重要的意义1 2 。 本课题有很深远的社会效益，一方面为远程监控系统信息化解决电信 接入最基本单位的信息化问题，另一方面为信息技术提供了一种新型的方法 和领域。再有，就是促进了相类似的家用电器、仪器、设备和网络相关的监 控技术发展。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第二章电信接入设备监控网管系统体系结构 2 1 电信接入设备监控网管系统设计需求 随着接入技术的迅速发展，接入网的规模逐渐庞大起来，与之相适应 的网管系统也应逐步系统化、规模化，才能适应未来网络发展的需要。因此， 传统的管理方法主要靠电信设备本身极其有限的管理能力，这种方式已不能 适应网络发展的要求。另一方面，随着网络规模的发展，网络的运行、管理 和维护成本已经大大超过信息网本身的投资。事实表明，降低运营成本的根 本出路是使维护的过程实现标准化、简单化和自动化【3 】。 接入网是集多种接入技术的综合接入平台，因此，接入设备的种类相 应的也比较多样。在考虑接入设备网管系统的同时，也应针对不同的设备采 用相应的网管体系结构。这个网管体系结构应具有强大的组网能力，而且也 应具有完善的集中维护管理功能，可实现对网络的远程集中监控和本地维 护，并可通过相应的协议转换纳入当地的网管中心，进行电信网设备的统一 集中监控。 2 2 原有的电信接入设备网管系统 2 2 1 原有的接入设备网管结构 原有的电信接入设备监控系统是一个封闭的系统，它由后台监控设备 和现场控制单元两部分组成，两者之间的通信协议是自定义的通信协议。它 监控的对象主要分为三类：数字量，模拟量和操作。数字量是用一个比特位 来表示，主要描述的对象是各种告警状态、开关的状态；模拟量是用一个实 数来表示的，主要描述的对象是设备的各种具体模拟量，如环境温度，设备 电压等等。操作对象是对各种数据对象的操作描述，如设备电源电压，关闭 空调等操作p 。系统结构如图2 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图2 1 原有接入设备隅管结构图 2 2 2 原有系统的原理 现场控制单元部分 ( 1 ) 监控核心模块：负责处理从被监控对象处采集而来的监控数据和 产生告警：协调各个其它软件模块的工作运行。 ( 2 ) 数据采集模块：负责直接与被监控对象打交道，对被监控对象进 行数据采集和操作控制。 ( 3 ) 数据处理模块：该模块一方面将从被监控对象采集而来的数据分 解，并转换成要向监控设备传送的诸如模拟量，状态量，以及报警等数据格 式；另一方面，根据监控核心模块的要求，装配那些将要传送给被监控对象 的数据。 ( 4 ) 通信模块：根据自己的协议与后台监控设备进行通信，收集并传 送数据。 后台监控设备部分 ( 1 ) 界面控制模块：为管理人员提供友好的用户界面。 ( 2 ) 管理核心模块：指导处理从现场控制单元传来的监控数据和告警 显示给用户，并对用户操作进行处理：负责调度其余模块的运行。 ( 3 ) 通信模块：根据自己的协议与现场控制单元进行通信，收集并传 送数据。 ( 4 ) 中心数据处理模块：该模块一方面将从现场控制单元传来的数据 转换成对用户具有实际意义的诸如模拟量，状态量，以及报警等数据格式； 另一方面，根据要求，装配那些将要传送给现场控制单元的数据。 2 2 3 原有系统的缺点 西南交通大学硕士研究生学位论文 第10 页 ( 1 ) 监控范围小，不便于实现电信接入设备的大范围，全程全网的监 控要求。 ( 2 ) 协议接口不开放，对于新系统引入和互联非常困难。 ( 3 ) 监控结果只能在现场显示，不能进行设备远程监控，无法实现无 人值守要求。 2 3 改进型电信接入设备集中监控网管系统 2 3 1 改进型电信接入设备网管系统结构 由于原有网管系统结构简单，无法满足接入设备远程监控功能及更高 级的网管监控要求，针对原有电信接入设备监控系统的不足，以及接入设备 自身的特点，本论文对电信接入设备中的一些数量较多，但功能单一，结构 简单，监控时间要求不是很严格的接入设备，如m d f ( 总配线架) 、d d f ( 数字配线架) 与o d f ( 光配线架) 等常见的接入设备网管监控系统，提 出了这种以收集数据为中心的服务器+ 分级树型控制的改进型电信接入设 备网管监控系统模型，第一级为现场控制单元设备，第二级为后台远程监控 设备，第三级由监控中心的中央数据服务器构成，对全网的设备运行数据进 行集中管理，并可通过选配的q 3 接口程序实现与电信管理网的网管中心进 行数据联网与控制功能【2 7 】。网管系统结构如下图2 2 所示。 图2 2 改进型接入设备弼管结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 3 2 改进型系统与原有系统相比的优势 ( 1 ) 现场控制单元：与原有系统相比，设备改变不大，可以在原系统 的设备上进行改造，可根据现场控制单元之间是否需要进行相互通信，选用 不同的总线( 如r s - 4 8 5 总线或现场总线) 连接。只需要对原设备进行一些 软件的更改就可投入应用，可节约生产成本与缩短开发周期【2 7 l 。 ( 2 ) 后台监控设备：处于系统结构的中间层，对原有的后台监控设备 的进行扩充，增加了多功能通信模块。不仅可完成原有的通信功能，可根据 自定义的协议与现场控制单元进行通信，收集并传送数据，还可以提供与同 级的监控p c 进行通信，供监控p c 完成现场数据的更高级处理能力。此外， 后台监控设备还可以通过调制解调器或其它通信设备应答或呼叫高层的监 控中心，实现数据的传送任务。与此同时，在设备发生故障时，可通过软件 设置，自动运用现代的通信手法( 电话、手机、寻呼机等) ，完成对值班人 员的故障呼叫。 通过这些新增功能，后台监控设备就可以根据现场实际需求，通过配 置相应的通信功能模块，满足不同用户的各种需要，如提供本地监控p c 进 行设备故障统计、分类、报表等原来网管中心具有的功能，实现接入设备的 受控性维护方式。在实现原有系统的功能基础上，还可以方便的通过现代电 话网或i n t e r n e t 网进行设备全网的互联，构造一个实时、全局的监控网络。 ( 3 ) 监控中心：建立集中设备运营数据库，实现了全网内远程接入设 备的集中统一管理。可通过监控中心的通信协议转换模块，采用0 3 接v 1 纳 入当地网管中心，便于新系统的引入与互联【3 5 】。 其次，在监控中心实现其它协议的转换，简化了后台监控设备的软件 设计，容易将后台监控设备与现场控制单元做成一个非常牢固的采集数据硬 件平台。由于中心数据库设置的网管中心，全部采用软件设计来实现与网管 中心交换采集数据的协议转换，软件的可靠性同硬件相比，相对低一些，因 此，应把协议转换功能集中在网管监控中心的机房中。这样，当与网管中心 互联软件出现问题时，可以在监控中心立即解决，而不用必须下现场，找出 问题所在，确定是硬件还是软件的问题。从而节省了维护工作量。 2 3 3 改进型网管系统存在的不足 由于接入设备的多种多样，我们采用改进型电信接入设备集中监控系 统在一些设备地域分布集中、功能单一、简单的接入设备中能较好的实现接 入设备的远程集中监控管理，但是，如果将这个改进型模型应用在一些分布 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 较为离散、功能复杂的接入设备时，就会存在许多问题： ( 1 ) 若某地只安装有个别接入设备，如果要想实现该设备的远程集中 监控，按改进型接入设备集中监控网管模型设计，就必须在接入设备中采用 两种现场监控设备：现场控制单元与后台监控设备。这将大大增加了设备的 网管费用，也造成了许多管理功能的浪费，而且也增大了网管系统的发生故 障的概率。 ( 2 ) 若监控中心需要对接入设备的监控实时性要求较高，要求在故障 的第一时间就了解设备的工作状态。此时采用改进型接入设备集中监控网管 模型设计这类设备的网管就比较困难了，即使能完成，因监控时间的要求， 设计时对网络间通信投入的费用也是相当昂贵的。 2 4 电信接入设备嵌入式in t e r n e t 监控网管系统 i n t e r n e t 技术的飞速发展所带来的另外一个非常重要的影响，就是大大 促进了许多相对独立的设备和系统与i n t e r n e t 的互连，从而加速了其应用领 域的智能化、网络化和规范化的进程。嵌入式i n t e r n e t 的概念是从设备的角 度来看i n t e r n e t ，这时的i n t e m e t 是一种嵌入式i n t e r n e t ，设备连入i n t e m e t 是指把i n t e r n e t 的功能嵌入到设备中1 2 9 1 。在这种技术产生之前，如果想要控 制远程设备，人们必须利用专用线路，不仅费时、费力、非常不方便，而且 想要灵活移动后台监控工作站简直是不可能的。现在有了嵌入式i n t e r n e t 技 术，人们可以在任意位置甚至利用普通浏览器软件通过现有的i n t e r n e t 网络 来监控设备，而不是专线；人们可以监控他们想要监控的一切，只要监控工 作站的旁边有i n t e r n e t ，而不管该工作站现在或将来移动到什么地方。 针对目前一些接入设备分布离散的特点，本论文在改进型网管系统结 构的基础上，采用嵌入式i n t e m e t 技术，提出了一种基于接入设备的分布式 智能型嵌入式i n t e r n e t 监控系统模型。 2 4 1 电信接入设备嵌入式ln t e r n e t 网管系统结构 随着接入网宽带接入设备的广泛应用，在宽带接入设备中很容易得到 提供的i n t e r n e t 接口。因此，在现场控制单元中采用了嵌入式i n t e r n e t 技术， 可以使用t c p i p 协议，实现与位于远端的监控工作站或监控中心直接进行 通信。通过现场控制单元核心芯片运行的嵌入式t c p i p 协议栈和嵌入式 w e b 服务器。监控工作站既可以利用专用的后台监控软件来监控接入设备的 运行情况，也可以利用普通浏览器来逐个控制接入设备的运行p “。监控中 心的功能与改进型电信接入设备网管监控系统模型中的功能相近，主要是完 西南交通大学硕士研究生学位论文 第13 页 成接入设备运用状况数据集中及与本地网管连接时的协议转换功能。 图2 3 接入设备嵌入式1 1 1 t er c r l t 监拄同管结构 2 4 2 电信接入设备嵌入式in t e r n e t 网管结构优点 ( 1 ) 嵌入式i n t e r n e t 网管结构使网管形成真正的开放互联，互操作性 的系统，改变了传统监控系统的封闭局面。使原有的接入设备的集中管理变 成了分布式计算机系统管理，提高了电信接入设备网管系统的可靠性。 ( 2 ) 对远程接入设备监控管理方便，可以实现对移动设备的统一管理， 支持多台监控工作站同时进行电信接入设备监控，甚至可采用普通浏览软件 即可实现设备监控，不需要额外的系统或软件开发【3 “。 ( 3 ) 由于采用嵌入式i n t e r n e t 技术设计，现场控制单元体积一般较小， 功能易于扩充，可以适应接入设备监控的特殊要求。与此同时现场监控单元 对运用现场的环境要求也不高，能集成到接入设备中，实现与接入设备一体 化设计，大大简化电信接入设备监控设备的安装及配线任务【2 9 1 。 ( 4 ) 网管故障定位明确，与传统的网管结构相比较，可明显缩短故障 判断时间，加快故障处理速度。 2 4 3 电信接入设备嵌入式in t e r n e t 网管存在的不足 虽然电信接入设备嵌入式i n t e r n e t 网管结构存在着许多优点，但是，由 于现有技术上的缺陷，它也同样存在以下不足： ( 1 ) 由于接入设备网管结构直接接入i n t e r n e t 网，i n t e r n e t 网是个开 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 放式的系统，因此，网管系统的安全性就显得特别重要，需要对此进行专门 设计，增加了系统的设计费用。 ( 2 ) 虽然嵌入式i n t e r n e t 系统在一些功能较强、大型的接入设备中可 以发挥作用，但是如果只是对一些简单的分布式的一些小型设备时，整个系 统的结构成本就不可以接受。 因此，在设计电信接入设备监控系统时，应针对不同的接入设备，采 用灵活的设计结构，对两种接入设备监控网管结构进行有针对性的结合与修 改，使之在不同的地方，不同的场合都能够适应接入设备发展的新要求。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第三章m d f 接入设备远程监控设计与实现 3 1m d f 接入设备 m d f 接入设备是接入网的一个重要组成部分。市话线路接入网的构成 图3 1 市话线路隅构成示意图 用户 终端 设备 如图3 1 所示，外线电缆是不能直接与交换机相连的，其问必须经过一种接 入设备，这就是总配线架m d f ( m a i n d i s t r i b u t i n gf r a m e ) 。这是因为：其一，对 用户的放号必须考虑使交换机话务负荷均 衡和某些用户对电话号码的选择等因素： 其二，外线电缆是在工程中按照用户预测 敷设的，营运中甩户实际出现的情况与预 测会有出入，因此外线电缆的芯线使用率 不可能很高，在交接配线的情况下，主干 电缆的芯线使用率一般为9 0 左右，为提 高放号率，通常使主干电缆总容量大于交 换机容量，在一般情况下，交换机容量与 外线容量之比约为l ：1 1 1 5 ，有的甚至达 到1 ：2 o 【8 1 。 交换机中的用户设备经局内电缆连接 到总配线架内线侧( 或称设备侧) ，每对成 端端予对应于一个用户i r 4 蚤e s ：主干电缆 图3 2m d f 设备及告譬子机 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 则成端于总配线架外线侧，每对成端端子对应于一个主干电缆线序。放装一 个用户时，需在总配线架上放一对跳线，将分配给该用户的主干电缆线序和 用户设备号连接起来。用户终端设备( 电话机、传真机等) 是从分线盒接到 用户室内去的。同时在交接箱内放一对跳线，将该用户占用的配线电缆线序 和分配的主干电缆连接起来。 3 1 1 列架式总配线架 列架式m d f 架架体常见的由型钢( 角钢、扁钢、六角钢) 、薄钢板拆边 件或铝合金型材组成【8 】。如图3 2 所示，此m d f 设备有三列，每赢列装了8 个横列、坝试接线排，共8 0 0 回线。在本次监控系统设计时，按每壹列最大为 1 6 0 0 回线设计，可按照现场实际使用情况进行设置调整。 3 1 2 保安单元 保安单元插在保安接线排上，当通信线路受强电侵 袭丽出现高电压、潜电流、大电流等情况时，起到保护 作用。保安接线排未插入保安单元时，内外线处于开路 状态，插上保安单元，内外线路接通。保安单元如图3 3 所示。当某一保安单元由于通信线路遭受强电侵袭动作 图3 3 保安举元 号，配合总配线架指示灯，信号箱就可生成一个声、光报警信号，以便值班 人员查找设备故障。本设计中的告警予机就是用于采集各横列测试接线排的 告警信号，判断及提供列架声光告警，并应答告警主机的查询信息，将故障 信息汇集到告警主机f 8 1 。 3 2m d f 远程监控系统的通信接口设计 根据现场实际情况，且考虑到便于扩容及易用性，系统设计为：以收集 数据为中心的服务器+ 分级树型控制的改进型电信接入设备网管监控系统 模型结构，即：远程的中心局计算机和后台的本地监控p c 机、告警仪、以 及各配线架上的列告警单元组成的三级主从分布式系统。如下图3 4 所示： p s t n 代表程控电话网。列告警单元位于监控系统的最底层，单元数最 多为1 2 8 个，它采集本列配线架的告警信号并通过r s 4 8 5 接口向告警仪发 送告警信息；告警仪与本地监控p c 机位于系统的中间层，它们之间通过 r s 2 3 2 c 接口进行通信；中心局计算机是最高层，它通过调制解调器与各支 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 图3 45 1 d f 远程集中监控系统设计简图 局的告警仪建立联系，集中监控各支局的m d f 设备运用状态。中心局计算 机与监控p c 机都可对接收的告警信息进行再次处理并告警显示，且能对告 警仪的运行参数进行远程设置。由此可见，告警仪在本设计中一共运用了三 个通信接口：两个r s 2 3 2 接口，一个r s 4 8 5 接1 2 1 z 7 】。 3 2 14 8 5 总线通信接口设计 r s 4 8 5 串行接口总线采用的是平衡发送和差分接收方式来实现通信的。 其设备简单，抗共模干扰能力很强，接收灵敏度很高，而且维护方便，因此， 它适合用来完成远程数据采集、控制和通信t 7 1 。 我采用了m a x i m 公司的m a x 4 8 5 芯片做4 8 5 通信接口。m a x 4 8 5 是具 有瞬变电压抑制能力的r s 4 8 5 收发器，能抵抗由雷电、静电放电和交流电 c p u m a x 4 8 5 r 4 8 5 总线 r t l 甜r e p t 1 一f i 旦b 髂。一 t x d 图3 5c p u 与4 s 5 4 t ：发嚣硬件接口示毒 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 故障引起的非正常高压脉冲的冲击。m a x 4 8 5 与c p u 之间的连接方式( 半 双工方式) ，只需要一对平衡差分信号线。如图3 5 所示。 4 8 5 收发器连接在c p u 的异步串行通信口上，r e 接收器使能端引脚和 d e 发送驱动器使能端引脚都接在c p u 的p 1 1 ，这样可以通过c p u 用软件 控制发送器是否有效( 因为是半双工通信，因此发送有效时，接收关闭，反 之亦然) 。这样的接法是因为m a x 4 8 5 接收器的功耗很小，而发送驱动器的 工作电流比较大，所以在不发送数据期间可以令发送器不工作以减少整体功 耗。发送期间令发送器使能端有效，发送驱动器d 将t t l 电平的t x 信号 转换成差分信号输出，在接收器r 上将差分信号还原成t t l 信号给r x t ”。 总线的物理连接采用双绞线。总线两端各接1 2 0 欧姆终端电阻( 可根据 实际总线长度和电缆传输阻抗在1 0 0 3 0 0 q 之间调整) 。r s 4 8 5 构成的分布 式总线结构如下图3 - 6 所示。 藿哩蕊乏召 圈3 6 基于r s 4 8 5 的恙践站相 3 2 2e l ar s - 2 3 2 c 通信接口 e i ar s 2 3 2 c 标准是美国电子工业协会e i a ( e l e c t r o n i ci n d u s t r i e s a s s o c i a t i o n ) 与b e l l 等公司一起开发的，于1 9 6 9 年公布的通信协议。它 在制定之初便作为远程通信接1 3 ，即为远程通信连接数据终端设备( d t e ) 与数据通信设备( d c e ) 而制定的，目前已广泛用于计算机与外设等之间的 近端通信。由于该标准推出较早，且对通信接口的有关问题，如信号线功能、 电气特性等都有明确规定，使得r s 2 3 2 c 成为计算机远程通信中广泛采用 的一种串行