HFC网络管理中Ⅱ类应答器网管程序设计与实现
HFC网络管理中Ⅱ类应答器网管程序设计与实现[20200406124815]
摘 要
本论文基于ARM44b0芯片设计在uCLinux环境下设计了一种简单可靠的HFC网络管理Ⅱ类应答器网管程序。文中在大致介绍了HFC网管系统的研究背景和研究近况之后，详细说明了系统的设计思想、总体结构以及具体模块设计。程序分为模块化进行设计，主要包括：初始化模块、自动注册模块、SNMP消息处理模块、Trap发送模块、按钮检测模块。
配合其他学生的课题，使用ARM芯片进行实际测试，测试结果验证了该应答器网管程序的设计具备了简单的信息处理和错误检测报告功能，具备一定的实际可用性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:HFC网络管理Ⅱ类应答器网管程序
目 录
1．文献综述 7
1.1 课题背景 7
1.2理论基础 7
1.3研究现状 8
1.3研究方向 9
2．网管系统概要设计 10
2.1 网络管理系统协议模型. 10
2.2 Ⅱ类应答器网管程序概要设计 10
3．网管程序模块设计 12
3.1初始化模块 12
3.1.1Trap链表初始化 12
3.1.2串口初始化 12
3.2 SNMP消息管理模块 13
3.2.1 S应答器接收NMP消息 13
3.2.2 SNMP消息处理 13
3.2.2.1处理SNMP PDU 14
3.2.2.2 处理GET和GETNEXT请求 14
3.2.2.3响应ＳＥＴ请求 15
3.2.3应答器回应SNMP消息 1５
3.3 发送Trap模块 1５
3.4 按钮检测模块 １６
3.4.1显示相应菜单 1６
3.4.2给MCU发送数据 1６
4．网管程序检测 １８
4.1 程序实际应用检测 １８
结语 １９
参考文献 ２０
致谢 ２１
1．文件综述
1.1 课题背景
目前我国拥有庞大的有线电视网用户群，有线电视网在双向改造后将会具备多网合一的综合优势。当前，HFC网络在信息发送的多向化和业务处理的多方面的快速发展，HFC网管也得到了飞速的发展，但是国内HFC网络管理系统和发达国家相比仍然有着不小的差距，根本原因在于有线电视网络自身的先天不足，主要在于技术标准的差异，所以HFC网络网络运营商需要一个建立在统一标准下的强大可靠、开放的、的可升级的HFC网络设备监控管理系统。
1998年，电信巨头AT&T收购了美国的最大有线电视公司TCI后，对HFC网络进行了大力研发；2002年，无锡路通、四川九州、深圳飞通、北京科林等国内主流公司对HFC网络进行了多次试验，此后逐渐走向正轨，开始飞速发展。
早在2003年，HFC网络设备管理的国际标准IEC70628-7-1（物理层）和70628-7-2（MAC层）由国际电工委员会发布。2005年，我国也发行了国标GB／T20030－2005《ＨＦＣ网络设备管理系统规范》。现在所有的HFC网络管理系统都基于HMS物理层规范和SNMP协议而建立。
1.2 理论基础
HFC网络管理系统是按HFC网络设备管理系统规范（GB/T 20030-2005）设计的基于SNMP的开放式管理系统。一般包括了基于SNMP协议的HFC设备管理软件、连接IP网络与HFC网络的前端控制器和外挂于被管理设备的应答器。它实现了对HFC网络设备或功能单元的在线监控与管理；具有对网络设备或功能单元运行状态进行监测和调整运行参数的功能。
应答器亦可称之为网元（NE），是HFC网络管理系统中的重要部分，由光接收机、光站以及放大器组成，实际上是具备接收查询命令，控制命令、并能回送设备运行状态的数据采集器。主要用于采集和调整HFC网络设备的工作参数，并且实现与前端控制器（或直接与管理器）通讯的部件或功能单元，是SNMP网络管理系统的管理代理（Agent）。
国标定义了Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ类应答器。Ⅰ类应答器需要通过前端控制器来进行协议转换，完成SNMP/IP到SNMP/MAC/RF的转换。Ⅱ类应答器基于IP接口，是标准SNMP/IP接口，直接与SNMP管理器相联。并且在UDP/IP协议上实现SNMP V1.0协议，用于HFC网设备管理的SNMP代理。其结构参考如图1.1所示：
图 1.1设备管理器和Ⅱ/Ⅲ类应答器部分的结构参考图
HMS物理层规范主要用于本文中的Ⅱ类应答器，也应用于Ⅲ类应答器上。它主要描述的字节传输的规则，包括了传输的电平和精度、实现数据通信和字节流的技术规范、数据调制解调的技术规范等。在本课题中中，我们主要要注意的是HMS的MAC层规范中对自动注册机制、自动信道搜索机制，报警“先通知后搜集”机制（通知有轮询模式通知和竞争模式通知）的定义。
SNMP全称是简单网络管理协议，它是以简单的询问、回答模型为基础，用于网络器件管理信息的交换，是TCP/IP协议的一部分，主要用于收集网络中设备上的管理信息并遥控管理设备。
1.3 研究现状
2004年，复旦大学的王晓青在《基于HMS和SNMP协议的HFC网络管理系统》中重点研究了HMS和SNMP协议。2006年，浙江工业大学的鲍一飞在《开放式HFC网络管理系统关键技术的研究与设计》中重点探讨了在嵌入式uclinux环境下开放式网管系统中的SNMP管理模型中的独立ＩＰ寻址方式，数据传送以及接口测试，上海大学的曹毅则在《基于ＳＮＭＰ的ＨＦＣ网络管理系统的网络管理站的研究与实现》中重点论述了ＮＭＳ的构架、实现、兼容性等。2007年，武汉理工大学的贺英在《嵌入式Linux下HFC网管前端控制器的设计》中重点探讨了应答器的注册，实现了以应答器的动态IP分配方式实现应答器的注册和其映射表的维护。２００９年，韩冬在《中国广电行业ＨＦＣ综合网管系统建设的问题和对策》中重点论述了其中的Ｔｒａｐ告警流程。现在对HFC网络管理的研究已经越来越深入，我们更加需要在前人的基础上踏出每一小步，不断取得新的进展。
以当前运营商对网络管理系统的功能要求角度看，网络管理系统需要具备控制一个复杂的通信网络并且使其保持高效率的功能。这要求网管系统能够收集数据，处理数据，并且提交给管理者以便用于网络操作。此外要求网管系统能够对收集到的数据进行分析，针对实时情况提供解决方案，具备自动处理简单告警的能力，并且生成相关报告。应答器实际上是与真正被管理设备相接口的实体，这些设备主要包括了路由器、集成器、网桥或者网络服务器。网管系统要求被管理设备与网络管理工作站软件之间实现包括来自管理工作站的询问信息、来自应答器的应答信息或者应答器发送的Ｔｒａｐ信息。
本课题要求对ＨＦＣ网络管理中Ⅱ类应答器进行程序设计，将会重点考虑ＳＮＭＰ消息管理处理的问题和ＴＲＡＰ发动的问题。
1.4 研究方向
本课题主要解决应答器网管程序模块的具体实现问题。重点解决SNMP消息的管理处理和Trap告警信息的发送。包括如何模块化划分该系统和数据结构的设计等。在以下的论文中将对Ⅱ类应答器网管程序所做的设计进行说明。
2．网管系统概要设计
2.1网络管理系统协议模型
网络管理系统是按照HFC网络设备管理系统规范设计的基于SNMP的开放式管理系统，实现了对对网络设备或功能单元运行状态的监测和运行参数的调整。HFC网络设备管理系统采用OSI简化模型，如图2.1所示。
II／III类应答器与IP城域／局域网之间的协议栈包括：以太网物理层和MAC层、IP层、UDP层、SNMPv1.0及MIB。在本课题中我们只需考虑Ⅱ类应答器与以太网之间的协议问题，使网管程序能够接收处理来自设备管理器的的SNMP请求报文比如说GetRequest、GetNextRequest、SetRequest，从设备上取得所要求变量的值或者对所要求的变量的值进行改写，生成响应报文Getresponse，反送给SNMP管理器。在紧急情况发生时，主动发送Trap报文至SNMP换利器的162端口，告知SNMP管理器设备发生了一个特殊事件，管理器则做出相应处理。
摘 要
本论文基于ARM44b0芯片设计在uCLinux环境下设计了一种简单可靠的HFC网络管理Ⅱ类应答器网管程序。文中在大致介绍了HFC网管系统的研究背景和研究近况之后，详细说明了系统的设计思想、总体结构以及具体模块设计。程序分为模块化进行设计，主要包括：初始化模块、自动注册模块、SNMP消息处理模块、Trap发送模块、按钮检测模块。
配合其他学生的课题，使用ARM芯片进行实际测试，测试结果验证了该应答器网管程序的设计具备了简单的信息处理和错误检测报告功能，具备一定的实际可用性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:HFC网络管理Ⅱ类应答器网管程序
目 录
1．文献综述 7
1.1 课题背景 7
1.2理论基础 7
1.3研究现状 8
1.3研究方向 9
2．网管系统概要设计 10
2.1 网络管理系统协议模型. 10
2.2 Ⅱ类应答器网管程序概要设计 10
3．网管程序模块设计 12
3.1初始化模块 12
3.1.1Trap链表初始化 12
3.1.2串口初始化 12
3.2 SNMP消息管理模块 13
3.2.1 S应答器接收NMP消息 13
3.2.2 SNMP消息处理 13
3.2.2.1处理SNMP PDU 14
3.2.2.2 处理GET和GETNEXT请求 14
3.2.2.3响应ＳＥＴ请求 15
3.2.3应答器回应SNMP消息 1５
3.3 发送Trap模块 1５
3.4 按钮检测模块 １６
3.4.1显示相应菜单 1６
3.4.2给MCU发送数据 1６
4．网管程序检测 １８
4.1 程序实际应用检测 １８
结语 １９
参考文献 ２０
致谢 ２１
1．文件综述
1.1 课题背景
目前我国拥有庞大的有线电视网用户群，有线电视网在双向改造后将会具备多网合一的综合优势。当前，HFC网络在信息发送的多向化和业务处理的多方面的快速发展，HFC网管也得到了飞速的发展，但是国内HFC网络管理系统和发达国家相比仍然有着不小的差距，根本原因在于有线电视网络自身的先天不足，主要在于技术标准的差异，所以HFC网络网络运营商需要一个建立在统一标准下的强大可靠、开放的、的可升级的HFC网络设备监控管理系统。
1998年，电信巨头AT&T收购了美国的最大有线电视公司TCI后，对HFC网络进行了大力研发；2002年，无锡路通、四川九州、深圳飞通、北京科林等国内主流公司对HFC网络进行了多次试验，此后逐渐走向正轨，开始飞速发展。
早在2003年，HFC网络设备管理的国际标准IEC70628-7-1（物理层）和70628-7-2（MAC层）由国际电工委员会发布。2005年，我国也发行了国标GB／T20030－2005《ＨＦＣ网络设备管理系统规范》。现在所有的HFC网络管理系统都基于HMS物理层规范和SNMP协议而建立。
1.2 理论基础
HFC网络管理系统是按HFC网络设备管理系统规范（GB/T 20030-2005）设计的基于SNMP的开放式管理系统。一般包括了基于SNMP协议的HFC设备管理软件、连接IP网络与HFC网络的前端控制器和外挂于被管理设备的应答器。它实现了对HFC网络设备或功能单元的在线监控与管理；具有对网络设备或功能单元运行状态进行监测和调整运行参数的功能。
应答器亦可称之为网元（NE），是HFC网络管理系统中的重要部分，由光接收机、光站以及放大器组成，实际上是具备接收查询命令，控制命令、并能回送设备运行状态的数据采集器。主要用于采集和调整HFC网络设备的工作参数，并且实现与前端控制器（或直接与管理器）通讯的部件或功能单元，是SNMP网络管理系统的管理代理（Agent）。
国标定义了Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ类应答器。Ⅰ类应答器需要通过前端控制器来进行协议转换，完成SNMP/IP到SNMP/MAC/RF的转换。Ⅱ类应答器基于IP接口，是标准SNMP/IP接口，直接与SNMP管理器相联。并且在UDP/IP协议上实现SNMP V1.0协议，用于HFC网设备管理的SNMP代理。其结构参考如图1.1所示：
图 1.1设备管理器和Ⅱ/Ⅲ类应答器部分的结构参考图
HMS物理层规范主要用于本文中的Ⅱ类应答器，也应用于Ⅲ类应答器上。它主要描述的字节传输的规则，包括了传输的电平和精度、实现数据通信和字节流的技术规范、数据调制解调的技术规范等。在本课题中中，我们主要要注意的是HMS的MAC层规范中对自动注册机制、自动信道搜索机制，报警“先通知后搜集”机制（通知有轮询模式通知和竞争模式通知）的定义。
SNMP全称是简单网络管理协议，它是以简单的询问、回答模型为基础，用于网络器件管理信息的交换，是TCP/IP协议的一部分，主要用于收集网络中设备上的管理信息并遥控管理设备。
1.3 研究现状
2004年，复旦大学的王晓青在《基于HMS和SNMP协议的HFC网络管理系统》中重点研究了HMS和SNMP协议。2006年，浙江工业大学的鲍一飞在《开放式HFC网络管理系统关键技术的研究与设计》中重点探讨了在嵌入式uclinux环境下开放式网管系统中的SNMP管理模型中的独立ＩＰ寻址方式，数据传送以及接口测试，上海大学的曹毅则在《基于ＳＮＭＰ的ＨＦＣ网络管理系统的网络管理站的研究与实现》中重点论述了ＮＭＳ的构架、实现、兼容性等。2007年，武汉理工大学的贺英在《嵌入式Linux下HFC网管前端控制器的设计》中重点探讨了应答器的注册，实现了以应答器的动态IP分配方式实现应答器的注册和其映射表的维护。２００９年，韩冬在《中国广电行业ＨＦＣ综合网管系统建设的问题和对策》中重点论述了其中的Ｔｒａｐ告警流程。现在对HFC网络管理的研究已经越来越深入，我们更加需要在前人的基础上踏出每一小步，不断取得新的进展。
以当前运营商对网络管理系统的功能要求角度看，网络管理系统需要具备控制一个复杂的通信网络并且使其保持高效率的功能。这要求网管系统能够收集数据，处理数据，并且提交给管理者以便用于网络操作。此外要求网管系统能够对收集到的数据进行分析，针对实时情况提供解决方案，具备自动处理简单告警的能力，并且生成相关报告。应答器实际上是与真正被管理设备相接口的实体，这些设备主要包括了路由器、集成器、网桥或者网络服务器。网管系统要求被管理设备与网络管理工作站软件之间实现包括来自管理工作站的询问信息、来自应答器的应答信息或者应答器发送的Ｔｒａｐ信息。
本课题要求对ＨＦＣ网络管理中Ⅱ类应答器进行程序设计，将会重点考虑ＳＮＭＰ消息管理处理的问题和ＴＲＡＰ发动的问题。
1.4 研究方向
本课题主要解决应答器网管程序模块的具体实现问题。重点解决SNMP消息的管理处理和Trap告警信息的发送。包括如何模块化划分该系统和数据结构的设计等。在以下的论文中将对Ⅱ类应答器网管程序所做的设计进行说明。
2．网管系统概要设计
2.1网络管理系统协议模型
网络管理系统是按照HFC网络设备管理系统规范设计的基于SNMP的开放式管理系统，实现了对对网络设备或功能单元运行状态的监测和运行参数的调整。HFC网络设备管理系统采用OSI简化模型，如图2.1所示。
II／III类应答器与IP城域／局域网之间的协议栈包括：以太网物理层和MAC层、IP层、UDP层、SNMPv1.0及MIB。在本课题中我们只需考虑Ⅱ类应答器与以太网之间的协议问题，使网管程序能够接收处理来自设备管理器的的SNMP请求报文比如说GetRequest、GetNextRequest、SetRequest，从设备上取得所要求变量的值或者对所要求的变量的值进行改写，生成响应报文Getresponse，反送给SNMP管理器。在紧急情况发生时，主动发送Trap报文至SNMP换利器的162端口，告知SNMP管理器设备发生了一个特殊事件，管理器则做出相应处理。
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