SNMP的GPON網管軟件系統的研究和設計

    1、引言

         GPON技術是基于ITU-TG.984.x標準的最新一代寬帶無源光綜合接入技術，具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等眾多優點、被大多數運營商視為實現接入網業務寬帶化、綜合化改造的理想技術。目前業內對GPON系統的研究大部分集中于GPON的硬件部分，對GPON系統的物理規范、硬件設備都有了詳細討論，但是，如何給硬件部分配備軟件，還沒有很好的標準。在這種情況下，本文依據G984.4建議給出的GPON管理操作一系列規范，詳細地說明了GPON的管理與控制協議，指出管理與控制是保證GPON穩定安全運行的關鍵，提出了網管系統總體結構。在分析GPON系統結構與功能模塊的基礎上，說明了GPON的網絡管理以及管理實體的關系。接著分析了SNMP協議，提出了軟件系統的總體設計，重點探討了基于SNMP的GPON網絡管理軟件系統的設計。

    2、GPON網管系統總體結構概述

    2.1　GPON網管系統總體結構

    GPON網絡由光線路終端（Optical Line Termination，OLT）、光纖分配網（Optical Distribution Network，ODN）及光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）組成。GPON網絡管理體系結構如圖1所示，接入網的管理接口位于OLT端，而接入網的光網絡終端設備在ONU端，也就是說在GPON接入系統中，光網絡終端設備的網管信息由ONU端收集整理送到OLT端的管理接口。

圖1　GPON網管管理體系

    2.2　G984.4協議

    是G984系列中的最新的一個協議，它在物理層與傳輸匯聚層已經定義了的情況下，規定了ONT管理與控制接口（OMCI）的規范。該協議主要討論了GPON系統的操作管理維護部分，定義了由管理信息庫（MIB）管理的實體，這些管理實體建立了在光網絡終端（ONT）和光線路終端（OLT）之間信息交換的模型。此外，該協議包括管理ONT的具體消息，這使得多路ONT和OLT之間協調工作的成為可能[1]。主要包括對OMCI幀的研究以及與協議無關的MIB庫研究。圖2為OMCI幀。

圖2　OMCI幀

    這里的GEM header如果發的是ATM幀格式，那么就是ATM header。在這個幀格式里定義了消息的類型（主要包括set，get等等）；設備標識符以及消息的標識符等，這些主要是用來區分定義的與協議無關的mib庫的不同被管實體；消息內容主要是根據被管實體的消息類型來填充OMCI幀；OMCI trailer主要用來填充校驗碼[2]。

    2.3　SNMP協議概述

    SNMP管理體系結構在計算機網的網絡管理領域取得了巨大的成功。SNMP在設計時，就定位在是一種易于實施的基本網絡管理工具[3]。

    SNMP的管理結構的核心思想是在每個網絡節點上存放一個管理信息庫（MIB，Management Information Base），由節點上代理（Agent）負責維護，管理者通過應用層協議對這些代理進行輪詢進而對管理信息庫進行管理。SNMP最大的特點就是其簡單性。它的設計原則是盡量減少網絡管理所帶來的對系統資源的需求，盡量減少Agent的復雜性。它的整個管理策略和體系結構的設計都體現了這一原則[4]。

    如圖3所示，SNMP管理分為SNMP管理站和SNMP代理站。代理站（Agent）位于被管理端，可以是代理端PC，受監控設備等，管理站（Manager）通過代理站采集，修改受控設備的各種參數，完成管理功能。

圖3　SNMP網絡管理模型

    管理信息庫（MIB，Management Information Base），是設備所維護的全部被管理對象的結構集合，即網管中的被管資源。SNMP用層次結構命名方案來識別管理對象，就像一顆樹，樹的節點表示管理對象，每一個對象都有唯一的對象標識符（OID），該標識由從根節點開始的唯一路徑決定[5,6]。MIB文本包含了被管理設備的所有的管理信息，為應答器的設計提供了有效的依據。

    2.4　OLT端SNMP代理

    由圖1可以看到，要完成管理端對ONU的控制，必須要在OLT端對ONU進行管理。而SNMP對MIB有很好的支持，并且簡單，易于實現并進行管理。要實現SNMP協議的管理，必須在OLT端實現SNMP Agent，在管理端實現Manager（見圖3）。

    Agent它主要有三個功能：

    （1）Agent通過SNMP協議與Manager進行通信，獲取Manager發送的管理指令并響應該管理指令，或者以trap的形式向Manager報告被管理對象發生的一些重要事件。

    （2）Agent與被管理設備間采用專用管理協議進行通信（多為自定義協議，對OMCI幀進行編解碼），獲取被管理設備對象的信息，完成參數配置，性能統計，以及故障上報。

    （3）維護MIB，包括讀取或者修改MIB中的各種變量值。

    3、軟件系統的總體設計

    3.1　軟件系統的概述

    本GPON網管系統采用基于SNMP的體系結構，網絡的前端，是整個系統的管理控制中心，是人與系統的接口界面。網管系統軟件通過標準的簡單網絡管理協議（SNMP）訪問OLT，代理嵌入在OLT節點內，管理站和代理之間采用SNMP協議進行通信，管理站和代理之間共享的管理信息由OLT給出。

    網管系統軟件對網元節點設備OLT進行實時監測控制、顯示設備狀態，給出故障報警，講GPON網絡設備和設備所在的地理位置信息界面上顯示，準確定位故障，識別故障的類型，記錄故障的信息，為網絡管理提供必要的數據資料。

    基于SNMP的GPON網絡管理系統Client/Sever結構，利用專用服務器作為圖檔文件服務器和數據庫服務器，客戶端采用高檔PC機。網絡操作系統采用Windows NT Sever，數據庫管理系統采用SQL Sever，前端開發工具采用Delphi Client/Sever Suite。

    采用Delphi 7.0作為程序設計語言，它簡單、面向對象、不依賴于機器的結構、具有可移植性和安全性并且提供了并發的機制，具有很高的性能。

    3.2　系統功能結構

    本系統的總體功能結構如圖4所示，該網絡管理系統采用分層的方法，將整體分為三層：第一層是用戶界面模塊，第二層是功能模塊，第三層是通信模塊。根據系統的不同功能及其面向對象的不同又分為8個模塊。

圖4　系統功能結構

    4、系統主要功能的實現

    4.1　圖形用戶界面

    網絡拓撲顯示是網管系統必須具備的功能之一。它是人機信息交互的樞紐，也是改善人機信息交互績效的關鍵。界面的設計，要適應人的特性，從而使人工作得更舒適、更有效率、更少錯誤，在保證使用性的基礎上，要充分考慮藝術性?；诖?，本圖形用戶界面采用了樹狀圖和拓撲圖同時顯示。在實現的程序中，考慮到樹狀圖和拓撲圖的同步關系，使用了數據集合，如type PAreaList=TAreaList；TAreaList=Record BlockID:string；end；

    該代碼先定義了第一層節點。然后在運行時，對樹狀圖和拓撲圖進行查詢時，兩者同時對數據庫進行查詢，更新數據，代碼如下

    這就是拓撲圖的節點。2個圖形同時對數據進行操作，保持了一致。

    由圖5可以看到，左邊的樹狀圖顯示了鏈接設備的樹形結構，右邊的拓撲圖則顯示了設備的運行狀態（正常，脫機或告警）。以一種直觀、全面、俯視的角度來監視整個GPON網絡和各種網絡設備的運行狀態。通過采集網絡設備和鏈路的有關數據信息，經過數據分析和過濾，自動生成網絡拓撲顯示，為用戶提供可視化的操作界面，管理員所有想了解的信息都可以從樹型視圖上或拓撲圖上點擊進入而得到。

圖5　圖形用戶界面

    4.2　SNMP協議和數據通信模塊

    在GPON網絡管理系統中，管理者就是網管主機（包括軟件），管理代理就是安裝于OLT的Agent。網管軟件和Agent之間按照SNMP協議通信，對寫入ONU中的MIB進行數據查詢或寫入數據，實現對ONU的監控。

    在此系統中在網管主機，根據對。在本文實現的程序中，根據SNMP協議是建立在UDP協議上的對ASN.1定義數據的BER編解碼，寫了2個模塊。一個專門用于ASN.1（抽象語法標記）[7]的分析，可以導入標準的MIB庫并生成MIB樹，同時，生成相應的數據庫。這里對ASN.1的9種基本類型和2種復雜類型各自進行分析，加上對IMPORT等ASN.1的文法分析，共有20個函數，并封裝成一個類（ASN l analysis），可以方便的調用。

    下面程序為導入MIB庫生成MIB樹并寫入數據庫。

    If AsnCheck（AsnStr1）then Begin//檢查MIB庫是否符合ASN.1規范，符合返回true，否則false

    AsnMib：=AsnGetTypeandV（AsnStrl）；//對輸入MIB庫進行分析，取出其包含的類型和值（OID），輸出是不定長的自定義類型數組，包括了RFC1155中定義的OBJECT TYPE。

    AsnToSql（AsnMib）；

    將從MIB庫取出的類型和值寫入數據庫，其中使用SQL語法完成。

    另一個模塊對傳輸的字節進行分析，按ASN.1的BER規則編碼和解碼和SNMP的5個操作類型，繼承部分ASN lanalysis的函數，新寫了5個函數（Snmpget等），調用UDP socket（win socket）封裝成一個類（SNMP）。例如下面程序段為設置一個MIB值。（SNMPSET）

    snmpsetarray:=snmpset (setoidarray,setvarray,setvtypearray）；

    Snmpsetarray是發送的字節流，該函數已將數據庫中數據取出，按ASN.1的BER規則編碼。其3個參數是根據ASN.1的BER編碼的TLV三要素規定的類型，長度，值。

    SendBuffer(setipaddr，161，snmpsetarray[0]，length（snmpsetarray））；

    然后調用SendBuffer，將數據發送

    5、結束語

    GPON網絡要實現綜合信息傳輸，必須保證網絡運行的可靠性，因而需要完善的網絡管理系統。本文首先分析了GPON的網管架構和G984.4協議，然后提出了基于SNMP協議的GPON網絡管理方案。在分析了SNMP協議并寫完該通信模塊的基礎上，接著設計和開發了擁有完整功能的GPON的網絡管理軟件系統，成功的將SNMP用在GPON網絡管理中。由于時間上的限制，對G984.4所定義的OMCI未能實現，這正是我下一步要實現的目標。