遠端管網(wǎng)型光纖收發(fā)器系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

遠端管網(wǎng)型光纖收發(fā)器系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

隨著全國廣播電視網(wǎng)的建設和發(fā)展，如何在整個網(wǎng)絡過程中管理網(wǎng)絡已成為向互聯(lián)網(wǎng)用戶提出的新問題。各單位在網(wǎng)管系統(tǒng)建設時，通常更多地考慮核心交換機、路由器等骨干設備的網(wǎng)管，卻往往忽略邊緣接入必不可少的光纖收發(fā)器的狀態(tài)檢測和遠程維護。即便采用了一些簡單的網(wǎng)管，一般也只能管理到接入機房機架上的局端光纖收發(fā)器，而對放置在用戶端的遠端收發(fā)器則無能為力。一旦接入部分的光、電鏈路出現(xiàn)故障后很難遠程判別故障點，往往需到用戶端或接入機房才能進行判別和處置。海安廣電寬帶網(wǎng)通過采用遠端網(wǎng)管型光纖收發(fā)器系統(tǒng)較好地解決了上述問題，該系統(tǒng)具有遠程網(wǎng)絡管理功能，網(wǎng)絡管理員既可以對局端也可以對遠端的光纖收發(fā)器隨時進行狀態(tài)監(jiān)控、故障定位排查、功能設置等，同時用戶還可以監(jiān)測局端機架的電源備份狀態(tài)、工作電壓和工作環(huán)境溫度?，F(xiàn)具體介紹如下：1系統(tǒng)的主要功能遠端網(wǎng)管型光纖收發(fā)器系統(tǒng)由以下幾個部分構成（見圖1）。(1）網(wǎng)管工作站網(wǎng)絡管理軟件運行的硬件平臺，在保障性能的基礎上還要有較好的圖形顯示功能以及良好的穩(wěn)定性和安全性。(2）網(wǎng)絡管理軟件對收集上來的數(shù)據(jù)進行匯總、分析和顯示，可完成設備管理、事件管理、性能監(jiān)測與預警管理等功能。具有強大的數(shù)據(jù)庫功能、直觀友好的界面并能管理光纖收發(fā)器組網(wǎng)的拓撲結構，可在多種平臺下運行。(3）網(wǎng)管卡負責對機架上的光纖收發(fā)器和遠端光纖收發(fā)器進行數(shù)據(jù)信息采集以及功能控制?？煞譃榫W(wǎng)管主卡和級聯(lián)子卡兩種，兩者配合使用可實現(xiàn)一個IP地址管理多個機架。(4）插卡式光纖收發(fā)器用于以太網(wǎng)長距離互連，可以將10/100Base-Tx的雙絞線電信號和100Base-Fx的光信號進行相互轉換，它將網(wǎng)絡的傳輸極限從銅線的100m（電口支持最長距離）擴展到120km（單模光纖）。使用時局端安裝在16槽局端機箱內(nèi)，用戶端安裝在遠端獨立式機架內(nèi)。(5）局端機箱19英寸標準機箱，使用時安裝在局端機房，集成插卡式光纖收發(fā)器和網(wǎng)管卡，便于集中上機柜、統(tǒng)一管理和供電。供電為熱備份雙電源，支持熱插拔和風扇檢測。(6）遠端機箱單槽機架，用于遠端插卡式光纖收發(fā)器單獨供電，支持熱插拔。2采用寬帶控制和rfd的傳輸帶寬(1）帶內(nèi)網(wǎng)管。目前，國內(nèi)外的部分網(wǎng)管光纖收發(fā)器無法監(jiān)測和管理用戶端的光纖收發(fā)器，這并不符合網(wǎng)絡運營商全程全網(wǎng)管理的需要。當用戶端收發(fā)器發(fā)生故障的時候，網(wǎng)絡管理員并不能準確判斷故障點。為了解決這個問題，一些廠家推出了采用帶外管理的光纖收發(fā)器，遠端收發(fā)器安裝一塊網(wǎng)管卡來進行管理，但是網(wǎng)管卡價格較貴，所以成本較高。另外，這種管理方式還必須占用一個用戶交換機的端口來連接網(wǎng)管卡，造成了用戶交換機端口浪費，且網(wǎng)絡界面不清晰。為了解決這個問題，我們采用了具有帶內(nèi)網(wǎng)管功能的光纖收發(fā)器。帶內(nèi)網(wǎng)管的含義就是用戶端收發(fā)器不占用任何額外的資源，既不需要遠端網(wǎng)管卡，也不需要設置遠端卡的IP地址。在同一條光纖鏈路中，既傳送IP數(shù)據(jù)包，也傳送管理數(shù)據(jù)包。通過同一條光纖鏈路，局端的網(wǎng)管系統(tǒng)就可以對用戶端的收發(fā)器進行狀態(tài)監(jiān)測和控制。通過帶內(nèi)網(wǎng)管的方式，運營商可以更加準確地判斷網(wǎng)絡的故障點。用于用戶端不占用額外的資源，在滿足全程、全網(wǎng)管理的前提下，大大降低了網(wǎng)絡建設的成本。通信方式如圖2所示。(2）帶寬控制功能。帶寬控制功能指運營商可以通過網(wǎng)管系統(tǒng)遠程設定、修改光纖收發(fā)器的傳輸帶寬，經(jīng)過設置的帶寬可以以32kbps為步長在0～100Mbps之間變化,而且端口的收和發(fā)可以單獨設置。目前大部分接入交換機不具備流量控制的能力，現(xiàn)在通過收發(fā)器的帶寬控制功能來限制接入鏈路的流量后，等于是把流控一直做到了用戶端。在設置合適的傳輸帶寬后，可以有效地防止用戶端機器感染病毒后大量發(fā)包引起的接入交換機和網(wǎng)絡的堵塞。網(wǎng)絡運營商還可以根據(jù)收費的不同給用戶分配不同的帶寬，把傳統(tǒng)的按時收費與按帶寬收費有效地結合起來，為客戶提供多樣化的服務。對于一些沒有及時繳納月租費的用戶，還可以通過網(wǎng)管設置用戶帶寬為0，相當于關閉了用戶的端口。在圖3中，局端使用了帶寬控制系列網(wǎng)管收發(fā)器，給不同性質的用戶分配了不同的帶寬，私人用戶分配了2M的帶寬，企業(yè)用戶根據(jù)其申請的帶寬和繳費標準分別分配了10M、20M、50M的傳輸帶寬。(3)RFD功能。RFD(RemoteFailedDetect）功能即鏈路錯誤傳遞功能。此功能可以方便地確立遠端發(fā)生的鏈路故障。普通光纖收發(fā)器連接路由器時，如果光纖鏈路發(fā)生故障（如斷掉），收發(fā)器的光口（FX）會出現(xiàn)告警，而收發(fā)器的電口（TP）卻仍然會與路由器保持正常連接，收發(fā)器所連接的路由器Link燈保持正常，路由器不會重新建立路由，因此數(shù)據(jù)包還會沿著已經(jīng)發(fā)生故障的線路繼續(xù)轉發(fā)數(shù)據(jù)，造成大量丟包。而采用具有RFD功能的光纖收發(fā)器連接路由器時，局端和遠端收發(fā)器能自動傳遞鏈路故障信息，如果光纖或者任意一端電口鏈路發(fā)生故障，則整條鏈路都斷開，路由器會根據(jù)收發(fā)器報告的鏈路狀態(tài)更新路由，確保通信暢通。當發(fā)生故障的光路或電路恢復正常，則整條鏈路恢復連接，路由器也會根據(jù)收發(fā)器報告的鏈路狀態(tài)恢復路由。RFD功能狀態(tài)轉移圖如圖4所示。(4）支持SNMP的統(tǒng)一網(wǎng)管平臺。目前光纖收發(fā)器廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)多是專用的系統(tǒng)，這樣運營商在維護時就很困難，如果運營商選購3個廠家的產(chǎn)品，則就必須有3個網(wǎng)管平臺。運營商迫切需要一個統(tǒng)一的網(wǎng)管平臺來管理所有的網(wǎng)絡設備。SNMP是標準的網(wǎng)管協(xié)議，對支持SNMP的光纖收發(fā)器，就可以使用一套SNMP網(wǎng)管軟件，如HP-Openview來管理所有網(wǎng)絡的設備，包括收發(fā)器、路由器、交換機等。另外，系統(tǒng)也提供了專用的光纖收發(fā)器網(wǎng)管軟件，該軟件有強大的數(shù)據(jù)庫功能，可進行拓撲結構的管理，可以通過非常直觀的界面對收發(fā)器進行遠程監(jiān)測和控制。(5）網(wǎng)管系統(tǒng)可以采集到專用的光電器件的各種詳細參數(shù)以便網(wǎng)管員監(jiān)測，如輸入光功率、輸出光功率和激光器壽命等等。(6）可以選擇支持單纖雙向的光纖收發(fā)器。3a中心機房控制方式b遠端網(wǎng)管型光纖收發(fā)器網(wǎng)管系統(tǒng)提供了5種管理方式：(1）使用Windows自帶的超級終端，通過機架串口進行本地網(wǎng)管；(2）使用瀏覽器，通過Web頁面遠程訪問，并可以顯示、控制遠程收發(fā)器的工作狀態(tài)；(3）使用標準的SNMP管理軟件進行管理；(4）中心局安裝專用軟件在后臺運行，采集數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫的形式保存在網(wǎng)管PC機硬盤，用戶經(jīng)過登錄接受網(wǎng)管系統(tǒng)的認證后，在中心機房可以以圖形界面詳細顯示出各機房當前的工作環(huán)境和收發(fā)器卡的當前狀態(tài)；(5）使用TELNET進行命令行管理。本文以專用軟件方式為例，對遠端網(wǎng)管型光纖收發(fā)器網(wǎng)管系統(tǒng)在海安廣電寬帶網(wǎng)上的三類典型應用進行介紹。3.1設備管理信息網(wǎng)管專用軟件運行后的主界面如圖5所示。其風格類似于Windows資源管理器。主窗口左側為資源樹，以樹的形式展現(xiàn)現(xiàn)有資源所含有的機架以及機架中的收發(fā)器。主窗口右側為設備列表，以小圖標的形式顯示出所有機架，可以根據(jù)圖標的顏色判斷機架正常與否，是否列于輪訓隊列中。主窗口下側為告警信息列表，顯示了所有輪詢告警和主動告警的消息。當點擊設備列表中各機房所安裝的光纖收發(fā)器機架時，會顯示機架信息窗口，如圖6所示。該窗口以與真實機架完全相同的圖形化界面（該窗口所見即機架上顯示的實時狀態(tài)）提供局端機架的詳細信息，以及局端收發(fā)器的圖形化狀態(tài)量信息。通過該界面可以了解主電源與冗余電源工作是否正常，輸出電壓為多少以及機架內(nèi)的工作溫度，同時以圖形化方式顯示其上所插的光纖收發(fā)器的指示燈狀態(tài)。比一般光收發(fā)器網(wǎng)管系統(tǒng)更好的是，當點擊界面中的“遠端”按鈕時，將顯示與局端收發(fā)器一一對應的用戶端收發(fā)器圖形化狀態(tài)量信息。當雙擊機架信息窗口上的某一張卡時，將顯示該收發(fā)器的詳細信息。如圖7所示。該圖基本信息中標明了該收發(fā)器安裝的機架名稱、安裝的具體槽位、收發(fā)器的具體型號以及傳輸距離。內(nèi)部設置中標明了網(wǎng)管員設置該收發(fā)器工作的電口速率為10M還是100M，電口模式為全雙工還是半雙工，電口為自適應還是關斷自適應。當前鏈路狀態(tài)表明了收發(fā)器的光電鏈路是否正常，收發(fā)器電口實際工作速率和工作模式，RFD功能是否啟用以及上、下行的最大帶寬。光模塊狀態(tài)標明了收發(fā)器的接收光輸入和發(fā)射光功率是否正常。刷新時間標明了網(wǎng)管系統(tǒng)對該收發(fā)器最后一次采樣的時間。3.2載荷及測告條件設置為了確保光纖收發(fā)器的正常工作和進一步減輕管理員的工作負擔，軟件定時對各個機架進行訪問，接收各機架中主控單元采集的機架狀態(tài)及其局端、遠端收發(fā)器的狀態(tài)信息，并保存在本地數(shù)據(jù)庫中。軟件在接收到狀態(tài)信息后能夠對資料進行分析，若判斷得出機架或收發(fā)器異常，則自動告警，并將事件記錄到告警日志中。另外，當主控單元監(jiān)測到收發(fā)器發(fā)生狀態(tài)改變時也會主動報告相關的信息，網(wǎng)管服務器同時進行告警，如圖8所示。用戶還可以對每個機架和收發(fā)器的告警條件進行設置。對于機架有機架電壓、機架溫度以及聲音告警等選項。對于收發(fā)器有自適應開關、電鏈路通斷、光鏈路通斷、光輸入狀態(tài)、光輸出狀態(tài)、激光器狀態(tài)、遠程錯誤檢測以及是否需要聲音告警等選項，如圖9所示。系統(tǒng)還提供了告警事件的查看，包括事件內(nèi)容、事件對象和事件發(fā)生的時間，也可以按照機架、告警內(nèi)容、告警日志的時間段以及用戶進行查詢，并將查詢結果按表中各項排序。如果點擊“另存為”按鈕，表格的信息將會保存在文件中，其中可以保存為觹XLS、觹．TXT或者觹．HTM類型。如圖10所示。3.3遠端管網(wǎng)型光纖收發(fā)器管理員可以對局端和遠端的收發(fā)器進行遠程控制。收發(fā)器的可控制量包括：(1）設置收發(fā)器的上行流和下行流的工作帶寬。(2）設置收發(fā)器的端口狀態(tài)（LOCKED或UNLOCKED）。(3）設置收發(fā)器的RFD功能使能或關閉。(4）設置局端和用戶端收發(fā)器電口為自適應或關斷自適應。(5）設置局端和用戶端收發(fā)器電口為固定10M或固定100M。(6）設置局端和用戶端收發(fā)器電口為固定全雙工或半雙工。(7）復位局端和用戶端收發(fā)器。(8）恢復局端和用戶端收發(fā)器出廠默認設置（AutoMode）。管理員可以通過IP地址和機架名稱或者機架號來指定機架，當機架被指定后，接口將提供可控制的收發(fā)器列表，選定收發(fā)器后，其當前的狀態(tài)量將會列在“狀態(tài)”標簽頁中，同時用戶可在“設置”標簽頁中修改雙工模式、速率等選項，而在“高級”標簽頁中用戶可以進行收發(fā)器復位、恢復以及流量控制。見圖11所示。流量控制是針對具有帶寬控制功能的收發(fā)器而設置的。流量控制以kbps或Mbps為基本單位、以32kbps為步長進行控制。當用戶所要設定的流量不是32kbps的倍數(shù)時，即不是系統(tǒng)認可的有效值