SNMP的GPON网管软件系统的研究和设计

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1、引言
GPON技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入技术，具有高带宽、高效率、大覆盖范围、用户接口丰富等众多优点、被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。目前业内对GPON系统的研究大部分集中于GPON的硬件部分，对GPON系统的物理规范、硬件设备都有了详细讨论，但是，如何给硬件部分配备软件，还没有很好的标准。在这种情况下，本文依据G984.4建议给出的GPON管理操作一系列规范，详细地说明了GPON的管理与控制协议，指出管理与控制是保证GPON稳定安全运行的关键，提出了网管系统总体结构。在分析GPON系统结构与功能模块的基础上，说明了GPON的网络管理以及管理实体的关系。接着分析了SNMP协议，提出了软件系统的总体设计，重点探讨了基于SNMP的GPON网络管理软件系统的设计。
2、GPON网管系统总体结构概述
2.1　GPON网管系统总体结构
GPON网络由光线路终端（Optical Line Termination，OLT）、光纤分配网（Optical Distribution Network，ODN）及光网络单元（Optical Network Unit，ONU）组成。GPON网络管理体系结构如图1所示，接入网的管理接口位于OLT端，而接入网的光网络终端设备在ONU端，也就是说在GPON接入系统中，光网络终端设备的网管信息由ONU端收集整理送到OLT端的管理接口。

图1　GPON网管管理体系

2.2　G984.4协议
是G984系列中的最新的一个协议，它在物理层与传输汇聚层已经定义了的情况下，规定了ONT管理与控制接口（OMCI）的规范。该协议主要讨论了GPON系统的操作管理维护部分，定义了由管理信息库（MIB）管理的实体，这些管理实体建立了在光网络终端（ONT）和光线路终端（OLT）之间信息交换的模型。此外，该协议包括管理ONT的具体消息，这使得多路ONT和OLT之间协调工作的成为可能[1]。主要包括对OMCI帧的研究以及与协议无关的MIB库研究。图2为OMCI帧。

图2　OMCI帧

这里的GEM header如果发的是ATM帧格式，那么就是ATM header。在这个帧格式里定义了消息的类型（主要包括set，get等等）；设备标识符以及消息的标识符等，这些主要是用来区分定义的与协议无关的mib库的不同被管实体；消息内容主要是根据被管实体的消息类型来填充OMCI帧；OMCI trailer主要用来填充校验码[2]。
2.3　SNMP协议概述
SNMP管理体系结构在计算机网的网络管理领域取得了巨大的成功。SNMP在设计时，就定位在是一种易于实施的基本网络管理工具[3]。
SNMP的管理结构的核心思想是在每个网络节点上存放一个管理信息库（MIB，Management Information Base），由节点上代理（Agent）负责维护，管理者通过应用层协议对这些代理进行轮询进而对管理信息库进行管理。SNMP最大的特点就是其简单性。它的设计原则是尽量减少网络管理所带来的对系统资源的需求，尽量减少Agent的复杂性。它的整个管理策略和体系结构的设计都体现了这一原则[4]。
如图3所示，SNMP管理分为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，受监控设备等，管理站（Manager）通过代理站采集，修改受控设备的各种参数，完成管理功能。

图3　SNMP网络管理模型

管理信息库（MIB，Management Information Base），是设备所维护的全部被管理对象的结构集合，即网管中的被管资源。SNMP用层次结构命名方案来识别管理对象，就像一颗树，树的节点表示管理对象，每一个对象都有唯一的对象标识符（OID），该标识由从根节点开始的唯一路径决定[5,6]。MIB文本包含了被管理设备的所有的管理信息，为应答器的设计提供了有效的依据。
2.4　OLT端SNMP代理
由图1可以看到，要完成管理端对ONU的控制，必须要在OLT端对ONU进行管理。而SNMP对MIB有很好的支持，并且简单，易于实现并进行管理。要实现SNMP协议的管理，必须在OLT端实现SNMP Agent，在管理端实现Manager（见图3）。
Agent它主要有三个功能：
（1）Agent通过SNMP协议与Manager进行通信，获取Manager发送的管理指令并响应该管理指令，或者以trap的形式向Manager报告被管理对象发生的一些重要事件。
（2）Agent与被管理设备间采用专用管理协议进行通信（多为自定义协议，对OMCI帧进行编解码），获取被管理设备对象的信息，完成参数配置，性能统计，以及故障上报。
（3）维护MIB，包括读取或者修改MIB中的各种变量值。
3、软件系统的总体设计
3.1　软件系统的概述
本GPON网管系统采用基于SNMP的体系结构，网络的前端，是整个系统的管理控制中心，是人与系统的接口界面。网管系统软件通过标准的简单网络管理协议（SNMP）访问OLT，代理嵌入在OLT节点内，管理站和代理之间采用SNMP协议进行通信，管理站和代理之间共享的管理信息由OLT给出。
网管系统软件对网元节点设备OLT进行实时监测控制、显示设备状态，给出故障报警，讲GPON网络设备和设备所在的地理位置信息界面上显示，准确定位故障，识别故障的类型，记录故障的信息，为网络管理提供必要的数据资料。
基于SNMP的GPON网络管理系统Client/Sever结构，利用专用服务器作为图档文件服务器和数据库服务器，客户端采用高档PC机。网络操作系统采用Windows NT Sever，数据库管理系统采用SQL Sever，前端开发工具采用Delphi Client/Sever Suite。
采用Delphi 7.0作为程序设计语言，它简单、面向对象、不依赖于机器的结构、具有可移植性和安全性并且提供了并发的机制，具有很高的性能。
3.2　系统功能结构
本系统的总体功能结构如图4所示，该网络管理系统采用分层的方法，将整体分为三层：第一层是用户界面模块，第二层是功能模块，第三层是通信模块。根据系统的不同功能及其面向对象的不同又分为8个模块。

图4　系统功能结构

4、系统主要功能的实现
4.1　图形用户界面
网络拓扑显示是网管系统必须具备的功能之一。它是人机信息交互的枢纽，也是改善人机信息交互绩效的关键。界面的设计，要适应人的特性，从而使人工作得更舒适、更有效率、更少错误，在保证使用性的基础上，要充分考虑艺术性。基于此，本图形用户界面采用了树状图和拓扑图同时显示。在实现的程序中，考虑到树状图和拓扑图的同步关系，使用了数据集合，如type PAreaList=TAreaList；TAreaList=Record BlockID:string；end；
该代码先定义了第一层节点。然后在运行时，对树状图和拓扑图进行查询时，两者同时对数据库进行查询，更新数据，代码如下

这就是拓扑图的节点。2个图形同时对数据进行操作，保持了一致。
由图5可以看到，左边的树状图显示了链接设备的树形结构，右边的拓扑图则显示了设备的运行状态（正常，脱机或告警）。以一种直观、全面、俯视的角度来监视整个GPON网络和各种网络设备的运行状态。通过采集网络设备和链路的有关数据信息，经过数据分析和过滤，自动生成网络拓扑显示，为用户提供可视化的操作界面，管理员所有想了解的信息都可以从树型视图上或拓扑图上点击进入而得到。

图5　图形用户界面

4.2　SNMP协议和数据通信模块
在GPON网络管理系统中，管理者就是网管主机（包括软件），管理代理就是安装于OLT的Agent。网管软件和Agent之间按照SNMP协议通信，对写入ONU中的MIB进行数据查询或写入数据，实现对ONU的监控。
在此系统中在网管主机，根据对。在本文实现的程序中，根据SNMP协议是建立在UDP协议上的对ASN.1定义数据的BER编解码，写了2个模块。一个专门用于ASN.1（抽象语法标记）[7]的分析，可以导入标准的MIB库并生成MIB树，同时，生成相应的数据库。这里对ASN.1的9种基本类型和2种复杂类型各自进行分析，加上对IMPORT等ASN.1的文法分析，共有20个函数，并封装成一个类（ASN l analysis），可以方便的调用。
下面程序为导入MIB库生成MIB树并写入数据库。

If AsnCheck（AsnStr1）then Begin//检查MIB库是否符合ASN.1规范，符合返回true，否则false
AsnMib：=AsnGetTypeandV（AsnStrl）；//对输入MIB库进行分析，取出其包含的类型和值（OID），输出是不定长的自定义类型数组，包括了RFC1155中定义的OBJECT TYPE。
AsnToSql（AsnMib）；
将从MIB库取出的类型和值写入数据库，其中使用SQL语法完成。
另一个模块对传输的字节进行分析，按ASN.1的BER规则编码和解码和SNMP的5个操作类型，继承部分ASN lanalysis的函数，新写了5个函数（Snmpget等），调用UDP socket（win socket）封装成一个类（SNMP）。例如下面程序段为设置一个MIB值。（SNMPSET）
snmpsetarray:=snmpset (setoidarray,setvarray,setvtypearray）；
Snmpsetarray是发送的字节流，该函数已将数据库中数据取出，按ASN.1的BER规则编码。其3个参数是根据ASN.1的BER编码的TLV三要素规定的类型，长度，值。
SendBuffer(setipaddr，161，snmpsetarray[0]，length（snmpsetarray））；
然后调用SendBuffer，将数据发送
5、结束语
GPON网络要实现综合信息传输，必须保证网络运行的可靠性，因而需要完善的网络管理系统。本文首先分析了GPON的网管架构和G984.4协议，然后提出了基于SNMP协议的GPON网络管理方案。在分析了SNMP协议并写完该通信模块的基础上，接着设计和开发了拥有完整功能的GPON的网络管理软件系统，成功的将SNMP用在GPON网络管理中。由于时间上的限制，对G984.4所定义的OMCI未能实现，这正是我下一步要实现的目标。