結(jié)合事件觸發(fā)的層次型分布式DVB-RCS網(wǎng)絡(luò)管理

高 鑫,王祖林,郭旭靜

(北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院,北京 100191)

1 引 言

在全球商務(wù)活動和人們對信息無止境追求的Internet時代背景下,歐洲電信標準協(xié)會發(fā)布了DVB-RCS(Digital Video Broadcasting-Return Channel via Satellite)衛(wèi)星通信標準[1],支持交互式多媒體業(yè)務(wù)的傳輸,標志著寬帶衛(wèi)星通信進入一個新時代。在DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)中,網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)占據(jù)了相當重要的地位,是整個網(wǎng)絡(luò)的“心臟”和“神經(jīng)中樞”。NMS完成對網(wǎng)絡(luò)中回傳信道衛(wèi)星終端(RCST)、網(wǎng)關(guān)站、業(yè)務(wù)提供站運行狀態(tài)的監(jiān)視和控制,保證網(wǎng)絡(luò)有效、可靠、安全、經(jīng)濟地提供服務(wù)。

目前,關(guān)于DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理的研究國內(nèi)外學(xué)者還未形成具體的研究思路和體系。由于網(wǎng)絡(luò)管理在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信體制上具有相似性,使得衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理可以借鑒陸地網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)并結(jié)合衛(wèi)星通信的特點來展開,但都是從管理策略與協(xié)議這一宏觀角度來進行[2,3]。而針對NMS中具體管理任務(wù)的研究方案目前還未開展,或者僅研究技術(shù)本身而沒有將其應(yīng)用至衛(wèi)星通信的NMS。

NMS通常采用管理者輪詢代理以及代理主動向管理者報告的監(jiān)測方法[4],是一種主被動結(jié)合的管理機制。因此,本文結(jié)合DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)的特點提出結(jié)合事件觸發(fā)機制的主被動網(wǎng)絡(luò)管理機制。事件觸發(fā)是一種由管理者根據(jù)RCST終端的狀態(tài)來決定的管理方案,從而實現(xiàn)對DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)的高效管理。同時,利用結(jié)合事件觸發(fā)機制的主被動管理機制設(shè)計了一種基于Web的層次型分布式NMS,并舉例分析針對不同類型管理消息包的處理方式。

2 DVB-RCS網(wǎng)絡(luò)管理機制

2.1 網(wǎng)絡(luò)管理機制的組成部分

網(wǎng)絡(luò)管理機制是NMS的核心組成部分,是建立網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議和具體管理技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ),決定了整個NMS的管理效率。DVB-RCS網(wǎng)絡(luò)管理存在3種管理機制:事件觸發(fā)機制、主動報告機制和被動輪詢機制。每一類管理機制針對特定的管理對象,構(gòu)成了NMS的管理框架。網(wǎng)絡(luò)管理機制的組成如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)管理機制的組成Fig.1 Component of network management mechanism

管理員人工觸發(fā)長狀態(tài)報告通常由管理員設(shè)置一定的管理規(guī)則,使RCST終端遵循這些規(guī)則來上報狀態(tài)消息包。交互式觸發(fā)機制根據(jù)引起RCST終端狀態(tài)發(fā)生變化的事件來決定NMS需要采取的管理行動。事件觸發(fā)機制可以根據(jù)主動報告和被動輪詢的結(jié)果來觸發(fā)管理事件的執(zhí)行,只有RCST終端出現(xiàn)狀態(tài)變化的情況下才可能執(zhí)行主動報告。被動輪詢機制影響網(wǎng)絡(luò)控制信道帶寬的利用率,如果周期太短,消耗的帶寬資源過大;如果太長則無法監(jiān)控到一些具體狀態(tài)變化信息。事件觸發(fā)機制可以根據(jù)以上主被動機制采集的結(jié)果來執(zhí)行,例如通過主動輪詢發(fā)現(xiàn)某個RCST終端性能參數(shù)不正常,那么這時可以啟動事件觸發(fā)機制,相當于只針對可能存在故障的RCST終端縮小被動輪詢周期,而不改變處于正常狀態(tài)RCST終端的輪詢周期。

2.2 事件觸發(fā)機制

(1)管理員人工觸發(fā)長狀態(tài)報告

在管理員人工觸發(fā)長狀態(tài)報告中,管理員可以基于此機制實現(xiàn)建立監(jiān)測任務(wù)來監(jiān)測RCST終端某一方面的性能參數(shù)。監(jiān)測任務(wù)是管理員在NMS管理界面中設(shè)置NMS按照一定時間間隔采集RCST終端設(shè)備性能參數(shù)的事件。管理員設(shè)置監(jiān)測任務(wù)之后等于觸發(fā)了性能參數(shù)采集這一事件,同時被監(jiān)測的RCST終端執(zhí)行管理員設(shè)置的觸發(fā)事件,從而按照預(yù)先設(shè)定的時間間隔上報性能參數(shù)值。

(2)交互式事件觸發(fā)機制

這是一種基于RCST終端所發(fā)送管理消息包的類型來執(zhí)行相應(yīng)ACK確認的事件觸發(fā)機制。NMS收到RCST終端發(fā)送管理消息包后對該消息包按照預(yù)先約定的格式做解析,對于不同的請求采取不同的操作:若是業(yè)務(wù)類事件,則開啟相應(yīng)的業(yè)務(wù),發(fā)送ACK確認;若是管理類事件,則進行相應(yīng)的設(shè)置,發(fā)送ACK確認。RCST終端收到消息后要么是進行相應(yīng)的處理(如存入數(shù)據(jù)庫),要么給NMS返回ACK確認。

交互式事件觸發(fā)機制中,業(yè)務(wù)類事件包括時隙請求,管理類事件包括RCST終端配置確認和RCST終端會話建立,如圖2所示。

圖2 交互式事件觸發(fā)機制組成Fig.2 Component of interactive event-triggered mechanism

關(guān)于RCST終端配置確認,管理員通過NMS的管理界面輸入待配置入網(wǎng)RCST終端的配置參數(shù),將配置結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫,這時RCST沒有真正配置入網(wǎng)。NMS檢測出已經(jīng)完成參數(shù)保存的RCST終端,向其發(fā)送配置請求ACK確認,之后RCST終端將ACK確認返回至NMS,表示RCST終端配置完成。

關(guān)于RCST終端會話建立,首先由RCST終端發(fā)送登錄請求,并在請求中設(shè)置MAC地址和需要開啟的業(yè)務(wù),例如是否執(zhí)行安全機制、是否支持MPEG2傳輸流和ATM等。NMS收到消息之后向該RCST終端發(fā)送ACK確認,使RCST終端獲得網(wǎng)絡(luò)參考時鐘,之后RCST終端回復(fù)ACK確認,完成了時鐘同步。如果RCST終端在規(guī)定的時間內(nèi)未收到ACK確認,則間隔一段時間之后重新發(fā)送登錄請求。

關(guān)于時隙請求,RCST終端以超幀周期為間隔將時隙請求值寫入CR(Capacity Request)字段中,NMS將調(diào)度結(jié)果寫入終端突發(fā)時間計劃(TBTP)指令中,并將其廣播至整個網(wǎng)絡(luò)的RCST終端。RCST終端接收到TBTP指令之后,讀取其所獲得時隙在超幀中的位置,并在對應(yīng)時刻發(fā)送突發(fā)業(yè)務(wù)流。

2.3 主動報告機制

RCST終端向NMS發(fā)送短狀態(tài)報告。

RCST終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)鏈路等被管理對象發(fā)生故障或參數(shù)變更時,代理自動地將SNMP陷井報文(Trap)發(fā)送至NMS。這是代理自動發(fā)送給管理者的非請求消息,是一種無需管理者干預(yù)的事件。

2.4 被動輪詢機制

(1)NMS以輪詢機制采集RCST終端狀態(tài)

主要包括RCST終端狀態(tài)采集和RCST終端會話保持監(jiān)測兩方面。在RCST終端狀態(tài)采集方面,管理者一般采用固定周期輪詢的方式,獲得所轄域內(nèi)被管理對象的狀態(tài)信息。RCST終端狀態(tài)采集主要防止在主動報告機制中采用不可靠的UDP協(xié)議而導(dǎo)致Trap丟失,通常與Trap主動報告機制結(jié)合來應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的故障管理。在RCST終端會話保持監(jiān)測方面,RCST終端會話建立之后,NMS需要每隔一段時間向RCST終端發(fā)送會話保持消息。如果從對應(yīng)RCST終端收到ACK確認,則NMS認為RCST終端處于會話中;如果規(guī)定時間內(nèi)未收到ACK確認,則重新發(fā)送會話保持消息,發(fā)送3次之后未收到ACK確認,則認為RCST終端的會話中斷,NMS將其從登錄RCST終端表中刪除。

(2)NMS周期性地執(zhí)行管理事件處理,包括周期性解析計費文件

NMS周期地以輪詢方式讀取路由器拋出的Netflow計費文件[5],并對其解析,從中讀取RCST終端的流量信息,結(jié)合時段費率和單價,計算費用結(jié)果并保存至NMS的數(shù)據(jù)庫中。

3 DVB-RCS網(wǎng)絡(luò)管理

3.1 網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

定義1:由若干個RCST終端組成的一個工作單元稱為終端用戶組。通常這些RCST終端的地理位置相近,接入同一個網(wǎng)關(guān)站。

DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)的NMS為基于Web的分布式網(wǎng)絡(luò)管理,采用層次型分布式體系結(jié)構(gòu)。層次型體系結(jié)構(gòu)[6]是指多層次錐型結(jié)構(gòu),包括一個頂層管理者、多個中間層管理者(代理充當中間層管理者)和被管理對象,如圖3所示。中間層管理者承擔雙重角色:下層被管理對象的管理者和頂層管理者的代理,各個管理者通過相互協(xié)作實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理功能。

圖3 層次型體系結(jié)構(gòu)Fig.3 The hierarchical structure

選擇層次型體系結(jié)構(gòu)的原因包括兩點。

(1)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)管理的分布程度和系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜程度的折衷,既具有管理的分布性,又降低了NMS實現(xiàn)的復(fù)雜性,是一種對大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進行有效管理、實用性強的解決方案。

(2)在DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)中,一個終端用戶組對應(yīng)一個網(wǎng)關(guān)站,負責組內(nèi)RCST終端的接入。網(wǎng)關(guān)站通常位于地面網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋的區(qū)域,因此這些網(wǎng)關(guān)站通過地面網(wǎng)絡(luò)連接至站。DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)與層次型分布式體系結(jié)構(gòu)對應(yīng),每個網(wǎng)關(guān)站對應(yīng)一個子管理者,管理一個網(wǎng)關(guān)站對應(yīng)終端用戶組所包括的RCST終端。

基于Web的網(wǎng)絡(luò)管理[7]通過在NMS中引入Web服務(wù)器,使管理人員能夠在任何地點都可以通過Web瀏覽器對網(wǎng)絡(luò)進行管理,解決了SNMP模型中管理員活動范圍受限的問題?；赪eb網(wǎng)絡(luò)管理允許通過Web瀏覽器執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理,在一個內(nèi)部工作站上運行Web服務(wù)器,這個工作站同時也作為管理者,通過瀏覽器用戶與管理者之間的通信來傳遞管理信息。在這種方式下,NMS成為操作系統(tǒng)中的一個應(yīng)用平臺,介于瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間。在管理過程中,NMS負責將收集到的網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)傳送到Web瀏覽器,并將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(如SNMP)轉(zhuǎn)換成Web協(xié)議(如HTTP)。因此,將分布式網(wǎng)絡(luò)管理和Web結(jié)合起來,將兩者的優(yōu)點結(jié)合在一起,使分布式網(wǎng)絡(luò)管理和基于Web的網(wǎng)絡(luò)管理互相彌補了缺陷,既克服了集中式網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)的缺點,又解決了管理員活動范圍受限的問題。

3.2 網(wǎng)絡(luò)管理的消息處理

DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理是基于NMS完成的。鑒于DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)的混合型拓撲結(jié)構(gòu)以及按需分配多址接入(DAMA)協(xié)議的特點,NMS還要承擔帶寬資源管理的功能。DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)的NMS包括配置管理、性能管理、故障管理、用戶管理、計費管理和資源管理6個管理模塊。

DVB-RCS網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的消息包類型如表1所示。NMS通過接口采集這些消息包,消息總線根據(jù)消息的類型發(fā)送至對應(yīng)的管理模塊,由對應(yīng)的管理模塊來處理。這些消息包作為網(wǎng)絡(luò)管理的數(shù)據(jù)源,NMS基于這些數(shù)據(jù)源實現(xiàn)RCST終端狀態(tài)的監(jiān)視與控制。處理消息包之后,有4種響應(yīng)形式供NMS選擇,如表2所示。NMS針對消息包可以采用4種響應(yīng)中的一種或多種。

表1 DVB-RCS網(wǎng)絡(luò)管理消息包類型Table 1 Message package type in DVB-RCS NMS

表2 消息包響應(yīng)類型Table 2 Message package response type

DVB-RCS網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的具體管理方案為:對性能數(shù)據(jù)采集消息包執(zhí)行響應(yīng)1和4;對時隙請求消息包執(zhí)行響應(yīng)3;對配置確認消息包執(zhí)行響應(yīng)1和2;對會話建立請求消息包執(zhí)行響應(yīng)2、3、4;對設(shè)備故障Trap執(zhí)行響應(yīng)1、3、4;對狀態(tài)報告消息包執(zhí)行響應(yīng)3和4;對解析Netflow計費文件執(zhí)行響應(yīng)1。

具有權(quán)限的管理員通過Web界面設(shè)置計費費率,查詢RCST終端用戶的計費信息、歷史告警信息、RCST終端性能參數(shù)統(tǒng)計,修改RCST終端的配置參數(shù)。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)的特點,提出了一種結(jié)合事件觸發(fā)機制的主被動DVB-RCS衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理機制。利用此管理機制設(shè)計了基于Web的層次型分布式NMS,實現(xiàn)了針對不同類型的管理消息包來采取不同管理方案的機制。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理研究相比,較全面地給出了針對具體管理任務(wù)的管理思路與處理方法,具有重要的實際應(yīng)用價值。

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