SNMP在卫星通信视频传输中的应用

陈福钢，蔡 青，马中海

（南京熊猫汉达科技有限公司，南京 210014）

SNMP在卫星通信视频传输中的应用

陈福钢，蔡 青，马中海

（南京熊猫汉达科技有限公司，南京 210014）

本文研究的基于IP承载的卫星通信系统，引入了SNMP协议管理卫星网络中的图像编解码设备，具备了参数自动配置、状态监控和故障报警等功能。

SNMP；优先级；拥塞控制；卫星通信

1 引言

传统的多媒体卫星通信网络中，图像编解码器的传输速率、通信端口、视频编解码、音频编解码等参数是事先敲定或临时协商的，任一终端不可随意更改。本文引入了SNMP协议，通过SNMP查询和设置卫星通信网络中支持SNMP的设备（如图像编解码器）的参数，这样既便于用户管理通信对象的信息，又便于故障排查和问题的及时解决，确保了网络的良好运行。

2 SNMP协议简介

简单网络管理协议（SNMP）的拟制工作始于1987年，其基础是SGMP。1990年5月，RFC1157定义了SNMP的第一个版本SNMPv1。结合RFC1157和管理信息的RFC1150，提出了一种监控和管理计算机网络的系统方法。由于SNMP简单和易于实现，SNMP得到广泛应用，并成为网络管理的事实上的标准。

由于SNMPv1本身缺乏一个较完备的体系结构，且其安全性较差，SNMP在90年代初得到迅猛发展的同时，也暴露出明显的不足。1993年4月，关于SNMP第2版标准的工作由Internet工作组完成，并提交给IETF验收，这些标准公布在RFC1441-1452中。SNMPv2包含了两个明显的改进：协议本身和安全方面。

尽管SNMPv2对前一版本做了大量的改进，总体管理能力上有了极大的增强，也得到广泛的应用。但是，其安全性方面仍然没有得到提高，仍然使用了SNMPv1的以明文发送共同体的身份验证方式。为了弥补这个不足，IETFSNMPv3工作组在1998年发布了RFC2271-2275，正式形成SNMPv3。SNMPv3定义了包含SNMPv1、SNMPv2所有功能在内的体系框架和包含鉴权服务和加密服务在内的全新的安全机制，同时还规定了一套专门的网络安全和访问控制规则。因此，SNMPv3是在SNMPv1和SNMPv2基础上对SNMP的扩展，它的推出解决了管理机制和安全性这两个主要的问题，同时提供了一个可以扩充的模块化体系结构[1]。

图1 SNMP网络管理体系结构

本文讨论的基于SNMP协议的网络管理系统采用Manager/Agent结构，如图1所示。通过具体的功能模块，可将异种网络设备统一到该网络管理体系结构中。基于Manager/Agent结构的通用网络管理模式，主要分为两部分，即管理端（Manager）和代理端（Agent）。代理端驻留在被管理的设备上，实时监控和采集被管理设备上的管理信息；而管理端软件运行在一台PC机上，拥有一套数据分析、故障发现等能力，能够将网络管理员的命令转换成对远程网络元素（代理端管理元素）的监视和控制。管理端和代理端之间的通信是基于SNMP协议进行的，SNMP协议规定了被管代理与管理软件之间信息交互的动作规则和数据格式。在SNMP协议中，所支持的操作主要包括对被管变量的查询、设置和修改，四类常用的操作如下所述：Get由管理站去获取代理的MIB对象；Set由管理站去设置代理的MIB对象；Trap使得代理能够向管理站通告重要事件；Get-response：被管理结点对管理站Get和Set操作的响应。

SNMP网络管理中，管理站和被管代理之间是一对多的关系：管理站可以访问多个被管代理的MIB对象，并且接收来自多个代理的Trap。同时，被管代理和管理站之间也是一对多的关系：每个被管代理管理着自己本地的MIB，因此它必须能够控制许多管理站对它的MIB的使用。如果存在许多管理站，被管代理必须保护本地的MIB，避免未经授权的访问[2]。

3 SNMP视频管理系统设计

传统的卫星通信网络中，各设备的参数与状态仅局限于本地，其通信对象的参数与状态无法获取。通信时各终端只能配置成既定的参数，如需临时修改还需与对端设备进行协商，缺乏机动性和灵活性。一旦视频传输出现异常，网络设备只能监测到本地的异常状态，而无法获知通信对象的异常信息，这不便于用户使用。为了解决上述问题，本文采用SNMP协议进行卫星通信网络管理。

SNMPv2提供了分布式网络管理操作，即网元具有管理者和代理者的双重身份。虽然SNMPv3在安全性方面得到了极大的改善，但是它具有比SNMPv2更长的消息长度，带来相比SNMPv2高达1.7倍的网络流量和2倍的计算时间，增加了系统资源的消耗。同时，SNMPv3需要占用数兆的内存空间，考虑到卫星资源有限，若采用SNMPv3可能会造成资源浪费[3]。因此，本文采用了SNMPv2协议。

3.1 系统工作原理

图2 SNMP网络管理系统工作原理

如图2所示，站控设备根据呼叫号码可以查询到通信对象的图编IP和地球站IP，若用户在站控计算机上发起呼叫，建链成功后站控计算机可以把设置对端地球站或图编的参数打成SNMP包，通过交换机发送到地球站，地球站再将SNMP包通过卫星信道发送至对端地球站，对端地球站解析SNMP包之后，把发给自己的包交给SNMP协议层处理，其他的包就发到交换机上，这样图编就完成了对端站控的SNMP参数配置。若一端图编出现告警，也会把告警信息打包成SNMP Trap信息，经交换机、地球站、卫星信道和对端地球站，传输到对端站控计算机，这样站控计算机就能通过SNMP监测到对端图编的故障信息。

3.2 可靠性传输

SNMP包的传输层采用的是UDP协议，而UDP协议是面向无连接的，无法确保报文正确地到达目的地，再加上卫星网络时延较大、传输性能起伏大、误码率偏高以及传输数据量不对称等特点，从而无法确保网管数据及时到达目的地，因此在应用层上建立可靠的传输机制显得尤为重要。

（1）卫星信道拥塞控制。为了确保SNMP数据能在卫星信道中顺利传输，首先要防止卫星信道出现拥塞。假设卫星信道的总带宽为A，图编的视频速率为B，信道剩余带宽则为A-B。因此，控制SNMP数据和其他网络数据的总带宽小于A-B，就保证了卫星信道数据不会出现拥塞。

（2）SNMP数据优先。由于卫星信道的时延很大，数据在空中传输的时间可达500多毫秒。视频数据、SNMP数据及其他网络数据同时在卫星信道传输，其中SNMP数据量相对较少，只有在卫星信道建链成功或用户设置时发送一次控制SNMP，用户查询对端状态时发送查询SNMP，代理端有故障或告警时发送SNMPTrap。因此，为了保证SNMP的可靠传输，可将SNMP数据放到优先级较高的传输队列中。

（3）SNMP重传机制。在SNMP协议中，当SNMP代理端收到Get数据报或Set数据报时，需要使用Response PDU进行响应。若管理端在一定时间内没有收到Response PDU，就需要进行超时重传。因为UDP协议不具备超时重传的特性，所以可在传输层上加入超时重传机制，结合卫星信道的特点，超时重传时间取为3秒，超时重传次数设置为3次。

（4）SNMP故障信息优先级。在SNMPv2中，当代理故障发生时，可以通过发送Trap或InformRequest两种方式向管理端上报故障[4]，这两种方式存在着区别。当代理发送Trap时，管理端在接收到Trap时不会向代理发送确认信息，这样发送者无法知道Trap是否被正确接收；当代理发送InformRequest时，管理端收到后会发送Response确认，这样可以确保InformRequest正确到达接收端。在卫星通信网络中使用这两种方式时，各有利弊。

InformRequest虽然可以确保trap正确到达管理端，但InformRequest可能会被重复发送，这将会增加网络流量，增加网络额外的开销，这个问题在卫星通信系统中显得尤为突出。Trap虽然是不可靠传输，但是它消耗更少的卫星网络资源。因此，在选择Trap或InformRequest时，需要根据可靠性要求和系统资源状况统筹考虑。基于以上分析，在卫星通信网络中，我们可以制定相应的trap消息发送策略，首先将代理可能出现的故障划分等级，可以分为严重和一般，严重的故障可以使用InformRequest进行发送。对于一般的故障可以使用Trap发送，这样就可以在可靠性要求和系统资源状况之间进行很好的折中。

4 结束语

本文采用了SNMP协议作为卫星网管开发协议，针对卫星信道的通信特点，对SNMP协议进行了修改，主要通过修改应用层协议来适应卫星信道环境，确保SNMP信令能优先可靠的在卫星信道上传输。建链成功后，站控可以通过卫星信道，控制另一端信道和图编的参数，查询状态信息，接收报警和故障信息，能方便掌握整个通道的状态，极大地方便了用户的使用。

[1] 林伟军．基于SNMP的网络管理系统设计与实现[D]．浙江大学，2005:8-9

[2] 黄勇．SNMP网络管理系统的设计与实现[D]．电子科技大学，2003:9

[3] 姜月秋，冯永新，刘治国等．基于卫星综合信息网的网络管理模型[J]．东北大学学报，2003，24(01): 15-18

[4] W Richard Stecens．TCP/IP详解卷一：协议[M]．北京：机械工业出版社，2000.4

Application of SNMP in Satellite Communication Video Transmission

Chen Fugang, Cai Qing, Ma Zonghai
（Nanjing Panda Handa Technology Co., LTD., Nanjing, 210014）

In this paper, the satellite communication system based on IP is studied,in which the SNMP(Simple Network Management Protocol) is introduced to manageimage codecsfor realizingautomatic configuration of parameters, status monitoring and fault alarm.

SNMP; Priority; Congestion Control; Satellite Communication

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.003

TN927+.2文献标示码：A

1672-7274（2017）08-0008-03

陈福钢，男，硕士，工程师，研究方向为卫星通信系统。

蔡 青，女，硕士，高级工程师，研究方向为卫星通信产品。

马中海，男，硕士，工程师，研究方向为卫星通信软件。