遠端管網型光纖收發器系統的設計與實現

隨著全國廣播電視網的建設和發展，如何在整個網絡過程中管理網絡已成為向互聯網用戶提出的新問題。各單位在網管系統建設時，通常更多地考慮核心交換機、路由器等骨干設備的網管，卻往往忽略邊緣接入必不可少的光纖收發器的狀態檢測和遠程維護。即便采用了一些簡單的網管，一般也只能管理到接入機房機架上的局端光纖收發器，而對放置在用戶端的遠端收發器則無能為力。一旦接入部分的光、電鏈路出現故障后很難遠程判別故障點，往往需到用戶端或接入機房才能進行判別和處置。海安廣電寬帶網通過采用遠端網管型光纖收發器系統較好地解決了上述問題，該系統具有遠程網絡管理功能，網絡管理員既可以對局端也可以對遠端的光纖收發器隨時進行狀態監控、故障定位排查、功能設置等，同時用戶還可以監測局端機架的電源備份狀態、工作電壓和工作環境溫度?，F具體介紹如下：1系統的主要功能遠端網管型光纖收發器系統由以下幾個部分構成（見圖1）。(1）網管工作站網絡管理軟件運行的硬件平臺，在保障性能的基礎上還要有較好的圖形顯示功能以及良好的穩定性和安全性。(2）網絡管理軟件對收集上來的數據進行匯總、分析和顯示，可完成設備管理、事件管理、性能監測與預警管理等功能。具有強大的數據庫功能、直觀友好的界面并能管理光纖收發器組網的拓撲結構，可在多種平臺下運行。(3）網管卡負責對機架上的光纖收發器和遠端光纖收發器進行數據信息采集以及功能控制?？煞譃榫W管主卡和級聯子卡兩種，兩者配合使用可實現一個IP地址管理多個機架。(4）插卡式光纖收發器用于以太網長距離互連，可以將10/100Base-Tx的雙絞線電信號和100Base-Fx的光信號進行相互轉換，它將網絡的傳輸極限從銅線的100m（電口支持最長距離）擴展到120km（單模光纖）。使用時局端安裝在16槽局端機箱內，用戶端安裝在遠端獨立式機架內。(5）局端機箱19英寸標準機箱，使用時安裝在局端機房，集成插卡式光纖收發器和網管卡，便于集中上機柜、統一管理和供電。供電為熱備份雙電源，支持熱插拔和風扇檢測。(6）遠端機箱單槽機架，用于遠端插卡式光纖收發器單獨供電，支持熱插拔。2采用寬帶控制和rfd的傳輸帶寬(1）帶內網管。目前，國內外的部分網管光纖收發器無法監測和管理用戶端的光纖收發器，這并不符合網絡運營商全程全網管理的需要。當用戶端收發器發生故障的時候，網絡管理員并不能準確判斷故障點。為了解決這個問題，一些廠家推出了采用帶外管理的光纖收發器，遠端收發器安裝一塊網管卡來進行管理，但是網管卡價格較貴，所以成本較高。另外，這種管理方式還必須占用一個用戶交換機的端口來連接網管卡，造成了用戶交換機端口浪費，且網絡界面不清晰。為了解決這個問題，我們采用了具有帶內網管功能的光纖收發器。帶內網管的含義就是用戶端收發器不占用任何額外的資源，既不需要遠端網管卡，也不需要設置遠端卡的IP地址。在同一條光纖鏈路中，既傳送IP數據包，也傳送管理數據包。通過同一條光纖鏈路，局端的網管系統就可以對用戶端的收發器進行狀態監測和控制。通過帶內網管的方式，運營商可以更加準確地判斷網絡的故障點。用于用戶端不占用額外的資源，在滿足全程、全網管理的前提下，大大降低了網絡建設的成本。通信方式如圖2所示。(2）帶寬控制功能。帶寬控制功能指運營商可以通過網管系統遠程設定、修改光纖收發器的傳輸帶寬，經過設置的帶寬可以以32kbps為步長在0～100Mbps之間變化,而且端口的收和發可以單獨設置。目前大部分接入交換機不具備流量控制的能力，現在通過收發器的帶寬控制功能來限制接入鏈路的流量后，等于是把流控一直做到了用戶端。在設置合適的傳輸帶寬后，可以有效地防止用戶端機器感染病毒后大量發包引起的接入交換機和網絡的堵塞。網絡運營商還可以根據收費的不同給用戶分配不同的帶寬，把傳統的按時收費與按帶寬收費有效地結合起來，為客戶提供多樣化的服務。對于一些沒有及時繳納月租費的用戶，還可以通過網管設置用戶帶寬為0，相當于關閉了用戶的端口。在圖3中，局端使用了帶寬控制系列網管收發器，給不同性質的用戶分配了不同的帶寬，私人用戶分配了2M的帶寬，企業用戶根據其申請的帶寬和繳費標準分別分配了10M、20M、50M的傳輸帶寬。(3)RFD功能。RFD(RemoteFailedDetect）功能即鏈路錯誤傳遞功能。此功能可以方便地確立遠端發生的鏈路故障。普通光纖收發器連接路由器時，如果光纖鏈路發生故障（如斷掉），收發器的光口（FX）會出現告警，而收發器的電口（TP）卻仍然會與路由器保持正常連接，收發器所連接的路由器Link燈保持正常，路由器不會重新建立路由，因此數據包還會沿著已經發生故障的線路繼續轉發數據，造成大量丟包。而采用具有RFD功能的光纖收發器連接路由器時，局端和遠端收發器能自動傳遞鏈路故障信息，如果光纖或者任意一端電口鏈路發生故障，則整條鏈路都斷開，路由器會根據收發器報告的鏈路狀態更新路由，確保通信暢通。當發生故障的光路或電路恢復正常，則整條鏈路恢復連接，路由器也會根據收發器報告的鏈路狀態恢復路由。RFD功能狀態轉移圖如圖4所示。(4）支持SNMP的統一網管平臺。目前光纖收發器廠家的網管系統多是專用的系統，這樣運營商在維護時就很困難，如果運營商選購3個廠家的產品，則就必須有3個網管平臺。運營商迫切需要一個統一的網管平臺來管理所有的網絡設備。SNMP是標準的網管協議，對支持SNMP的光纖收發器，就可以使用一套SNMP網管軟件，如HP-Openview來管理所有網絡的設備，包括收發器、路由器、交換機等。另外，系統也提供了專用的光纖收發器網管軟件，該軟件有強大的數據庫功能，可進行拓撲結構的管理，可以通過非常直觀的界面對收發器進行遠程監測和控制。(5）網管系統可以采集到專用的光電器件的各種詳細參數以便網管員監測，如輸入光功率、輸出光功率和激光器壽命等等。(6）可以選擇支持單纖雙向的光纖收發器。3a中心機房控制方式b遠端網管型光纖收發器網管系統提供了5種管理方式：(1）使用Windows自帶的超級終端，通過機架串口進行本地網管；(2）使用瀏覽器，通過Web頁面遠程訪問，并可以顯示、控制遠程收發器的工作狀態；(3）使用標準的SNMP管理軟件進行管理；(4）中心局安裝專用軟件在后臺運行，采集數據以數據庫的形式保存在網管PC機硬盤，用戶經過登錄接受網管系統的認證后，在中心機房可以以圖形界面詳細顯示出各機房當前的工作環境和收發器卡的當前狀態；(5）使用TELNET進行命令行管理。本文以專用軟件方式為例，對遠端網管型光纖收發器網管系統在海安廣電寬帶網上的三類典型應用進行介紹。3.1設備管理信息網管專用軟件運行后的主界面如圖5所示。其風格類似于Windows資源管理器。主窗口左側為資源樹，以樹的形式展現現有資源所含有的機架以及機架中的收發器。主窗口右側為設備列表，以小圖標的形式顯示出所有機架，可以根據圖標的顏色判斷機架正常與否，是否列于輪訓隊列中。主窗口下側為告警信息列表，顯示了所有輪詢告警和主動告警的消息。當點擊設備列表中各機房所安裝的光纖收發器機架時，會顯示機架信息窗口，如圖6所示。該窗口以與真實機架完全相同的圖形化界面（該窗口所見即機架上顯示的實時狀態）提供局端機架的詳細信息，以及局端收發器的圖形化狀態量信息。通過該界面可以了解主電源與冗余電源工作是否正常，輸出電壓為多少以及機架內的工作溫度，同時以圖形化方式顯示其上所插的光纖收發器的指示燈狀態。比一般光收發器網管系統更好的是，當點擊界面中的“遠端”按鈕時，將顯示與局端收發器一一對應的用戶端收發器圖形化狀態量信息。當雙擊機架信息窗口上的某一張卡時，將顯示該收發器的詳細信息。如圖7所示。該圖基本信息中標明了該收發器安裝的機架名稱、安裝的具體槽位、收發器的具體型號以及傳輸距離。內部設置中標明了網管員設置該收發器工作的電口速率為10M還是100M，電口模式為全雙工還是半雙工，電口為自適應還是關斷自適應。當前鏈路狀態表明了收發器的光電鏈路是否正常，收發器電口實際工作速率和工作模式，RFD功能是否啟用以及上、下行的最大帶寬。光模塊狀態標明了收發器的接收光輸入和發射光功率是否正常。刷新時間標明了網管系統對該收發器最后一次采樣的時間。3.2載荷及測告條件設置為了確保光纖收發器的正常工作和進一步減輕管理員的工作負擔，軟件定時對各個機架進行訪問，接收各機架中主控單元采集的機架狀態及其局端、遠端收發器的狀態信息，并保存在本地數據庫中。軟件在接收到狀態信息后能夠對資料進行分析，若判斷得出機架或收發器異常，則自動告警，并將事件記錄到告警日志中。另外，當主控單元監測到收發器發生狀態改變時也會主動報告相關的信息，網管服務器同時進行告警，如圖8所示。用戶還可以對每個機架和收發器的告警條件進行設置。對于機架有機架電壓、機架溫度以及聲音告警等選項。對于收發器有自適應開關、電鏈路通斷、光鏈路通斷、光輸入狀態、光輸出狀態、激光器狀態、遠程錯誤檢測以及是否需要聲音告警等選項，如圖9所示。系統還提供了告警事件的查看，包括事件內容、事件對象和事件發生的時間，也可以按照機架、告警內容、告警日志的時間段以及用戶進行查詢，并將查詢結果按表中各項排序。如果點擊“另存為”按鈕，表格的信息將會保存在文件中，其中可以保存為觹XLS、觹．TXT或者觹．HTM類型。如圖10所示。3.3遠端管網型光纖收發器管理員可以對局端和遠端的收發器進行遠程控制。收發器的可控制量包括：(1）設置收發器的上行流和下行流的工作帶寬。(2）設置收發器的端口狀態（LOCKED或UNLOCKED）。(3）設置收發器的RFD功能使能或關閉。(4）設置局端和用戶端收發器電口為自適應或關斷自適應。(5）設置局端和用戶端收發器電口為固定10M或固定100M。(6）設置局端和用戶端收發器電口為固定全雙工或半雙工。(7）復位局端和用戶端收發器。(8）恢復局端和用戶端收發器出廠默認設置（AutoMode）。管理員可以通過IP地址和機架名稱或者機架號來指定機架，當機架被指定后，接口將提供可控制的收發器列表，選定收發器后，其當前的狀態量將會列在“狀態”標簽頁中，同時用戶可在“設置”標簽頁中修改雙工模式、速率等選項，而在“高級”標簽頁中用戶可以進行收發器復位、恢復以及流量控制。見圖11所示。流量控制是針對具有帶寬控制功能的收發器而設置的。流量控制以kbps或Mbps為基本單位、以32kbps為步長進行控制。當用戶所要設定的流量不是32kbps的倍數時，即不是系統認可的有效值