微波無線傳輸網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘 要： 根據(jù)海事船載無線綜合通信系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了微波終端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的基本操作、功能特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)的研究對(duì)于無線微波網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，具有十分重要的借鑒作用。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)管理； 微波通信； 移動(dòng)執(zhí)法； 監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2012）12-26-03

Study and application of network administration based on microwave communication

Xu Tingting

（Zhejiang MSA， Hangzhou， Zhejiang， 310005， China）

Abstract： According to the exploitation and application of maritime ship wireless integrated communication system， basic operation， functional characteristics and main technology of microwave terminal network management system are mainly introduced， which is extremely significant to the development and application of wireless microwave network management system.

Key words： administration of networks； microwave communication； mobile law-enforcing； mobile surveillance

0 引言

海事船載無線綜合通信系統(tǒng)主要用于海上移動(dòng)視頻監(jiān)控和海上移動(dòng)執(zhí)法，是海事辦公內(nèi)網(wǎng)向海上執(zhí)法一線的無線延伸平臺(tái)。利用此高科技監(jiān)控手段，可進(jìn)一步提高海上執(zhí)法、海事監(jiān)管、巡航搜救的技術(shù)含量和能力。浙江海事局已在浙北、浙南海域共建設(shè)了十個(gè)基站，在八艘海巡船上建立了移動(dòng)執(zhí)法傳輸平臺(tái)，并已正式投入使用。該系統(tǒng)的投入使用，一方面可利用此平臺(tái)的無線雙向通信功能，在浙江海事局所轄海域海巡船上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)執(zhí)法、移動(dòng)辦公、可視化指揮；另一方面基本實(shí)現(xiàn)了浙江海事監(jiān)管重點(diǎn)沿海區(qū)域的無線鏈狀覆蓋。

隨著微波傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)設(shè)備管理的要求也越來越高，實(shí)現(xiàn)無線微波設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的有效實(shí)時(shí)監(jiān)管，是實(shí)現(xiàn)海上移動(dòng)執(zhí)法通信網(wǎng)絡(luò)暢通的重要基礎(chǔ)和保障。微波設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，以其靈活多樣的設(shè)備管理、參數(shù)設(shè)定、實(shí)時(shí)告警等功能，為設(shè)備管理及網(wǎng)維護(hù)提供了便捷、可靠的技術(shù)手段。執(zhí)法人員可在指揮中心進(jìn)行設(shè)備單元的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控操作，大大提高了管理維護(hù)人員的工作效率，從而保證了移動(dòng)執(zhí)法和移動(dòng)辦公專用網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

1 網(wǎng)管系統(tǒng)功能與應(yīng)用界面設(shè)計(jì)

早期的數(shù)字微波傳輸設(shè)備沒有網(wǎng)絡(luò)接口，無法連接到Internet 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理[1]。隨著設(shè)備數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，針對(duì)浙江海事無線傳輸網(wǎng)絡(luò)搭建的一組具備綜合監(jiān)管能力的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，能夠幫助執(zhí)法部門持續(xù)地監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，支持SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議確保管理的擴(kuò)展性[2]，并且提供非常靈活的定制功能，從而有利于管理范圍的伸縮，簡單友好的圖形界面，能夠使得用戶迅速掌握，降低操作的復(fù)雜度，提高維護(hù)管理效率。該網(wǎng)管系統(tǒng)搭建在監(jiān)控指揮中心和分中心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有無線綜合終端設(shè)備的集中控制和管理。其功能主要包括進(jìn)網(wǎng)、脫網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制收發(fā)、重啟、關(guān)閉等；該網(wǎng)管系統(tǒng)基于Windows開發(fā)，管理的設(shè)備數(shù)量小于10000臺(tái)，網(wǎng)管軟件可安裝在Pc機(jī)等基于Windows操作系統(tǒng)的終端上。

⑴ 設(shè)備管理功能

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要功能就是能對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行管理。可同時(shí)連接所有無線綜合終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)斷線后自動(dòng)重連，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)已建船載無線綜合指揮系統(tǒng)終端設(shè)備的集中管理。設(shè)備管理功能主要體現(xiàn)在系統(tǒng)對(duì)無線綜合通信系統(tǒng)中的設(shè)備的控制能力，如通信機(jī)復(fù)位、改變收發(fā)頻率、發(fā)射功率、告警監(jiān)測(cè)、信號(hào)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。設(shè)備添加菜單操作界面如圖1所示。

⑵ 用戶權(quán)限管理功能

訪問任何一個(gè)管理用的HTML頁面都必須通過管理員認(rèn)證。對(duì)管理員進(jìn)行了分級(jí)編制，實(shí)現(xiàn)了管理人員的集中控制和管理，對(duì)監(jiān)控指揮總中心和分中心實(shí)現(xiàn)兩級(jí)分權(quán)限部署，不同的管理員分配有不同的權(quán)限；將用戶劃分為超級(jí)用戶、網(wǎng)管用戶和普通用戶。各權(quán)限用戶名、密碼設(shè)置通過服務(wù)器端修改文件完成。用戶權(quán)限管理界面如圖2所示。

⑶ 信息管理功能

具有靈活可控的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)功能，包括頻率與帶寬調(diào)整功能與網(wǎng)絡(luò)流量控制、統(tǒng)計(jì)分析功能，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行調(diào)節(jié)及管理； 可對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無線通信設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，對(duì)頻段和傳輸帶寬調(diào)整，并進(jìn)行實(shí)時(shí)碼流監(jiān)測(cè)。通信機(jī)的基本運(yùn)行情況如圖3所示。

如果當(dāng)一個(gè)設(shè)備正在運(yùn)行時(shí)，若輸入?yún)?shù)正確，那么此設(shè)備圖表前將出現(xiàn)綠色的圓點(diǎn)，表示設(shè)備運(yùn)行正常。按“獲取”鍵可查看這個(gè)設(shè)備的目前工作的PID碼、上下行信道和發(fā)射功率；菜單的左下角將顯示當(dāng)前設(shè)備的設(shè)備類型、IP地址、NMS版本號(hào)、設(shè)備硬件號(hào)和設(shè)備軟件號(hào)等參數(shù)。菜單的右下角顯示當(dāng)前設(shè)備的告警聲音提示喇叭，同時(shí)可保存，可導(dǎo)入當(dāng)前的配置的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及備份數(shù)據(jù)庫。

⑷ 電子地圖的編輯管理功能

為了提高微波通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理軟件的直觀性和有效性，采用電子地圖功能模塊，實(shí)現(xiàn)微波通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理的友好、直觀的人機(jī)界面，并具備可開發(fā)性和擴(kuò)充性的功能，同時(shí)提供與其他系統(tǒng)的整合接口功能。電子地圖管理如圖4所示。

⑸ 日志數(shù)據(jù)管理功能

可實(shí)現(xiàn)設(shè)備工作狀態(tài)日志的自動(dòng)、集中、完整數(shù)據(jù)保存，可供后續(xù)追溯查詢。如用戶登錄/退出的記錄、用戶控制/停止控制的記錄、更改設(shè)備配置的記錄、通信機(jī)上線/下線的記錄等。

2 網(wǎng)管軟件系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 軟件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

本系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)主要包括網(wǎng)絡(luò)接口模塊、設(shè)備實(shí)體模塊（一個(gè)或多個(gè)）、設(shè)備管理模塊、設(shè)備查詢模塊[3]，如圖5所示。

[應(yīng)用接口層＼模塊管理層＼＼網(wǎng)絡(luò)接口模塊＼設(shè)備實(shí)體模塊（N）＼設(shè)備管理模塊＼設(shè)備查詢模塊＼通信接口層＼＼]

該軟件系統(tǒng)提供應(yīng)用層有效的管理且符合IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過分片并采用TS包格式封裝后，經(jīng)過國標(biāo)地面數(shù)字電視信道調(diào)制，進(jìn)行IP數(shù)據(jù)的發(fā)送；對(duì)于IP數(shù)據(jù)的接收，采用國標(biāo)地面數(shù)字電視傳道信道調(diào)諧、信道解碼、TS流信號(hào)輸入格式的統(tǒng)一接口，并去掉TS流頭部后，進(jìn)行IP數(shù)據(jù)的重組，同時(shí)將重組后的IP包經(jīng)由橋接模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。該無線微波綜合通信系統(tǒng)采用的IP OVER TS技術(shù)，簡言之，在發(fā)送方向：將IP包進(jìn)行分片，然后將分片放入TS幀格式里，進(jìn)行TS流的傳輸，并通過DMB-TH調(diào)制，采用微波發(fā)送；在接收方向，將接收到的TS進(jìn)行恢復(fù)成IP包，并通過IP核心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。整個(gè)系統(tǒng)有IP交換核心，TS分片與重組，TMB-TH調(diào)制，TUNNER單收解調(diào)等部分組成，這里TS流分片及重組技術(shù)是本系統(tǒng)中的核心技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)通信中分片與重組技術(shù)有很多種，本系統(tǒng)對(duì)于TS流的分片與重組采用的是以TS流中188個(gè)字節(jié)為單位進(jìn)行分片，其中TS結(jié)構(gòu)中包含4個(gè)字節(jié)的頭部，2個(gè)字節(jié)的長度，182個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)信息，如圖6所示。

對(duì)于發(fā)送方向：

⑴ IP包進(jìn)行分片，以182個(gè)字節(jié)進(jìn)行分片，對(duì)于不足182的分片，采用0x00進(jìn)行填充；

⑵ 對(duì)分片記性序號(hào)標(biāo)識(shí)，用于防止丟失或亂序時(shí)，便于接收端能夠進(jìn)行重組；

⑶ 頭部中有一個(gè)PID段，用于標(biāo)識(shí)設(shè)備，同時(shí)還有一個(gè)IP起始分片標(biāo)志段，用于表明為IP包的首個(gè)分片；

⑷ 長度字段表示該IP分片字段中有效字節(jié)數(shù)量，且長度字段中的最高位用于表示IP包所有分片中最后一個(gè)分片。

對(duì)于接收方向：

⑴ 過濾TS流同步空包，過濾方式為PID為0x1fff的TS包將被視為空包；

⑵ 接收有用TS流包，獲取IP的TS流分片中的首個(gè)IP分片（根據(jù)TS流頭部的起始標(biāo)志段來判斷），并緩存，等待后續(xù)的IP分片，直到接收所有IP包的所有分片；

⑶ 發(fā)送到IP核心，再由IP核心作進(jìn)一步的轉(zhuǎn)發(fā)處理；

⑷ 對(duì)于基站的接收端來講，可以接收來自多個(gè)終端的TS包，不同的終端采用不同的PID進(jìn)行表示，基站接收到不同的終端的TS包時(shí)，根據(jù)PID來判斷，并分別重組來自不同終端的TS流，形成IP包，進(jìn)行IP包的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2 軟件系統(tǒng)的輸入、處理和輸出

軟件的輸入接收來自于應(yīng)用的信號(hào)頻率，信號(hào)符號(hào)星座，及信號(hào)狀態(tài)。輸出為串行或并行TS流，信號(hào)狀態(tài)信息。其處理分七個(gè)層次。

⑴ 應(yīng)用接口層

本模塊主要完成應(yīng)用層送來的指令解析并將解析后的信息傳送到模塊管理層，將指令結(jié)果傳送給應(yīng)用層。

⑵ 模塊管理層

本模塊主要是將接口層傳來的信息解析并將解板結(jié)果傳送到相應(yīng)的功能模塊，管理功能模塊之間通信，將結(jié)果傳回應(yīng)用接口層。

⑶ 調(diào)諧器模塊

本模塊主要完成信號(hào)快速鎖定，信號(hào)的濾波，并將狀態(tài)信息反饋到解調(diào)模塊。

⑷ 信道解調(diào)模塊

根據(jù)上層傳來的解調(diào)請(qǐng)求，完成手動(dòng)和自動(dòng)載波偵測(cè)，信號(hào)符號(hào)星座設(shè)置來完成信道的解碼并反回信道的解調(diào)信息。

⑸ IP的分片與重組

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分片，將分片后的每個(gè)段落分別封裝在TS流包里，在調(diào)制解調(diào)側(cè)，將解調(diào)得到的TS流重組成IP包。

⑹ IP橋接模塊

將網(wǎng)絡(luò)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和調(diào)制解調(diào)側(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析橋接，轉(zhuǎn)發(fā)等處理。

⑺ 通信接口層

為各功能模塊接口提供信息交換的通道。

3 系統(tǒng)基本配置要求

硬件需求：

CPU：P41.4以上；

內(nèi)存：512M；

硬盤：80G；

顯卡：顯存64M或以上；

顯示器：17寸以上，最低分辨率1024×768；

寬帶：網(wǎng)絡(luò)通暢。

軟件需求：

操作系統(tǒng)：Windows 9.x/ISTA/7、Unix/Linux；

瀏覽器：IE（版本6.0以上）、Firefox、opera、Mac和Chrome；

必備軟件：Java Development kit 1.6、Postgres 8.4；

可選軟件：Flash、Adobe Reader；

軟件版本：V1.0。

4 結(jié)束語

該微波通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)已在2009年底部署于浙江海事局監(jiān)控指揮中心，經(jīng)過近三年的實(shí)際運(yùn)行和系統(tǒng)的不斷改造升級(jí)，該系統(tǒng)較好地滿足了數(shù)字微波傳輸設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化需求，增強(qiáng)了設(shè)備的可管理性能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字微波傳輸設(shè)備的快速升級(jí)，簡化了繁瑣的管理任務(wù)，對(duì)提高微波通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量、增強(qiáng)微波通信網(wǎng)絡(luò)的競爭力、進(jìn)一步擴(kuò)大微波通信網(wǎng)絡(luò)的使用范圍將起到了積極的推動(dòng)作用；同時(shí)自動(dòng)化水平的提高，亦減輕了海事執(zhí)法人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得無線微波通信系統(tǒng)更加安全可靠。對(duì)于海事巡察執(zhí)法和海上移動(dòng)辦公等業(yè)務(wù)的開展有著深遠(yuǎn)的意義。

但網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的完善是一項(xiàng)長期的工作，需要在日后的實(shí)踐中，通過引進(jìn)新技術(shù)，不斷完善功能、提升效率，增強(qiáng)系統(tǒng)地穩(wěn)定性。

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