SNMP在衛星通信視頻傳輸中的應用

陳福鋼，蔡 青，馬中海

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210014）

SNMP在衛星通信視頻傳輸中的應用

陳福鋼，蔡 青，馬中海

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210014）

本文研究的基于IP承載的衛星通信系統，引入了SNMP協議管理衛星網絡中的圖像編解碼設備，具備了參數自動配置、狀態監控和故障報警等功能。

SNMP；優先級；擁塞控制；衛星通信

1 引言

傳統的多媒體衛星通信網絡中，圖像編解碼器的傳輸速率、通信端口、視頻編解碼、音頻編解碼等參數是事先敲定或臨時協商的，任一終端不可隨意更改。本文引入了SNMP協議，通過SNMP查詢和設置衛星通信網絡中支持SNMP的設備（如圖像編解碼器）的參數，這樣既便于用戶管理通信對象的信息，又便于故障排查和問題的及時解決，確保了網絡的良好運行。

2 SNMP協議簡介

簡單網絡管理協議（SNMP）的擬制工作始于1987年，其基礎是SGMP。1990年5月，RFC1157定義了SNMP的第一個版本SNMPv1。結合RFC1157和管理信息的RFC1150，提出了一種監控和管理計算機網絡的系統方法。由于SNMP簡單和易于實現，SNMP得到廣泛應用，并成為網絡管理的事實上的標準。

由于SNMPv1本身缺乏一個較完備的體系結構，且其安全性較差，SNMP在90年代初得到迅猛發展的同時，也暴露出明顯的不足。1993年4月，關于SNMP第2版標準的工作由Internet工作組完成，并提交給IETF驗收，這些標準公布在RFC1441-1452中。SNMPv2包含了兩個明顯的改進：協議本身和安全方面。

盡管SNMPv2對前一版本做了大量的改進，總體管理能力上有了極大的增強，也得到廣泛的應用。但是，其安全性方面仍然沒有得到提高，仍然使用了SNMPv1的以明文發送共同體的身份驗證方式。為了彌補這個不足，IETFSNMPv3工作組在1998年發布了RFC2271-2275，正式形成SNMPv3。SNMPv3定義了包含SNMPv1、SNMPv2所有功能在內的體系框架和包含鑒權服務和加密服務在內的全新的安全機制，同時還規定了一套專門的網絡安全和訪問控制規則。因此，SNMPv3是在SNMPv1和SNMPv2基礎上對SNMP的擴展，它的推出解決了管理機制和安全性這兩個主要的問題，同時提供了一個可以擴充的模塊化體系結構[1]。

圖1 SNMP網絡管理體系結構

本文討論的基于SNMP協議的網絡管理系統采用Manager/Agent結構，如圖1所示。通過具體的功能模塊，可將異種網絡設備統一到該網絡管理體系結構中。基于Manager/Agent結構的通用網絡管理模式，主要分為兩部分，即管理端（Manager）和代理端（Agent）。代理端駐留在被管理的設備上，實時監控和采集被管理設備上的管理信息；而管理端軟件運行在一臺PC機上，擁有一套數據分析、故障發現等能力，能夠將網絡管理員的命令轉換成對遠程網絡元素（代理端管理元素）的監視和控制。管理端和代理端之間的通信是基于SNMP協議進行的，SNMP協議規定了被管代理與管理軟件之間信息交互的動作規則和數據格式。在SNMP協議中，所支持的操作主要包括對被管變量的查詢、設置和修改，四類常用的操作如下所述：Get由管理站去獲取代理的MIB對象；Set由管理站去設置代理的MIB對象；Trap使得代理能夠向管理站通告重要事件；Get-response：被管理結點對管理站Get和Set操作的響應。

SNMP網絡管理中，管理站和被管代理之間是一對多的關系：管理站可以訪問多個被管代理的MIB對象，并且接收來自多個代理的Trap。同時，被管代理和管理站之間也是一對多的關系：每個被管代理管理著自己本地的MIB，因此它必須能夠控制許多管理站對它的MIB的使用。如果存在許多管理站，被管代理必須保護本地的MIB，避免未經授權的訪問[2]。

3 SNMP視頻管理系統設計

傳統的衛星通信網絡中，各設備的參數與狀態僅局限于本地，其通信對象的參數與狀態無法獲取。通信時各終端只能配置成既定的參數，如需臨時修改還需與對端設備進行協商，缺乏機動性和靈活性。一旦視頻傳輸出現異常，網絡設備只能監測到本地的異常狀態，而無法獲知通信對象的異常信息，這不便于用戶使用。為了解決上述問題，本文采用SNMP協議進行衛星通信網絡管理。

SNMPv2提供了分布式網絡管理操作，即網元具有管理者和代理者的雙重身份。雖然SNMPv3在安全性方面得到了極大的改善，但是它具有比SNMPv2更長的消息長度，帶來相比SNMPv2高達1.7倍的網絡流量和2倍的計算時間，增加了系統資源的消耗。同時，SNMPv3需要占用數兆的內存空間，考慮到衛星資源有限，若采用SNMPv3可能會造成資源浪費[3]。因此，本文采用了SNMPv2協議。

3.1 系統工作原理

圖2 SNMP網絡管理系統工作原理

如圖2所示，站控設備根據呼叫號碼可以查詢到通信對象的圖編IP和地球站IP，若用戶在站控計算機上發起呼叫，建鏈成功后站控計算機可以把設置對端地球站或圖編的參數打成SNMP包，通過交換機發送到地球站，地球站再將SNMP包通過衛星信道發送至對端地球站，對端地球站解析SNMP包之后，把發給自己的包交給SNMP協議層處理，其他的包就發到交換機上，這樣圖編就完成了對端站控的SNMP參數配置。若一端圖編出現告警，也會把告警信息打包成SNMP Trap信息，經交換機、地球站、衛星信道和對端地球站，傳輸到對端站控計算機，這樣站控計算機就能通過SNMP監測到對端圖編的故障信息。

3.2 可靠性傳輸

SNMP包的傳輸層采用的是UDP協議，而UDP協議是面向無連接的，無法確保報文正確地到達目的地，再加上衛星網絡時延較大、傳輸性能起伏大、誤碼率偏高以及傳輸數據量不對稱等特點，從而無法確保網管數據及時到達目的地，因此在應用層上建立可靠的傳輸機制顯得尤為重要。

（1）衛星信道擁塞控制。為了確保SNMP數據能在衛星信道中順利傳輸，首先要防止衛星信道出現擁塞。假設衛星信道的總帶寬為A，圖編的視頻速率為B，信道剩余帶寬則為A-B。因此，控制SNMP數據和其他網絡數據的總帶寬小于A-B，就保證了衛星信道數據不會出現擁塞。

（2）SNMP數據優先。由于衛星信道的時延很大，數據在空中傳輸的時間可達500多毫秒。視頻數據、SNMP數據及其他網絡數據同時在衛星信道傳輸，其中SNMP數據量相對較少，只有在衛星信道建鏈成功或用戶設置時發送一次控制SNMP，用戶查詢對端狀態時發送查詢SNMP，代理端有故障或告警時發送SNMPTrap。因此，為了保證SNMP的可靠傳輸，可將SNMP數據放到優先級較高的傳輸隊列中。

（3）SNMP重傳機制。在SNMP協議中，當SNMP代理端收到Get數據報或Set數據報時，需要使用Response PDU進行響應。若管理端在一定時間內沒有收到Response PDU，就需要進行超時重傳。因為UDP協議不具備超時重傳的特性，所以可在傳輸層上加入超時重傳機制，結合衛星信道的特點，超時重傳時間取為3秒，超時重傳次數設置為3次。

（4）SNMP故障信息優先級。在SNMPv2中，當代理故障發生時，可以通過發送Trap或InformRequest兩種方式向管理端上報故障[4]，這兩種方式存在著區別。當代理發送Trap時，管理端在接收到Trap時不會向代理發送確認信息，這樣發送者無法知道Trap是否被正確接收；當代理發送InformRequest時，管理端收到后會發送Response確認，這樣可以確保InformRequest正確到達接收端。在衛星通信網絡中使用這兩種方式時，各有利弊。

InformRequest雖然可以確保trap正確到達管理端，但InformRequest可能會被重復發送，這將會增加網絡流量，增加網絡額外的開銷，這個問題在衛星通信系統中顯得尤為突出。Trap雖然是不可靠傳輸，但是它消耗更少的衛星網絡資源。因此，在選擇Trap或InformRequest時，需要根據可靠性要求和系統資源狀況統籌考慮。基于以上分析，在衛星通信網絡中，我們可以制定相應的trap消息發送策略，首先將代理可能出現的故障劃分等級，可以分為嚴重和一般，嚴重的故障可以使用InformRequest進行發送。對于一般的故障可以使用Trap發送，這樣就可以在可靠性要求和系統資源狀況之間進行很好的折中。

4 結束語

本文采用了SNMP協議作為衛星網管開發協議，針對衛星信道的通信特點，對SNMP協議進行了修改，主要通過修改應用層協議來適應衛星信道環境，確保SNMP信令能優先可靠的在衛星信道上傳輸。建鏈成功后，站控可以通過衛星信道，控制另一端信道和圖編的參數，查詢狀態信息，接收報警和故障信息，能方便掌握整個通道的狀態，極大地方便了用戶的使用。

[1] 林偉軍．基于SNMP的網絡管理系統設計與實現[D]．浙江大學，2005:8-9

[2] 黃勇．SNMP網絡管理系統的設計與實現[D]．電子科技大學，2003:9

[3] 姜月秋，馮永新，劉治國等．基于衛星綜合信息網的網絡管理模型[J]．東北大學學報，2003，24(01): 15-18

[4] W Richard Stecens．TCP/IP詳解卷一：協議[M]．北京：機械工業出版社，2000.4

Application of SNMP in Satellite Communication Video Transmission

Chen Fugang, Cai Qing, Ma Zonghai
（Nanjing Panda Handa Technology Co., LTD., Nanjing, 210014）

In this paper, the satellite communication system based on IP is studied,in which the SNMP(Simple Network Management Protocol) is introduced to manageimage codecsfor realizingautomatic configuration of parameters, status monitoring and fault alarm.

SNMP; Priority; Congestion Control; Satellite Communication

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.003

TN927+.2文獻標示碼：A

1672-7274（2017）08-0008-03

陳福鋼，男，碩士，工程師，研究方向為衛星通信系統。

蔡 青，女，碩士，高級工程師，研究方向為衛星通信產品。

馬中海，男，碩士，工程師，研究方向為衛星通信軟件。