一種衛星通信網絡管理系統設計

梁金山,劉 薇

（河北神舟衛星通信股份有限公司,河北 石家莊 050200）

0 引言

在VSAT系統應用中,具有網管功能的各個廠家設備自成系統,互不兼容,缺少通用性。這里設計的針對采用通用衛星調制解調器、射頻設備、業務終端設備和輔助設備等構成的衛星通信系統的通用網絡管理系統,簡稱衛通網管系統NMS。結構上采用了二級管理的體系,在中心站配置網絡管理中心（NMC）、各遠端站配置遠端監控設備（RCD）,網絡管理中心通過網管控制信道與遠端監控設備聯通。

為提高衛星資源的利用率,針對數據采集系統,設計了回傳大載波共享功能。

1 系統功能及組成

（1）系統功能

衛通網管系統具備配置管理、接續管理、性能管理、故障管理、安全管理等功能。對衛星通信系統各站運行狀態進行監視、控制及日常管理,需要時進行資源分配,同時完成將本網狀態向綜合網管的上報。

（2）系統組成

衛通網管系統組成如圖1所示。

圖1 網管系統組成示意圖

衛通網管系統NMS硬件由位于中心站的網絡管理中心NMC、位于遠端站的遠端監控設備（RCD）和網管控制信道組成。軟件從功能上分為:網管、設備監控、SNMP等幾個部分。適用于Windows 2000 Server以上操作系統,數據庫采用MS SQL Server 2000。

2 硬件實現方案

衛通網管系統硬件由中心站網絡管理中心、遠端站監控設備、網管控制信道組成。

（1）網絡管理中心NMC

網絡管理中心一方面通過遠端監控設備實現對所有遠端站的遠程監控、資源分配,另一方面實現對中心站相關設備的集中監控,并檢測網管控制信道的狀態、完成控制信道切換。

網絡管理中心NMC由1∶1網管計算機和接口擴展設備組成。網管計算機上運行網管軟件以完成衛通網的各種網管功能。接口擴展設備是網絡管理中心與中心站站內設備及遠端站進行信息交互的中介;接口擴展設備為支持網管系統1∶1熱備份,采用網絡轉換方式,與網管計算機采用LAN接口連接,與設備采用RS232/RS422接口連接,以便保證切換時備份機獲得控制中心站設備的能力、保持與遠端站的連接暢通。

（2）遠端監控設備RCD

遠端監控設備RCD完成2個方面的工作:一是本站設備的集中監控;二是實現通過網管控制信道連通網絡管理中心。就近集中管理本地設備,需要時根據網絡管理中心指令管理本站設備,并將有關信息上報網絡管理中心。

（3）網管控制信道

網管控制信道由網管信道設備提供,用于遠端站和中心站之間傳送網管數據。

為了增加傳輸信息的可靠性,采用了2種網管控制信道,一種是專用TDM/TDMA控制信道,另一種是控制信息與業務復接在一起的復接控制信道,主用TDM/TDMA控制信道。當主用信道故障時,切換到復接控制信道;主用控制信道恢復并確認穩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網管的所有功能。

3 軟件設計方案

軟件包括中心站網管軟件、遠端站監控設備軟件、設備監控軟件和SNMP軟件。

3.1 中心站網管軟件

中心站網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故障嚴重時啟動備份,備份設備工作時通知故障管理。

圖2 中心站網管模塊間信號流向圖

（1）信道監視子模塊

信道監視子模塊作為衛通網管子系統中主控模塊與遠控模塊的接口,在中心站與各遠端地球站之間傳遞網管信息。

（2）接續管理子模塊

接續管理子模塊實現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,這是本系統一大特點。

計劃分配方案:確定連接的相關站點,切換高速共享載波的開始時間、終止時間、周期性（每天、每周）,按要求確定數據速率、調制方式、編碼方式、工作電平、相應業務終端的修改參數等（可以預先建好模板直接調用）。到達開始時間,中心站網管模塊關閉舊載波、分配帶寬并激活高速回傳載波。到終止時間,中心站網管模塊關閉高速回傳載波并把帶寬資源歸還頻帶池,相關站點恢復到原始工作狀態。

按需要手動分配時將上述相關參數設定好,發出切換命令后就開始關閉舊載波,建立高速共享載波,數據傳輸完畢后可以隨時發出還原命令關閉高速回傳載波、相關站點恢復到原始工作狀態。

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

①選定調制方式、糾錯編碼方式及碼率、信息速率、同步方式等鏈路相關參數,涉及MODEM和復接器;②網管根據公式（1）計算128kb/s載波所需衛星轉發器帶寬為60 kHz,分配工作頻率和帶寬;

式中,Bs為所需衛星轉發器帶寬;Ri為信息速率;KFEC為糾錯編碼碼率;a為每符號代表bit數,對應調制方式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根據所需Eb/N0設置調制器輸出電平,建立工作載波,開通業務;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調整整個鏈路所有MODEM和復接器的端口信息速率;⑥保證Eb/N0不變,按式（4）調整鏈路兩端調制器的輸出電平,在原來基礎上增加12dB,建立新載波,開通高速業務。

通過式（2）和式（3）可以推出式（4）:

式中,[]代表對數值,即10*lg（）;[C2]為切換后調制器輸出電平,單位dBm;[C1]為切換前調制器輸出電平,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

配置管理負責監控和管理整個網絡的配置狀態,收集和監控網絡設備的配置信息,網絡管理生成的事件為調整網絡設備的配置提供支持。

（4）監控管理模塊

由設備監控軟件送來的衛星通信地球站設備狀態信息和由信道監視模塊送來的遠端站性能數據由性能分析子模塊接收后,與數據庫的歷史數據比較,對于狀態不一致的異常數據判為產生一次事件,分析后認為此次事件為故障時送入故障管理模塊;正常的數據可根據需要形成統計報表等分析報告;根據分析結果可以控制、調整設備的工作和狀態參數。

（5）故障管理模塊

故障監測模塊接收設備狀態輪詢數據和上報的告警數據,將故障信息傳遞給故障報警模塊,并根據網絡當前性能指標配置故障管理策略,根據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據庫。

（6）備份管理模塊

備用系統采用輪詢方式監測主用系統的工作狀態,當主用系統發生故障時,自動啟動到備用系統。主用和備用系統的數據庫均實現同步備份。

在主用系統和備用系統之間運行“主備監視/切換”模塊,主用機主動將網管系統工作參數的變化通過“主備監視/切換”模塊傳遞給備用機。在一定時間內,若備用系統未收到主用系統的任何信息,首先向主用系統發送一條查詢命令,若有應答,則主/備關系不變;若超時無應答,則備用系統自動切換為主用狀態,并產生“主用機故障”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管系統、數據的安全以及網絡服務本身的安全。采用的措施有:

①管理員身份認證:設置注冊、注銷管理,進入控制模式需要用戶名和密碼分級確認;同時,設置用戶登錄失敗次數,以防止非法侵入;②管理用戶分組控制:網管系統的用戶（即管理員）按任務的不同分成若干用戶組,不同的用戶組有不同的權限范圍;③系統日志文件記錄所有操作;④網管數據定時自動備份和手動備份;⑤數據加密:對傳輸層以上數據采用DES加密標準進行加密;⑥利用多網卡將用戶網和管理網物理隔離。

（8）關系數據庫

為了方便網管系統對大數據量的處理,網管系統采用大型關系數據庫來完成對網絡數據的存儲、檢索和備份等操作,存儲全網運行時的各種狀態、性能數據及呼叫事件和故障告警記錄等。同時,為維護網管系統的安全性,設置用戶管理數據庫表管理操作員的身份特征。

（9）圖形界面

衛通網管系統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 遠端站監控設備軟件

遠端監控站設備運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。

圖3 遠端模塊間各模塊信號流向示意圖

3.3 設備監控軟件

設備監控子系統實現對衛星通信地球站設備的控制管理功能,主要完成對站內衛星通信設備的輪詢、監視、控制和管理,同時將監視的最新狀態上報給網管子系統。中心站和遠端站均包含該軟件。設備監控軟件組成如圖4所示。

監控對象包括站內的通信設備、輔助設備。

采用模塊化設計思想,將與設備無關的代碼獨立出來,形成與設備無關的功能模塊。對被管設備采用多線程技術進行監控,以中斷方式響應設備返回的信息。

公共處理模塊:接收網管子系統的指令數據,送給各設備處理模塊;同時將各設備的監測數據送給網管子系統。

對站內設備的訪問根據設備的不同而不同,如天線、Modem、ODU、IDU等,實行分別監控。

圖4 設備監控軟件組成框圖

3.4 SNMP互通軟件

該衛星網管系統可以接入上級綜合網管。2個網管系統間有效數據的傳遞采用標準SNMP協議的格式,用標準網絡管理進程進行通信,通信設備的主要參量用MIB庫統一定義,SNMP包采用標準的ASN.1格式對消息格式進行編碼。調用底層UDP協議,使用socket通信完成互連。

4 結束語

上面介紹了一種二級結構的通用衛星通信網絡管理系統的一整套設計和實現方法,并且已應用到實際工程項目中,實現了各種功能,特別是高速共享載波切換穩定可靠。經過改進,網管信息也可以通過IP信道傳輸,從而使得該衛星通信網絡管理系統能適應更多的應用場合。

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