一種適應于無線窄帶傳輸的管理協議設計

成玉榮,韓 飛,韓衛占

(中電科技集團公司第五十四研究所,河北石家莊050081)

0 引言

在一些軍事通信網絡中,常采用微波、散射、短波超短波電臺和衛星等無線傳輸方式,信道較窄,傳輸速率較低,誤碼率高。這類軍事通信網的網絡管理系統,其管理信息通常采用帶內傳輸方式,即網管信息利用被管理網絡進行傳輸,占用信道資源,在不影響網絡自身業務信息傳輸的前提下,網管信息占用信道帶寬比例一般限制在2%～3%,因此網絡管理協議必須能適應這種誤碼率高、信道窄的情況。

目前較流行和有影響的幾種網絡管理協議,如SNMP、CMIP、CORBA的IIOP等一般是基于穩定的、資源寬裕的傳輸信道情況設計的。SNMP管理協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絡環境,并且協議效率低。而CMIP和CORBA的IIOP管理協議技術復雜、實現難度大,且對傳輸環境要求嚴格,不適用于窄帶無線信道環境。另外,一些基于TCP的專用網絡管理協議是一種面向連接的協議,其基于握手的機制在誤碼率高、帶寬小的無線信道環境下會造成TCP連接的時通時斷,并且耗費網絡資源,所以也不適于作為無線窄帶網絡環境中的網管協議。針對無線信道窄帶傳輸特點,本文提出了一種適應于窄帶無線信道的網絡管理協議NWNMP,該協議既利用了SNMP協議的信息框架,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,相比其他網絡管理協議而言,NWNMP協議在保證功能和標準化的前提下,更適應無線信道窄帶傳輸的特點。

1 NWNMP協議設計

1.1 報文格式

針對傳輸速率較低、帶寬窄的無線信道來說,設計開銷小、管理功能又比較完善的報文格式尤為重要。NWNMP協議采用緊縮方式組織報文格式,發送幀號和確認幀號合二為一,信息命令標志按位編碼,地址編碼采用可選方式,這樣即可節省報文開銷,減少帶寬占用,又能完成復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網管協議幀格式

其中標識部分為報文頭,報文頭部開銷為10～14個字節。SNMP協議是基于UDP定義的一種較簡單的網絡管理協議,數據報文包含版本號、共同體名和PDU,報文頭長度大于20字節。相比之下,NWNMP協議報文開銷遠小于其他管理協議的報文開銷,更能夠節省信道資源,有利于提高窄帶信道的傳輸效率。

協議使用規則：

①幀頭標識用于確定一個協議幀的開始;

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

③操作標識符指定信息的操作類型(如：Get、GetResponse、Set、Report),用于控制信息傳輸到目的地址后的處理方式;

④幀號唯一標識一個協議幀,分片傳輸時幀號相同,同時作為返回信息的確認幀號;

⑤命令標志(MT/FT/CT/ET)分別用于標識管理模式(如被管設備管理、網管站間管理)、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容各代碼的累加和的后16位值;

⑦正文部分用于傳輸網管信息內容,壓縮和加密均是對正文部分進行處理。

1.2 協議原語定義

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

①Get：查詢操作,包括查詢配置信息、查詢性能數據、查詢故障信息等;

②GetResponse：查詢響應操作;

③Set：設置操作,設置設備配置參數等;

④Report：上報操作,如參數變化上報、故障實時上報、性能采集上報等。

1.3 傳輸機制

網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,才能確保網管系統的管理功能正常運行。NWNMP協議在信息傳輸過程中采用多種處理措施以確保網管信息的可靠傳輸,主要包括信息塊壓縮、確認+超時重發、報文的自適應調整處理和檢錯處理。這些傳輸措施分別應用于管理信息的發送、接收、響應等過程中,可保證管理信息在誤碼率較高的無線信道下的可靠傳輸。具體應用流程分2種情況：

(1)未超時信息成功傳輸流程

協議發送端設置超時定時器,設置2次超時重發。發送者將發送信息正文進行壓縮處理后,對報文中正文長度和正文內容計算校驗和,然后將經過處理的信息發送給接收者,接收者根據校驗和檢查信息正確性,如果正確則對信息塊解壓處理,并將確認信息或處理結果返回給發送者。發送者在超時時間內接收到返回信息,則認為發送命令信息傳輸成功,傳輸流程如圖1所示。

圖1 信息發送正確未超時情況下傳輸流程

(2)超時未成功傳輸自適應調整流程

發送端在發出信息后,經過2次超時重發,仍未收到確認或響應信息時,發送端則認為信息發送失敗,采取報文長度自適應調整方法。按照典型被管網絡配置,根據各類管理信息的報文長度,小數據量報文平均長度為200字節,每個報文最大傳輸字節數為1 500,當大數據量信息傳送時,如果大于1 500則需分片傳輸。報文自適應調整的實現方法是：首先判斷發送的報文正文長度是否＞200字節,如果大于200字節則將報文進行分片傳輸,每個分片正文長度均小于等于200字節,且分片的幀號一致,便于接收端將分片全部接收后統一處理。傳輸流程如圖2所示。

圖2 超時未收到確認或響應時信息傳輸流程

1.4 安全處理措施

網管系統中需要交互大量的管理信息,其中不乏是涉及通信網絡命脈的重要信息,尤其是在無線信道中傳輸,更應確保網絡管理系統各種管理信息的安全性,數據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行加密的方法,具體流程：

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

命令接收方收到命令后,先解析協議幀的標識部分,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行解密處理。

2 NWNMP協議仿真試驗

NWNMP協議在無線信道環境下進行仿真試驗,對NWNMP協議進行了各項管理功能的試驗,包括拓撲管理、配置管理、故障管理、性能管理、用戶管理及安全管理功能。另外對NWNMP協議進行了性能測試,驗證該協議在窄帶無線信道下的適用性。

測試過程及結果：

①在無線通信網絡環境下,設置2個網管站,每個網管站有一個被管設備,分別在2個網管站之間和網管站與被管設備間進行管理仿真,傳輸支持的管理信息,通過試驗驗證了NWNMP協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議包的收包情況。協議包長分別以200字節和1 500字節進行試驗,測試速率分別為38 400 bps和19200 bps。此項試驗數據分別見表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協議在誤碼率低于1×10-4時能夠正確收發,但在包長較大、傳輸速率較低的情況下,數據包傳輸時延較長,通過確認+超時重發機制以及自適應技術能夠有效解決這一問題,在誤碼率大于等于1×10-3時,通過協議幀中的校驗代碼和能夠檢測出收到的協議幀數據有誤,但無線通信網的傳輸系統一般能提供優于1×10-3的傳輸環境,因此,該管理協議能滿足管理需要。

3 結束語

NWNMP協議基于流行的標準協議的傳輸管理思想,針對窄帶無線信道傳輸特點進行設計。采用專用協議組包格式,能夠定義各種管理操作和管理信息格式。通過在無線網絡環境下進行的NWNMP協議仿真試驗,驗證了該協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境下對網絡管理協議的功能及性能指標要求,能夠較好地適應無線網絡環境,從而保證各種網管信息的安全傳輸。該管理協議的設計思想可應用于軍事無線通信網絡中的管理協議設計。

[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系統結構、原理與規范[M].韋樂平,薛君敖,孟洛明譯.北京：電子工業出版社,2000.