集中式網(wǎng)管在有源EOC局端中的應(yīng)用

呂育斌

（廣東東研網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司 廣東 汕頭 515041）

集中式網(wǎng)管在有源EOC局端中的應(yīng)用

呂育斌

（廣東東研網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司 廣東 汕頭 515041）

由于傳統(tǒng)的有源EOC局端通常采用單個(gè)CPU芯片管理單個(gè)EOC協(xié)議芯片的方式，存在CPU資源利用上的浪費(fèi)。本文介紹了基于集中式管理的有源EOC網(wǎng)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)網(wǎng)管單元CPU由Freescale公司的MPC8247芯片構(gòu)成，這是一款基于PowerPC?內(nèi)核的處理器，結(jié)合Broadcom公司的千兆交換芯片BCM53115，構(gòu)建集中式網(wǎng)管硬件平臺，可以向上提供5個(gè)千兆以太網(wǎng)接口，最多可以同時(shí)管理4個(gè)EOC協(xié)議芯片，使得CPU的利用率得到很大的提升。該系統(tǒng)遵循廣電網(wǎng)絡(luò)的MIB庫規(guī)范,具有軟件框架靈活,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,功能豐富實(shí)用等特點(diǎn)，適用于基于SNMP協(xié)議的廣電網(wǎng)元的日常管理。本文給出了系統(tǒng)的硬件組成框圖和軟件流程。

有源EOC；集中式網(wǎng)管；簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議；管理信息庫

近年來，廣電運(yùn)營商開始大力推廣自己的雙向網(wǎng)改造方案，三網(wǎng)融合已經(jīng)是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢[1]。

有源EOC作為廣電運(yùn)營商首選的接入網(wǎng)技術(shù)方案，因?yàn)榭梢苑奖愕乩脧V電現(xiàn)有的同軸分配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向網(wǎng)改造，不需要額外布線，所以備受運(yùn)營商們的青睞。

目前大多數(shù)EOC網(wǎng)管系統(tǒng)都是采用單個(gè)CPU芯片管理單個(gè)EOC協(xié)議芯片的方式，存在CPU資源利用上的浪費(fèi)，同時(shí)在設(shè)備功耗和體積上也面臨挑戰(zhàn)。

針對上述問題，本文采用MPC8247+BCM53115芯片構(gòu)建集中式網(wǎng)管硬件平臺，利用Power QUICC系列微處理器集成度高、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。

結(jié)合千兆交換芯片可以向上提供5個(gè)GE以太網(wǎng)接口，最多可以同時(shí)管理4個(gè)EOC協(xié)議芯片，在保證EOC網(wǎng)管信息得到及時(shí)性響應(yīng)的同時(shí)有效地提高了CPU的利用率，降低了設(shè)備的功耗和成本。

1 集中式網(wǎng)管特點(diǎn)

集中式網(wǎng)管的特點(diǎn)是專門在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中集中設(shè)置包含管理軟件和管理功能的節(jié)點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是便于集中管理[2]。所有網(wǎng)管數(shù)據(jù)的處理和保存都集中在管理節(jié)點(diǎn)上，具體到局端設(shè)備就是有一個(gè)專門的主控模塊。EOC局端模塊和遠(yuǎn)程終端通過電纜同主控模塊相聯(lián)，確保了每個(gè)終端都有統(tǒng)一的配置信息。主控模塊是網(wǎng)絡(luò)中唯一需要備份的模塊，這就意味主控模塊是唯一需要安全保護(hù)的系統(tǒng)，EOC模塊和終端設(shè)備沒有任何數(shù)據(jù)需要在本地進(jìn)行處理，所以網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度較小。這種類型的網(wǎng)絡(luò)總費(fèi)用比較低，EOC模塊可以使用功能簡單而便宜的EOC協(xié)議芯片構(gòu)成即可。因?yàn)槊總€(gè)EOC模塊下掛的終端數(shù)最多也就32個(gè)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模并不大，而且用戶網(wǎng)管信息量有限，所以我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)基于PowerPCTM內(nèi)核微處理器構(gòu)建的主控模塊完全可以管理4個(gè)EOC模塊及其下掛終端設(shè)備。同時(shí)有源EOC網(wǎng)絡(luò)本身點(diǎn)對多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也很好地滿足了集中式網(wǎng)管集中連接的要求。基于以上分析，EOC局端設(shè)備使用集中式網(wǎng)管是結(jié)合有源EOC網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，在性價(jià)比方面做出的正確選擇。

2 局端的硬件設(shè)計(jì)

如圖1所示，除了可選的模塊之外，局端設(shè)備主要由主控模塊和EOC模塊兩部分構(gòu)成。

圖1 局端設(shè)備內(nèi)部連接示意圖Fig.1 Internal connection diagram of the master

2.1 主控模塊電路

主控模塊實(shí)現(xiàn)如下2部分功能：

1)負(fù)責(zé)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，使得1個(gè)單口千兆ONU可以最多下掛4個(gè)EOC局端模塊。

2)負(fù)責(zé)收集和下發(fā)網(wǎng)絡(luò)中局端和終端設(shè)備的配置，報(bào)警和管理信息。

如圖2所示，MPC8247是Freescale公司推出的PowerPC 32位處理器，主頻最大可達(dá)400MHz，該器件有較高的集成度，從而降低了系統(tǒng)的組成開銷，適用于那些對成本、空間、功耗和性能都有很高要求的應(yīng)用領(lǐng)域[3]。在本應(yīng)用中MPC8247外部連接128MB的SDRAM和16MB的FLASH，為軟件開發(fā)提供了足夠的空間。MPC8247提供兩個(gè)百兆MII口FCC，其中FCC1外接百兆PHY芯片AC101L對外提供一個(gè)百兆調(diào)試口，用于查看CPU的狀態(tài)信息。FCC2與BCM53115的RGMII口相連接，CPU的網(wǎng)管報(bào)文通過這個(gè)端口下發(fā)到交換芯片進(jìn)而到EOC模塊上。MPC8247的MDIO口和SPI口與BCM53115的相應(yīng)端口互連，其主要作用是CPU可以讀取交換芯片RGMII口的配置狀態(tài)信息，可收集的信息包括鏈接狀態(tài)、低功率休眠狀態(tài)、環(huán)回模式控制等。MPC8247的GPIO口外引到EOC模塊上，主要實(shí)現(xiàn)下面3部分功能：1)點(diǎn)亮系統(tǒng)狀態(tài)指示燈；2)硬件復(fù)位各EOC模塊；3)監(jiān)測各EOC模塊是否在位。

圖2 主控模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Hardware block diagram of control module

BCM53115是一個(gè)擁有5個(gè)千兆物理接口，2個(gè)RGMII接口的交換芯片，擁有4K的MAC地址空間和128KB的包緩存空間，完全滿足4個(gè)EOC模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)要求[4-5]。5個(gè)千兆接口其中Port0-3用于下聯(lián)4個(gè)EOC模塊，提供EOC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通道和網(wǎng)管通道。如圖2，千兆接口Port4和其中一個(gè)RGMII接口采用二選一的方式向上提供兩種ONU上聯(lián)接入方式。如果上聯(lián)ONU提供的是普通千兆網(wǎng)口，則可以直接使用外引的Port4上聯(lián)ONU。如果上聯(lián)ONU提供的是Serdes接口接入，則可以將RGMII口直接配置成Serdes接口進(jìn)行互聯(lián)。相比前者，Serdes接口互聯(lián)可以省去兩個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器，減少了成本的同時(shí)節(jié)省了ONU單盤空間，而提供兩種ONU接入方式是為了提高產(chǎn)品的適用性。

2.2 EOC模塊電路

如圖3所示，EOC模塊電路主要由4部分組成。

1)千兆網(wǎng)口上聯(lián)：AR8035是一個(gè)千兆PHY芯片，其實(shí)現(xiàn)AR7410芯片RGMII信號和千兆以太網(wǎng)信號的轉(zhuǎn)換。

2)EOC協(xié)議套件：AR7410是 Qualcomm公司專門用于EOC局端的協(xié)議芯片，其主要功能是QAM調(diào)制主控模塊的雙向以太網(wǎng)信號到適合在同軸網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)纳漕l信號，是Homeplug AV方案的核心器件。周邊2MB的FLASH和32MB的SDRAM芯片是其正常工作的配套芯片。

3)EOC射頻功放：AR1500是配套AR7410的射頻功放，其主要是實(shí)現(xiàn)對AR7410輸出的射頻信號進(jìn)行放大，使其輸出電平達(dá)到120dBuV，EOC同軸網(wǎng)絡(luò)傳輸距離＞1 000 m。

4)Diplexer：雙工器部分里面包含一個(gè)balun射頻變壓器和一個(gè)65/87MHz分割點(diǎn)的高低通濾波器，變壓器的作用是將AR1500輸出的平衡信號轉(zhuǎn)換成適合在同軸線上傳輸?shù)牟黄胶庑盘?，濾波器的作用是將不平衡信號進(jìn)行濾波，嚴(yán)格地將EOC射頻信號控制在5～65 MHz頻帶，不會(huì)干擾87 MHz以上的CATV信號。

圖3 EOC模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.3 Hardware block diagram of EOC module

3 局端的軟件設(shè)計(jì)

3.1 基于SNMP的M IB庫訪問

SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）是基于TCP/IP協(xié)議族的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn),由一組網(wǎng)絡(luò)管理的標(biāo)準(zhǔn)組成，包含一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議 （Application Layer Protocol）、數(shù)據(jù)庫模型（Database Schema）和一組資源對象。該協(xié)議能夠支持網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測連接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備是否有任何引起管理上關(guān)注的情況[6]。目前廣電總局要求設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品網(wǎng)管必須支持SNMP網(wǎng)管，本系統(tǒng)支持SNMP V3。

SNMP管理模型由管理者（Manager）,被管代理（Agent）和管理信息庫（MIB）3部分組成。Manager是運(yùn)行在網(wǎng)管服務(wù)器端的應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制遠(yuǎn)程設(shè)備，同時(shí)從所有被管代理的MIB庫中提取出數(shù)據(jù)信息。Agent是運(yùn)行在主控模塊上的客戶端軟件，Manager首先會(huì)向Agent發(fā)出請求報(bào)文，Agent在接收到報(bào)文后，根據(jù)報(bào)文的類型進(jìn)行相應(yīng)的讀或者寫操作，之后根據(jù)操作結(jié)果生成響應(yīng)報(bào)文，并將響應(yīng)報(bào)文及時(shí)地返發(fā)給Manager。Agent在設(shè)備發(fā)現(xiàn)重新啟動(dòng)等異常情況時(shí)，也會(huì)主動(dòng)向Manager發(fā)送TRAP報(bào)文，向Manager匯報(bào)所發(fā)生的事件[6]。所以實(shí)際上，SNMP的管理任務(wù)是移交給Agent來執(zhí)行的。MIB庫在網(wǎng)管中充當(dāng)被管資源的角色，包含被管資源的各個(gè)方面屬性。MIB變量包含了所管網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)信息量和內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的當(dāng)前內(nèi)容等相關(guān)信息。Manager通過存取訪問MIB庫變量，可以實(shí)現(xiàn)如下8大功能塊管理。

3.2 局端的程序設(shè)計(jì)

3.2.1 Manager端EM S網(wǎng)管軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)Manager端EMS網(wǎng)管軟件是運(yùn)行在網(wǎng)管服務(wù)器端的圖形化網(wǎng)管軟件。EMS基于開放的JAVA平臺和MYSQL數(shù)據(jù)庫，采用多層架構(gòu)和流行的O/R Mapping技術(shù)，具有跨操作系統(tǒng)平臺，數(shù)據(jù)庫獨(dú)立等特點(diǎn)，提供了配置管理、性能管理、故障管理、安全管理以及軟件升級等多個(gè)方面的網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)功能。其圖形化界面如圖5所示。

圖4 系統(tǒng)軟件功能塊框圖Fig.4 Software functional block diagram of the system

圖5 圖形化EMS軟件界面Fig.5 Graphical software interface of the EMS

3.2.2 Agent端網(wǎng)管軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的Agent端網(wǎng)管是運(yùn)行于主控模塊的應(yīng)用軟件，是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與控制的主體。模塊采用VxWorks操作系統(tǒng)和C語言作為軟件的開發(fā)語言。

主控模塊的Agent軟件層次劃分如圖6所示，一共可以劃分成如下6大功能模塊。

圖6 主控模塊Agent軟件模塊劃分圖Fig.6 Module partition map of the Agent software in control module

1)底層驅(qū)動(dòng)。底層驅(qū)動(dòng)模塊是建立在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)之上的，是其它模塊運(yùn)行的基礎(chǔ)，提供與硬件無關(guān)的應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境，提供消息驅(qū)動(dòng)、定時(shí)驅(qū)動(dòng)、事件驅(qū)動(dòng)、內(nèi)存管理以及任務(wù)調(diào)度機(jī)制，提供各種硬件驅(qū)動(dòng)及主機(jī)軟件和其他模塊軟件的通信處理通道。

2)接口適配層。接口適配層能夠?yàn)樯蠈榆浖帘尉唧w的硬件平臺和各種硬件驅(qū)動(dòng)，它分成硬件接口API(HwAPI)和軟件接口API(SwAPI)兩大部分。前者為上層軟件提供與硬件相關(guān)的庫函數(shù)調(diào)用，后者則為硬件驅(qū)動(dòng)提供統(tǒng)一的硬件消息上傳函數(shù)。

3)AR741X Embedded API&&BCM53115 SDK。前半部分是Qualcomm提供的外部管理主機(jī)嵌入式API函數(shù)，主要是EOC網(wǎng)絡(luò)情況自身診斷的應(yīng)用編程接口，后半部分是BCM53115的軟件開發(fā)工具包，在這里主要工作是實(shí)現(xiàn)BCM SDK在Tornado下的編譯。

4)HAL層。為了滿足協(xié)議層模塊的調(diào)用請求，HAL層利用Qualcomm公司提供的API函數(shù)封裝出了相應(yīng)的接口函數(shù)。同時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)采用集中式網(wǎng)管服務(wù)，1個(gè)CPU需要輪詢管理最多4個(gè)EOC模塊，所以HAL層還負(fù)責(zé)對協(xié)議層的命令進(jìn)行解析，首先基于EOC局端模塊和終端設(shè)備的MAC地址信息建立索引號，再基于索引號采用分時(shí)復(fù)用的方法對4個(gè)局端模塊及其下掛的終端設(shè)備調(diào)用相應(yīng)的接口函數(shù)。由于網(wǎng)絡(luò)中最多存在4+4*32=132個(gè)設(shè)備索引號，基于PowerPCTM內(nèi)核的高性能CPU對這些索引號的操作，其實(shí)時(shí)性是完全滿足應(yīng)用需求的。

5)協(xié)議層。協(xié)議層維護(hù)了局端設(shè)備的當(dāng)前配置和EOC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對于SNMP客戶端的讀取請求，網(wǎng)管服務(wù)器進(jìn)程將直接從協(xié)議層中提取指定的信息，然后返回。而對于SNMP客戶端的設(shè)置請求，進(jìn)程則會(huì)調(diào)用相應(yīng)HAL層的處理函數(shù)來處理該請求。

6)網(wǎng)管服務(wù)進(jìn)程接收層。對于來自SNMP客戶端的請求，網(wǎng)管服務(wù)進(jìn)程接收層從UDP端口接收來自PC網(wǎng)管的串行化報(bào)文，經(jīng)解碼、團(tuán)體名驗(yàn)證、分析得到管理變量在MIB樹中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，再到協(xié)議層相應(yīng)的模塊中設(shè)置或獲取管理變量的值，根據(jù)結(jié)果再形成響應(yīng)報(bào)文，編碼發(fā)送回PC網(wǎng)管。PC網(wǎng)管再提供GUI的操作界面，如圖7所示，使用戶能方便地管理設(shè)備。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

2013 年我司的集中式有源EOC網(wǎng)管通過了國家廣電總局廣播電視規(guī)劃院的入網(wǎng)測試，檢測編號為20741303200305，網(wǎng)管功能部分測試結(jié)果如圖7所示。

圖7 集中式網(wǎng)管在廣電總局的測試報(bào)告Fig.7 The test report of the centralized network management in SARFT

5 結(jié)論

根據(jù)EOC網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，本文介紹了其專用型的集中式網(wǎng)管系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)框架。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)EOC網(wǎng)管系統(tǒng)CPU資源利用率不高的問題。根據(jù)我司產(chǎn)品在現(xiàn)網(wǎng)的使用情況來看，集中式網(wǎng)管在有源EOC系統(tǒng)中的使用不僅可以降低EOC系統(tǒng)的復(fù)雜度，從而降低設(shè)備成本，又可以滿足EOC網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)時(shí)性管理的要求，具有較高性價(jià)比，值得大力推廣。

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Centralized network management used in active EOC master

LV Yu-bin
（Guangdong Donyan Network Technologies Co.,LTD,Shantou 515041,China）

Because the traditional active EOC master typically uses single CPU chip to manage single EOC protocol chip, which is a waste of CPU resource utilization.This paper describes an active EOC network management system based on a centralized management.The CPU of the network management unit is MPC8247,which is a PowerPC kernel-based processor of Freescale.Combined with the gigabit switch chip BCM53115 of Broadcom,it could build a centralized network management hardware platform which can provide five GE ports and can simultaneously manage up to four EOC protocol chips,so the CPU Utilization is greatly improved.The system follows the MIB specification of broadcast&TV network.With flexible software framework,reliable,feature-rich and practical function features,the system is suitable for daily management application of the broadcast&TV network based on SNMP protocol.The paper provides the diagram of hardware&software of the system.

active EOC；centralized network management；simple network management protocol；management information base library

TN915

A

1674－6236（2015）10-0141-04

2014-08-25 稿件編號：201408137

呂育斌(1983—)，男，廣東汕頭人，碩士，網(wǎng)絡(luò)工程師。研究方向：EPON、EOC數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。