協(xié)議庫在直放站監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

敖 姣，周祖望

(1.武漢郵電科學(xué)研究院，湖北武漢430074;2.武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北武漢430074)

隨著移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，直放站在移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。直放站的這種廣泛應(yīng)用性使得如果直放站設(shè)備出現(xiàn)故障，將可能會對整個通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此，需要對直放站進(jìn)行監(jiān)控［1］。然而，由于直放站不僅協(xié)議眾多，而且設(shè)備類型豐富，急需一種強(qiáng)大的協(xié)議庫來支持對直放站設(shè)備的監(jiān)控［2］。本文借助C#開發(fā)平臺，提出了一種支持協(xié)議庫的三層結(jié)構(gòu)交互通信的軟件設(shè)計(jì)方案，將現(xiàn)行的直放站綜合網(wǎng)管監(jiān)控協(xié)議［3］，如 3G 標(biāo)準(zhǔn)(TD－SCDMA，CDMA2000，WCDMA)與2G標(biāo)準(zhǔn)(GSM，CDMA等)融合起來，并能靈活擴(kuò)展與兼容4G標(biāo)準(zhǔn)(LTE)，以便快速實(shí)現(xiàn)對直放站各項(xiàng)參量的檢測。并且，通過調(diào)用協(xié)議庫統(tǒng)一的接口，也可實(shí)現(xiàn)各種直放站網(wǎng)管平臺及自動化測試平臺的協(xié)議需求，具有較強(qiáng)的獨(dú)立性、移植性和擴(kuò)展性。

1 直放站監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

1.1 硬件設(shè)計(jì)

由于直放站不僅生產(chǎn)廠家眾多，而且設(shè)備類型豐富，例如有移頻直放站、選頻直放站、寬帶直放站、光纖直放站等［4］。然而，直放站監(jiān)控系統(tǒng)硬件模塊功能差異不大，本設(shè)計(jì)針對常用直放站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行論述和分析，其硬件基本流程如圖1所示。

圖1 直放站監(jiān)控系統(tǒng)硬件流程圖

圖1中，監(jiān)控芯片采集到直放站各功能模板狀態(tài)，如電流、電壓、溫度和功率等信息，將此模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過通信模塊接口傳輸?shù)絇C機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及顯示。同樣，PC機(jī)可設(shè)置各種參數(shù)，通過通信鏈路傳輸給監(jiān)控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)量分發(fā)給各個功能模塊，實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)控制各模塊的功能。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

直放站監(jiān)控系統(tǒng)采用分層的設(shè)計(jì)思想［5］，將軟件從總體上分為3層：界面顯示層、數(shù)據(jù)處理層和業(yè)務(wù)邏輯層，實(shí)現(xiàn)了各層之間的交互通信，如圖2所示。

圖2 直放站監(jiān)控系統(tǒng)3層結(jié)構(gòu)圖

業(yè)務(wù)邏輯層支持協(xié)議庫接口，主要負(fù)責(zé)各種協(xié)議的處理，包括數(shù)據(jù)幀的打包和解析、調(diào)測模板配置等。數(shù)據(jù)處理層主要用于處理數(shù)據(jù)庫相關(guān)業(yè)務(wù)，如各種監(jiān)控參量的存儲、加載、查詢以及監(jiān)控參量的處理等。界面顯示層主要負(fù)責(zé)處理用戶界面實(shí)物，是程序與用戶交互的接口，接收用戶的各種輸入，處理后返回結(jié)果顯示給用戶。

本直放站監(jiān)控系統(tǒng)可采用2種方式進(jìn)行操作，即聯(lián)機(jī)方式和模板方式，其處理流程圖如圖3所示。

圖3 直放站監(jiān)控系統(tǒng)處理流程圖

其中，聯(lián)機(jī)方式是在對直放站設(shè)備的監(jiān)控協(xié)議不知曉的情況下進(jìn)行，從而確定其協(xié)議類型。此過程需要多次調(diào)用協(xié)議庫接口進(jìn)行不同協(xié)議的組幀，通過直放站設(shè)備對不同協(xié)議幀的回應(yīng)解析出該設(shè)備的協(xié)議類型。并且，發(fā)送數(shù)據(jù)幀和接收幀由獨(dú)立的線程控制。當(dāng)直放站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出組幀命令時(shí)，發(fā)送線程立即觸發(fā)寫入事件并存儲在發(fā)送序列中，減少了多次組幀造成的時(shí)延，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。直放站監(jiān)控系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，立即將數(shù)據(jù)流寫入接收序列并執(zhí)行讀取事件，并調(diào)用協(xié)議庫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，則保證了上報(bào)參量及告警參量的狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測及遠(yuǎn)程升級數(shù)據(jù)包的時(shí)延要求［6］。

2 協(xié)議庫的設(shè)計(jì)

協(xié)議庫設(shè)計(jì)的目的是為了將各大運(yùn)營商不同制式的直放站監(jiān)控協(xié)議統(tǒng)一起來，使直放站監(jiān)控系統(tǒng)在協(xié)議層形成一個透明調(diào)用和訪問的統(tǒng)一接口，其內(nèi)部可以兼容多種協(xié)議，并且協(xié)議種類可以進(jìn)行擴(kuò)展，每種協(xié)議獨(dú)立形成一個協(xié)議單元，由總接口進(jìn)行不同協(xié)議單元的調(diào)度管理和派發(fā)。每種協(xié)議的具體功能實(shí)現(xiàn)在各協(xié)議單元內(nèi)封裝，保持完全獨(dú)立。接口一旦被確定，就不需要再進(jìn)行更改，從而保證接口的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

2.1 協(xié)議庫設(shè)計(jì)方案

協(xié)議庫實(shí)現(xiàn)對協(xié)議層細(xì)節(jié)內(nèi)容的封裝，使直放站監(jiān)控系統(tǒng)與協(xié)議層隔離屏蔽開來，即直放站監(jiān)控系統(tǒng)不需要了解相關(guān)協(xié)議的具體格式規(guī)范和定義，任何需要協(xié)議組幀、解幀、判斷的地方，都只需按照一個統(tǒng)一邏輯的訪問形式，傳遞必要的協(xié)議數(shù)據(jù)及相關(guān)信息給協(xié)議庫，協(xié)議庫就能夠完成功能。協(xié)議庫處理流程如圖4所示。

圖4 協(xié)議庫處理流程圖

協(xié)議類模塊定義了基類接口，各具體協(xié)議通過繼承該基類接口，達(dá)到對外統(tǒng)一的目的，即僅調(diào)用接口就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的組幀和解析等功能。

2.2 協(xié)議庫組幀及解析

協(xié)議幀的每個格式單元均定義為獨(dú)立的變量類型，如命令標(biāo)識定義為枚舉類型(上報(bào)為01、查詢?yōu)?2、設(shè)置為03等)，通過調(diào)用協(xié)議類模塊組幀接口，將外部傳遞進(jìn)來的原始參數(shù)，如協(xié)議類型、通信方式、操作方式、站點(diǎn)編號、設(shè)備編號、設(shè)備類型及參量數(shù)據(jù)等，按照要求的協(xié)議，封裝為符合指定協(xié)議規(guī)范的協(xié)議幀，并輸出協(xié)議數(shù)據(jù)幀。協(xié)議解析則是將外部傳遞進(jìn)來的原始數(shù)據(jù)幀，解析成為參數(shù)列表形式并輸出。

根據(jù)各協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的相似之處，將協(xié)議類型大致分為兩種：類移動3G協(xié)議、類聯(lián)通GSM1.0協(xié)議。類移動3G 協(xié)議包括移動 GSM1.0、TD －SCDMA、電信 CDMA2000、聯(lián)通新監(jiān)控協(xié)議(以WCDMA為主)等;類聯(lián)通GSM1.0 協(xié)議包括聯(lián)通 GSM1.0、聯(lián)通 CDMA 等［7］。由此可將解析協(xié)議幀分為2個步驟：1)從數(shù)據(jù)流中找到一個匹配的協(xié)議幀，包括查找?guī)^和幀尾字節(jié)，判斷校驗(yàn)和正確及命令體長度正確等;2)解析出命令體后，通過調(diào)用解析算法可以解析出協(xié)議幀命令體中的內(nèi)容，把解析出來的參數(shù)對象放置到參數(shù)容器中。此解析過程提高了系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力，通過預(yù)判斷能夠丟棄大量無用數(shù)據(jù)，減少了解析處理消耗的系統(tǒng)資源。協(xié)議解析流程如圖5所示。

圖5 協(xié)議庫幀解析流程圖

3 協(xié)議流的控制

為減少數(shù)據(jù)組幀及解析帶來的時(shí)延，保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳遞能力，將協(xié)議流分為發(fā)送和接收兩部分，采用多線程控制的方式控制發(fā)送和接收序列進(jìn)行協(xié)議流的入隊(duì)與出隊(duì)。

發(fā)送序列及線程的定義如下：

自行研制的DHG-9240A型熱風(fēng)干燥試驗(yàn)裝置；上海光正醫(yī)療儀器有限公司的YP6102型電子天平，其分度值為0.01g。

發(fā)送序列幀入隊(duì)由發(fā)送線程控制，其目的主要是存儲與管理待發(fā)送的協(xié)議幀，并采用線程控制避免擁塞。在構(gòu)造函數(shù)中初始化各線程的狀態(tài)，發(fā)送線程控制通信接口事件，如通過封裝串口通信方式下采用的SerialPort類自帶DataReceived()事件接收協(xié)議流，并將接收協(xié)議流寫入接收序列中。接收序列幀出隊(duì)由接收線程控制，實(shí)現(xiàn)過程與入隊(duì)大同小異。值得注意的是，接收序列需考慮是否協(xié)議幀分多次入隊(duì)，即需判斷是否收到完整的協(xié)議幀。

4 測試

直放站監(jiān)控系統(tǒng)主界面包含設(shè)備類型模板窗口、調(diào)測模板通信配置窗口、調(diào)測日志窗口和參數(shù)窗口，見圖6。

圖6 直放站監(jiān)控系統(tǒng)主界面圖

設(shè)備聯(lián)機(jī)后會在設(shè)備類型模板窗口中自動生成測試模板。同時(shí)在調(diào)測模板通信配置窗口中，協(xié)議類型顯示為當(dāng)前的協(xié)議類型。若待測設(shè)備所支持的協(xié)議類型是類移動3G協(xié)議，如設(shè)備類型為：中國聯(lián)通新監(jiān)控協(xié)議(即WCDMA協(xié)議)，如圖7所示。

對不同協(xié)議的直放站設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)的測試均包括：配置管理功能測試、告警管理功能測試和遠(yuǎn)程升級功能測試。

1)配置管理功能測試

監(jiān)控參量的配置包括查詢和設(shè)置監(jiān)控參量列表，查詢是查找直放站設(shè)備所支持的監(jiān)控參量，配置是人為選擇需要的監(jiān)控參量設(shè)置到直放站設(shè)備中，如圖8所示。

圖7 調(diào)測模板窗口圖

圖8 監(jiān)控參量配置圖

2)告警管理功能測試

告警管理功能測試包括告警狀態(tài)及告警使能兩方面。根據(jù)協(xié)議，當(dāng)告警參數(shù)的使能為開，即為使能狀態(tài)時(shí)，告警的狀態(tài)是正常還是告警才會有實(shí)際意義，否則會屏蔽告警狀態(tài)，如圖9所示。

圖9 告警參量功能測試圖

3)遠(yuǎn)程升級功能測試

遠(yuǎn)程升級功能測試不僅包括用戶界面的測試和升級參量測試，還包括升級功能的測試，如圖10所示。其中，升級參量的測試借助于當(dāng)前模板的通信方式及協(xié)議，與主界面中參量的查詢和設(shè)置一樣。升級功能需要按升級命令對每一個操作環(huán)節(jié)進(jìn)行測試，確保每一步驟順利實(shí)現(xiàn)，否則此升級過程即為失敗。

圖10 遠(yuǎn)程升級功能測試圖

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用支持協(xié)議庫的直放站監(jiān)控系統(tǒng)3層設(shè)計(jì)方案，經(jīng)對直放站2G/3G設(shè)備的調(diào)測驗(yàn)證，整個界面布局合理，信息量大，給人直觀整潔的印象，提高了用戶友好性、人性化和易操作性，可以實(shí)現(xiàn)對不同類型直放站設(shè)備的有效監(jiān)控，同時(shí)減少對直放站設(shè)備的調(diào)測時(shí)間，提高對直放站各項(xiàng)指標(biāo)的測試效率。今后還將擴(kuò)展和兼容4G協(xié)議的數(shù)據(jù)庫，以便對LTE項(xiàng)目的各類直放站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和較大的發(fā)展遠(yuǎn)景。

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