一种卫星通信网络管理系统设计

梁金山,刘 薇

（河北神舟卫星通信股份有限公司,河北 石家庄 050200）

0 引言

在VSAT系统应用中,具有网管功能的各个厂家设备自成系统,互不兼容,缺少通用性。这里设计的针对采用通用卫星调制解调器、射频设备、业务终端设备和辅助设备等构成的卫星通信系统的通用网络管理系统,简称卫通网管系统NMS。结构上采用了二级管理的体系,在中心站配置网络管理中心（NMC）、各远端站配置远端监控设备（RCD）,网络管理中心通过网管控制信道与远端监控设备联通。

为提高卫星资源的利用率,针对数据采集系统,设计了回传大载波共享功能。

1 系统功能及组成

（1）系统功能

卫通网管系统具备配置管理、接续管理、性能管理、故障管理、安全管理等功能。对卫星通信系统各站运行状态进行监视、控制及日常管理,需要时进行资源分配,同时完成将本网状态向综合网管的上报。

（2）系统组成

卫通网管系统组成如图1所示。

图1 网管系统组成示意图

卫通网管系统NMS硬件由位于中心站的网络管理中心NMC、位于远端站的远端监控设备（RCD）和网管控制信道组成。软件从功能上分为:网管、设备监控、SNMP等几个部分。适用于Windows 2000 Server以上操作系统,数据库采用MS SQL Server 2000。

2 硬件实现方案

卫通网管系统硬件由中心站网络管理中心、远端站监控设备、网管控制信道组成。

（1）网络管理中心NMC

网络管理中心一方面通过远端监控设备实现对所有远端站的远程监控、资源分配,另一方面实现对中心站相关设备的集中监控,并检测网管控制信道的状态、完成控制信道切换。

网络管理中心NMC由1∶1网管计算机和接口扩展设备组成。网管计算机上运行网管软件以完成卫通网的各种网管功能。接口扩展设备是网络管理中心与中心站站内设备及远端站进行信息交互的中介;接口扩展设备为支持网管系统1∶1热备份,采用网络转换方式,与网管计算机采用LAN接口连接,与设备采用RS232/RS422接口连接,以便保证切换时备份机获得控制中心站设备的能力、保持与远端站的连接畅通。

（2）远端监控设备RCD

远端监控设备RCD完成2个方面的工作:一是本站设备的集中监控;二是实现通过网管控制信道连通网络管理中心。就近集中管理本地设备,需要时根据网络管理中心指令管理本站设备,并将有关信息上报网络管理中心。

（3）网管控制信道

网管控制信道由网管信道设备提供,用于远端站和中心站之间传送网管数据。

为了增加传输信息的可靠性,采用了2种网管控制信道,一种是专用TDM/TDMA控制信道,另一种是控制信息与业务复接在一起的复接控制信道,主用TDM/TDMA控制信道。当主用信道故障时,切换到复接控制信道;主用控制信道恢复并确认稳定后切换回主用控制信道。每一种控制信道都可以保证实现网管的所有功能。

3 软件设计方案

软件包括中心站网管软件、远端站监控设备软件、设备监控软件和SNMP软件。

3.1 中心站网管软件

中心站网管软件组成及各模块间信号流向如图2所示。如图2可知:

①由于监测故障而需要重新自动配置的信息;②检测出故障时上报故障管理;③故障严重时启动备份,备份设备工作时通知故障管理。

图2 中心站网管模块间信号流向图

（1）信道监视子模块

信道监视子模块作为卫通网管子系统中主控模块与远控模块的接口,在中心站与各远端地球站之间传递网管信息。

（2）接续管理子模块

接续管理子模块实现按时间计划和按需要分配共享的高速回传载波,提高资源利用率,这是本系统一大特点。

计划分配方案:确定连接的相关站点,切换高速共享载波的开始时间、终止时间、周期性（每天、每周）,按要求确定数据速率、调制方式、编码方式、工作电平、相应业务终端的修改参数等（可以预先建好模板直接调用）。到达开始时间,中心站网管模块关闭旧载波、分配带宽并激活高速回传载波。到终止时间,中心站网管模块关闭高速回传载波并把带宽资源归还频带池,相关站点恢复到原始工作状态。

按需要手动分配时将上述相关参数设定好,发出切换命令后就开始关闭旧载波,建立高速共享载波,数据传输完毕后可以随时发出还原命令关闭高速回传载波、相关站点恢复到原始工作状态。

例如手动从128kb/s载波切换到2048kb/s载波（均采用QPSK调制、3/4TPC纠错）步骤为:

①选定调制方式、纠错编码方式及码率、信息速率、同步方式等链路相关参数,涉及MODEM和复接器;②网管根据公式（1）计算128kb/s载波所需卫星转发器带宽为60 kHz,分配工作频率和带宽;

式中,Bs为所需卫星转发器带宽;Ri为信息速率;KFEC为纠错编码码率;a为每符号代表bit数,对应调制方式BPSK、QPSK、8PSK、16QAM分别取1、2、3、4;b为载波频率间隔,一般取1.4。③根据所需Eb/N0设置调制器输出电平,建立工作载波,开通业务;④切换到2048kb/s高速载波时同样利用式（1）算出所需带宽960kHz,分配工作频率和带宽;⑤调整整个链路所有MODEM和复接器的端口信息速率;⑥保证Eb/N0不变,按式（4）调整链路两端调制器的输出电平,在原来基础上增加12dB,建立新载波,开通高速业务。

通过式（2）和式（3）可以推出式（4）:

式中,[]代表对数值,即10*lg（）;[C2]为切换后调制器输出电平,单位dBm;[C1]为切换前调制器输出电平,单位dBm;Ri2为切换后信息速率;Ri1为切换前信息速率。

（3）配置管理子模块

配置管理负责监控和管理整个网络的配置状态,收集和监控网络设备的配置信息,网络管理生成的事件为调整网络设备的配置提供支持。

（4）监控管理模块

由设备监控软件送来的卫星通信地球站设备状态信息和由信道监视模块送来的远端站性能数据由性能分析子模块接收后,与数据库的历史数据比较,对于状态不一致的异常数据判为产生一次事件,分析后认为此次事件为故障时送入故障管理模块;正常的数据可根据需要形成统计报表等分析报告;根据分析结果可以控制、调整设备的工作和状态参数。

（5）故障管理模块

故障监测模块接收设备状态轮询数据和上报的告警数据,将故障信息传递给故障报警模块,并根据网络当前性能指标配置故障管理策略,根据故障告警程度判断是否启动备份管理,对故障的所有处理过程存入日志管理。所有故障信息存入数据库。

（6）备份管理模块

备用系统采用轮询方式监测主用系统的工作状态,当主用系统发生故障时,自动启动到备用系统。主用和备用系统的数据库均实现同步备份。

在主用系统和备用系统之间运行“主备监视/切换”模块,主用机主动将网管系统工作参数的变化通过“主备监视/切换”模块传递给备用机。在一定时间内,若备用系统未收到主用系统的任何信息,首先向主用系统发送一条查询命令,若有应答,则主/备关系不变;若超时无应答,则备用系统自动切换为主用状态,并产生“主用机故障”告警信息。

（7）安全管理

安全管理的功能是采用多种方法确保网管系统、数据的安全以及网络服务本身的安全。采用的措施有:

①管理员身份认证:设置注册、注销管理,进入控制模式需要用户名和密码分级确认;同时,设置用户登录失败次数,以防止非法侵入;②管理用户分组控制:网管系统的用户（即管理员）按任务的不同分成若干用户组,不同的用户组有不同的权限范围;③系统日志文件记录所有操作;④网管数据定时自动备份和手动备份;⑤数据加密:对传输层以上数据采用DES加密标准进行加密;⑥利用多网卡将用户网和管理网物理隔离。

（8）关系数据库

为了方便网管系统对大数据量的处理,网管系统采用大型关系数据库来完成对网络数据的存储、检索和备份等操作,存储全网运行时的各种状态、性能数据及呼叫事件和故障告警记录等。同时,为维护网管系统的安全性,设置用户管理数据库表管理操作员的身份特征。

（9）图形界面

卫通网管系统为用户提供良好的可视化的图形操作界面,保证操作简单、迅速。

3.2 远端站监控设备软件

远端监控站设备运行的软件各模块间信号流向如图3所示,功能与中心站对应。

图3 远端模块间各模块信号流向示意图

3.3 设备监控软件

设备监控子系统实现对卫星通信地球站设备的控制管理功能,主要完成对站内卫星通信设备的轮询、监视、控制和管理,同时将监视的最新状态上报给网管子系统。中心站和远端站均包含该软件。设备监控软件组成如图4所示。

监控对象包括站内的通信设备、辅助设备。

采用模块化设计思想,将与设备无关的代码独立出来,形成与设备无关的功能模块。对被管设备采用多线程技术进行监控,以中断方式响应设备返回的信息。

公共处理模块:接收网管子系统的指令数据,送给各设备处理模块;同时将各设备的监测数据送给网管子系统。

对站内设备的访问根据设备的不同而不同,如天线、Modem、ODU、IDU等,实行分别监控。

图4 设备监控软件组成框图

3.4 SNMP互通软件

该卫星网管系统可以接入上级综合网管。2个网管系统间有效数据的传递采用标准SNMP协议的格式,用标准网络管理进程进行通信,通信设备的主要参量用MIB库统一定义,SNMP包采用标准的ASN.1格式对消息格式进行编码。调用底层UDP协议,使用socket通信完成互连。

4 结束语

上面介绍了一种二级结构的通用卫星通信网络管理系统的一整套设计和实现方法,并且已应用到实际工程项目中,实现了各种功能,特别是高速共享载波切换稳定可靠。经过改进,网管信息也可以通过IP信道传输,从而使得该卫星通信网络管理系统能适应更多的应用场合。

[1]吴迪,王光兴.卫星综合信息网网络管理的研究[J].小型微型计算机系统,2001,22（5）:544-547.

[2]杨云年.VSAT卫星通信网[M].北京:人民邮电出版社,1997.

[3]吕海寰,蔡剑铭,甘仲民,等.卫星通信系统[M].北京:人民邮电出版社,1996.