HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)整體解決方案

1、.HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)整體解決方案HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)整體解決方案程永軍摘要：本文較系統(tǒng)的介紹了HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的功能、標準、設(shè)計原理和技術(shù)指標以及在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：FSK調(diào)制解調(diào) HMS標準 網(wǎng)管 前端控制器 應(yīng)答器【Abstract】This paper introduce that functions , standards , design principium and techno-guidebooks of HFC network management system. 概述：隨著中國有線電視網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也越來越大。同時，伴隨著數(shù)字電視，數(shù)據(jù)、語音、寬帶INTER

2、NET的接入，有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正逐步成為技術(shù)統(tǒng)一，互聯(lián)互通的寬帶信息網(wǎng)絡(luò)。但在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運營、管理、效益和可靠性方面所出現(xiàn)的問題也愈來愈成為網(wǎng)絡(luò)運營商最為關(guān)心的問題。中國目前有線電視網(wǎng)絡(luò)的管理同電信網(wǎng)絡(luò)管理相比幾乎等于零，落后是非常巨大和明顯的。超過95%以上的有線電視網(wǎng)絡(luò)沒有網(wǎng)絡(luò)管理功能，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)運行管理和維護成本越來越高，不能及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上出現(xiàn)的問題，增加了用戶的不滿和對有線電視網(wǎng)絡(luò)可靠性的質(zhì)疑。廣電總局已經(jīng)注意到這一問題的嚴重性、并成立了HFC網(wǎng)絡(luò)標準化研究小組，制定一些相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)標準。 廣電HFC網(wǎng)絡(luò)是國家信息化建設(shè)中的重點建設(shè)項目，適合廣電網(wǎng)絡(luò)管理標準的網(wǎng)管系統(tǒng)將具有越來

3、越大的應(yīng)用前景，其作用和管理能力也越來越被廣電運營商所重視。所以建設(shè)一個能適應(yīng)HFC網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，是目前急需要開展的工作，本文就如何建設(shè)一個HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提出了一個較全面的解決方案，以便在HFC網(wǎng)絡(luò)中得到推廣和應(yīng)用。一、 HFC網(wǎng)絡(luò)管理的功能、特點和標準：1、 HFC網(wǎng)管的系統(tǒng)功能：HFC網(wǎng)絡(luò)管理功能是一個相對專業(yè)的HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶的管理系統(tǒng)，目前還沒有涉及到諸如財務(wù)、人力、運營、器材、檔案管理等廣義方面的網(wǎng)絡(luò)管理。主要功能包括監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)、性能、品質(zhì)等方面，收集和分析網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理并顯示，發(fā)出預(yù)警和告警信號，起用備份設(shè)備和轉(zhuǎn)移路由

4、，控制網(wǎng)絡(luò)的不正常狀況，對網(wǎng)絡(luò)的路由進行合理調(diào)度，對用戶控制及收費管理等內(nèi)容?？筛爬槲宕蠊δ埽涸O(shè)備性能管理、故障管理、控制管理、安全管理、資費管理。2、 HFC網(wǎng)管系統(tǒng)的特點：l 可靠性極高采用了嵌入式實時操作系統(tǒng)技術(shù)，極大的提高了系統(tǒng)的可靠性；l 雙機熱備份管理PC主機上的網(wǎng)絡(luò)管理程序運行于Windows98/2000中文平臺下。為了解決PC機軟硬件系統(tǒng)可靠性的問題，網(wǎng)絡(luò)管理控制器支持兩臺PC機同時工作，一主一備，主備間可以自動切換； l 全面的網(wǎng)絡(luò)管理 能獨立監(jiān)控多達48000個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，提供網(wǎng)絡(luò)拓撲管理，故障管理，安全管理，維護管理等全方位的管理層次，使系統(tǒng)的管理和維護變得簡便、安全、

5、高效；l 完善的監(jiān)控功能高速可靠的監(jiān)控機制，能實時顯示系統(tǒng)運行狀況并作歷史記錄，優(yōu)先報告和處理系統(tǒng)異常情況，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運行；l 直觀的管理界面 Windows98/2000下的圖形化操作界面，以圖標的形式標識電路的工作狀態(tài)和告警狀態(tài)，以列表和拓撲圖的形式顯示電路資源的占用情況，操作簡便，一目了然；l 清晰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可配置生成網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，并可隨遠端網(wǎng)絡(luò)的改變而更新；l 完備的報表和日志生成提供網(wǎng)路報表、單元電路統(tǒng)計報表、端口統(tǒng)計報表、節(jié)點狀態(tài)報表等，自動記錄操作日志；l 靈活的遠端維護通過Internet遠程登錄，可在任意時間、任意地點安全地對系統(tǒng)進行管理維護工作。3、HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的標準

6、問題：國家廣電總局目前正在制訂行業(yè)網(wǎng)管標準，所下發(fā)的hfc設(shè)備管理系統(tǒng)征求意見稿20031118 基本上遵循了HMS規(guī)范。HMS物理層規(guī)范描述的中心前端控制器（HE）與室外設(shè)備網(wǎng)絡(luò)單元（NE）應(yīng)答器的接口（該接口遵循HMS規(guī)范）之間的物理層協(xié)議。該標準規(guī)范網(wǎng)絡(luò)單元與前端控制器通信所用的頻率、調(diào)制方法和數(shù)據(jù)速率。它采用FSK調(diào)制方式以38.4Kb/S的數(shù)據(jù)率雙向傳輸數(shù)據(jù)；可編程控制前端控制器和應(yīng)答器的發(fā)射和接收頻率跳變；數(shù)據(jù)鏈路和網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范訪問規(guī)則，信號同步、尋址和網(wǎng)絡(luò)單元與前端控制器之間的通信包協(xié)議結(jié)構(gòu)；采用媒體訪問控制（MAC）協(xié)議來提供及時通知報警、帶寬效率、可測性、可靠性、低成本等性能。

7、信息數(shù)據(jù)通信協(xié)議標準將規(guī)范單元管理軟件傳給節(jié)點、放大器和電源的信息容量。由于國家標準沒有制定下來，國內(nèi)許多廠家的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)并不兼容，即使號稱滿足HMS標準協(xié)議的網(wǎng)管也不能完全互相兼容。但可以在上層兼容SNMP協(xié)議或通過增加協(xié)議轉(zhuǎn)換來達到兼容的目的。隨著網(wǎng)管系統(tǒng)的使用，其功能是不斷的從簡單到復(fù)雜完善的發(fā)展過程，人們將不斷的提出新的要求以滿足發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和質(zhì)量保證的需要。二、 HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計1、 系統(tǒng)的基本組成：HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要是由監(jiān)控平臺、前端/分前端中心前端控制器和節(jié)點應(yīng)答器組成。應(yīng)答器直接采集網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)信息并上報給中心前端控制器，同時接受中心前端控制器下行的控制信息來

8、控制節(jié)點工作狀態(tài)。前端控制器負責管理本地及遠端的應(yīng)答器，協(xié)調(diào)通訊過程，保證無差錯傳輸。監(jiān)控平臺則是顯示、報告、處理和記錄網(wǎng)絡(luò)運行狀況的人機對話界面，包括網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層和應(yīng)用層，分別負責網(wǎng)絡(luò)管理、服務(wù)管理和應(yīng)用管理。監(jiān)控平臺是基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的管理器軟件，運行于IP局域城域網(wǎng)上的計算機管理系統(tǒng)中。管理主機和前端/分前端控制器（通訊管理單元）采用標準的IP接口和232接口，前端控制器（管理單元）與前端被管理設(shè)備的接口采用232和485接口，前端管理單元（控制器）與應(yīng)答器的接口采用HMS標準規(guī)定的RF接口（HMS MAC層協(xié)議）。前端控制器（Headend Element）：簡稱HE，

9、安裝于前端或分前端，用于實現(xiàn)與光纖同軸混合網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)答器（I類應(yīng)答器）進行數(shù)據(jù)通訊的一種設(shè)備或數(shù)種設(shè)備的組合，主要包括數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)單元、數(shù)據(jù)收發(fā)單元、數(shù)據(jù)處理單元，以及與計算機管理系統(tǒng)的接口單元。前端控制器是HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)與IP局域城域網(wǎng)之間的網(wǎng)關(guān)（Gateway）圖1：HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)框圖。注：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)備可以是前端設(shè)備、光節(jié)點、電源、放大器等，前端設(shè)備也可以通過IP網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)管計算機直接管理。2、 符合HMS標準的網(wǎng)管系統(tǒng)實現(xiàn)我們所設(shè)計的HFC網(wǎng)管系統(tǒng)是為了有效的管理在HFC網(wǎng)絡(luò)上運行的各種各樣設(shè)備而研制的。所有硬件在設(shè)計時遵循有關(guān)行業(yè)標準，HMS標準的物理層規(guī)范，軟件遵循HMS標準的

10、MAC層規(guī)范、SNMPV1.0協(xié)議和HMS標準的MIB數(shù)據(jù)庫。l 通信模型：根據(jù)HMS標準，HFC網(wǎng)管的通信模型見圖2。l 圖2：協(xié)議模型l 硬件的設(shè)計框圖：前端控制器硬件設(shè)計的原理框圖：圖3：前端硬件設(shè)計原理框圖應(yīng)答器硬件設(shè)計原理框圖：RF圖4：應(yīng)答器硬件設(shè)計原理框圖前端設(shè)備網(wǎng)管硬件設(shè)計原理框圖：圖5：前端設(shè)備網(wǎng)管硬件設(shè)計原理框圖l 網(wǎng)管軟件的設(shè)計前端網(wǎng)管計算機設(shè)備監(jiān)控軟件是建立在C/S（客戶/服務(wù)器）模式下的可視化應(yīng)用系統(tǒng)，它基于WINDOWS98/2000操作系統(tǒng)，采用了Inprise公司的C+Builder5.0編程工具開發(fā)而成，它提供了對標準C+的完全支持，并擁有強大的用戶界面設(shè)計能

11、力，且提供了對當今所有主流數(shù)據(jù)庫的良好支持，所有的數(shù)據(jù)庫連接操作指令均會通過其全新的32位數(shù)據(jù)庫引擎BDE(Borland Database Engine)進行處理。數(shù)據(jù)庫采用了C+Builder自身提供的Interbase數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它可運行在許多操作系統(tǒng)平臺上，包括Windows9x，WindowsNT，各種UNIX平臺。當系統(tǒng)啟動時，Interbase會自動啟動。網(wǎng)管軟件與Interbase服務(wù)器端軟件一起安裝即網(wǎng)管機器也作為一臺Interbae服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫文件Data.gdb安裝在服務(wù)器上，內(nèi)建多個數(shù)據(jù)表和存儲過程負責記錄設(shè)備的各項工作狀態(tài)參數(shù)并被應(yīng)用程序所調(diào)用。軟件流程圖：通過

12、以太網(wǎng)口發(fā)送輪詢或廣播信息處理數(shù)據(jù)包進行CRC校驗校驗通過，發(fā)消息通知接收數(shù)據(jù)包為0xff判斷數(shù)據(jù)類型 發(fā)消息，處理數(shù)據(jù)響應(yīng)包其他建立設(shè)備處理類TDeviceData建立類TExplainner得到設(shè)備模擬量和數(shù)字量判斷是否 有 發(fā)消息通知其他 有新設(shè)備 窗口控制類報警信息 否 不存儲上傳數(shù)據(jù)是否改變是數(shù)據(jù)包括模擬量 存數(shù)據(jù)到表CurItem 數(shù)字量、報警量Histroyalarm和alarm軟件通信方式采用輪詢和競爭兩種。兼容電子地圖，是一個多模塊、多文檔應(yīng)用程序。主要由SNMP通信模塊、MAC通信模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、系統(tǒng)樹、拓撲圖、歷史報警記錄、設(shè)備屬性、讀數(shù)窗口、報警窗口、用戶管理等模塊

13、組成。軟件主窗體提供了文件、系統(tǒng)、報警、窗口、幫助等主菜單，覆蓋了該軟件系統(tǒng)的全部功能。l 通信接口： 從硬件原理框圖中已經(jīng)可以看出網(wǎng)管系統(tǒng)的各種接口。以太網(wǎng)接口為以太網(wǎng)RJ45接口。前端設(shè)備間的通信接口選用RJ45/RS485接口進行通信。由于在一條RS485串口線上可同時掛接128臺設(shè)備，該接口電路在波特率為9600bit/s時，雙絞線可傳輸1.2KM，所以選用RS485接口可實現(xiàn)設(shè)備間的較遠距離(如一棟大樓內(nèi))通信和較強的擴充性能。?l 上下行信道的頻率配置和調(diào)制方式的選取：按GY/T 106 - 1999和GY/T 180 2001的規(guī)定，設(shè)備管理信號上行信道的頻譜配置為565MHz。

14、宜選用5.020.2MHz（R1R5）頻段的某一信道作上行信道。設(shè)備管理信號下行信道宜選108MHz119MHz的某一頻段。上、下行通道中心頻率的設(shè)置都應(yīng)避開強干擾信號。表1上、下行信道的頻譜配置建議上行信道（MHz） 下行信道（MHZ）R1 R2 R3 R4 R5 最低頻率 最高頻率5.07.4 7.410.6 10.613.8 13.817 1720.2 108MHz 119MHzRF通信方式選用FSK調(diào)制解調(diào)方式。l 兼容問題：在國家標準制定以前，許多廠商已經(jīng)開發(fā)了自己的網(wǎng)管系統(tǒng)，其定義的協(xié)議各不相同，所以，滿足HMS標準的網(wǎng)管系統(tǒng)必須具有對原有系統(tǒng)的兼容能力，為此，可以在系統(tǒng)里增加一個

15、SNMP代理模塊，負責完成不同廠商自定義協(xié)議到SNMP/MIB協(xié)議的轉(zhuǎn)換，在物理層完成自定義接口到以太網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換，通過IP網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)管主機通信。這樣可以方便的解決兼容問題。3、HFC網(wǎng)管系統(tǒng)的主要設(shè)計指標：對于上、下行信道，光纖同軸混合網(wǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)的物理層RF通道和調(diào)制技術(shù)規(guī)范見表2。表2光纖同軸混合網(wǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)物理層RF通道及調(diào)制技術(shù)規(guī)范項目 前端控制器 I類應(yīng)答器輸出電平 +100dBuV+111dBuV +85dBmV+105dBmV輸出電平穩(wěn)定度 2dB 3dB輸出電平步長 2dB 2dB輸出頻率 在108MHz119MHz中的某一指定頻段 在5.0MHz20.2MHz中的某一指定

16、頻段發(fā)送機調(diào)諧范圍 在每個確定的8MHz工作頻段內(nèi)全可調(diào)或固定頻率 在每個確定的3.2MHz工作頻段內(nèi)全可調(diào)或固定頻率輸出頻率調(diào)節(jié)步長 100kHz 100kHz輸出頻率準確度 10kHz 10kHzRF輸出關(guān)斷度 不適用 60dBRF輸出關(guān)斷時間 不適用 1秒發(fā)送機開機狀態(tài)下，工作頻道帶外寄生輻射 -65dB，全部下行頻帶內(nèi)（相對于未調(diào)制下行載波） -55dB，全部上行頻帶內(nèi)發(fā)送機關(guān)機狀態(tài)下，工作頻道帶外寄生幅射 不適用 單端口設(shè)備：30dBmV（51000MHz）雙端口設(shè)備，發(fā)射端口：30dBmV(5200MHz)45dBmV(2001000MHz)雙端口設(shè)備，接收端口：45dBmV(56

17、5MHz)30dBmV(651000MHz)頻譜形狀 400kHz100dBc/Hz，108119MHz 800kHz95dBc/Hz， 513MHz60dB 不適用RF輸入/輸出阻抗 75 75（外置式）RF輸入/輸出反射損耗 12dB 12dB （外置式）最大上升時間 不適用 100m s (從峰值電平的10%到90%)最大下降時間 不適用 100m s (從峰值電平的90%到10%)發(fā)送機前沿時間 不適用 600ms1.2ms接收功率動態(tài)范圍 40dBmV80dBmV 40dBmV80dBmV接收機調(diào)諧范圍 在確定的3.2MHz上行工作頻段內(nèi)全可調(diào)或固定頻率 在確定的8MHz下行工作頻段內(nèi)全可調(diào)或固定頻率接收機頻率步長 100kHz 100kHz接收機C/(N+I)（BER10E-6） 20dB 20dB接收機選擇性 在通帶邊沿的CW載波可比帶內(nèi)接收到的信號電平高10dB 在偏離接收機中心頻率250kHz處的CW載波，可比帶內(nèi)接收到的信號電平高10dB發(fā)送機的