一种适应于无线窄带传输的管理协议设计

成玉荣,韩 飞,韩卫占

(中电科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081)

0 引言

在一些军事通信网络中,常采用微波、散射、短波超短波电台和卫星等无线传输方式,信道较窄,传输速率较低,误码率高。这类军事通信网的网络管理系统,其管理信息通常采用带内传输方式,即网管信息利用被管理网络进行传输,占用信道资源,在不影响网络自身业务信息传输的前提下,网管信息占用信道带宽比例一般限制在2%～3%,因此网络管理协议必须能适应这种误码率高、信道窄的情况。

目前较流行和有影响的几种网络管理协议,如SNMP、CMIP、CORBA的IIOP等一般是基于稳定的、资源宽裕的传输信道情况设计的。SNMP管理协议主要适用于管理信息量较小、传输带宽较大、安全性要求不高的网络环境,并且协议效率低。而CMIP和CORBA的IIOP管理协议技术复杂、实现难度大,且对传输环境要求严格,不适用于窄带无线信道环境。另外,一些基于TCP的专用网络管理协议是一种面向连接的协议,其基于握手的机制在误码率高、带宽小的无线信道环境下会造成TCP连接的时通时断,并且耗费网络资源,所以也不适于作为无线窄带网络环境中的网管协议。针对无线信道窄带传输特点,本文提出了一种适应于窄带无线信道的网络管理协议NWNMP,该协议既利用了SNMP协议的信息框架,又吸收了CMIP的传输管理思想,并采用了基于UDP的短报文格式,相比其他网络管理协议而言,NWNMP协议在保证功能和标准化的前提下,更适应无线信道窄带传输的特点。

1 NWNMP协议设计

1.1 报文格式

针对传输速率较低、带宽窄的无线信道来说,设计开销小、管理功能又比较完善的报文格式尤为重要。NWNMP协议采用紧缩方式组织报文格式,发送帧号和确认帧号合二为一,信息命令标志按位编码,地址编码采用可选方式,这样即可节省报文开销,减少带宽占用,又能完成复杂多样的管理信息的控制与传输。具体报文格式如表1所示。

表1 NWNMP网管协议帧格式

其中标识部分为报文头,报文头部开销为10～14个字节。SNMP协议是基于UDP定义的一种较简单的网络管理协议,数据报文包含版本号、共同体名和PDU,报文头长度大于20字节。相比之下,NWNMP协议报文开销远小于其他管理协议的报文开销,更能够节省信道资源,有利于提高窄带信道的传输效率。

协议使用规则：

①帧头标识用于确定一个协议帧的开始;

②目的地址和源地址用于控制网管信息的传送方向,用于网管中间节点转发,当MT=0时表示被管设备的管理信息传输,属于点到点传输,不用定义地址编码;

③操作标识符指定信息的操作类型(如：Get、GetResponse、Set、Report),用于控制信息传输到目的地址后的处理方式;

④帧号唯一标识一个协议帧,分片传输时帧号相同,同时作为返回信息的确认帧号;

⑤命令标志(MT/FT/CT/ET)分别用于标识管理模式(如被管设备管理、网管站间管理)、分片传输、压缩方式及加密方式;

⑥校验代码和用于判断信息的正确性,取正文长度和正文内容各代码的累加和的后16位值;

⑦正文部分用于传输网管信息内容,压缩和加密均是对正文部分进行处理。

1.2 协议原语定义

NWNMP协议利用了SNMP协议的信息框架,通过较简单的操作原语与命令标志的组合完成各种管理信息的传输,操作原语简单,易实现,节省信道资源。NWNMP协议支持以下4种操作原语：

①Get：查询操作,包括查询配置信息、查询性能数据、查询故障信息等;

②GetResponse：查询响应操作;

③Set：设置操作,设置设备配置参数等;

④Report：上报操作,如参数变化上报、故障实时上报、性能采集上报等。

1.3 传输机制

网管信息在无线窄带信道下传输,必须保证管理信息的可靠传输,才能确保网管系统的管理功能正常运行。NWNMP协议在信息传输过程中采用多种处理措施以确保网管信息的可靠传输,主要包括信息块压缩、确认+超时重发、报文的自适应调整处理和检错处理。这些传输措施分别应用于管理信息的发送、接收、响应等过程中,可保证管理信息在误码率较高的无线信道下的可靠传输。具体应用流程分2种情况：

(1)未超时信息成功传输流程

协议发送端设置超时定时器,设置2次超时重发。发送者将发送信息正文进行压缩处理后,对报文中正文长度和正文内容计算校验和,然后将经过处理的信息发送给接收者,接收者根据校验和检查信息正确性,如果正确则对信息块解压处理,并将确认信息或处理结果返回给发送者。发送者在超时时间内接收到返回信息,则认为发送命令信息传输成功,传输流程如图1所示。

图1 信息发送正确未超时情况下传输流程

(2)超时未成功传输自适应调整流程

发送端在发出信息后,经过2次超时重发,仍未收到确认或响应信息时,发送端则认为信息发送失败,采取报文长度自适应调整方法。按照典型被管网络配置,根据各类管理信息的报文长度,小数据量报文平均长度为200字节,每个报文最大传输字节数为1 500,当大数据量信息传送时,如果大于1 500则需分片传输。报文自适应调整的实现方法是：首先判断发送的报文正文长度是否＞200字节,如果大于200字节则将报文进行分片传输,每个分片正文长度均小于等于200字节,且分片的帧号一致,便于接收端将分片全部接收后统一处理。传输流程如图2所示。

图2 超时未收到确认或响应时信息传输流程

1.4 安全处理措施

网管系统中需要交互大量的管理信息,其中不乏是涉及通信网络命脉的重要信息,尤其是在无线信道中传输,更应确保网络管理系统各种管理信息的安全性,数据加密是一种较有效安全保密措施,NWNMP采用了对管理信息正文进行加密的方法,具体流程：

命令发起方确定是否需要对信息进行加密,如果需要加密,则对正文信息块进行加密处理,将加密后的协议帧发送给命令接收方;如果不需要加密,则将报文头中ET置0后,直接将协议帧发送给命令接收方。

命令接收方收到命令后,先解析协议帧的标识部分,判断ET值,如果为“00H”(不加密),则无需解密处理;否则,需要先对正文信息块进行解密处理。

2 NWNMP协议仿真试验

NWNMP协议在无线信道环境下进行仿真试验,对NWNMP协议进行了各项管理功能的试验,包括拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管理、用户管理及安全管理功能。另外对NWNMP协议进行了性能测试,验证该协议在窄带无线信道下的适用性。

测试过程及结果：

①在无线通信网络环境下,设置2个网管站,每个网管站有一个被管设备,分别在2个网管站之间和网管站与被管设备间进行管理仿真,传输支持的管理信息,通过试验验证了NWNMP协议能够完成各种管理功能管理信息的正确传输;

②分别以2种协议包长传输管理信息,在不同传输速率下测试不同长度的协议包的收包情况。协议包长分别以200字节和1 500字节进行试验,测试速率分别为38 400 bps和19200 bps。此项试验数据分别见表2、表3、表4和表5,其收包时延单位均为ms。

表2 速率为38 400 bps下包长为200的收包时延

表3 速率为38 400 bps下包长为1 500的收包时延

表4 速率为19 200 bps下包长为200的收包时延

表5 速率为19 200 bps下包长为1 500的收包时延

通过试验验证了NWNMP协议在误码率低于1×10-4时能够正确收发,但在包长较大、传输速率较低的情况下,数据包传输时延较长,通过确认+超时重发机制以及自适应技术能够有效解决这一问题,在误码率大于等于1×10-3时,通过协议帧中的校验代码和能够检测出收到的协议帧数据有误,但无线通信网的传输系统一般能提供优于1×10-3的传输环境,因此,该管理协议能满足管理需要。

3 结束语

NWNMP协议基于流行的标准协议的传输管理思想,针对窄带无线信道传输特点进行设计。采用专用协议组包格式,能够定义各种管理操作和管理信息格式。通过在无线网络环境下进行的NWNMP协议仿真试验,验证了该协议在信道误码率低于1×10-4,且信道带宽较窄的情况下能够满足无线信道环境下对网络管理协议的功能及性能指标要求,能够较好地适应无线网络环境,从而保证各种网管信息的安全传输。该管理协议的设计思想可应用于军事无线通信网络中的管理协议设计。

[1]ITU-T.CORBA-based TMN services.Q.816[S],2001.

[2]ITU-T.Open SystemsInterconnections-Structure of management information：Definition of management information.X.721[S],1992(ISO/IEC 10165-2).

[3]ITU-T.TMN guidelines for defining CORBA managed objects.X.780[S],2001.

[4][美]OMG编著.CORBA系统结构、原理与规范[M].韦乐平,薛君敖,孟洛明译.北京：电子工业出版社,2000.